大跨度主航道橋拓寬工程改建施工關(guān)鍵技術(shù)研究

作者簡介：歐海波（1984—），工程師，研究方向：橋梁工程。

在進(jìn)行大跨度主航道橋拓寬工程改建施工時(shí)由于運(yùn)用傳統(tǒng)施工關(guān)鍵技術(shù)，對(duì)施工橋梁橫向分布系數(shù)的計(jì)算不精準(zhǔn)，因此施工后橋梁承載力低，無法實(shí)現(xiàn)對(duì)大跨度主航道橋拓寬工程改建的安全施工。針對(duì)這一問題，文章進(jìn)行大跨度主航道橋拓寬工程改建施工關(guān)鍵技術(shù)研究。在主線拼寬橋施工過程中，運(yùn)用曲線曲率感知方程計(jì)算不同橫向剛度時(shí)的主梁受力情況，計(jì)算得出的拓寬工程改建施工橋梁橫向分布系數(shù)越接近，證明拓寬改建施工前后橋梁連接能力越強(qiáng)。通過實(shí)驗(yàn)證明，該設(shè)計(jì)技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)大跨度主航道橋拓寬工程改建的安全施工。

大跨度;主航道橋;拓寬工程;改建;施工關(guān)鍵技術(shù);主梁受力情況

U445.6A521873

0 引言

隨著我國經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，對(duì)交通行業(yè)提出更高的要求，公路橋梁在促進(jìn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的過程中起到不可替代的作用。大跨度主航道橋拓寬工程改建的主要目的是通過對(duì)橋梁的拓寬，提高原有主航道橋的橋梁荷載等級(jí)[1]。在本文提出的大跨度主航道橋拓寬工程改建施工關(guān)鍵技術(shù)中，主要針對(duì)主線拼寬橋施工、拓寬工程改建施工橋梁橫向分布系數(shù)計(jì)算以及設(shè)置下部結(jié)構(gòu)允許沉降差展開具體研究。要求施工技術(shù)必須滿足大跨度主航道橋拓寬工程改建施工要求，并結(jié)合大跨度主航道橋性質(zhì)，選擇合理的方法對(duì)大跨度主航道橋拓寬工程進(jìn)行改建施工，提高大跨度主航道橋拓寬工程改建質(zhì)量[2]，旨在通過得到的拓寬改造工程橋梁橫向分布系數(shù)來提高施工技術(shù)的安全性。

1 大跨度主航道橋拓寬工程改建施工關(guān)鍵技術(shù)

在改建施工過程中，臨時(shí)支架的受力及變形情況將直接影響到主梁施工的安全及成橋的質(zhì)量。因此，全面掌握施工過程中支架的受力及變形，是不可缺少的重要環(huán)節(jié)。為此，需要現(xiàn)場觀測支架預(yù)壓階段、施工過程中的支架應(yīng)力及沉降變形、受力情況等數(shù)據(jù)，同時(shí)基于曲線曲率感知方程計(jì)算分析，全面掌握支架結(jié)構(gòu)的應(yīng)力、變形及穩(wěn)定性，做到“心中有數(shù)”，確保施工的安全及順利推進(jìn)。

1.1 確定主梁受力情況及變形位移

大跨度主航道橋拓寬工程改建施工是一個(gè)非常復(fù)雜的動(dòng)態(tài)過程，此次運(yùn)用曲線曲率感知方程計(jì)算拓寬工程時(shí)主梁受力情況[3]，并做出以下假設(shè)：將主梁受力假設(shè)成一個(gè)平面問題;將主梁簡化為一個(gè)具有一定質(zhì)量的點(diǎn);假設(shè)主梁受力沒有慣性誘導(dǎo)作用[4]。則主線拼寬橋施工的主梁受力情況計(jì)算如圖1所示。

在圖1中，C指的是主梁質(zhì)量點(diǎn);a指的是主梁外邊緣受力情況;b指的是主梁內(nèi)邊緣受力情況;α指的是主線拼寬橋斜展率;LB指的是主線拼寬標(biāo)準(zhǔn)段距硬路肩邊緣的距離;LA指的是主梁端部的受力情況;L1指的是主梁受力情況;L2指的是主梁變形位移。在此基礎(chǔ)上，得出L1與L2的曲線方程，如式（1）、式（2）所示。

L1=arccosRRd+O2（1）

L2=arccosRαRd+O2（2）

式中：

R——主線拼寬橋施工中心線半徑;

Rd——主線拼寬橋至內(nèi)側(cè)車道中心線半徑;

O2——主梁受力橫向偏位;

Rα——彈性模量。

通過式（1）、式（2），為后續(xù)計(jì)算拓寬工程改建施工橋梁橫向分布系數(shù)提供基礎(chǔ)施工數(shù)據(jù)[5]。

臨時(shí)支架變形監(jiān)測采用水準(zhǔn)儀進(jìn)行，監(jiān)測部位為支架底部及貝雷片頂部的小分配梁位置處。鋼管底部主要監(jiān)測支架沉降，貝雷片頂部的小分配梁主要監(jiān)測支架變形。沉降及支架變形監(jiān)測時(shí)，在每個(gè)測試斷面橫向分別布置3個(gè)測點(diǎn)，在加載前安裝好測點(diǎn)，測量空載數(shù)據(jù)。加載采用堆放沙袋的方式進(jìn)行，測試前壓重荷載應(yīng)嚴(yán)格控制。加載過程中支架變形觀測步驟如下：加載重量達(dá)到60%時(shí)監(jiān)測一次，加載到80%重監(jiān)測一次，加載100%后持續(xù)3 d進(jìn)行監(jiān)測，加載24 h內(nèi)每隔4 h監(jiān)測1次，然后每隔6 h各監(jiān)測1次，卸載6 h監(jiān)測1次。加載過程中密切關(guān)注各測點(diǎn)的數(shù)據(jù)變化，一旦出現(xiàn)下面的情況時(shí)，應(yīng)停止加載：控制測點(diǎn)的變位超過規(guī)范允許值時(shí);由于加載，變形超過允許值范圍時(shí)。

1.2 施工支護(hù)結(jié)構(gòu)有限元模擬

構(gòu)建施工支護(hù)結(jié)構(gòu)有限元模型，利用該模型對(duì)施工支護(hù)結(jié)構(gòu)實(shí)施有限元數(shù)值模擬。對(duì)改擴(kuò)建施工支護(hù)結(jié)構(gòu)有限元的各層土體進(jìn)行定義，構(gòu)建其本構(gòu)模型，從而建立實(shí)體六面體單元來代表基坑旁的建筑基礎(chǔ)。各層土層的力學(xué)參數(shù)與物理性質(zhì)具體如表1所示。

沿基坑旁的建筑對(duì)支護(hù)樁進(jìn)行布置，對(duì)支護(hù)結(jié)構(gòu)的間距規(guī)格、樁長、冠梁截面、圈梁截面、支撐截面、連桿截面、內(nèi)支撐、立柱型鋼格構(gòu)鋼截面、斜撐鋼格構(gòu)鋼截面進(jìn)行設(shè)置，從而構(gòu)建改擴(kuò)建施工支護(hù)結(jié)構(gòu)有限元模型的斜撐鋼格構(gòu)鋼梁單元、立柱單元、混凝土圈梁單元、混凝土冠梁單元、支護(hù)樁單元、內(nèi)支撐單元[6]。利用MIDAS/GTS軟件對(duì)改擴(kuò)建施工支護(hù)結(jié)構(gòu)有限元模型實(shí)施有限元數(shù)值模擬。

主要計(jì)算參數(shù)取值：C50預(yù)應(yīng)力混凝土T梁和箱梁的抗壓彈性模量EC=3.45×104 MPa，重度γ=26 kN/m3;橋面系中防撞護(hù)欄重度取值γ=26 kN/m3;橋面鋪裝C30混凝土重度取為26 kN/m3;橋面鋪裝層厚度為8～12 cm?？紤]到橋面現(xiàn)澆混凝土鋪裝層的磨損和與主梁的連接情況，由于箱梁梁高遠(yuǎn)大于鋪裝層厚度，故不考慮混凝土橋面鋪裝層參與主橋箱梁的結(jié)構(gòu)抗彎受力，但考慮4.6 cm厚C30（折算為4.0 cm厚C50）混凝土橋面鋪裝層參與T梁的結(jié)構(gòu)抗彎受力，溫度按均勻升溫25 ℃，上、下緣溫差10 ℃，均勻降溫20 ℃，上、下緣溫差5 ℃考慮。其他如混凝土收縮、徐變等按規(guī)范取值。

1.3 改擴(kuò)建施工支護(hù)結(jié)構(gòu)優(yōu)化

根據(jù)改擴(kuò)建施工支護(hù)結(jié)構(gòu)有限元模型的具體數(shù)值模擬結(jié)果，考慮冗余度制訂改擴(kuò)建施工支護(hù)結(jié)構(gòu)實(shí)施優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，實(shí)現(xiàn)改擴(kuò)建施工支護(hù)結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)[7-8]。改擴(kuò)建施工支護(hù)結(jié)構(gòu)的具體優(yōu)化設(shè)計(jì)方案如表2所示。

2 實(shí)驗(yàn)

2.1 實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備

為構(gòu)建實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)對(duì)象選取某大跨度主航道橋拓寬工程。某大跨度主航道橋拓寬工程施工項(xiàng)目及要求如表3所示。

實(shí)驗(yàn)軟件為核查工具QAcenter，主要用于對(duì)大跨度主航道橋拓寬工程改建施工的模擬。實(shí)驗(yàn)主要內(nèi)容為核查兩種施工技術(shù)施工后橋梁的承載力，承載力越大意味著施工后橋梁的安全性能越高。

2.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析與結(jié)論

根據(jù)上述設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)步驟，采集9組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，將兩種施工技術(shù)下的橋梁承載力進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果如表4所示。

通過表4可得出如下的結(jié)論：本文設(shè)計(jì)的施工技術(shù)施工后橋梁承載力最高為887.514 MPa，實(shí)驗(yàn)對(duì)照組為414.378 MPa。在9次實(shí)驗(yàn)中，設(shè)計(jì)技術(shù)9次施工后橋梁承載力均高于標(biāo)準(zhǔn)差值，而對(duì)照組僅有2次高于標(biāo)準(zhǔn)差值，設(shè)計(jì)技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)大跨度主航道橋拓寬工程改建的安全施工。

3 結(jié)語

本文對(duì)大跨度主航道橋拓寬工程改建施工關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了研究，提高了大跨度主航道橋拓寬工程改建施工安全性。通過實(shí)驗(yàn)證明，設(shè)計(jì)施工技術(shù)在保證施工安全方面中的具體優(yōu)勢已經(jīng)顯現(xiàn)出來，施工前后橋梁的橫向分布系數(shù)差值的大小是保證施工技術(shù)質(zhì)量的主要衡量標(biāo)準(zhǔn)。

[1]荊剛毅，蔣能世，杜洪池，等.南京長江第五大橋上部結(jié)構(gòu)鋼混組合梁安裝施工關(guān)鍵技術(shù)[J].公路交通科技（應(yīng)用技術(shù)版），2019，15（12）：260-264.

[2]王利明，周建軍，李宏波，等.城市地鐵雙護(hù)盾TBM穿越碎裂石斷層加固范圍及施工關(guān)鍵技術(shù)研究[J].水利與建筑工程學(xué)報(bào)，2019，17（4）：188-192，216.

[3]龔兵傳.大跨徑懸索橋主纜PPWS法施工關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)用與研究[J].廣東交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2019，18（3）：26-30.

[4]張明書，孫雪菲，俞景文，等.地鐵TBM區(qū)間上跨高鐵隧道施工關(guān)鍵技術(shù)研究[J].鐵道工程學(xué)報(bào)，2019，36（7）：76-80，104.

[5]王 通，王毓晉，吳方鈺，等.70 m PC整孔預(yù)制箱梁施工關(guān)鍵技術(shù)分析[J].鹽城工學(xué)院學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2020，33（1）：43-49.

[6]朱克勤，吳堯垚，何 燕.現(xiàn)澆混凝土預(yù)應(yīng)力復(fù)合樓板施工關(guān)鍵技術(shù)研究[J].山東交通科技，2018，1（2）：126-127.

[7]李 萌.后張法預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁的施工關(guān)鍵技術(shù)分析[J].太原城市職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2018，1（1）：167-169.

[8]孫文會(huì)，陳鵬柱，黃柏楊，等.基于不同施工方法的大跨徑勁性骨架拱橋受力特性研究[J].交通科技，2018，1（6）：32-35.