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桥梁施工方案研究

摘要:文章针对目前已有的桥梁悬臂施工领域中所存在的问题,结合国内外当前较为流行的技术手段,提出了基于内部控制的桥梁悬臂施工技术解决方案,突破了以往常规的桥梁悬臂定性施工的限制,可应用于多数桥梁悬臂施工方案中,解决了桥梁悬臂对于特定场地的应用限制问题,具有广阔的应用前景。

关键词:悬臂技术;桥梁施工;方案研究

随着“一带一路”以及“互联网+”等国家方针政策的不断提出和落实,对我国现阶段的交通基础设施提出了更高的要求,财政部每年都为这类基础的项目、设施投入巨大的资金支持,在这些项目和设施中,桥梁的建设在某种程度上占据了很大一部分,在经过多年的桥梁施工建设之后,桥梁各方面的施工技术得到了快速发展,我们也积累了很多宝贵的技术经验,桥梁的悬臂施工技术便是在这样的环境下而逐步发展起来的。总体上来说,桥梁的悬臂施工技术的特点可以概括如下几方面:操纵方便、施工快捷、成本低廉。目前,有关桥梁悬臂技术施工方面的研究也越来越多,但多数都是现存的一些成熟技术的探讨。本文针对目前已有的桥梁悬臂施工领域中所存在的问题,结合国内外当前较为流行的技术手段,提出了基于内部控制的桥梁悬臂施工技术解决方案,突破了以往常规的桥梁悬臂定性施工的限制,可以应用于多数桥梁悬臂施工方案中,很好地解决了桥梁悬臂对于特定场地的应用限制问题,具有广阔的应用前景[1]。

1悬臂技术核心问题

所谓的悬臂技术即桥梁在施工的过程中的所有相关的悬臂浇筑设备,它的主要构成部分分为:主桁架、模版体系、锚固体系以及走形体系、挂吊部分、拉伸操作系统。其旨在提供一个可自由移动的模版架构,使用悬臂吊挂在悬臂梁上后,逐渐循环工作,以此来完成全部工程梁体的浇筑。桁架的主要目的是承重作用,模版体系由内部模以及外部模共同组成,内部模通过滑梁来进行移动,而外部模则通过侧边和底边模来进行移动和滑行。悬臂系统的走形部分通常利用特殊的滑轨来作为模版,通过电动机械来进行牵引。常见的桥梁悬臂系统分为桁架式、侧拉式以及滑动式几种类型,而桁架式又可细分为菱形桁架式、多弓弦式,侧拉式可分为三角侧拉和滑动侧拉等[2]。桥梁悬臂施工因其独有的特点而广泛应用于各类建筑工程中,应用范围较广,在施工的全过程中,底梁始终不会变形,效率和施工精度都很高,一般的桥梁悬臂系统如图1所示。

2工程实例分析

以南宁某桥梁为例,其大跨径的连续刚架构部分的布局为“55m+110m+55m”,混凝土的刚度为C55型,桥墩高度为55m,其箱梁构造为单箱室梁体,并采取多向的预应力支撑方式,桥墩结构如图2所示。连续的刚架构桥梁设计为超静定的结构,几何线形较为理想,与自身的设计关联度较大,与此同时更对合理的施工方案和控制措施有较强的联系,箱梁在施工过程中对混凝土重量、光照以及温度的变化较为敏感,而对于墩体的收缩等因素依赖性较强,会因此而产生纵向的挠度,同时也会使悬臂的端部线形发生轻微改变,因此,在浇筑过程中如何控制施工节点并适度地调整梁底标高来成功获取预期的结构线形,是桥梁悬臂施工过程中的重要问题[3]。图2桥墩结构图2.1总体布局方案悬臂浇筑方式的施工理念,是将所有梁划分成若干个部分,然后逐个、分次序进行浇筑,且位于主桥墩两侧的部分对称,而且重量以及长度均相匹配,在混凝土浇筑时仍要对称的进行[4]。位于主桥墩上的部分可通过支架进行浇混凝土,侧边有长度适宜的非平衡区域,也可以进行现浇混凝土,剩余的所有部分通过悬臂的方法来进行浇筑,需要注意的是,在最后的合拢过程中,一定要按照侧边、中间、后边的顺序进行,由于悬臂的挂篮为沿桥体方向移动的钢板,且梁的高度是变化的,因此挂篮的底部、侧向以及内部模板均呈分离状,可便于依据所设计的结构尺寸来进行调节。2.2施工控制措施在桥梁的悬臂浇筑过程中,出于稳定性以及安全等方面的考虑,主桥墩、箱梁需利用临时的支架来形成T型的结构,并在合拢之后拆除所搭建的固定转接架构。以南宁某桥梁施工的具体过程为例,支座为可移动型的橡胶材质,即所谓的铰链,在此情况下的施工可能因悬臂自身的不平衡浇筑而引起悬臂倾斜及破坏[5]。因此,为确保整个施工期间的安全,要对悬臂部分进行有效的控制,可通过采取在主桥墩顶部的橡胶支座方向上增设刚性支座的方式来实现工程的稳定性和安全性,如果条件允许,也可通过精轧螺纹钢将支座与主桥墩连接为一个整体部分,这在某种程度上来说,已经演变为临时的刚性架构,但从竣工后长远的使用方面来看利大于弊。

3桥梁悬臂混凝土浇筑施工细节分析

通过泵送的方式在各梁部分的悬臂之间实现混凝土的浇筑过程,且坍落度务必控制在15~20mm之间,当施工现场的温湿度、运输方式以及具体浇筑的速度发生变化时,也能相应做出调整。3.1悬臂载荷性能设计在进行悬臂的载荷性能设计过程中,应充分地考虑到载荷基座的长度是由悬臂浇筑的最长段决定的,桥体的宽度以及箱梁的界面构型均决定了悬臂的横断面的具体布局方式,当桥体的横断面仅为一个箱时,通过一个挂篮便可完成施工的全过程[6]。当箱梁为多箱形式时,为保证悬臂施工过程的灵活性以及安全性,也可通过使用多个挂篮来协同施工。悬臂载荷的设计,需按照1kPa左右的均等重量来计算模板的重量,而模板的全部重量又包括侧方、内部、底部以及端部模板等,在模板具体的尺寸规定之后,需进行详细、准确的计算。而对于模板各部分的重量,包括千斤顶、油泵等以及最大混凝土重量在内的所有部分,也需在模板的尺寸规定之后来进行悬臂载荷的计算和设计,并尽可能通过5倍振动器的量程来作为悬臂底架的振动力实施方案,但在具体施工过程中的人力载荷,应按2kPa左右的标准来进行计算[7]。3.2悬臂实际载荷性能评估由于悬臂主要的承重结构为底部平台方向的下部梁,而其附近的下横梁又具有较强的刚度,因此在整个施工的过程中,已将锚杆固定于浇筑好的混凝土箱梁上,如果此时施加8~10t左右的预应力便可将锚杆紧固。位于后下部的横梁尚未引起严重的变形,因此布置多个测点是不必要的,但位于前下方的简易横梁以及纵梁,由于其挠度变化非常大,为便于测量,还需在测点处放置刚性测杆,且杆顶端要超出箱梁顶部适当高度,此种测点方式的放置,对于反映前端横梁以及纵向横梁的变形程度具有重要意义[8]。

4试验论证

试验过程采取新安装挂篮方式对桥梁悬臂进行整体性能测试,但需要注意的是,在试验前一定要对主桁架等部件进行特定的预应力试验,这是后续一系列试验的基础部分,旨在避免因非弹性模量的失准而引发的整体变形以及其他不安全事故。最后对比内部控制以及线性控制两种桥梁悬臂性能解决方案的优劣程度。本试验的相关参数以及试验结果见表1~2。通过上述两组试验可知:在向悬臂施加相同的载荷系数的重量时,基于内部控制的荷载方案中的载荷能力和时长相对于线性控制的荷载方案中的各项参数,均具有一定的优势,且每组悬臂载荷的计算误差结果均在合理范围之内,进一步证明了所提出的基于内部控制的悬臂载荷方案的正确性与可行性[9,10]。

5结语

本文首先以南宁某桥梁为真实案例,通过对悬臂载荷原理进行深入、细致的研究和分析,归纳了当前桥梁悬臂浇筑施工技术的若干核心问题。提出了基于内部控制的桥梁悬臂荷载解决方案,并通过试验来进行分析,将基于内部控制的荷载方案中的载荷能力和时长与基于线性控制的荷载方案的各项试验参数进行比对,得出前者在悬臂浇筑施工领域中的优势,证明了所提出的基于内部控制的荷载方案的可行性。

作者:黄兴强 单位:广西长长路桥建设有限公司

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