大跨度橋梁抗震特點及施工技術分析

劉亭玉，謝永康，鐘 鳴

（武漢地鐵運營有限公司，湖北 武漢 430033）

1 大跨度橋梁抗震特點

1.1 大跨度橋梁抗震需求分析

大跨度橋梁在我國的建設規模在不斷擴大，占到了全部橋梁的60%以上。由于其跨度大，且橋體部分缺乏足夠的基礎支撐，因此大跨度橋梁在穩定性和強度方面有著很大的需求，這也是提高其抗震性能的主要手段之一。為了將大跨度橋梁成功建成并投入使用，同時還要確保使用過程中的安全性，達到預期的使用壽命，需要采取一定的橋梁加固技術，來提升橋梁的穩定性和承載能力，同時也達到提升抗震水平的目的，即使面臨地震災害，也能夠維持橋梁不坍塌。因此，在大跨度橋梁設計施工時，必須將其抗震需求納入考慮范圍，設計出相應的橋梁加固技術并有效落實，這對于實現大跨度橋梁的價值有著重要的現實意義。

1.2 大跨度橋梁的抗震特點分析

我國有不少地區處于地震多發的地帶，而地震災害對于基礎建筑尤其是對道路、橋梁等交通網絡有著很大的破壞力。為了提升大跨度橋梁的抗震性能，需要對其抗震特點進行研究，然后有針對性地開展大跨度橋梁的抗震設計和施工。大跨度橋梁的抗震特點主要有以下幾方面。

（1）概念設計對大跨度橋梁的抗震性能的影響較大。在進行大跨度橋梁的施工前，需要做好方案設計，抗震設計規劃是其中的一個重要方面，在做好抗震規劃后，才能有方向性的確定具體需要應用的橋梁施工技術。在進行抗震規劃時，概念設計對于大跨度橋梁的抗震性能有著重要的影響，其合理度對于橋梁的抗震等級有著決定性的影響。概念設計需要深入分析大跨度橋梁各組成部分之間的力學支撐關系，為后期提出合理的抗震設計提供基礎框架并指明方向。通過概念設計還能夠對橋梁的抗震能力進行準確評估，根據評估結果對抗震設計進行靈活的變更，使設計的抗震方案能夠更加符合具體工程項目的實際情況，更具有可行性。

（2）橋梁結構的延性特點。橋梁結構構件自身的延展性是大跨度橋梁的抗震特性之一，這一特性能夠有效地緩解地震破壞力對橋梁造成的沖擊。其原理就是在地震發生時，橋梁結構構件的延展性會發生作用，使構件發生塑形的變化，將結構的破壞控制在橋梁能夠承受的范圍內，并且避免關鍵部位被破壞，保證橋梁結構維持穩定不坍塌，從而保障大跨度橋梁在地震中的安全性。

（3）橋梁自身的減震隔震特點。大跨度橋梁的支座通常使用鉛芯橡膠材質或者高阻力橡膠材質，這種支座能夠起到較好的減震作用，在發生地震時，橋梁在接收到地震的能量后會進入塑形期，在此期間支座對于地震能量能夠進行有效的阻擋和消耗，進而減輕地震對于橋梁的破壞力。另外，大跨度橋梁配備的隔震裝置會將地震能量轉移出去，進而減輕橋梁結構所受到的地震破壞能量，具有較好的抗震效果。

2 大跨度橋梁施工技術分析

大跨度橋梁施工中的一些具有加固效果，能夠提升橋梁整體強度的技術，也能夠有效的提升橋梁的抗震性能，具體分析如下。

2.1 施工技術注意要點

（1）控制橋梁結構變形。在大跨度橋梁施工的過程中，要加強對橋梁變形的控制，可以從以下兩方面著手。第一，要控制填料受外力壓縮而產生的變形。填料是大跨度橋梁施工中的重要原材料，填料的性能對于橋梁的質量有著重要影響。因為填料在受到外力后容易被壓縮變形，進而導致橋梁結構的變形，影響穩定性。為此在施工中需要結合填料的性質選擇恰當的處理方法，減少填料之間的空隙，縮小其沉降差，降低變形的可能性；同時可以選擇具有高強度的填料，保障大跨度橋梁的施工質量。第二，合理利用施工控制網。通過構建穩定的施工控制網，能夠有效地監測并控制橋梁結構變形。橋梁施工中的控制網主要分兩種，即高程控制網和平面控制網。兩種類型的控制網都屬于點位控制管理，其中高程控制網的精度較高，能夠實現等級較高的橋梁工程的變形控制。而平面控制網具有較強的特殊性，在布置形式上有特殊要求，需要按照雙大地四邊形進行布置，借此提高點位的精度，并且在施工中要進行動態的管理。

（2）合理選擇工作基點。通過合理的選擇工作基點，能夠有效地提高大跨度橋梁結構的穩定性，實現有效的橋梁基礎施工控制。當前的大跨度橋梁施工時應用較多的是掛籃懸臂施工，為了確保施工質量，需要對結構進行固定，并實行掛籃澆筑塊的差異化管理，這就需要借助平面基點來實現。平面基點設計在橋墩頂部的箱梁內、頂板的位置，通過對工作基點的合理布局，來實現掛籃澆筑施工控制。

（3）優化處理橋梁軟土地基。橋臺以及過渡段的地基如果是軟土性質的，則必須進行硬化處理，以提高其承載能力，保障橋梁結構的穩定性。一般情況下，橋臺的軟土地基對于鉆孔灌注樁技術的應用較多，應用該技術后，能夠有效提升橋臺地基的承載力和穩定性；過渡段的軟土地基較為常用的處理技術有換填法、排水固結法等。根據具體的大跨度橋梁工程項目的實際情況，需要選擇合適的軟土地基處理技術，減少過渡段出現裂縫、跳臺等問題的可能性。

2.2 大跨度橋梁施工技術

2.2.1 橋梁基礎施工技術

大跨度橋梁的基礎施工技術主要包括以下幾種，具體分析如下。

（1）大型深水群樁基礎施工技術。該技術的應用流程主要有：第一，鉆孔平臺搭設。近年來在大型深水樁基礎施工中新開發了鉆孔平臺搭設的技術和工藝，應用較多的有鋼護筒平臺和鋼吊箱平臺。鋼護筒平臺是使用打樁機或打樁船，將鋼護筒垂直打入較深處的土層中，然后在鋼護筒的頂部安裝平臺板作為樁基礎施工的平臺，其主要的支撐結構就是豎向打入土層的鋼護筒。而鋼吊箱平臺則是通過在合適的位置上設置鋼吊箱，并加裝鋼護筒，形成樁基礎作業的平臺；該技術一般適用于承臺地面和河床基層較高的情況，在承臺高程之下的土質比較松軟時，也可以使用該種技術。第二，鉆孔灌樁施工。大跨度橋梁的深水群樁基礎的樁徑大、入土深且數量多，對于施工質量的要求很高，因此在進行鉆孔施工時務必要做好質量的控制，具體可以從泥漿合理配比、把控好樁基的垂直度、控制水下混凝土澆筑等環節著手，實現施工質量的有效控制。第三，大型鋼吊箱施工。當前在該工序施工過程中應用較多，效果較好的有整體吊裝工藝和整體同步下放兩種工藝。整體吊裝工藝，主要工藝流程是：在岸邊將整體鋼吊箱使用滑道、水上浮運等方式運送到海面或江面的樁基礎施工現場，到達施工現場后，按照施工工序進行吊裝、定位、水下封孔等作業。該工藝技術具有許多的優勢，比如施工快速簡便、精度高、安全性好，能夠取得較好的基礎施工效果，因此得到了較多的應用。整體同步下放工藝，該工藝是指在鋼吊箱施工過程中，以已完工的樁基礎為支撐，在橋墩處將鋼吊箱整體加裝完畢，然后通過計算機的控制，使用規格較大的千斤頂來將鋼吊箱整體同步下放至預定位置。這種工藝技術能夠突破傳統鋼吊箱下放過程中所受到的鋼吊箱重量、規模、體積等的限制，尤其是在大跨度橋梁基礎施工中能夠起到較好的效果，因此應用和發展前景十分廣闊。

（2）地下連續墻施工技術。地下連續墻施工技術具有各方面的優勢，如能夠很好地適用于各種現場環境，對地層結構破壞性較小，能夠增強地基的強度和防滲性能，產生的噪音污染較小等，因此在大跨度橋梁基礎施工中也較為常用。該技術的主要應用流程包括施工準備、基層清理、鉆孔、混凝土澆筑和養護等。

2.2.2 索塔施工技術

（1）混凝土索塔施工。鋼筋混凝土索塔是大跨度橋梁索塔施工的最常見的形式。混凝土索塔的主要施工流程是，向工廠提供索塔的設計圖，由工廠預制加工；在加工完成后，將索塔分節運送至大跨度橋梁施工現場，然后使用塔吊等設備對索塔進行吊裝、按節進行垂直連接。吊裝完成后，對橫梁的尺寸進行測量，然后按照測量結果分塊澆筑橫梁，最后進行張拉后即完成混凝土索塔的施工。

（2）索塔抗傾斜措施。混凝土索塔的塔柱在長期受外界應力以及自身重力的作用下，會產生較大的張力，進而增加底部出現混凝土裂縫問題的概率；而一旦發生裂縫并持續擴大，會導致塔柱的穩定性降低進而引發傾斜，因此在施工中必須采取合理的措施預防這種現象的出現。主要措施有，在施工時進行分段設置主動支撐，在水平方向上提供支撐力，這樣能夠有效減少張力對塔柱的影響；在完成索塔柱的施工后，就可以拆除主動支撐。

2.2.3 超長斜拉索施工技術

在進行大跨度橋梁的斜拉索施工時，需要根據工程現場的實際條件，比如斜拉索的長度、牽引張拉的方式等，來確定具體的施工方案。具體來說，針對索塔柱附近長度較短的斜拉索，當拉索使用塔吊提升至塔端后，可以使用手拉葫蘆的牽引方式將斜拉索拉至兩端錨頭部位，最后在塔端進行張拉。而對于具有一定長度的斜拉索，則需要使用吊索車將索盤吊起，然后使用塔吊將其掛到塔端與展索上，之后應當借助于卷揚機和連續千斤頂的方式來進行斜拉索的牽引，并將其引至錨頭處進行固定，最后在塔端進行相應張拉。一般情況下，張拉的位置會設置在塔端的部位，因為在這一部位進行施工操作能夠減輕橋面的荷載。

2.2.4 高性能混凝土施工技術

該技術應用于大跨度橋梁的施工中，能夠有效地提升大跨度橋梁的穩定性與強度，進而實現較好的抵御地震及其他外力破壞的效果。具體來說，該技術在大跨度橋梁施工中進行應用時，需要考慮以下方面的內容，以確保能夠起到預期的效果。

（1）合理選擇混凝土原材料。第一是骨料的選擇。在進行混凝土級配時，集料的選擇應當注意以下內容。首先是細骨料的選材，細骨料一般選用粗砂，在具體的選材過程中，要控制細骨料的細度模量，太粗的細骨料會造成混合后的混凝土密實度不夠，一般控制在2.3~3較為合適；要控制細骨料粒徑，一般在0.315~5 mm之間的粒徑可選，高于或低于此標準的骨料含沙量會較高，影響混凝土級配的效果；另外還要控制細集料中的有害物質的含量，例如淤泥、云母、硫化物、硫酸鹽等，盡量避免這些有害物質的出現或含量超出標準。其次是粗骨料的選擇。選擇粗骨料時應當按照硬度高、干凈、表面較粗糙的標準來進行。粗骨料選材時，要進行巖石抗壓強度的測試，來檢測其強度是否符合要求，并進行堿活性檢測，確認使用過程中是否會帶來質量危害。同時對于粗骨料中的有害物質含量也應當進行嚴格的控制；另外其中的片狀顆粒或針狀顆粒的含量不應超出8%，否則會影響混凝土的強度。

第二是水泥的選擇。首先要確定水泥的強度等級，一般以設計的混凝土強度等級的1.2倍的標準來確定。其次，大跨度橋梁施工用的混凝土，選擇的水泥應當與配套的減水劑能夠較好地相溶。最后，應當避免使用立窖水泥和早強型水泥，以有效控制混凝土體積的穩定性。

第三是礦物摻合料的選擇。在大跨度橋梁的混凝土施工中，可以加入適量的礦物摻合料，能夠減少水泥用量，減少水化反應產生的熱量，避免溫差造成的混凝土裂縫，還能夠提升混凝土結構的抗腐蝕性能以及密實度。在實際施工中，應用較多的礦物摻合料有粉煤灰、硅粉、沸石粉等，具體的用量和種類應當根據具體工程項目的需求來選擇。

第四是外加劑的選擇。在選用混凝土外加劑時，應當以外加劑是否能與水泥、礦物摻合料具有良好的相溶性為標準，具體的用量一般不超過水泥含量的5%。同時，添加的外加劑不能產生對人或環境有毒有害的物質，因此應當避免使用氯鹽外加劑，一般較為常用的外加劑有減水劑、引氣劑、緩凝劑等。

（2）施工過程控制。首先是混凝土的配比攪拌環節。選擇混凝土拌合站時要考慮到運輸距離，一般選擇距施工現場較近的拌合站，拌合站的各種拌合設備、計量必須符合精度要求；嚴格按照設計的各種原材料配比進行攪拌，需要注意的是水的添加量，必須要扣除骨料和外加劑中的含水量；攪拌的時間通常在3~5 min，要確保拌合的充分、均勻、沒有離析等現象。其次是混凝土的澆筑環節。澆筑時要避免傾倒的高度過高，否則容易出現混凝土離析、水分揮發等問題；如果現場不具備條件的，可以借助滑槽、溜管等設施來進行澆筑。對于塔柱、橋墩這些體積較大或長度較長的構件，澆筑時應當采用分層連續澆筑的方式，確保澆筑的效果。最后是混凝土的養護環節。

3 結束語

綜上所述，為了確保大跨度橋梁的施工質量，提升其穩定性和強度，增強其抗震性能，避免在地震中遭受嚴重破壞，需要結合其抗震特點和抗震需求，來合理地應用各種施工加固技術，做好大跨度橋梁的基礎、索塔、斜拉索、混凝土澆筑等的施工，通過各環節的質量控制，實現大跨度橋梁整體質量和抗震能力的提升。