連續剛構橋梁中跨合龍段施工智能配重技術研究

廖高征 何磊祖 唐雙美

摘要：文章對連續剛構橋梁中跨合龍段施工過程的配重進行了研究，優化了傳統的合龍段施工工藝，并采用智能配重系統對合龍段施工的加載與卸載平衡進行精確控制，使總卸載誤差降到0.28 kN，可為后續相關合龍段施工提供借鑒。

關鍵詞：合龍段；智能配重；平衡；中央控制器

中圖分類號：U445.4A170555

0引言

隨著我國高速公路路網建設的飛速發展，不可避免要通過修建橋梁來穿越深谷河流。目前標準化要求越來越高，橋梁的施工質量也不斷提升，無論是對連續剛構橋還是其他橋梁，合龍段施工質量尤為重要，是橋梁建設成敗的重要標志［1］。而合龍段施工時兩端配重的控制是影響合龍段澆筑質量的關鍵因素。合龍段施工通常在兩端進行配重，減少混凝土澆筑時的撓度變形，保持T構兩端的不平衡彎矩小于主墩頂臨時固結所能提供的不平衡彎矩［2］。傳統的合龍段施工通常采用合龍段兩側梁體分別堆載沙袋、水箱或混凝土預制塊等方式配重，這些配重方式往往作業工序繁瑣、功效低下，在卸載過程中無法保證勻速且對稱地減少兩側平衡重量，使合龍段施工質量得不到很好保障。

因此，本文以黑水河特大橋主橋的合龍段施工為研究背景，采用智能化的工藝代替傳統的合龍段施工工藝，其中，對智能配重的施工工藝、技術原理進行研究尤為重要。

1工程概況

黑水河特大橋位于大新縣雷平鎮哈蘭村西側350 m處，該橋設計橋面單幅寬度為12.75 m。該橋橋型為38 m×30 m預應力混凝土連續T梁+（80+150+80）m預應力混凝土連續剛構箱梁。

黑水河特大橋主橋上部結構為單箱室截面，共有4個邊跨現澆段，4個邊跨合龍段，2個中跨合龍段，頂寬12.75 m，翼板長3 m，底寬6.75 m。中跨合龍段高為3.30 m，采用C55混凝土，單個中跨合龍段長2.00 m，體積為23.00 m3，重60 t。

2施工設計思路

2.1技術原理

中跨合龍段施工采用智能配重裝置進行加載、卸載平衡控制，其原理為澆筑的混凝土重量由合龍段底模承載，底模將壓力傳至吊架豎桿，再傳至安裝在吊架豎桿與錨固螺栓間的壓力傳感器，進行壓力數值記錄；壓力傳感器將檢測壓力值轉換成電信號傳遞給中央控制器；中央控制器接收到加載電信號后，根據接收到的壓力大小同步控制電磁閥及水泵開關，進行配重的卸載。介質水通過水管流出后，由電磁流量計實時記錄流速和累計流量值，轉換成電信號再重新反饋至中央控制器，通過中央控制器的計算程序檢驗澆筑混凝土量和泄水重量，實現加載與卸載的平衡。

2.2中跨合龍施工智能配重設備選擇分析

根據前述的技術原理，對整個智能配重系統進行設計及各設備的選型，具體內容如下。

2.2.1卸載系統的設計

中跨合龍段澆筑時，根據設計圖紙要求須在兩懸臂端各配重30 t，計劃兩懸臂端各放置兩個水箱（15 t/個）；整個系統按水箱數量分為四個控制單元，每個水箱為一個控制單元，配一個水泵、一個電磁流量計、一個自動開關；每個吊桿上安裝一個稱重模塊用于計量澆筑混凝土的重量；整個系統由一個中央處理器進行控制，如圖1所示。

2.2.2水泵的選擇

中跨合龍段中跨澆筑時，采用一臺地泵進行施工。根據懸臂現澆段施工經驗，地泵輸送混凝土速度為4 m3/h；拌和站平均出料速度為30 m3/h，配有6輛混凝土運輸車可隨時調配，拌和站距施工現場1.8 km，換算為現場供料速度為10 min/車（8 m3/車）。如表1所示。

根據以上信息得到混凝土澆筑速度為4.0 m3/h。混凝土重量按2.6 t/m3計算，換算成水的卸載速度為10.6 m3/h。合龍段混凝土澆筑施工時，考慮到加載位置的不均勻性，選擇的水泵最小抽水速度為10.6 m3/h。為提高電磁流量計的精度，選擇DN50的水泵（進出水口直徑為5 cm）。

2.2.3壓力傳感器的選擇

吊架通過吊桿懸掛于兩懸臂端混凝土上，橋面上部的吊桿上先安裝壓力傳感器，再安裝固定螺帽，使荷載先通過吊桿傳遞給壓力傳感器，再傳遞給懸臂端。

合龍段施工時主要荷載由混凝土荷載、吊架模板自重及施工荷載組成，利用Midas Civil軟件建模進行有限元分析，得到腹板位置的吊桿反力最大為10.6 t，故壓力傳感器的最大量程選擇10.6×1.2=12.72 t，如圖2所示。

2.3中跨合龍施工智能配重設備的檢驗

根據前述確定的設備需進行試驗檢測。隨機抽取3個壓力傳感器，逐個將壓力傳感器放置在室內壓力機上進行加壓檢測，在加壓過程中大致按預計荷載的0、25%、50%、75%、100%五個節點進行記錄，用壓力設備施加的壓力值與壓力傳感器檢測的數值進行比較，具體見表2和圖3。

由表2和圖3可知，第一組測試最大偏差為0.03 kN，第二組測試最大偏差為0.02 kN，第三組測試最大偏差為0.02 kN，均小于允許偏差0.05 kN，檢測結果滿足施工要求，表明該批壓力傳感器可用于現場施工。

電磁流量計的作用是對卸載的介質（水）進行計量，電磁流量計的準確性是保證加載、卸載平衡的關鍵因素。對電磁流量計檢測時，采用在不同流速下，對標準體積的介質（水）進行計量，具體是將標準體積的介質（水）采用不同的流速通過該設備，將電磁流量計顯示的數值與標準體積數值進行比較，每個流速下進行了3次測量。通過試驗得到的具體數據如表3所示。

因總荷載的偏差要求控制在200.00 kg以內，對澆筑60.00 t混凝土進行測算，將混凝土地泵的泵送速度4.00 m3/h換算成介質（水）的卸載速度10.40 m3/h，整個智能配重系統共4個水箱，可同時進行卸載作業，所以在澆筑混凝土的過程中，介質（水）的卸載速度為2.60～10.40 m3/h。由表3數據及圖4可知，在18.11 m3/h流速下，平均示值誤差為0.34%；在4.57 m3/h流速下，平均示值誤差為0.08%；由內插法計算在10.40 m3/h流速時，平均示值誤差為0.19%，被測體積與標準體積相差不大。合龍段總荷載為60.00 t，按最大誤差0.19%計算，澆筑完整個合龍段的荷載偏差為114.00 kg，在可接受范圍內。

3應用及優化

設備選型完成并在室內檢驗合格后，為了保證該系統能適應施工現場，需在現場進行實際的實施驗證，以發現系統的不足，并對其進行優化。

3.1智能配重系統在現場的實施（圖5）

3.1.1施工準備

施工前整理場地，達到標準化施工要求，安裝吊架及模板。

3.1.2安裝壓力傳感器

在安裝吊架時，將壓力傳感器（稱重模塊）同步安裝在吊架的吊桿上，通過實時檢測精軋螺紋鋼吊桿的承載力，用于采集混凝土澆筑時的荷載數據信息，并傳遞給中央控制器。

3.1.3放置水箱

將4個水箱對稱放置在合龍段的兩側。每個水箱直徑為2.8 m，高度為2.5 m。水箱上部設有進水口，下部設有出水口。

3.1.4安裝水箱開關、水泵及電磁流量計

將水箱、蝶閥（水箱自動控制開關）、水泵和電磁流量計按順序用50 mm鋼水管、法蘭盤及螺栓連接。主要部位功能如下：

（1）蝶閥：作為水箱的開關，在管道上主要起切斷和節流作用。

（2）水泵：在必要時對水的泄出起到加壓、增大流速的作用。

（3）電磁流量計：實時記錄泄水的流速和累計水流量，且必須安裝在水泵下游。

3.1.5安裝中央控制器

將中央控制器放置在水箱的一側，接入電箱，并將所有的壓力傳感器、蝶閥、水泵和電磁流量計的線路接入中央控制器。中央處理器對應水箱設置四個模塊，根據各模塊傳輸的數據，分別控制每個水箱的卸載設備，可保證在不均勻澆筑混凝土的過程中達到卸載平衡。中央處理器安裝完后，及時進行調試。

3.1.6合龍段混凝土澆筑施工

中跨合龍段開始澆筑混凝土，混凝土重量由模板傳給精軋螺紋鋼吊桿承載，中央控制系統讀取吊桿處的壓力傳感器數據，將混凝土重量增量轉化為水箱水量減量，同步傳遞信號至配重系統，定量進行開關，實時等質量放水。卸載過程中，安排管理人員全程檢查中央控制器及卸載情況。

3.1.7檢查驗收

在澆筑過程進行全程檢查跟蹤，發現混凝土澆筑完畢后，水箱內剩余一定量的水，與理論值有一定的偏差。

3.2偏差分析

經查看整個合龍段澆筑的記錄，發現澆筑完成后的重量未達到設計值，具體數據見表4～6。

經查中央控制系統數據及過程記錄的數據，根據表4～6分析，得到偏差曲線，見圖6～8，其中圖8中兩條線基本重合，可以看出澆筑完混凝土后，實時重量與累計流量荷載基本一致，說明壓力傳感器所發送的數據與電磁流量計所發送的數據基本匹配，可排除電磁流量計的故障。

根據表4～6分析，澆筑完混凝土后，尚剩余質量為1.17 t的水未排除；根據排查現場實際情況，得到的結論是壓力傳感器受力不均勻，需對現場安裝壓力傳感器位置進行處理。為了保證壓力傳感器數據的準確性，在壓力傳感器上下各增加一個型鋼墊塊（圖9）。

3.3糾偏后實施

經總結分析，在該橋另外一幅中跨合龍段進行再次實施，整個卸載系統安裝與上述方法一致，但在安裝壓力傳感器前先將接觸面混凝土鑿平，在壓力傳感器上下各安裝一個專用凹形型鋼墊塊，以保證壓力傳感器受力均勻，所測的數據準確。

澆筑混凝土過程中全程監控中央控制器及卸載情況。

3.4結果驗證

澆筑完成后對現場水箱卸載情況及中央處理器中的數據進行檢查，結果見表7～9和圖10～12。

根據表7～9分析，混凝土澆筑完成后，中央控制器統計的總卸載荷載為599.72 kN，與設計荷載600 kN相差0.28 kN（28 kg），檢查結果小于設計偏差范圍（200 kg），滿足施工質量要求。該智能配重系統可用于其他橋梁合龍段施工。

4結語

本文以黑水河特大橋左右幅中跨合龍施工為背景，對智能配重技術進行研究，認為該技術的使用有效提高了橋梁合龍段澆筑混凝土時的加載與卸載平衡精度。雖然第一次實施存在一定的偏差，但經過總結分析，及時找出原因并進行糾正，對壓力傳感器模塊優化后，在另外一幅中跨合龍段重新實施，取得良好的效果。

本文研究結果可為后續相關橋梁施工提供依據，該智能配重技術可應用于其他橋梁合龍段施工。

參考文獻

［1］張新志，張永水，朱慈祥，等.預應力混凝土連續剛構中跨合龍段配重方法探討［J］.施工技術，2008，37（2）：90-92.

［2］張寧軍.客運專線多跨連續梁合龍段施工技術［J］.鐵道建筑，2011（7）：1-3.

作者簡介：廖高征（1991—），工程師，研究方向：道路與橋梁施工管理。