智能調載輔助實現剛構橋邊中跨同步合龍施工技術研究

中圖分類號：U448.23 文獻標識碼：A DOl：10.13282/j.cnki.wccst.2025.04.039

文章編號：1673-4874（2025）04-0142-04

0 引言

傳統連續剛構橋合龍段施工常采用先邊跨后中跨合龍[1或先中跨后邊跨合龍的施工工藝，這些方法都需要對合龍段進行逐跨合龍。近年隨著我國經濟的快速發展，高速公路修建施工效率越來越高，連續剛構橋一次性同步合龍技術作為一種新興的施工工藝，引起了廣泛的關注[2]。譚冬蓮等[3以某大跨徑連續剛構橋為依托，提出了邊中跨一次性合龍及先中跨后邊跨逐跨合對主梁內力、線形、主墩水平位移的受力影響，指出邊中跨一次性合龍主梁應力分布更均勻。然而實際剛構橋合龍施工過程需要精細化施工管理及組織協調，本文以三跨連續剛構橋邊中跨3個合龍口一次性同步合龍為依托，闡明智能調載輔助剛構橋邊中跨一次性同步合龍施工藝和控制措施。

1 工程概述

1.1連續剛構橋工程概況

大橋主橋為77 m+ 145m+77m的預應力混凝土連續剛構橋，按雙幅橋設置，箱梁采用單箱單室直腹板斷面，頂寬12.75m，底板寬7m。合龍段施工前先完成邊跨現澆段施工，然后采用掛籃吊架同步完成邊中跨合龍段，最后同步張拉預應力束，完成連續剛構橋體系。全橋單幅共有2個邊跨現澆段，2個邊跨合龍段，1個中跨合龍段。邊、中跨合龍段長度為 2m ，高度為 3.2m ，其中中跨合龍段設計有一道環形橫隔板，邊跨合龍段混凝土設計方量為20. 7m³ ，中跨合龍段混凝土設計方量為 24.8m³ 混凝土設計標號為C55。

合龍段箱梁采用縱向、橫向、豎向的三向預應力體系[4。合龍縱向預應力：分為中跨底板合龍束、邊跨底板合龍束、中跨頂板合龍束、邊跨頂板合龍束、并設置備用孔道，縱向預應力鋼束分為 23?s 15.2、19＼s15.2、1 7 ＼phi ＼mathsf { s }$ 15.2型鋼束，張拉控制應力均為1395 $＼mathrm { { M P a } }$ 。橫向預應力：采用3s15.2低松弛低回縮高強度鋼絞線；豎向預應力：采用JL32精軋螺紋粗鋼筋。

1.2同步合龍施工重難點

智能調載輔助實現剛構橋邊中跨同步合龍施工工藝為廣西首次使用，該方案只需一次合龍就可完成連續剛構橋梁合龍體系的轉換，既解決了傳統連續剛構橋合龍段逐跨合龍需要大量時間的問題，又可大幅縮短合龍工期，提高施工效率[5]。但同時也存在以下施工難點：

（1）技術難度高。邊中跨同步合龍要求結構一次性轉換到超靜定狀態[，溫度變化、混凝土收縮徐變等因素對合龍段的影響顯著增加，結構受力分析復雜，需通過精細的結構驗算和優化設計來確保施工安全。

（2）施工質量控制要求高。合龍段施工工藝的改變，頂推力值與預應力張拉順序也隨之發生變化，使各懸澆梁節段的預拱度發生變化，容易因主梁內力較大造成混凝土崩裂以及線形難以控制，造成波浪或跨中下撓等質量問題。

（3）組織協調難度大。邊中跨3個合龍段同步進行對稱施工，各合龍口的吊架安裝、平衡配重、合龍頂推、勁性骨架鎖定、混凝土澆筑、預應力張拉均需要進行同步協調施工，并同時投入大量勞動力。

針對上述的施工難點，本文提出以下措施：

（1）綜合考慮溫差及混凝土收縮徐變不同影響因素，對邊中跨一次同步合龍施工過程各主要工況進行大量結構驗算，保證主梁的內力及變形均符合規范要求。

（2）新的合龍方式的改變，使主梁內力增大，為避免施工過程因不均勻荷載對結構產生影響，通過對懸澆節段預拱度的“一增一減一調”，實現大橋合龍口同步精確控制，保障成橋線形。合龍前通過在中跨合龍口施加頂推力以消除混凝土收縮徐變、整體溫度效應以及成橋二期恒載產生的位移，是改善橋梁受力變位的有效施工措施。

（3）成立相關技術團隊，組織協調各方資源投入，完成邊中跨一次性同步合龍施工。

2智能調載輔助實現同步合龍關鍵技術

傳統合龍段配重通過水袋預壓法進行施工，但這種方法加載和卸載的平衡點難以控制，實際使用過程中會對兩個懸澆段產生不均勻擾動，從而加大合龍段的標高誤差、預拱度及軸線偏位，且操作相對復雜、工作效率低。

考慮到依托大橋采取邊中跨同步合龍技術，3個合龍段同步進行對稱施工，為對全橋合龍情況進行全局把控，實現協同精確控制與調整，經過技術團隊及專家的反復論證，提出采用智能調載系統輔助實現剛構橋邊中跨同步合龍施工方法，解決合龍段混凝土澆筑過程中重量的動態平衡控制，消除施工過程中因不均勻荷載產生的內力和變形，使合龍段的內力和變形與設計值相吻合。

2.1智能調載系統設備安裝

智能調載系統主要硬件由智能調載控制柜、變頻器、混凝土流量計、水流量計、智能監控機器人、溫度傳感器、水泵、無線網橋等組成。該系統基于混凝土泵入重量等同于卸水重量的代換控制邏輯，通過在混凝土泵管安裝的混凝土流量計實時監測混凝土泵入質量來對合龍口的水箱配重動態質量進行同步卸載，并依據配重水箱出水口安裝的水流量計以及水箱水位高度進行復核配重余量；同步監控邊中跨合龍段混凝土澆筑進度及其差異過大導致的T構根部應力增量數據，協同控制全橋水泵進行合龍段兩側不均衡但總質量均衡卸水，進而實現整橋多跨合龍配重調載均衡，提升合龍質量。智能調載系統布置圖見圖1。

圖1單個合龍口智能調載系統布置示意圖

2.1.1水箱布置及配件安裝

2.1.1.1水箱配重布置

將連續剛構橋邊中跨3個合龍段掛籃吊架進行前移到位后，利用方木及木板在各連續剛構橋合龍口端頭放置2個圓柱水箱，水箱尺寸為內徑 2.8m ，高 3m 。水箱上部設有進水口，下部設有出水口。單幅3個合龍段共計8個水箱。水箱及掛籃配重及位置布置見圖2。在水箱裝滿設計高度的水后，在水箱上貼好刻度線，刻度線以1m為單位，方便混凝土澆筑時管理人員能動態了解水箱水位高度進行復核配重余量。

表1平衡配重技術參數表

圖2邊中跨合龍段平衡配重布置圖

2.1.1.2安裝水箱開關、水泵、混凝土電磁流量計、水流 量計及水位計

將水箱、蝶閥（水箱自動控制開關）、水泵、混凝土流量計和水流量計按順序用 ?50mm 鋼水管、法蘭盤及螺栓連接。主要部位功能如下：

蝶閥：作為水箱的開關，在管道上主要起到切斷和節流作用。

水泵：在必要時對水的泄出起到加壓、增大流速的作用。

混凝土電磁流量計：實時記錄混凝土泵入速率與累計量，實時將數據傳回控制柜，由控制柜控制水箱卸載。

水流量計：實時記錄泄水的流速和累計水流量，實時將數據傳回控制柜，保證水箱配重準確度。

水位計：放置于水箱內部，用于人工復核泄水量及水箱水位高度。

2.1.1.3安裝混凝土流量計

安裝前檢查混凝土電磁流量計有無損壞，內部有無雜物、碎屑。在安裝混凝土泵管時，將混凝土流量計同步安裝在靠近澆筑點的兩根泵管之間，再使用扳手將卡箍螺栓擰緊，需保證各前后結合面平整并緊密貼合，通水檢測氣密性，無明顯漏水現象即可。在澆筑時通過混凝土流量計實時檢測混凝土澆筑方量，用于采集混凝土澆筑時的數據信息，并傳遞給中央控制柜。

2.1.2配重卸載系統安裝及調試

2.1.2.1安裝配重卸載系統

將中央控制柜放置在水箱的一側，接入電箱，并將所有的壓力傳感器、蝶閥、水泵、混凝土電磁流量計和水流量計的線路接入中央控制器。為防止施工過程中場地浸濕，對關鍵線路和電子設備造成損壞，中央控制器和電箱應放置于距離水箱2m以上，并做好防水措施。

2.1.2.2配重卸載系統調試

打開控制箱進行調試，檢查各儀器數據是否接收正常，排除故障因素。在計算機控制系統主頁面中“設備連接”界面，會顯示各項設備連接情況，綠色表示通訊正常；灰色表示通訊異常、未連接。

2.1.2.3水箱加水配重

在控制系統中輸入混凝土方量，中央控制器發出定量加水指令，水箱達到預設水量后定量開關自動關停進水閥，完成配重施加。

2.2混凝土澆筑配重智能調載

根據邊中跨同步合龍的預計日期，提前掌握合龍期間的氣溫預報情況，為合龍口鎖定時間段提供依據。合龍段混凝土澆筑應盡量選擇晚上12：00左右進行，混凝土澆筑應在一天中最低氣溫時開始，使整個混凝土初凝過程處于升溫狀態，保證混凝土早期強度較低時不承受拉應力。為避免連續剛構橋施工過程產生裂縫，進行混凝土澆筑前，應對整橋進行整體降溫，在連續剛構橋橋面橫坡高點位置沿縱橋向布置水管，通過水管對整橋橋面進行整體淋水降溫控制，可降低溫度應力產生的影響。

在邊中跨3個合龍口勁性骨架焊接完成后，盡快完成每個合龍口縱向預應力頂底板短束的預張拉，每束預張拉力為50t，然后進行合龍段混凝土澆筑施工。

混凝土澆筑過程中，系統以水箱蓄水作為配重手段，通過中央控制柜的感應模塊讀取混凝土流量計數據，當泵送混凝土流經電磁流量計時，電磁流量計自動監測并記錄混凝土流量數值，實時將監測到的流量數值轉換成動態電信號，在控制模塊的計算機上可顯示實時混凝土流量。控制模塊接收到混凝土流量電信號后，將混凝土重量增量轉化為水箱泄水量，同步傳遞信號至配重模塊的定量開關，根據接收到的實時混凝土流量數據自動調節水泵開閉（水泵關閉時，水箱隨壓強變化的自卸流速為 1～3m³/h ，水泵開啟后，流速最高可達25 m³/h） ，通過利用流量計控制水箱的泄水速率，并將水箱設置水位計作為調載過程中的復核手段，與混凝土總泵入量作為校核補償，實現實時等質量放水。

在混凝土澆筑過程中，中央控制柜將對各作業流程進行智能信息化處理，并實時查詢數據，實時反饋澆筑過程的荷載變化，從而更精確地控制合龍段線形。此外，在混凝土澆筑過程中，還應安排管理人員全程檢查水箱水位計復核調載情況，定量進行開關，作為水箱配重實時等質量放水的備用方案。

3同步合龍施工技術其他控制要點

3. 1 頂推施工

反力架設計于箱梁中線頂板處，由雙拼工字鋼、鋼板、斜撐型鋼、U型加密鋼筋組成，通過在合龍段兩側的梁端預埋鋼板及U型加密鋼筋，一側預埋鋼板加焊雙拼工字鋼、斜撐及鋼板，采用千斤頂頂于梁端預埋鋼板處及雙拼工字鋼端頭處鋼板。

頂推力施加必須有現場指揮部統一指揮協調，各合龍口頂板、內箱的施工人員配備對講機用于指令傳達與接收。正式頂推前，頂推指揮、操作人員應提前進行演練，熟悉千斤頂操作步驟及性能。應事先檢查千斤頂工作、油表指針是否正常，油管是否完好，頂推反力架安裝是否牢靠，位置是否準確，千斤頂是否與壓力表配套標定、配套使用，不得混用。檢查無誤后進入頂推步驟。頂推力嚴格按照均勻分級加載原則進行。頂推過程中頂推位移與頂推力雙控，施工時以頂推位移為主，頂推力為輔。在達到設計合龍溫度條件后，施加頂推力時按照 0% 20%50%80%100% 的順序分級加載。每級頂推到位后需持荷觀察15min，測量監控點的位移情況。

3.2 勁性骨架施工

3.2.1勁性骨架設計

每個合龍段體外設剛性支撐4組（底板2組、頂板2組），外剛性支撐采用雙 30^? 槽鋼，呈門形上下面用鋼板連接焊接而成；焊接時采用貼角焊，焊縫寬度應gt;10mm ，焊縫必須飽滿連續。

3.2.2 勁性骨架鎖定

勁性骨架的鎖定是連續剛構橋合龍段施工中的重要環節。主梁懸臂端由于溫度變化的影響會產生下撓或上翹并伴有軸向變形，在混凝土早期強度不高未進行張拉前，這些變形容易導致合龍段混凝土開裂，故必須在合龍口設置勁性骨架支撐。在確定澆筑日期當天白天先將每組勁性骨架一端進行焊接，另一端根據溫度監測確定澆筑的時間點前 1～1.5 h進行頂推到位后焊接鎖定，邊中跨合龍段的勁性骨架需要迅速同步的完成焊接，確保在 0.5～1.0 h內完成所有勁性骨架的焊接，鎖定邊跨合龍勁性骨架后，現場檢查驗收勁性骨架焊縫質量，滿足后卸載合龍段的頂推設備及反力架，同時對邊中跨3個合龍口同步進行預張拉頂、底板的合龍短束。

3.3 預應力施工

3.3.1 張拉時間

在混凝土抗壓強度達到設計強度 90% 、彈性模量達到28d的 90% ，且齡期 25 d的前提下進行預應力鋼束張拉施工。

3.3.2預應力張拉順序

邊中跨合龍縱向合龍束要求在3個合龍段同步張拉。各合龍段張拉順序為：先同步張拉豎向預應力達到設計 50% ，再同步張拉縱向合龍束，最后按設計同步張拉橫向束和二次補張拉豎向束至 100% 后，結束合龍段預應力施工。

合龍縱向束張拉順序為：先張拉各合龍口的頂、底短束至設計值的 50% ，解除每個合龍口的勁性骨架；然后開始先長束、后短束，先底板后頂板的順序按每束的預應力設計值的 100% 進行張拉，其中短束已經張拉 50% 的，直接張拉至 100% ，完成各合龍口縱向束張拉。待全橋預應力張拉施工完成后，進行各合龍口掛籃拆除，完成全橋合龍。

4結語

本文以廣西連賀高速某連續剛構橋上構合龍段的施工過程為例，提出了一種基于智能調載系統輔助實現連續剛構橋邊中跨同步合龍的施工方法，通過理論分析與實踐驗證相結合的方法，系統探討了同步合龍工藝的力學特性與施工控制要點，驗證了該技術對提升合龍段施工精度與結構受力均衡性的積極作用。未來應結合BIM逆向建模、智能傳感器網絡等數字化手段，構建施工全過程動態控制系統，同時加強多物理場耦合作用下的合龍段變形機理研究，為提升橋梁施工質量與服役性能提供更完善的技術支撐。

參考文獻

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