高墩大跨連續(xù)剛構(gòu)橋施工控制關(guān)鍵技術(shù)研究

摘 要：為規(guī)范橋梁施工，解決傳統(tǒng)橋梁施工技術(shù)在主墩垂直度控制應(yīng)用中存在偏差等問題，將某地高墩大跨連續(xù)剛構(gòu)橋作為項(xiàng)目實(shí)例，對施工控制中的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)研究。根據(jù)項(xiàng)目部與有關(guān)調(diào)查組的實(shí)地勘察，掌握試點(diǎn)工程的基本概況，根據(jù)橋梁橋型布置與工程所在地的氣象、水文等情況，采用過翻模施工與垂直度控制技術(shù)、臨時固結(jié)處理、托架安裝與剛構(gòu)橋合攏控制，完成施工控制技術(shù)設(shè)計(jì)。將關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)用到項(xiàng)目實(shí)例，通過這種方式，證明本文提出的方法不僅可以對翻模施工中主墩垂直度進(jìn)行控制，還可以提高全橋合攏段的施工精度。

關(guān)鍵詞：高墩；施工控制；連續(xù)剛構(gòu)橋；大跨

中圖分類號：U 44" " 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

1 工程概況

根據(jù)項(xiàng)目部與有關(guān)調(diào)查組的實(shí)地勘察，發(fā)現(xiàn)所選的試點(diǎn)工程為該地區(qū)重點(diǎn)工程，此工程具有大跨、連續(xù)、高墩等特點(diǎn)，橋梁基本情況見表1[1]。

試點(diǎn)橋梁共有兩聯(lián)，對應(yīng)橋梁第一聯(lián)與第二聯(lián)橋型布置如圖1所示。

在掌握項(xiàng)目的基本情況后，對橋梁工程所在地的氣象、水文等情況進(jìn)行分析，橋梁工程所在地的氣象、水文等情況見表2。

在上述內(nèi)容的基礎(chǔ)上，應(yīng)明確橋墩的高度和數(shù)目都比較大，根據(jù)工程要求，該橋按2～4車道、8個主墩橋墩設(shè)計(jì)，主墩高度為34m～91m。橋梁上部結(jié)構(gòu)的跨數(shù)較多且主跨之間的跨度相對較大，其中6#～9#為連續(xù)剛組合結(jié)構(gòu)，綜合現(xiàn)場調(diào)研后發(fā)現(xiàn)，上梁施工存在很大的安全隱患，當(dāng)進(jìn)行橋梁懸灌施工時，需要兩次穿越既有省道，該省道的車輛流量較大，且存在一定安全隱患。因此，在綜合分析與研究后發(fā)現(xiàn)，此橋梁在施工中的墩柱垂直度控制難度較高。在此基礎(chǔ)上，考慮橋梁上部結(jié)構(gòu)的跨度較大，且邊跨結(jié)構(gòu)位于陡峭土坡上，因此，在施工中還需要做好橋梁工程的臨時固結(jié)控制，避免出現(xiàn)下沉量過大的情況。為滿足上述需求，保證工程項(xiàng)目的規(guī)范化建設(shè)，本文將對這個工程項(xiàng)目在施工中的控制技術(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)與研究，具體內(nèi)容如下。

2 翻模施工與垂直度控制技術(shù)

為保證工程項(xiàng)目的順利施工，滿足橋梁施工中的控制需求，可以在綜合考慮橋梁設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)、施工場地、工期建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)與要求的基礎(chǔ)上，采用“外包整體提升架+翻模”的方式進(jìn)行剛構(gòu)橋施工[2]。在此過程中，以固化后的混凝土墩體為支撐主體，利用與已經(jīng)澆筑好的混凝土橋墩相連接的下部施工模板對上部施工模板進(jìn)行支承，并在澆筑好的橋墩上預(yù)先埋設(shè)鋼棒孔，在此基礎(chǔ)上，對鋼底架進(jìn)行加工，搭設(shè)鋼管，形成作業(yè)平臺，在平臺上進(jìn)行模板定位、定位、綁扎、澆注混凝土，在施工中對剛構(gòu)橋進(jìn)行垂直度控制。

為滿足上述需求，在施工過程中，考慮橋梁主墩結(jié)構(gòu)自身較為高大，可根據(jù)各區(qū)段的施工時間節(jié)點(diǎn)和機(jī)具長度，遵循減少漿縫和節(jié)約鋼筋配料等原則，設(shè)計(jì)每套模板每層1.5m。在施工前，需要對橋梁的線性和結(jié)構(gòu)進(jìn)行測量和計(jì)算，確定模板的尺寸和形狀[3]。同時，還需要準(zhǔn)備好所需的設(shè)備和材料，例如模板、支撐架、混凝土等。根據(jù)測量和計(jì)算結(jié)果，將模板按照設(shè)計(jì)要求進(jìn)行安裝。在澆筑過程中，需要注意混凝土的配合比和澆筑速度，保證混凝土的質(zhì)量和穩(wěn)定性。在下一層混凝土澆筑完成后，將上一層的模板翻轉(zhuǎn)至下一層進(jìn)行施工。在翻轉(zhuǎn)過程中，需要注意模板的穩(wěn)定性和安全性，保障施工人員的安全，按照上述步驟重復(fù)施工，完成橋梁的翻模施工，避免出現(xiàn)模板變形或脫落等情況。

為保證翻模模板在施工中的垂直度控制，可從3個方面，對施工中構(gòu)件、材料參數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)。參數(shù)設(shè)計(jì)見表3～表5[4]。

在完成上述參數(shù)設(shè)計(jì)后，將施工中有混凝土振搗產(chǎn)生的荷載控制在4kPa內(nèi)即可。

在上述內(nèi)容的基礎(chǔ)上，輔助激光垂直儀、全站儀等，對模板進(jìn)行定位。在模板定位中，激光垂直儀和全站儀可以相互配合使用。使用激光垂直儀測量模板的垂直度和高度，確定模板的大致位置，再使用全站儀測量模板的坐標(biāo)位置，進(jìn)一步確定模板的具體位置和姿態(tài)。利用這種組合使用的方法，可以獲得更準(zhǔn)確、更可靠的模板定位結(jié)果。需要注意的是，當(dāng)使用激光垂直儀和全站儀進(jìn)行模板定位時，需要選擇合適的測量方法和參數(shù)設(shè)置，保證測量結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性[5]。同時，還需要注意儀器的維護(hù)和保養(yǎng)，保證儀器的正常工作和精度。在完成控制后，以4#主墩為例，對橋墩左幅墩頂進(jìn)行測量，測量結(jié)果見表6。

參照上述結(jié)果，計(jì)算翻模施工中橋梁4#主墩垂直度控制結(jié)果，計(jì)算過程如公式（1）所示。

（1）

式中：C為橋梁4#主墩垂直度；?x為橋墩4#主墩墩頂橫坐標(biāo)中心點(diǎn)理論值與實(shí)測值的差值；?y為橋墩4#主墩墩頂縱坐標(biāo)中心點(diǎn)理論值與實(shí)測值的差值；J為橋梁主墩對應(yīng)的截面位置。根據(jù)公式與現(xiàn)場考察結(jié)果，將相關(guān)數(shù)值代入公式（1），得到C的值。

計(jì)算得到C為0.01%，根據(jù)翻模施工中橋梁主墩垂直度控制標(biāo)準(zhǔn)，C=0.01%lt;0.3%，由此可以證明橋墩4#主墩墩頂坐標(biāo)的理論值與實(shí)測值誤差較小，即橋墩在施工中的垂直度控制良好。

3 大跨連續(xù)剛構(gòu)橋墩梁的臨時固結(jié)處理

在上述內(nèi)容的基礎(chǔ)上，考慮橋梁6#、9#存在墩梁分離的問題，為避免澆筑中出現(xiàn)主梁結(jié)構(gòu)失穩(wěn)的問題，需要對主梁采取有效的措施，進(jìn)行臨時錨固處理[6]。根據(jù)橋梁的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和施工要求，選擇合適的臨時固結(jié)措施。常用的臨時固結(jié)措施包括鋼支撐、混凝土墊塊等。

為保證墩梁固結(jié)處理可以達(dá)到預(yù)期效果，按照公式（2），計(jì)算施工中的機(jī)械、材料等施工荷載。

hs=L×2.5 " （2）

式中：hs為大跨連續(xù)剛構(gòu)橋墩梁臨時固結(jié)處理中機(jī)械、材料的施工荷載值；L為箱梁寬度。按照上述公式，將計(jì)算結(jié)果換算成荷載，并作用于箱梁的另一側(cè)。

在完成上述計(jì)算后，計(jì)算掛籃荷載，在澆筑過程中，將梁段端頭的集中力矩和集中應(yīng)力假定成混凝土澆筑時的作用力。以此為依據(jù)，對連續(xù)剛構(gòu)橋墩梁施工中的掛籃受力進(jìn)行分析，橋墩梁施工中單片掛籃結(jié)構(gòu)的受力狀況如圖2所示[7]。

在圖2中，整體結(jié)構(gòu)的大三角形為三角掛籃中的單片三角桁架，在施工中，可以假設(shè)混凝土澆筑過程中產(chǎn)生的荷載為作用在已經(jīng)完成施工梁體端頭的集中力與集中力矩。

根據(jù)施工過程的砼灌注節(jié)段與掛籃自重可知，作用在已經(jīng)完成施工梁體端頭的集中力與集中力矩均勻分布在兩側(cè)，因此兩端的0.225P×2=0.45P，只有施工中單片結(jié)構(gòu)受力滿足上述要求，才能保證三角桁架砼澆筑過程的受力處于相對平衡的狀態(tài)。

在掌握三角桁架單片結(jié)構(gòu)受力的基礎(chǔ)上，分析掛籃對橋梁中已完成灌注施工砼梁段的作用力，如圖3、圖4所示。

在圖3中，P為砼灌注節(jié)段與掛籃自重合計(jì)，d為掛籃前后支點(diǎn)間距。在計(jì)算過程中，可以根據(jù)橋墩梁施工中掛籃結(jié)構(gòu)的前支點(diǎn)與后支點(diǎn)位置，計(jì)算已完成澆筑梁段的距離，在計(jì)算中，可以將此段距離定義為掛籃前后支點(diǎn)間距，若掛籃后支點(diǎn)的作用力為垂直向上的作用力，則對應(yīng)的掛籃前支點(diǎn)需要作用一個反方向雙倍作用力，才能保證作用力在經(jīng)過支點(diǎn)作用與消耗后，與掛籃后支點(diǎn)的向上作用力呈現(xiàn)平衡狀態(tài)。

圖4為圖3的簡圖，在圖4中，M為集中力矩，可以利用公式（3）計(jì)算M。

M=0.45P×d （3）

在固結(jié)處理過程中，可以根據(jù)墩梁分離對應(yīng)的工況與砼梁段的作用力，設(shè)計(jì)d值、M集中力矩值，以此種方式，對大跨連續(xù)剛構(gòu)橋墩梁進(jìn)行臨時固結(jié)處理，需要注意的是，臨時固結(jié)處理是橋梁施工中的一項(xiàng)重要措施，但并不是永久性的結(jié)構(gòu)。因此，在施工過程中應(yīng)嚴(yán)格遵守施工規(guī)范和設(shè)計(jì)要求，保證臨時固結(jié)的穩(wěn)定性，保障安全性。

4 托架安裝與剛構(gòu)橋合攏控制

在上述內(nèi)容的基礎(chǔ)上，考慮到試點(diǎn)工程中的設(shè)計(jì)0#塊有12個，且大部分墩柱結(jié)構(gòu)較高，在施工中無法按照常規(guī)的方式進(jìn)行支架搭設(shè)，因此在經(jīng)過項(xiàng)目部與有關(guān)部門的綜合商議后，決定采用墩身預(yù)埋托架的方式進(jìn)行施工。

在托架安裝中，需要根據(jù)0#塊的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和設(shè)計(jì)要求，選擇合適的加工材料，加工時，要嚴(yán)格控制加工精度，保證托架的尺寸、形狀和穩(wěn)定性符合設(shè)計(jì)要求。將木楔塊放置在托架的相應(yīng)位置，保證其穩(wěn)定性和垂直度。當(dāng)安裝橫梁時，保證橫梁與木楔塊緊密連接，并能夠承受施工過程中的荷載。根據(jù)設(shè)計(jì)要求，搭設(shè)底模支架。底模支架應(yīng)該具有足夠的強(qiáng)度和穩(wěn)定性，能夠支撐底模和混凝土。當(dāng)搭設(shè)底模支架時，需要進(jìn)行調(diào)整和固定，保證支架穩(wěn)固可靠。將底模板按照設(shè)計(jì)要求依次安裝。底模板應(yīng)該平整、光滑，能夠保證混凝土的澆筑質(zhì)量。當(dāng)安裝底模板時，要保證其平整度和垂直度符合設(shè)計(jì)要求。

在完成上述內(nèi)容設(shè)計(jì)后，對剛構(gòu)橋進(jìn)行合攏。在合攏前，需要對橋梁的線性和結(jié)構(gòu)進(jìn)行測量和計(jì)算，確定合攏段的長度和位置。在合攏段施工過程中，需要采取臨時鎖定措施，保證合攏段的穩(wěn)定性和保障安全性。同時，需要控制合攏精度，保證橋梁的線性。在完成施工后，對全橋合攏段精度進(jìn)行分析，分析結(jié)果見表7。

5 結(jié)語

隨著我國交通基礎(chǔ)設(shè)施不斷完善，高墩大跨連續(xù)剛構(gòu)橋作為一種常見的橋梁結(jié)構(gòu)形式，在交通建設(shè)中得到了廣泛應(yīng)用。然而，橋梁施工過程會受到各種不確定因素和復(fù)雜環(huán)境影響，橋梁的施工控制尤為重要，因此，對此類橋梁的施工控制研究成為當(dāng)前一個重要課題。本文以某地高墩大跨連續(xù)剛構(gòu)橋?yàn)轫?xiàng)目實(shí)例，完成了此次研究，通過本次研究，綜合上文所述內(nèi)容，得到以下結(jié)論。1）根據(jù)橋墩4#主墩墩頂坐標(biāo)測量結(jié)果可知，橋梁4#主墩垂直度為0.01%，小于0.3%，說明按照設(shè)計(jì)的方法進(jìn)行施工，橋墩在施工中的垂直度控制良好。參照此步驟對橋梁中其他主墩結(jié)構(gòu)進(jìn)行控制，控制后發(fā)現(xiàn)其他主墩在翻模施工中的垂直度均滿足小于0.3%的要求，即提出的方法應(yīng)用效果良好。2）根據(jù)全橋合攏段精度分析的結(jié)果可以看出，在全橋合攏施工后，多個區(qū)段的合攏精度誤差均在允許誤差范圍內(nèi)，說明本文設(shè)計(jì)的方法可以提高全橋施工質(zhì)量。

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