李方甫

(遼寧大通公路工程有限公司 沈陽(yáng)市 110179)

0 引言

當(dāng)前社會(huì)經(jīng)濟(jì)以及城市化水平的快速發(fā)展，使得政府及有關(guān)部門(mén)越來(lái)越重視對(duì)基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)問(wèn)題，其中橋梁建設(shè)項(xiàng)目是基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)中一項(xiàng)十分重要的環(huán)節(jié)，承擔(dān)著交通運(yùn)輸安全性的重要責(zé)任。但由于交通運(yùn)輸行業(yè)的快速發(fā)展，橋梁施工項(xiàng)目不斷增加，同時(shí)對(duì)于其施工過(guò)程中的質(zhì)量問(wèn)題有著更高的要求[1]?，F(xiàn)有部分橋梁設(shè)施建設(shè)施工時(shí)間過(guò)早，在其長(zhǎng)期使用的過(guò)程中，部分橋梁結(jié)構(gòu)已經(jīng)無(wú)法適應(yīng)當(dāng)前的交通車流量，因此對(duì)于駕駛?cè)藛T而言嚴(yán)重威脅其生命與財(cái)產(chǎn)安全。目前，遼寧省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)院有限公司公路養(yǎng)護(hù)技術(shù)研發(fā)中心對(duì)于老舊的橋梁管理問(wèn)題進(jìn)行了深入的研究，并同時(shí)對(duì)正在建設(shè)過(guò)程中的橋梁進(jìn)行施工時(shí)的應(yīng)力監(jiān)測(cè)研究。傳統(tǒng)橋梁施工維修加固中存在的問(wèn)題主要包括：橋梁斜接緊密度不夠、破碎修復(fù)不及時(shí)、橋孔通水不流暢，嚴(yán)重影響橋梁的使用壽命[2]。當(dāng)前橋梁建設(shè)按其橫截面類型可劃分為等截面橋梁和變截面橋梁兩種，通常情況下第一種橋梁的跨徑范圍在35～55m，第二種橋梁的跨徑范圍在75～105m。在進(jìn)行橋梁施工過(guò)程中，為了有效保證施工的安全以及施工后橋梁的安全運(yùn)行，在橋梁施工建設(shè)過(guò)程中，需要對(duì)其應(yīng)力變化進(jìn)行監(jiān)測(cè)和分析[3]。因此，當(dāng)前橋梁施工應(yīng)力監(jiān)測(cè)已經(jīng)成為保障橋梁順利完成施工的重要手段。對(duì)此，基于橋梁施工的安全需要以及橋梁在日后運(yùn)行過(guò)程中常出現(xiàn)的問(wèn)題，開(kāi)展橋梁施工應(yīng)力監(jiān)測(cè)分析與維修加固技術(shù)研究。

1 橋梁施工應(yīng)力監(jiān)測(cè)分析

1.1 主梁線形結(jié)構(gòu)各參數(shù)測(cè)量

在進(jìn)行主梁線形結(jié)構(gòu)各個(gè)參數(shù)測(cè)量時(shí)，主要涉及的結(jié)構(gòu)參數(shù)包括：主梁跨度、軸線、主梁頂面高程、主梁立模標(biāo)高以及主梁兩側(cè)對(duì)稱截面相對(duì)高差等。在橋梁施工過(guò)程中，在每節(jié)懸臂端梁頂結(jié)構(gòu)上設(shè)置3～5個(gè)標(biāo)高觀測(cè)點(diǎn)，以及一個(gè)輔助監(jiān)測(cè)的軸線點(diǎn)[4]。每個(gè)測(cè)點(diǎn)均利用短鋼筋結(jié)構(gòu)或鋼板結(jié)構(gòu)進(jìn)行預(yù)埋，為保證觀測(cè)點(diǎn)位置清晰，用紅色油漆筆在各個(gè)觀測(cè)點(diǎn)上進(jìn)行編號(hào)。標(biāo)高的測(cè)量可利用傳統(tǒng)水準(zhǔn)儀器進(jìn)行，根據(jù)橋梁施工不同階段的次序，在每一階段中，按照多種不同的工況類型，對(duì)橋梁主體結(jié)構(gòu)在受力過(guò)程中不均勻溫度的變化情況進(jìn)行測(cè)量，并且對(duì)垂直軸線方向的線位移以及橋梁的板殼面的線位移情況進(jìn)行測(cè)量，測(cè)量結(jié)果還要進(jìn)行相互校驗(yàn)。

采用全站儀以及鋼尺等工具，測(cè)量主梁軸線結(jié)構(gòu)，結(jié)合測(cè)小角法測(cè)量其前端偏差位移[5]。待視準(zhǔn)后，將主梁軸線后視點(diǎn)引入到過(guò)渡墩結(jié)構(gòu)上，再利用遠(yuǎn)點(diǎn)控制方法測(cè)量距離較近的點(diǎn)。在測(cè)量主梁頂面結(jié)構(gòu)高程參數(shù)時(shí)，在同一界面上的多個(gè)觀測(cè)點(diǎn)，必須按照橫坡取其平均數(shù)值，從而得到主梁頂面結(jié)構(gòu)的高程參數(shù)數(shù)據(jù)[6]。同時(shí)，在實(shí)際測(cè)量過(guò)程中，不同的工況條件下，觀測(cè)到的主梁擾度變化值會(huì)出現(xiàn)較大差異，因此，針對(duì)這一問(wèn)題，可通過(guò)對(duì)比給定的立模標(biāo)高與主梁頂面結(jié)構(gòu)的高程數(shù)值，驗(yàn)證施工的實(shí)際質(zhì)量。對(duì)于主梁立模結(jié)構(gòu)標(biāo)高的測(cè)量還可通過(guò)精密水準(zhǔn)測(cè)量?jī)x獲取，在測(cè)量過(guò)程中應(yīng)當(dāng)避開(kāi)溫差較大的時(shí)段[7]。由交通規(guī)劃設(shè)計(jì)院有限公司公路養(yǎng)護(hù)技術(shù)研發(fā)中心立模到位。在完成相應(yīng)的測(cè)量后，還需要有關(guān)部門(mén)的監(jiān)督人員，對(duì)橋梁施工的各個(gè)階段立模標(biāo)高進(jìn)行反復(fù)的測(cè)量，并定期或不定期對(duì)其進(jìn)行抽查。

1.2 橋梁橫截面應(yīng)力橫向分布判斷

在確定主梁線形結(jié)構(gòu)各參數(shù)數(shù)值后，在對(duì)其進(jìn)行應(yīng)力監(jiān)測(cè)時(shí)，由于橋梁的剪力傳遞通常是不均勻的，因此，導(dǎo)致彎矩引起的位移，在橋梁遠(yuǎn)腹板結(jié)構(gòu)位置上的應(yīng)力傳遞，明顯滯后于近腹板位置的應(yīng)力傳遞，而控制橫截面的實(shí)測(cè)應(yīng)力，與橋梁橫截面的應(yīng)力變化存在一定的規(guī)律[8]。因此，通過(guò)對(duì)橋梁橫截面應(yīng)力橫向分布判斷，實(shí)現(xiàn)對(duì)橋梁施工應(yīng)力監(jiān)測(cè)。采用剪力滯效應(yīng)理論，對(duì)橋梁橫截面剪力滯系數(shù)進(jìn)行計(jì)算，公式為：

(1)

圖1 橋梁橫截面剪力滯效應(yīng)非均勻應(yīng)力分布圖

出現(xiàn)圖1所示的應(yīng)力分布時(shí)，有效寬度分布可用等效板寬表示。當(dāng)橋梁?jiǎn)卧獥U模擬橋梁結(jié)構(gòu)時(shí)，通過(guò)有效寬度系數(shù)，可對(duì)其內(nèi)力進(jìn)行計(jì)算，同時(shí)利用調(diào)整后的橫截面特性，完成對(duì)應(yīng)力大小的監(jiān)測(cè)。

1.3 基于灰色預(yù)測(cè)理論的橋梁施工應(yīng)力變化預(yù)測(cè)

為更加及時(shí)地獲取橋梁施工階段的應(yīng)力變化，基于灰色預(yù)測(cè)理論，預(yù)測(cè)橋梁施工的應(yīng)力變化。通過(guò)灰色序列算子，處理并運(yùn)算施工過(guò)程中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的分析挖掘，進(jìn)而得出相關(guān)的規(guī)律[9]?；疑A(yù)測(cè)理論的核心內(nèi)容是灰色序列生成，通過(guò)橋梁施工過(guò)程中的既有數(shù)據(jù)，找出橋梁應(yīng)力變化規(guī)律。在灰序列生成的過(guò)程中，為了避免在對(duì)應(yīng)力變化進(jìn)行預(yù)測(cè)時(shí)，受到?jīng)_擊的干擾，利用序列算子對(duì)數(shù)據(jù)空穴進(jìn)行補(bǔ)充，從而弱化應(yīng)力變化的隨機(jī)性[10]。在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，預(yù)測(cè)模型并不是唯一的，應(yīng)當(dāng)根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況，選擇適合的預(yù)測(cè)模型。其具體流程為：首先確定實(shí)際測(cè)量時(shí)獲取的橋梁施工應(yīng)力序列；其次利用光滑比判斷其是否滿足GM模型的各項(xiàng)需求；若不滿足則變換數(shù)據(jù)或替代其他模型，若滿足則利用序列算子對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理；確定模型中的各項(xiàng)參數(shù)；求解出相應(yīng)的模擬數(shù)值；對(duì)應(yīng)力變化預(yù)測(cè)結(jié)果的誤差進(jìn)行校驗(yàn)。

2 橋梁施工維修加固技術(shù)研究

2.1 橋梁上層結(jié)構(gòu)優(yōu)化改造

當(dāng)前大部分橋梁建設(shè)年代相對(duì)久遠(yuǎn)，并且當(dāng)時(shí)的修建技術(shù)不夠完善，橋梁整體結(jié)構(gòu)已經(jīng)無(wú)法滿足當(dāng)前交通運(yùn)輸?shù)男枰虼嗽趯?duì)橋梁施工維修加固時(shí)，首先要對(duì)橋梁上層整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化改造[11]。當(dāng)前隨著運(yùn)輸車輛的數(shù)量不斷增加，原有橋梁上層結(jié)構(gòu)需要進(jìn)行拼寬處理才能防止車輛在運(yùn)輸過(guò)程中在橋梁上出現(xiàn)擁堵的問(wèn)題。在拼寬過(guò)程中需要注意橋梁整體的承載量要限制在整個(gè)橋梁安全承載力范圍內(nèi)[12]。其次，還可通過(guò)將原始橋梁上層結(jié)構(gòu)中的橋臺(tái)改為拱式結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)對(duì)上層結(jié)構(gòu)的優(yōu)化。但拱式結(jié)構(gòu)承載力相對(duì)較小，因此不適用于交通流量大的地區(qū)，對(duì)于交通流量小的地區(qū)，采用拱式結(jié)構(gòu)可以有效提高橋梁整體的穩(wěn)定性。對(duì)于跨度較小的橋梁，若其原始結(jié)構(gòu)為拱式結(jié)構(gòu)，并且拱圈的厚度無(wú)法滿足運(yùn)輸量的要求，或出現(xiàn)嚴(yán)重的不均勻沉降現(xiàn)象，則可通過(guò)將拱式結(jié)構(gòu)改為板式結(jié)構(gòu)的方法解決這一問(wèn)題。

2.2 原始橋梁基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)加固

對(duì)于年代較為久遠(yuǎn)的原始橋梁，其跨徑相對(duì)較小，經(jīng)常會(huì)受到洪水或河流改道沖擊造成嚴(yán)重的侵蝕，因此在對(duì)其進(jìn)行維修和加固時(shí)，可采用在橋梁基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)上滿鋪片石混凝土的方法，對(duì)整個(gè)橋梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行加固[13]。除此之外，橋梁在長(zhǎng)時(shí)間使用的過(guò)程中，會(huì)受到車輛的壓力以及雨水的侵蝕，使得橋梁的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)會(huì)出現(xiàn)大量裂縫結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致橋梁鋪裝層完全脫離的問(wèn)題。因此，針對(duì)這一問(wèn)題，要根據(jù)橋梁的具體情況，采用橋梁表層鋪裝層加固的方法，加強(qiáng)橋梁表面結(jié)構(gòu)的平整性，防止其內(nèi)部混凝土材料受到嚴(yán)重的腐蝕。

對(duì)于原始橋梁的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的加固還可利用表面處理法、注漿法、充填法實(shí)現(xiàn)。其中，表面處理法是針對(duì)橋梁基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)中出現(xiàn)細(xì)小的裂縫，利用填涂材料增強(qiáng)橋梁整體的防水能力，對(duì)于裂縫產(chǎn)生的過(guò)程中伴隨著寬度的變化可適當(dāng)采用伸縮性的填涂材料[14]。注漿法是向橋梁產(chǎn)生的裂縫中注入樹(shù)脂材料，通常情況下可選用環(huán)氧樹(shù)脂材料進(jìn)行注漿，注漿過(guò)程中應(yīng)當(dāng)采用低壓低速的注漿方式。充填法更適用于對(duì)寬度較寬的裂縫進(jìn)行修補(bǔ)，沿裂縫周圍鑿出一條深槽，在槽內(nèi)將各類黏結(jié)材料嵌入。

2.3 主橋箱梁外側(cè)增設(shè)預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)

除上述兩種方法外，還可通過(guò)向主橋箱梁外側(cè)增設(shè)預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的方法對(duì)橋梁進(jìn)行維修和加固處理。在主橋箱梁內(nèi)部設(shè)置15道體外預(yù)應(yīng)力索，其中7道為邊跨與中跨通長(zhǎng)索，另外8道為中跨索。將15道體外預(yù)應(yīng)力索的加固張力控制為0.55fpk，對(duì)附著在頂板的轉(zhuǎn)向塊進(jìn)行混凝土澆筑，為保證在澆筑的過(guò)程中新增混凝土澆筑密實(shí)，可在新增混凝土與橋梁頂板結(jié)構(gòu)的接觸面上添加下料孔以及排氣孔，同時(shí)在鉆孔的過(guò)程中應(yīng)當(dāng)避免與原始橋梁結(jié)構(gòu)的預(yù)應(yīng)力鋼筋接觸[15]。混凝土澆筑完畢后，需要加強(qiáng)養(yǎng)生，保證濕養(yǎng)時(shí)間不少于10 d，新增的混凝土養(yǎng)護(hù)齡期應(yīng)超過(guò)20 d，并且在混凝土強(qiáng)度達(dá)到預(yù)設(shè)時(shí)的98.5%時(shí)，才可對(duì)預(yù)應(yīng)力鋼束進(jìn)行張拉。

3 結(jié)束語(yǔ)

當(dāng)前橋梁建設(shè)項(xiàng)目正在蓬勃發(fā)展，對(duì)于其施工過(guò)程中的應(yīng)力監(jiān)測(cè)而言，仍然具有更加廣闊的研究空間，有關(guān)施工過(guò)程中的應(yīng)力監(jiān)測(cè)分析內(nèi)容還可更加深入。僅對(duì)應(yīng)力監(jiān)測(cè)中的一部分進(jìn)行研究與分析，通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)仍存在某些方面的不足，例如，未考慮實(shí)際施工時(shí)周圍環(huán)境的影響因素等，因此，在后續(xù)研究中，還需針對(duì)這一方面的問(wèn)題進(jìn)行更加深入的研究。