結(jié)合幾何控制的預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)鋼構(gòu)梁公路橋施工技術(shù)

唐運(yùn)來(lái)

（四川路橋橋梁工程有限責(zé)任公司，成都 610000）

1 引言

隨著現(xiàn)代交通建設(shè)的不斷發(fā)展，公路橋梁作為交通基礎(chǔ)設(shè)施的重要組成部分，其設(shè)計(jì)和施工技術(shù)也日益受到重視。預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)鋼構(gòu)梁公路橋作為一種具有較高承載能力和抗震性能的橋梁結(jié)構(gòu)形式，已經(jīng)在國(guó)內(nèi)外得到了廣泛的應(yīng)用[1]。然而，在預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)鋼構(gòu)梁公路橋的施工過(guò)程中，由于受到多種因素的影響，往往會(huì)出現(xiàn)一些質(zhì)量問(wèn)題，這些問(wèn)題不僅影響了橋梁的使用壽命和安全性，也給施工單位帶來(lái)了較大的經(jīng)濟(jì)損失[2]。因此，如何有效地解決這些問(wèn)題，提高預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)鋼構(gòu)梁公路橋的施工質(zhì)量，成為當(dāng)前橋梁工程領(lǐng)域亟待解決的問(wèn)題之一。

目前，行業(yè)中常用的施工方法，如張拉法、錨固法等，雖然在一定程度上可以滿足預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)鋼構(gòu)梁公路橋的施工要求，但仍存在一定的問(wèn)題和困難[3]。例如，張拉法在施工過(guò)程中需要對(duì)預(yù)應(yīng)力筋進(jìn)行多次張拉和錨固，操作復(fù)雜且容易出錯(cuò)；錨固法則需要在橋梁結(jié)構(gòu)中設(shè)置大量的錨固孔和錨固件，增加了橋梁的重量和成本。這些方法在實(shí)際應(yīng)用中往往難以實(shí)現(xiàn)精確的變形控制，導(dǎo)致橋梁的質(zhì)量和性能受到影響。幾何控制技術(shù)可以有效提高橋梁線形控制精度，保證橋梁結(jié)構(gòu)的尺寸和預(yù)應(yīng)力筋的張拉質(zhì)量。通過(guò)有限元軟件建模，可以更準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)橋梁結(jié)構(gòu)在施工過(guò)程中的受力和變形情況，為施工提供有力的理論支持。在這樣的背景下，研究嘗試將幾何控制技術(shù)和有限元技術(shù)進(jìn)行結(jié)合，提出一種創(chuàng)新的公路橋施工技術(shù)，以期為道橋行業(yè)提供一定技術(shù)參考。

2 結(jié)合幾何控制的預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)鋼構(gòu)梁公路橋施工技術(shù)應(yīng)用

由于連續(xù)鋼構(gòu)梁的截面形狀和尺寸較為復(fù)雜，施工過(guò)程中需要對(duì)梁的位置、高度、角度等進(jìn)行精確控制，以確保幾何形狀符合設(shè)計(jì)要求。幾何控制技術(shù)可以通過(guò)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件進(jìn)行精確的尺寸和形狀控制，從而提高施工精度，確保橋梁的幾何形狀符合設(shè)計(jì)要求。研究利用幾何控制技術(shù)作為核心對(duì)預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)鋼構(gòu)梁公路橋施工技術(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)。在進(jìn)行幾何控制時(shí)，使用有限元軟件對(duì)鋼構(gòu)梁公路橋進(jìn)行建模。建模時(shí)將公路橋結(jié)構(gòu)劃分為梁?jiǎn)卧?、板單元和只受拉索單元。要求梁?jiǎn)卧哂信まD(zhuǎn)、抗壓、剪切和彎曲剛度，所以需要對(duì)剪切變形進(jìn)行考慮。板單元包含節(jié)點(diǎn)數(shù)為3～4 個(gè)，要求每個(gè)節(jié)點(diǎn)沿坐標(biāo)軸方向具有平動(dòng)自由度。只受拉索單元設(shè)定為非線性單元，節(jié)點(diǎn)只具有3 個(gè)坐標(biāo)軸方向的平動(dòng)自由度，若需要進(jìn)行線性分析則將拉索單元等效轉(zhuǎn)化為桁架單元。建立橋梁模型后使用空間梁?jiǎn)卧獙?duì)主塔和主梁進(jìn)行離散，由板單元對(duì)橋面板進(jìn)行模擬，使用只受拉索單元對(duì)斜拉索進(jìn)行模擬。使用Midas 有限元軟件按照工程實(shí)際幾何尺寸進(jìn)行模型建立，按照真實(shí)施工順序?qū)κ┕で闆r和進(jìn)度進(jìn)行模擬和跟蹤。

結(jié)合幾何控制的預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)鋼構(gòu)梁公路橋施工技術(shù)在實(shí)施時(shí)，首先需要對(duì)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行勘察并收集工程的基本數(shù)據(jù)，之后對(duì)橋梁進(jìn)行設(shè)計(jì)并根據(jù)橋梁設(shè)計(jì)方案和實(shí)際環(huán)境對(duì)施工方案進(jìn)行制訂。在開(kāi)始施工前需要對(duì)施工參與人員進(jìn)行培訓(xùn)。對(duì)橋梁幾何信息進(jìn)行分析，建立橋梁的有限元模型并開(kāi)始施工。開(kāi)始施工后首先進(jìn)行地基和樁基的施工，同時(shí)進(jìn)行鋼構(gòu)梁制作，完成地基和樁基施工后進(jìn)行承臺(tái)施工。完成承臺(tái)施工后安裝鋼構(gòu)梁，再進(jìn)行預(yù)應(yīng)力施工和混凝土連續(xù)梁施工，之后進(jìn)行橋面鋪裝和附屬設(shè)施施工。在整個(gè)施工過(guò)程中，使用建立的有限元模型對(duì)施工流程進(jìn)行跟蹤，并依靠分析結(jié)果對(duì)工程進(jìn)行幾何控制，確保橋梁達(dá)到設(shè)計(jì)要求和性能指標(biāo)。完成施工后進(jìn)行工程驗(yàn)收和交付，結(jié)束項(xiàng)目。

在進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)勘查和基本數(shù)據(jù)收集時(shí)，需要對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的地質(zhì)和地形條件進(jìn)行分析，特別是對(duì)于地基較軟的地區(qū)，需要對(duì)特殊加固措施進(jìn)行設(shè)計(jì)。同時(shí)對(duì)施工環(huán)境和氣候條件進(jìn)行分析，需要考慮降雨、溫度等影響因素對(duì)施工材料和施工人員的影響，進(jìn)而制訂適合項(xiàng)目的施工計(jì)劃。進(jìn)行橋梁設(shè)計(jì)時(shí)，需要對(duì)主要材料技術(shù)指標(biāo)、施工技術(shù)和質(zhì)量檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行明確。在制訂施工方案時(shí)，需要綜合施工設(shè)施、施工流程和施工人員安排進(jìn)行整體規(guī)劃。施工人員培訓(xùn)主要包含施工技術(shù)、施工規(guī)范、安全知識(shí)與技能和施工實(shí)操培訓(xùn)。進(jìn)行施工技術(shù)培訓(xùn)能夠幫助施工人員掌握如何有效、科學(xué)地控制工程幾何和質(zhì)量偏差的方法。進(jìn)行施工規(guī)范和安全知識(shí)培訓(xùn)能夠幫助施工人員理解施工基本要求和施工現(xiàn)場(chǎng)潛在的安全風(fēng)險(xiǎn)，以確保施工人員在工作時(shí)能夠保護(hù)自身和他人的安全。進(jìn)行施工實(shí)操培訓(xùn)能夠幫助施工人員掌握現(xiàn)場(chǎng)施工的手段和方法，減少不當(dāng)操作導(dǎo)致的質(zhì)量問(wèn)題。在進(jìn)行地基和樁基施工時(shí)，需要根據(jù)設(shè)計(jì)要求進(jìn)行挖土、填土、壓實(shí)等地基處理，嚴(yán)格控制樁基的位置、垂直度、深度等參數(shù)，以確保其質(zhì)量符合要求。過(guò)程中還需要對(duì)樁基的承載力等性能進(jìn)行測(cè)試，以防樁基性能不足導(dǎo)致工程無(wú)法達(dá)到驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)。在進(jìn)行鋼構(gòu)梁制作時(shí)，主要材料應(yīng)符合相關(guān)技術(shù)指標(biāo)和質(zhì)量檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)，嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)要求和工藝流程進(jìn)行操作，并在完成制作后對(duì)鋼構(gòu)梁的尺寸、形狀、位置等進(jìn)行檢查，以及對(duì)鋼構(gòu)梁的承載力等性能進(jìn)行測(cè)試。進(jìn)行承臺(tái)施工和鋼構(gòu)梁安裝時(shí)，需要嚴(yán)格遵守安全操作規(guī)程，特別是在高空作業(yè)時(shí)，應(yīng)注意防止墜落事故的發(fā)生。在進(jìn)行預(yù)應(yīng)力施工和混凝土連續(xù)梁施工時(shí)，需要考慮預(yù)應(yīng)力筋的曲線形狀，特別是在一次澆筑混凝土的連續(xù)箱梁跨數(shù)多于兩跨時(shí)，必須先將預(yù)應(yīng)力筋穿入波紋管內(nèi)。待澆筑混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)要求強(qiáng)度后，進(jìn)行張拉并用錨具錨固預(yù)應(yīng)力筋。進(jìn)行橋面鋪裝時(shí)根據(jù)設(shè)計(jì)要求進(jìn)行橋面的防水、排水、防滑等處理，完成施工后對(duì)橋面進(jìn)行質(zhì)量檢測(cè)，確保其平整度、密實(shí)度等符合要求。在所有施工環(huán)節(jié)，都需要對(duì)橋梁進(jìn)行幾何控制，確保工程施工狀態(tài)正常，防止施工環(huán)節(jié)中尺寸偏差和變形導(dǎo)致的工程失敗。

3 結(jié)合幾何控制的預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)鋼構(gòu)梁公路橋施工技術(shù)有效性分析

為了對(duì)研究結(jié)合幾何控制的預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)鋼橋梁公路橋施工技術(shù)的有效性進(jìn)行分析，本文選取某在建高速公路跨河橋梁作為應(yīng)用對(duì)象進(jìn)行分析。對(duì)不同索拉張力變化情況下的主塔位移量進(jìn)行模擬，如圖1 所示。

圖1 主塔位移量模擬

由圖1 可見(jiàn)，索拉張力改變會(huì)導(dǎo)致橋梁主塔出現(xiàn)位移，且隨著橋梁高度增加，位移量也會(huì)增加。在索拉張力增加3%時(shí)，主塔在橋梁高度60 m 位置處出現(xiàn)的位移量為0.09 mm；主塔在橋梁高度120 m 位置處出現(xiàn)的位移量增加到0.63 mm。在索拉張力增加5%時(shí)，主塔在橋梁高度60 m 位置處出現(xiàn)的位移量為0.16 mm；主塔在橋梁高度120 m 位置處出現(xiàn)的位移量增加到1.04 mm。在索拉張力增加10%時(shí)，主塔在橋梁高度60 m 位置處出現(xiàn)的位移量為0.57 mm；主塔在橋梁高度120 m位置處出現(xiàn)的位移量增加到2.21 mm。在索拉張力減少3%時(shí)，主塔在橋梁高度60 m 位置處出現(xiàn)的位移量為0.10 mm；主塔在橋梁高度120 m 位置處出現(xiàn)的位移量增加到0.64 mm。在索拉張力減少5%時(shí)，主塔在橋梁高度60 m 位置處出現(xiàn)的位移量為0.16 mm；主塔在橋梁高度120 m 位置處出現(xiàn)的位移量增加到1.13 mm。在索拉張力減少10%時(shí)，主塔在橋梁高度60 m 位置處出現(xiàn)的位移量為0.58 mm；主塔在橋梁高度120 m位置處出現(xiàn)的位移量增加到2.27 mm。

將主梁分為多個(gè)節(jié)段，對(duì)施工時(shí)的主梁變形狀態(tài)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，如圖3 所示。

由圖2 可見(jiàn)，在施工時(shí)，主梁不同節(jié)段都出現(xiàn)了一定程度變形，且變形量呈主梁兩端少，中間段多的分布狀態(tài)。由圖2a可見(jiàn)，在合龍前，主梁1 號(hào)節(jié)段和7 號(hào)節(jié)段不存在變形。2 號(hào)節(jié)段出現(xiàn)變形量達(dá)到2.4 mm。3 號(hào)節(jié)段相較2 號(hào)節(jié)段的變形量有所上升，達(dá)到3.6 mm。在3 號(hào)節(jié)段和4 號(hào)節(jié)段之間，變形方向發(fā)生變化。4 號(hào)節(jié)段向與3 號(hào)節(jié)段相反的方向發(fā)生0.4 mm的變形。5 號(hào)節(jié)段的變形量相較4 號(hào)節(jié)段更多，達(dá)到2.8 mm。6 號(hào)節(jié)段的變形量進(jìn)一步增加，上升到4.9 mm，在6 號(hào)節(jié)段之后變形迅速減少，在7 號(hào)節(jié)段歸零。由圖2b 可見(jiàn)，在施工過(guò)程中，因?yàn)槭┕ち鞒毯筒糠质┕ぜ夹g(shù)影響，主梁各節(jié)段會(huì)出現(xiàn)相比合龍前更高的變形量。1 號(hào)節(jié)段在施工時(shí)出現(xiàn)的最大變形量為1.0 mm。2 號(hào)節(jié)段在施工時(shí)出現(xiàn)的最大變形量為4.2 mm。3 號(hào)節(jié)段在施工時(shí)出現(xiàn)的最大變形量為5.5 mm。4 號(hào)節(jié)段在施工時(shí)出現(xiàn)的最大變形量為3.4 mm。5 號(hào)節(jié)段在施工時(shí)出現(xiàn)的最大變形量為5.8 mm。6 號(hào)節(jié)段在施工時(shí)出現(xiàn)的最大變形量為7.1 mm。7 號(hào)節(jié)段在施工時(shí)出現(xiàn)的最大變形量為0.7 mm。各節(jié)段在施工時(shí)出現(xiàn)的最大絕對(duì)變形量都小于允許變形量上限，且距離上限有較大差距。說(shuō)明該方法對(duì)施工時(shí)橋梁的幾何進(jìn)行了有效控制，保障了施工質(zhì)量。

圖2 主梁節(jié)段變形狀態(tài)

4 結(jié)論

公路橋梁作為道路橋梁的重要組成部分，其施工技術(shù)的創(chuàng)新和提升對(duì)于確保橋梁質(zhì)量和建設(shè)效率至關(guān)重要。本文提出了一種結(jié)合幾何控制的預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)鋼構(gòu)梁公路橋施工技術(shù)，以對(duì)橋梁施工進(jìn)行優(yōu)化。過(guò)程中將公路橋結(jié)構(gòu)劃分為梁?jiǎn)卧?、板單元和只受拉索單元，通過(guò)有限元軟件按照真實(shí)施工順序?qū)κ┕で闆r和進(jìn)度進(jìn)行模擬和跟蹤。在主塔位移量模擬測(cè)試中，主塔在索拉張力減少3%時(shí)，在橋梁高度120 m 位置處出現(xiàn)的位移量增加到0.64 mm；在施工過(guò)程主梁節(jié)段變形狀態(tài)分析中，主梁出現(xiàn)最大變形量?jī)H為7.1 mm。說(shuō)明該方法能夠有效對(duì)公路橋梁施工過(guò)程進(jìn)行控制，并提升橋梁施工質(zhì)量。但該方法尚未在大跨度超高橋梁中進(jìn)行應(yīng)用測(cè)試，后續(xù)應(yīng)擴(kuò)大實(shí)驗(yàn)范圍以對(duì)該方法進(jìn)行優(yōu)化。