高速公路不斷交通更換連續(xù)梁支座施工新技術(shù)研究

張永霞

（甘肅省臨夏公路事業(yè)發(fā)展中心劉家峽公路段，甘肅 臨夏州 731600）

0 引言

伴隨道路交通運(yùn)輸事業(yè)的發(fā)展，各種橋式大跨度橋梁不斷涌現(xiàn)，高速公路養(yǎng)護(hù)管理迎來(lái)嶄新局面，對(duì)不斷交通狀態(tài)下的連續(xù)梁支座更換施工過(guò)程提出更高要求。當(dāng)前形勢(shì)下，有必要立足項(xiàng)目實(shí)際，密切做好施工過(guò)程監(jiān)測(cè)，提升連續(xù)梁支座更換施工質(zhì)量。

1 連續(xù)梁支座更換施工技術(shù)現(xiàn)狀

高速公路是現(xiàn)代道路交通運(yùn)輸體系的關(guān)鍵構(gòu)成部分，在保障運(yùn)輸經(jīng)濟(jì)發(fā)展等方面發(fā)揮著關(guān)鍵作用。在結(jié)構(gòu)構(gòu)造、動(dòng)態(tài)荷載和材料材質(zhì)等條件影響下，高速公路連續(xù)梁支座會(huì)出現(xiàn)多種病害，不僅容易降低整合荷載效果，還不利于保障橋梁使用壽命，需要采取具有專業(yè)性的技術(shù)方法對(duì)支座進(jìn)行更換施工。近年來(lái)，國(guó)家相關(guān)部門高度重視高速公路連續(xù)梁支座更換施工技術(shù)的創(chuàng)新應(yīng)用，在細(xì)化完善施工工藝流程、優(yōu)化施工過(guò)程跟蹤監(jiān)測(cè)等方面制定并實(shí)施諸多具有導(dǎo)向性的行業(yè)規(guī)范，為新時(shí)期不斷交通狀態(tài)下的高效施工提供有效遵循與依據(jù)，并破除陳舊技術(shù)條件下的諸多難題。同時(shí)，工程單位在破除連續(xù)梁支座更換施工技術(shù)難題方面進(jìn)行探索，有效引入新材料、新技術(shù)和新方法。盡管如此，由于受限于諸多主客觀條件，當(dāng)前公路連續(xù)梁支座更換施工水平尚有較大提升空間，應(yīng)立足實(shí)際，創(chuàng)新方式方法，提升施工質(zhì)效[1]。

2 高速公路連續(xù)梁支座更換施工技術(shù)方法

2.1 橋面鋼導(dǎo)梁法

橋面鋼導(dǎo)梁施工的應(yīng)用需在連續(xù)梁的指定位置設(shè)置受力支撐點(diǎn)，將梁體結(jié)構(gòu)的荷載區(qū)域作為受力支撐面，在起重平車等機(jī)械設(shè)備作用下，對(duì)梁體結(jié)構(gòu)構(gòu)件進(jìn)行頂升。通過(guò)在頂升梁上綁扎鋼帶、安置鋼梁等方式，使梁體抬升到一定高度，對(duì)支座進(jìn)行更換處理，然后釋放抬升應(yīng)力。該技術(shù)方法具有施工工藝簡(jiǎn)便高效，對(duì)橋下環(huán)境要求較低，并且可以保證高速公路的正常通行狀態(tài)，具有較強(qiáng)適用性。但其頂升跨徑通常應(yīng)控制在有效應(yīng)力范圍內(nèi)，需精準(zhǔn)驗(yàn)算頂升局部壓力。

2.2 端部整體頂升法

端部整體頂升法通常以地面為支撐受力面，通過(guò)混凝土接頭加固所使用到的頂升裝置，在墩臺(tái)兩側(cè)建立頂升基礎(chǔ)，頂部配置千斤頂，對(duì)梁體結(jié)構(gòu)進(jìn)行頂升操作。為確保端部整體頂升作業(yè)效果，充分確保梁體結(jié)構(gòu)的整體性，有效加固支撐受力面的基礎(chǔ)，使梁兩端能夠?qū)崿F(xiàn)同步整體頂升，但頂升高度滿足支座更換要求后，方可進(jìn)行更換處理。對(duì)于梁體結(jié)構(gòu)應(yīng)力相對(duì)較大的情況，則可設(shè)置傳力桿或橫梁等構(gòu)件，保證不中斷交通的基本要求[2]。

2.3 鋼套箍法

在高速公路連續(xù)梁支座更換要求不斷提高的趨勢(shì)下，鋼套箍法在實(shí)踐中的應(yīng)用覆蓋范圍更廣，尤其在梁底空間相對(duì)狹小的情況下，該技術(shù)方式更是可發(fā)揮顯著優(yōu)勢(shì)。在技術(shù)方法應(yīng)用過(guò)程中，應(yīng)充分利用橋梁自身結(jié)構(gòu)，利用鋼套箍等工具載體提高梁體結(jié)構(gòu)的整體荷載性能，并通過(guò)卷?yè)P(yáng)機(jī)等設(shè)備固定臨時(shí)連接兩側(cè)的吊籃。一般情況下，鋼套箍法的應(yīng)用對(duì)千斤頂行程距離的要求較低，即便頂升距離有限，依然可滿足支座更換的實(shí)際需求。

2.4 氣動(dòng)頂升法

氣動(dòng)頂升法在連續(xù)梁支座更換中的應(yīng)用對(duì)頂升設(shè)備性能具有較高要求，需要在作業(yè)前檢驗(yàn)分析其性能，用集群氣囊替代液壓千斤頂，整個(gè)頂升過(guò)程更加平穩(wěn)，不會(huì)形成影響頂升效果的沖擊荷載。在氣動(dòng)頂升法應(yīng)用中，應(yīng)先根據(jù)高速公路連續(xù)梁的客觀實(shí)際狀態(tài)，制訂詳細(xì)可行的頂升作業(yè)技術(shù)方案，明確每個(gè)操作步驟的具體要求，有針對(duì)性地避免頂升過(guò)程對(duì)橋梁構(gòu)件所造成的損傷。該技術(shù)方法采用分布荷載方式，可有效防止集中荷載形成的不良影響[3]。

3 連續(xù)梁支座更換施工控制方案分析

3.1 施工準(zhǔn)備

施工準(zhǔn)備是高速公路連續(xù)梁支座更換施工的首要環(huán)節(jié)，對(duì)后續(xù)施工作業(yè)的有序性具有重要影響。首先，應(yīng)對(duì)施工人員進(jìn)行必要培訓(xùn)，使其熟知支座更換施工的基本要求，掌握液壓控制臺(tái)等設(shè)備的操作方法，提升其安全意識(shí)和質(zhì)量意識(shí)。其次，準(zhǔn)備性能穩(wěn)定的機(jī)具設(shè)備和工程材料，必要情況下應(yīng)對(duì)其綜合性能做出檢測(cè)，只有在滿足專業(yè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)要求的基礎(chǔ)上，方可投入工藝流程。最后，有效清理施工作業(yè)面，做好施工場(chǎng)地布置，合理規(guī)劃交通方案，減少對(duì)高速公路交通狀態(tài)的影響，同時(shí)測(cè)量箱梁位移及應(yīng)力變化。

3.2 工作支架搭設(shè)

工作支架搭設(shè)的過(guò)程同時(shí)也是構(gòu)造可靠施工作業(yè)環(huán)境的過(guò)程，應(yīng)全面勘察高速公路連續(xù)梁支座更換施工的基本環(huán)境，采用符合行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的腳手架鋼管和扣件等搭設(shè)平臺(tái)，確?？v向立桿間距和橫向立桿間距等參數(shù)符合要求。

在腳手板鋪設(shè)中，應(yīng)采用特定厚度、長(zhǎng)度和寬度的板材，盡量做到排列有序，且鋪滿整個(gè)作業(yè)面。工作支架搭設(shè)完成后，應(yīng)檢驗(yàn)其整體穩(wěn)定性，在左右兩側(cè)設(shè)抱角斜撐，以增強(qiáng)其抵御外來(lái)應(yīng)力的綜合能力。需要準(zhǔn)確校核工作支架荷載的各項(xiàng)技術(shù)參數(shù)，按照要求，連接固定斜撐與橋墩。

3.3 頂升千斤頂安裝與應(yīng)力控制

在當(dāng)前技術(shù)條件下，高速公路連續(xù)梁支座更換施工作業(yè)環(huán)境復(fù)雜不一，需要科學(xué)使用頂升千斤頂?shù)妊b置對(duì)梁體結(jié)構(gòu)進(jìn)行頂升，以便有針對(duì)性地消解箱梁重量形成附加應(yīng)力，確保頂升效果。因此，頂升千斤頂?shù)陌惭b應(yīng)盡量與橋墩頂面保持相對(duì)平衡狀態(tài)，使用強(qiáng)度和剛度條件符合要求的鋼板填滿千斤頂與箱梁之間的全部間隙，防止存在間隙影響作業(yè)安全。準(zhǔn)確采集與控制梁體結(jié)構(gòu)構(gòu)件的位移和應(yīng)力，以此為基礎(chǔ)調(diào)整頂升壓力，使其偏差幅度始終保持在有效范圍內(nèi)。起頂位移控制用百分表安放在靠近主梁的橫隔梁根部，每片梁安裝一個(gè)百分表。根據(jù)具體技術(shù)需求，在連續(xù)梁構(gòu)件的特定位置配置應(yīng)變感應(yīng)器，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)千斤頂狀態(tài)。

3.4 頂升施工控制

首先，應(yīng)進(jìn)行試頂操作，以觀察連續(xù)梁可承載能力，并檢查橋墩強(qiáng)度，確保千斤頂可操作性。頂升施工控制需要有效控制頂升應(yīng)力，準(zhǔn)確讀取油壓等數(shù)據(jù)，并根據(jù)頂升力量強(qiáng)度變化調(diào)整供油油量。其次，在頂升穩(wěn)定狀態(tài)形成后，應(yīng)讀取相應(yīng)參數(shù)，觀察千斤頂、連續(xù)梁、橋墩和支座的實(shí)際狀態(tài)，排除潛在干擾因素影響。在該基礎(chǔ)上，采用分級(jí)頂升作業(yè)方式，循序加大頂升應(yīng)力，并根據(jù)連續(xù)梁扭轉(zhuǎn)剛度條件，估算不同頂升應(yīng)力下的連續(xù)梁頂升狀態(tài)。安排專人負(fù)責(zé)觀察墩臺(tái)和支座的變化狀況，及時(shí)識(shí)別控制偏移或裂縫等問(wèn)題。在頂升梁體更換支座過(guò)程中，為避免在橋臺(tái)及橋墩分聯(lián)處的起頂對(duì)固結(jié)墩處主梁造成損壞，在起頂前，需要先預(yù)估起頂量。整個(gè)頂升過(guò)程中，施工人員均須認(rèn)真觀察主梁、橋面及附屬設(shè)施，如有異常立即停止頂升。

3.5 支座更換

在連續(xù)梁頂升到位后，應(yīng)全部拆除連續(xù)梁原有支座。根據(jù)施工技術(shù)方案要求，施工專業(yè)機(jī)具拆除原有支座，并徹底清理附著臺(tái)帽表面的灰塵等附著物，改善后續(xù)施工作業(yè)環(huán)境。按照技術(shù)規(guī)范要求，鑿深處理橋墩頂面，鑿深通?？刂圃?5～20mm 為宜。將需要安裝的新支座運(yùn)送至指定區(qū)域，進(jìn)行重新安裝作業(yè)。使用不同厚度的鋼板對(duì)支座底面進(jìn)行填塞處理，消除空隙，增強(qiáng)剛度條件。需要調(diào)整支座表面標(biāo)高與原支座頂面標(biāo)高，以保證高速公路橋梁平整度，最后使用工程用結(jié)構(gòu)膠將支座與橋墩頂面進(jìn)行黏結(jié)[4]。

3.6 落梁施工控制

在上述施工作業(yè)步驟完成后，可進(jìn)行落梁施工。為保證落梁時(shí)的梁體平衡，通?？刹捎梅旨?jí)回油落梁方法，確保每級(jí)落梁的高度與每級(jí)頂升高度相同，一般為3～6mm，初次更換支座時(shí)每級(jí)3mm，有經(jīng)驗(yàn)后可逐漸加大?？v觀以往高速公路連續(xù)梁支座更換施工實(shí)際，普遍存在落梁施工控制不到位等問(wèn)題，落梁誤差得不到有效控制，尤其在后期不均勻沉降等影響下，更容易出現(xiàn)橫向位移誤差。對(duì)此，應(yīng)充分考量影響連續(xù)梁受力荷載狀態(tài)的潛在因素，做好應(yīng)力指標(biāo)技術(shù)控制。另外，需布設(shè)測(cè)試儀器及傳感器連接導(dǎo)線，聯(lián)機(jī)調(diào)試儀器，檢查各個(gè)應(yīng)變計(jì)，確保電路暢通，并處于良好的工作狀態(tài)。

4 連續(xù)梁支座更換施工動(dòng)力監(jiān)控系統(tǒng)研究

4.1 動(dòng)力監(jiān)控系統(tǒng)需求

連續(xù)梁支座更換施工中動(dòng)力監(jiān)控的實(shí)施應(yīng)充分考慮連續(xù)梁結(jié)構(gòu)形式，針對(duì)截面狀態(tài)的差異，設(shè)定行之有效的動(dòng)力監(jiān)控系統(tǒng)，為機(jī)具設(shè)備配置、頂升過(guò)程與應(yīng)力控制等提供有效參考。以分散布置的連續(xù)梁結(jié)構(gòu)為例，其構(gòu)件的整體強(qiáng)度相對(duì)較大，需要應(yīng)用更高的頂升應(yīng)力進(jìn)行作業(yè)，執(zhí)行機(jī)構(gòu)的液壓缸必須具有穩(wěn)定性能。因此，動(dòng)力監(jiān)控系統(tǒng)可將液壓缸的受力狀態(tài)作為重點(diǎn)，選擇具有代表性的監(jiān)控技術(shù)參數(shù)，有效采集液壓缸的受力參數(shù)，然后根據(jù)梁體結(jié)構(gòu)形變狀態(tài)，選擇頂升點(diǎn)，確定最優(yōu)監(jiān)控效果。需要根據(jù)所采集到的施工動(dòng)力監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)，隨時(shí)調(diào)整頂升過(guò)程與支座更換過(guò)程，避免梁體結(jié)構(gòu)構(gòu)件形變過(guò)大而形成反作用力。

4.2 液壓（或氣動(dòng)）動(dòng)力系統(tǒng)

對(duì)于電液比例控制液壓系統(tǒng)而言，應(yīng)按照連續(xù)梁支座更換施工的基本要求，設(shè)定動(dòng)力系統(tǒng)監(jiān)控體系，構(gòu)建形成頂升過(guò)程閉環(huán)控制機(jī)制，將控制精度保持在合理范圍內(nèi)。需配置性能穩(wěn)定的監(jiān)測(cè)裝置，以連續(xù)性的方式采集頂升數(shù)據(jù)信息，并比對(duì)分析其實(shí)際值與目標(biāo)值，當(dāng)二者偏差幅度超出額定值時(shí)，則形成預(yù)警，輔助調(diào)整頂升狀態(tài)優(yōu)化。對(duì)于氣動(dòng)動(dòng)力系統(tǒng)而言，則應(yīng)充分考量連續(xù)梁頂升的平穩(wěn)性和安全性，采用流量控制元件控制連續(xù)梁支座的位移幅度。實(shí)時(shí)控制氣動(dòng)動(dòng)力下的氣囊集群負(fù)載均衡狀態(tài)，通過(guò)優(yōu)化氣閥和空壓機(jī)的工作狀態(tài)調(diào)整空氣分配器效能。在橋墩設(shè)置位移觀測(cè)測(cè)點(diǎn)，觀測(cè)固結(jié)墩的位移變化，在橋面伸縮縫處設(shè)置兩個(gè)位移觀測(cè)測(cè)點(diǎn)，觀測(cè)橋面伸縮縫處的位移變化。

4.3 分布式監(jiān)測(cè)控制系統(tǒng)

現(xiàn)代軟件技術(shù)的創(chuàng)新發(fā)展與實(shí)踐應(yīng)用，為新時(shí)期連續(xù)梁支座更換施工中分布式監(jiān)測(cè)控制系統(tǒng)的構(gòu)建提供更為靈活的工具載體，使傳統(tǒng)技術(shù)條件下難以實(shí)現(xiàn)的監(jiān)測(cè)控制效果更具實(shí)現(xiàn)可能。因此，可搭建基于計(jì)算機(jī)技術(shù)與軟件技術(shù)的分布式監(jiān)測(cè)控制系統(tǒng)平臺(tái)，集中統(tǒng)一監(jiān)測(cè)、管理和控制相對(duì)分散的頂升數(shù)據(jù)信息，以參數(shù)化的方式調(diào)整優(yōu)化支座更換所形成的各項(xiàng)應(yīng)力。上述過(guò)程可采用集中控制和分散控制兩種不同方式，但二者在適用條件與監(jiān)測(cè)控制效果方面存在一定差異，需結(jié)合高速公路實(shí)際現(xiàn)狀予以綜合設(shè)定。在操作員和現(xiàn)場(chǎng)控制站之間建立系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)，在相應(yīng)監(jiān)測(cè)規(guī)則下協(xié)同開(kāi)展施工，以提高支座更換過(guò)程平穩(wěn)性。

4.4 人工同步控制策略

技術(shù)人員在高速公路連續(xù)梁支座更換施工中始終扮演著重要角色，同樣也是人工同步控制策略的直接實(shí)施者與操作者，其專業(yè)水平與技能的高低直接關(guān)系到連續(xù)梁支座更換施工效果。現(xiàn)狀表明，通過(guò)采用科學(xué)合理的方法策略，優(yōu)化提升人工同步控制模式，可在多個(gè)維度范圍內(nèi)保障頂升作業(yè)安全性，優(yōu)化控制各類閥件，滿足高標(biāo)準(zhǔn)、高要求的支座更換施工技術(shù)要求。在理論層面，可采用數(shù)列預(yù)測(cè)、區(qū)間預(yù)測(cè)和系統(tǒng)預(yù)測(cè)等方法，構(gòu)建人工同步控制模型，將整個(gè)頂升過(guò)程細(xì)化分解為預(yù)頂、稱重、頂升、持荷和負(fù)載下降等多個(gè)環(huán)節(jié)，形成完整有序的支座更換施工流程，保證更換施工信息準(zhǔn)確無(wú)誤。

4.5 連續(xù)梁抗扭反力驗(yàn)算

不斷交通狀態(tài)下的連續(xù)梁支座更換施工會(huì)使連續(xù)梁產(chǎn)生一定的扭矩反力，且在不同截面范圍下會(huì)存在不同應(yīng)力狀態(tài)表現(xiàn)。對(duì)此，可建立空間有限元模型，直觀模擬連續(xù)梁結(jié)構(gòu)構(gòu)件的應(yīng)力負(fù)荷狀態(tài)，計(jì)算支座不同位置支點(diǎn)的應(yīng)力條件，若應(yīng)力數(shù)值偏低，則可對(duì)支點(diǎn)單元進(jìn)行加密處理，以形成邊界條件約束，防止連續(xù)梁支座施工中出現(xiàn)偏載作用。計(jì)算固結(jié)墩處主梁可能產(chǎn)生的下緣拉應(yīng)力值，其拉應(yīng)力值應(yīng)小于該標(biāo)號(hào)混凝土的允許拉應(yīng)力值，并作為起頂過(guò)程的控制值。連續(xù)梁混凝土彈性模量、收縮徐變和自重誤差等均會(huì)對(duì)連續(xù)梁支座施工產(chǎn)生影響，為降低影響范圍，提高頂升強(qiáng)度等技術(shù)參數(shù)有效性，可對(duì)相關(guān)參數(shù)進(jìn)行敏感性分析，分析復(fù)雜荷載條件下的安全系數(shù)和控制指標(biāo)，為調(diào)整頂升力和頂升位移等提供依據(jù)[5]。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，受技術(shù)方法、施工過(guò)程與現(xiàn)場(chǎng)管理等要素影響，當(dāng)前高速公路連續(xù)梁支座更換施工實(shí)踐中依然存在諸多短板與不足，束縛著其整體施工成效的優(yōu)化提升。因此，技術(shù)人員應(yīng)摒棄傳統(tǒng)陳舊施工模式的束縛，強(qiáng)化對(duì)連續(xù)梁支座更換施工全過(guò)程的監(jiān)測(cè)分析，有效引入智能化施工理念，配置性能穩(wěn)定的頂升作業(yè)機(jī)械設(shè)備，并有序做好更換施工現(xiàn)場(chǎng)管理，提高作業(yè)人員實(shí)操技能，為提升連續(xù)梁支座更換質(zhì)量奠定基礎(chǔ)，進(jìn)而提升橋梁安全運(yùn)營(yíng)水平，為延長(zhǎng)高速公路使用壽命創(chuàng)造良好條件。