綠色智能背景下的橋梁施工技術(shù)探究

劉貞雷

（中鐵十二局集團(tuán)第四工程有限公司，西安 710021）

1 綠色智能背景下橋梁施工技術(shù)的研究方向

開展橋梁綠色智能施工，符合我國(guó)節(jié)約資源、保護(hù)環(huán)境的理念，是實(shí)現(xiàn)我國(guó)橋梁建造業(yè)可持續(xù)發(fā)展的大趨勢(shì)。橋梁施工開始從傳統(tǒng)的主體結(jié)構(gòu)混凝土采用現(xiàn)場(chǎng)現(xiàn)澆模式向著裝配化、結(jié)構(gòu)復(fù)合設(shè)計(jì)及智能化施工轉(zhuǎn)變，開展橋梁集中預(yù)制研究、現(xiàn)場(chǎng)拼裝技術(shù)研究、預(yù)制張拉壓漿等工藝的智能化研究及自動(dòng)噴淋養(yǎng)護(hù)技術(shù)研究，能夠?qū)崿F(xiàn)節(jié)能環(huán)保目標(biāo)，提高施工效率，有效減少現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)范圍，加大工廠化生產(chǎn)模式的推廣應(yīng)用，避免現(xiàn)場(chǎng)施工對(duì)環(huán)境造成污染，同時(shí)還能降低施工噪聲，減少現(xiàn)場(chǎng)物料堆放[1，2]。

2 綠色智能理念對(duì)橋梁施工的重要影響

2.1 施工環(huán)境變化

環(huán)保要求和新基建形勢(shì)下，橋梁施工作業(yè)環(huán)境發(fā)生了重大變化，對(duì)臨時(shí)施工場(chǎng)地占用、揚(yáng)塵、污水排放、噪聲及光污染等都有了嚴(yán)格控制標(biāo)準(zhǔn)，從而對(duì)施工工藝的選擇提出了更高要求。防護(hù)措施的增加一定程度上加大了施工成本，影響了施工效率，進(jìn)而擠壓了傳統(tǒng)施工技術(shù)的應(yīng)用空間。隨著科技的不斷進(jìn)步，為符合綠色施工要求，工程技術(shù)人員在新技術(shù)、新工藝、新材料、新設(shè)備的應(yīng)用上進(jìn)行了更為深入的探討和研究，以適應(yīng)當(dāng)前施工環(huán)境。

2.2 噪聲污染治理需要

橋梁工程具有施工周期長(zhǎng)等特點(diǎn)，現(xiàn)場(chǎng)施工時(shí)需大型機(jī)械設(shè)備輔助，尤其是混凝土澆筑施工中，振搗作業(yè)時(shí)間較長(zhǎng)，其產(chǎn)生的噪聲會(huì)對(duì)在工程周邊生活的民眾造成一定影響，且此影響會(huì)一直存在于整個(gè)施工工期，成為施工需要重點(diǎn)關(guān)注的問題。在施工過程中，可以對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行圍封、加高加厚遮擋板，或?qū)F(xiàn)澆方式改為集中預(yù)制，對(duì)噪聲進(jìn)行智能監(jiān)測(cè)，盡量減少現(xiàn)場(chǎng)施工，將現(xiàn)澆橋墩改為預(yù)制拼裝橋墩，現(xiàn)澆梁改為預(yù)制拼裝梁。

2.3 光污染治理需要

經(jīng)常性在夜晚施工，照明設(shè)備的使用必不可少，由此導(dǎo)致的光污染也成為影響橋梁工程周邊民眾日常生活的因素。施工人員可在周圍安裝遮光板，對(duì)照明設(shè)備進(jìn)行調(diào)整，科學(xué)控制光線角度，最大限度地將光線聚集于施工現(xiàn)場(chǎng)。鋼筋焊接施工中，人工焊接導(dǎo)致的強(qiáng)光對(duì)施工人員造成的傷害在集中智能加工中可以有效規(guī)避。標(biāo)準(zhǔn)化、工廠化作業(yè)理念下，智能設(shè)備的研發(fā)和使用，使型鋼、鋼筋的加工智能化程度不斷提高，人工的作用從主要操作控制轉(zhuǎn)變到輔助原材、半成品、成品的安放歸置和運(yùn)輸上。

2.4 水污染治理需要

需對(duì)施工過程中產(chǎn)生的污水進(jìn)行科學(xué)處理，避免污水流入附近河流、水溝，對(duì)周圍自然環(huán)境造成污染。若施工過程中產(chǎn)生的廢水具有再次利用的價(jià)值，可以采用新型泥漿處理設(shè)備、污水凈化設(shè)備及其他新型設(shè)備對(duì)廢水進(jìn)行初步凈化，然后將其用于施工現(xiàn)場(chǎng)的灑水作業(yè)或車輛的沖洗，從而提高水資源利用率，實(shí)現(xiàn)節(jié)約用水目標(biāo)，更能適應(yīng)日趨嚴(yán)格的環(huán)境保護(hù)需求。

3 綠色智能施工背景下橋梁施工新技術(shù)的應(yīng)用

3.1 工廠化生產(chǎn)有效減少現(xiàn)場(chǎng)臨時(shí)用地

項(xiàng)目應(yīng)結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，根據(jù)施工環(huán)境影響選用優(yōu)化施工技術(shù)方案，在施工工藝選擇上配合設(shè)計(jì)單位進(jìn)行充分比選，對(duì)于橋梁墩臺(tái)、梁段、附屬結(jié)構(gòu)盡量采用集中加工方式。工廠化生產(chǎn)、流水線作業(yè)生產(chǎn)的產(chǎn)品質(zhì)量能夠得到有效保證，同時(shí)在土地使用管控比較嚴(yán)格的情況下，能盡量少占用土地，甚至不占用橋下土地，不影響橋下交通。

3.2 新技術(shù)的應(yīng)用更能適應(yīng)新的設(shè)計(jì)理念

為適應(yīng)橋上交通及橋下交通車流要求，橋梁跨度在不斷提升，梁體的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)由單純的混凝土結(jié)構(gòu)、預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)向著組合結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變，如南京繞城高速江山車行天橋采用了鋼桁腹組合梁，常莊水庫(kù)橋采用了波形鋼腹板PC 組合箱梁。其他諸如鋼箱組合梁、鋼桁組合梁更為常見。

3.3 智能建造及BIM技術(shù)應(yīng)用提升橋梁施工控制精度

BIM 技術(shù)的應(yīng)用使施工偏差的控制有了更好的手段。系桿拱橋在拱圈加工試拼裝環(huán)節(jié)需設(shè)置現(xiàn)場(chǎng)預(yù)拼裝場(chǎng)地，進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)試拼裝后進(jìn)行實(shí)際拼裝作業(yè)，因受到吊裝造成的撓度及空中平衡偏差的影響，試拼裝后仍存在一定偏差，通過BIM模型來實(shí)現(xiàn)拱圈節(jié)段模擬試拼裝，在考慮吊裝撓度及側(cè)向荷載影響的情況下，進(jìn)行尺寸和受力模擬來實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)上的預(yù)拼裝，能夠減少試拼裝環(huán)節(jié)的各項(xiàng)費(fèi)用，同時(shí)提高拼裝精度。

4 裝配式橋梁施工應(yīng)用

蒙華鐵路汾河特大橋、西銀鐵路水北村涇河特大橋均采用了節(jié)段拼裝梁，通過對(duì)現(xiàn)場(chǎng)施工過程進(jìn)行研究，采用模塊化設(shè)計(jì)及預(yù)制裝配流水作業(yè)，顯著提高了施工效率，基本實(shí)現(xiàn)了縮短工期、提高質(zhì)量的目標(biāo)。箱梁節(jié)段預(yù)制構(gòu)件在工廠內(nèi)制作完成，能夠節(jié)約周轉(zhuǎn)材料配置及施工場(chǎng)地，避免了現(xiàn)場(chǎng)施工對(duì)環(huán)境的污染，降低了施工噪聲，減少了現(xiàn)場(chǎng)物料堆放，充分實(shí)現(xiàn)了節(jié)能環(huán)保。本文以蒙華鐵路汾河特大橋?yàn)槔接懷b配式橋梁的施工技術(shù)應(yīng)用。

4.1 拼裝梁節(jié)段劃分

汾河特大橋節(jié)段梁孔跨布置有4 種形式，分別為64 m跨、56 m 跨、30 m 跨、60 m 跨，均為截面形式一致的單箱、單室等高度預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁。節(jié)段劃分時(shí)充分考慮周轉(zhuǎn)材料得到最大限度的重復(fù)利用以及拼裝節(jié)段不同跨度之間的互相轉(zhuǎn)換。

4.2 預(yù)制場(chǎng)設(shè)置及施工控制

選用現(xiàn)場(chǎng)臨時(shí)場(chǎng)地建設(shè)節(jié)段梁預(yù)制場(chǎng)，進(jìn)行臺(tái)座建設(shè)和周轉(zhuǎn)材料配置，設(shè)置觀測(cè)塔，建立測(cè)量控制系統(tǒng)。進(jìn)行模板設(shè)計(jì)加工安裝，節(jié)段預(yù)制模板制造選擇專業(yè)廠家定點(diǎn)加工制造，具體流程為：模板出廠前試拼裝→模板到場(chǎng)后正式拼裝→驗(yàn)收合格→交付使用。模板安裝順序?yàn)椋旱啄Ｕ{(diào)整就位→側(cè)模→端?！鷥?nèi)模。

節(jié)段梁預(yù)制場(chǎng)設(shè)有走行式小龍門吊，節(jié)段鋼筋在胎具上綁扎，綁扎成型后整體吊入模板。鋼筋骨架吊入前在底模上標(biāo)出中線或梁端線，據(jù)此控制梁體鋼筋骨架的縱向安裝位置，待梁體鋼筋骨架在底模上就位后，檢查鋼筋骨架的縱向中心線是否與底模縱向中心線重合，否則應(yīng)局部調(diào)整，使兩中心線重合。在調(diào)整過程中，采用有效措施保證梁體鋼筋不受破壞。同時(shí)應(yīng)在底模上設(shè)置定位措施。

4.3 支架節(jié)段拼裝施工

采用移動(dòng)支架施工，預(yù)制梁體節(jié)段和下部結(jié)構(gòu)施工可同時(shí)進(jìn)行，成橋速度快，能夠減少高空作業(yè)，而且節(jié)段箱梁在預(yù)制場(chǎng)預(yù)制，與懸澆梁相比，不僅能減少大量高空作業(yè)，使施工人員人身安全和橋下通行安全得到有效保證，還能夠節(jié)省大量設(shè)備，節(jié)段梁的提前預(yù)制可減少存梁時(shí)間和因混凝土收縮引起的預(yù)應(yīng)力損失，相應(yīng)減少主體結(jié)構(gòu)配筋量，同類型橋梁采用此方法可縮短工期。移動(dòng)支架技術(shù)的成功運(yùn)用，便于大跨度預(yù)應(yīng)力混凝土梁的推廣使用，進(jìn)而縮短施工周期。另外，移動(dòng)支架還具有整體吊裝橋位上整體現(xiàn)澆中等跨度箱型梁及其他相應(yīng)橋梁功能，應(yīng)用前景十分廣泛。

蒙華鐵路汾河特大橋采用移動(dòng)SX64/2700 型上行式移動(dòng)支架進(jìn)行節(jié)段梁拼裝，移動(dòng)支架全長(zhǎng)150 m，主梁寬11.8 m（中心距），導(dǎo)梁寬5.8 m（中心距）。由主梁（承受混凝土梁質(zhì)量的部分）、前導(dǎo)梁（輔助過孔部分）、尾梁（節(jié)段安裝到移動(dòng)支架上的過度結(jié)構(gòu)）、回轉(zhuǎn)天車、懸吊系統(tǒng)、后支點(diǎn)小車、前支腿、中支腿、后支腿組成。支架的承重主梁位于混凝土梁上方，預(yù)制節(jié)段通過懸吊系統(tǒng)懸掛在承重主梁上，承重主梁支撐在橋墩和已成混凝土梁上。

移動(dòng)支架進(jìn)行梁部拼接施工時(shí)，先將支架拖拉至需要拼接梁部的墩跨間，再將從制梁場(chǎng)運(yùn)來的預(yù)制節(jié)段吊運(yùn)至腹內(nèi)，按一定順序擺放、調(diào)整就位，然后綁扎濕接縫鋼筋、穿放鋼絞線、組裝濕接縫模板、澆筑濕接縫混凝土、張拉，即可完成墩頂原位成梁作業(yè)。節(jié)段梁吊裝如圖1 所示，節(jié)段梁就位如圖2 所示。

圖1 節(jié)段梁吊裝

圖2 節(jié)段梁就位

節(jié)段拼裝梁的施工避免了對(duì)橋位周邊環(huán)境的影響，減少了對(duì)橋下土地的占用，施工質(zhì)量和施工安全也能得到有效保障。

5 智能建造技術(shù)應(yīng)用

5.1 裝配式橋梁的拼裝模擬

裝配式橋梁，尤其是帶有鋼結(jié)構(gòu)的梁體，如鋼桁組合梁桿件拼裝可以采用BIM 應(yīng)用軟件建模，利用模型進(jìn)行試拼裝，可發(fā)現(xiàn)實(shí)際施工過程中可能出現(xiàn)的問題，從而及時(shí)有效解決這些問題。基于BIM 技術(shù)應(yīng)用構(gòu)建智能管理平臺(tái)，關(guān)聯(lián)受力結(jié)構(gòu)檢算軟件，如邁達(dá)斯(Midas)，進(jìn)行線性靜力分析和有限元分析，能夠?qū)Y(jié)構(gòu)的受力性能進(jìn)行檢算。

5.2 對(duì)梁體內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行碰撞檢查

利用BIM 模型對(duì)梁體內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行碰撞檢查，通過碰撞檢查對(duì)結(jié)構(gòu)存在沖突的部位或施工空間預(yù)留不足的情況進(jìn)行匯總分析，在施工前找到有效的解決辦法，來規(guī)避施工過程中帶來的各種風(fēng)險(xiǎn)。

5.3 對(duì)橋梁所處環(huán)境進(jìn)行模擬分析

利用無(wú)人機(jī)等輔助設(shè)備，對(duì)橋梁所處環(huán)境進(jìn)行全面數(shù)據(jù)收集，利用GIS 系統(tǒng)，進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)施工規(guī)劃，模擬施工中可能涉及的區(qū)域及造成的污染風(fēng)險(xiǎn)，關(guān)聯(lián)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)，進(jìn)行施工方案的擬定與修正，以實(shí)現(xiàn)基于科學(xué)數(shù)據(jù)支撐及環(huán)境保護(hù)施工方案的編制及優(yōu)化。

6 結(jié)語(yǔ)

在新基建、綠色施工、智能建造的大環(huán)境下，結(jié)合橋梁設(shè)計(jì)施工實(shí)際情況，基于環(huán)境保護(hù)、減少施工干擾及保證施工質(zhì)量，探究橋梁工程施工技術(shù)的特點(diǎn)及適用性，為橋梁施工理念的創(chuàng)新及新技術(shù)的推廣應(yīng)用提供一定經(jīng)驗(yàn)支撐。綠色智能施工背景下，橋梁施工技術(shù)研究作為橋梁工程創(chuàng)新優(yōu)化的突破口，對(duì)于節(jié)約工程建設(shè)資源、適應(yīng)環(huán)境保護(hù)需要、提高工程質(zhì)量具有重要意義。