基于MIDAS大跨度剛構橋施工關鍵技術分析

摘要：受地形地貌條件限制，我國山區公路建設工程中大型設備進入現場比較困難，施工條件艱難。以山西省某山區橋梁工程建設為例，通過采用83m高橋墩結合“72m+130m+72m”大跨連續剛構橋纜索吊與塔機配合施工技術，合理、有效的解決了橋梁施工作業范圍狹窄、運輸不便的技術難題，并利用Midas數值模擬技術驗證了該方案的可行性。研究成果為我國山區橋梁建設中大跨徑橋梁的合理利用，提供了科學依據。

關鍵詞：地形地貌條件;橋梁建設;大跨橋梁;施工技術

0" "引言

我國高山峽谷遍布，受地形地貌條件限制，山區公路建設工程中大型設備無法進入現場，施工條件艱難。為有效改善落后地區的交通條件，解決山區橋梁施工作業范圍狹窄、運輸不便的技術難題十分重要 [1-2]。我國山區山嶺陡峻、河谷遍布，受地形條件影響，山區公路常常需要采用隧道或橋梁的形式建造[3-4]。隧道建設施工難度大，對環境改造程度高，修建長度有限，且隧道盾構成本很高，因此往往不能廣泛投入工程建設中應用[5-6]。

目前，眾多學者對跨河橋梁施工技術進行了研究。吳曉雷[7]分析了橋梁薄壁空心高墩施工技術，并提出相應的質量控制措施，為施工單位提供參考。田勁康[8]針對掛籃技術的使用難點和優化措施進行了介紹，對掛籃施工提供了良好的范例。梁啟龍[9]在研究中，以橋梁現澆支架為核心，分析橋梁現澆支架施工技術，提出合理有效的質控措施，提高施工質量，優化施工流程和施工工藝，保證工程效益的最大化;賈俊[10]對橋梁建設中常見的幾種施工工藝進行分析，并對質量控制展開研究。

目前，人們對橋梁建設的研究多集中在城市跨河橋梁施工技術，而對山區大跨徑橋梁橋梁施工技術的研究仍較少。本文基于山西省某山區大橋建設實例，詳細闡述大跨山區橋梁施工要點及關鍵技術、步驟控制。

1" "工程概況

山西省某公路橋梁建設工程位于在山西省西南地區某山區，該區段長度為383.25m，采用橋跨結構由三跨主橋段及引橋段組成，其中主橋段為72m+130m+72m連續剛構橋，引橋為22m+48m+22m預應力連續梁結構橋梁。下部結構主要采用樁基+承臺+空心薄壁墩柱形式，其中樁基采用鉆孔灌注樁。橋梁主要結構組成信息如表1所示。

2" "施工方案

2.1" "墩臺施工方案

橋跨結構較大且需要克服山谷地形限制，因此采用高墩臺大跨橋梁進行橋梁軌道鋪設。經過測繪與設計，確定墩臺高在15～85m之間。經過現場調查評估，本工程高墩臺建設采用纜索吊+塔機施工配合翻模法進行施工，其中纜索吊主要負責建筑材料及設備的水平運輸，塔機負責材料的豎向運輸。工程施工纜索吊機整體布置如圖1所示。

2.2" 主梁施工方案

主橋段結構形式為72m+130m+72m連續剛構橋，采用懸臂掛籃施工，0#段和邊跨為現澆段，合攏段采用鋼管支架法現澆施工，中跨合攏段采用塔機澆筑施工。大橋鋼構為單箱式直腹板變截面箱梁，橋梁全長275.30m，其中中跨中梁段長18m，邊跨端部段長12m，均采用等高梁段形式。梁高5.00m，中支點高11.0m，腹板厚度在50～120cm之間。除去0#段外，其他梁段的梁底下邊緣按照二次函數y=5+6×x2/4900變化。主要工程量如表2所示。

連續梁的梁體屬于單箱單室直腹板變截面箱梁，頂板的寬度為12.0m，底板的寬度為 6.7m，頂板的厚度為 40cm。在橋梁豎方向上，通過采用高強度的精軋螺紋鋼筋配合JLM-25 型錨具形成有效的錨固體系，同時對不同方向的高強度預應力鋼筋，采用Φ5.25mm預應力鋼絞線進行捆扎，其中橫向、縱向和豎向的預應力，分別采用單端張拉工藝、雙端張拉工藝和單端復拉工藝。

2.3" "施工現場部署

項目施工總平面布置包含有施工現場以及施工駐地、施工便道、混凝土攪拌站、鋼筋加工場、施工用水用電等。其詳細布置如圖2 所示。

2.4" "關鍵工藝

橋梁主體采用懸臂掛籃灌注工法施工，但懸臂掛籃灌注工法施工方法，應用在橋梁鋪設中大跨徑連續剛構橋施工難度依然較大，在全世界范圍內的應用也不廣泛，因此本次建設工程在借鑒我國已建成大跨連續剛構橋經驗基礎上，經過反復的探討研究及工程經驗總結，得出橋梁鋪設中大跨徑連續剛構橋施工的關鍵技術及施工工藝如下：

2.4.1" "墊石安裝

橋梁支撐結構采用C55混凝土，墩身澆筑完成后應及時、準確安裝支座墊石，并對墊石與墩臺接觸面進行鑿毛處理，以保證不同接觸面之間的有效粘接。滬寧圖植被過程中，應加強拌合及振搗質量，保證其成品的均勻性，嚴禁出現漏振或過振操作，否則會成品中會混凝土凸起、空洞等不良因素。此外，對墊石的頂面標高需進行嚴格控制，允許誤差需控制在±5mm內。

2.4.2" "支座設置

工程建設中常用支座分為臨時支座與永久支座。連續梁在分段澆筑過程中，由于結構荷載，常會出現力矩不平衡現象，容易導致結構側翻或者出現裂紋，因此需要設計一定的支座進行臨時或永久錨固。根據本次過程設計要求，永久支座采用球形鋼支座，在高墩臺下進行組裝后一次吊裝就位完成，并用螺旋千斤頂將支座支起，以在支承墊石與支座之間預留20mm的孔隙進行注漿工作。注漿工序嚴格按照由中心向四周進行，知道預留間隙間完全被灌漿材料填充。此外，臨時支座設置在永久支座兩側，每個永久支座對應設置4個臨時支座，縱向間距5.0m×3.0m，順橋方向設置于箱梁腹板之內，橫橋向則設置于橫隔梁的根部，以承受由于施工不平衡、荷載不均造成的拉應力及彎矩。

2.4.3" "懸臂澆筑施工

懸臂澆筑施工以0#塊為基準段逐漸向中間合攏，其中主要控制程序在于掛籃模板的調整、預埋件安裝、混凝土施工以及邊跨現澆段施工。對于掛籃施工，不僅要考慮梁端設計變形、各截面撓度、預拱度以對底模標高進行合理調整，更重要的是在施工前應對各連接點、錨固點進行安全性檢查;對于預埋件安裝，作業進行前進行施工放樣，且在每次澆筑混凝土前需對各預埋件的數量與位置進行仔細校驗，方可進行澆筑工作;對于混凝土施工，懸澆梁采用一次性整體澆筑成型的施工方案，現場施工時先進行梁段底板澆筑，再澆注梁段腹板和橫隔板，最后澆筑頂板;對于邊跨現澆施工，采用鋼管支架法施工，梁整體一次性澆筑成型。支架立柱采用Φ600×10mm鋼管，間隔0.6m，鋼管橫向間隔0.9m，槽鋼縱向距離0.6m，鋼管內插頂托螺桿，側模采用竹膠板。

3" "基于Midas的結構安全性模擬分析

利用大型有限元軟件Midas Civil對橋梁進行數值模擬仿真，包括各種條件下橋梁的應力模擬、變形模擬及屈曲狀態模擬，根據實際工況所建立的基本計算模型如圖3所示。

圖4、圖5為模擬二期鋪裝工作結束后橋梁內部應力及位移云圖。由圖5可看出，對于該跨徑橋梁的區段，主要應力集中在立柱兩邊及橋梁中跨部分，且中跨部位要略高于立柱部位。對應分析圖5位移云圖，可發現其與應力云圖具有較好的對應關系。受約束效應，立柱附近橋梁的撓度變形量較小，離立柱越遠則變形越大，直到下一個約束部位，且位移最大區域為中跨部位。

基于連續剛構橋的結構特點，梁段連接處會產生相對位移，因此需在考慮穩定條件下，對邊跨以及中跨合攏處進行分析。邊跨合攏最終屈曲狀態模擬結果如圖6所示，中跨合攏最終屈曲狀態模擬結果如圖7所示。

由圖6、圖7的模擬結果可知，邊跨合攏處會產生相對位移，0#段與1#段在合攏處出現搭接狀態，0#段橋面遠高于1#段，因此需要對邊跨合攏處進行加固。對于中跨合攏處，橋段間未產生相對位移，但均向下發生一定程度位移。此種情況可考慮采用高強度的混凝土與鋼筋以減小合攏處變形。

5" "結論

本文以山西省某山區大跨徑橋梁建設工程為例，提出72m+130m+72m連續剛構橋設計方案，并采用纜索吊與塔機配合施工技術進行施工，最后根據本工程施工經驗總結出工程關鍵步驟及重要工藝控制點。為對施工質量進行有效預判，采用Midas Civil軟件進行數值模擬仿真分析，發現合攏處可能會出現大變形。對此通過提升混凝土強度等級、加布鋼筋等措施進行加固以降低撓度變形。本文的研究成果為我國山區橋梁建設中大跨徑橋梁的合理利用，提供了科學依據。

參考文獻

[1] 徐銀鳳，汪德根.中國城市空間結構的高鐵效應研究進展與展望[J/OL].地理科學進展.

[2] 林曉言.中國高鐵：中美貿易摩擦與一帶一路建設[N]. 中國社會科學報，2018-08-29.

[3] 劉發明，游勵暉.西南艱險山區橋梁橋梁防沖刷設計[J].高速橋梁技術，2017，8（6）：93-98.

[4] 鄭益新.西南山區橋梁建設隧道工程質量管理謅議[J].中外建筑，2015（12）：131-133.

[5] 梁敏飛，張哲，李策，王士民，楊賽舟，何川.盾構隧道雙層襯砌結構三維力學分析模型及驗證[J].巖土工程學報：1-8.

[6] 盧遇安.淺談盾構隧道工程施工安全管理[J].建材與裝飾，2018"（40）：265-266.

[7] 吳曉雷.橋梁橋梁薄壁空心高墩施工技術分析[J].工程建設與設計，2018（19）：135-136+139.

[8] 田勁康.提升橋梁橋梁連續梁掛籃施工效率的方法[J].科學技術創新，2018（26）：111-112.

[9] 梁啟龍.橋梁橋梁現澆支架與施工技術研究[J].四川水泥，2018"（9）：48.

[10] 賈俊.關于橋梁橋梁施工技術與質量控制的研究[J].建材與裝飾，2018（37）：268-269.