大跨度主航道桥拓宽工程改建施工关键技术研究

作者简介：欧海波（1984—），工程师，研究方向：桥梁工程。

在进行大跨度主航道桥拓宽工程改建施工时由于运用传统施工关键技术，对施工桥梁横向分布系数的计算不精准，因此施工后桥梁承载力低，无法实现对大跨度主航道桥拓宽工程改建的安全施工。针对这一问题，文章进行大跨度主航道桥拓宽工程改建施工关键技术研究。在主线拼宽桥施工过程中，运用曲线曲率感知方程计算不同横向刚度时的主梁受力情况，计算得出的拓宽工程改建施工桥梁横向分布系数越接近，证明拓宽改建施工前后桥梁连接能力越强。通过实验证明，该设计技术可以实现对大跨度主航道桥拓宽工程改建的安全施工。

大跨度;主航道桥;拓宽工程;改建;施工关键技术;主梁受力情况

U445.6A521873

0 引言

随着我国经济的飞速发展，对交通行业提出更高的要求，公路桥梁在促进经济发展的过程中起到不可替代的作用。大跨度主航道桥拓宽工程改建的主要目的是通过对桥梁的拓宽，提高原有主航道桥的桥梁荷载等级[1]。在本文提出的大跨度主航道桥拓宽工程改建施工关键技术中，主要针对主线拼宽桥施工、拓宽工程改建施工桥梁横向分布系数计算以及设置下部结构允许沉降差展开具体研究。要求施工技术必须满足大跨度主航道桥拓宽工程改建施工要求，并结合大跨度主航道桥性质，选择合理的方法对大跨度主航道桥拓宽工程进行改建施工，提高大跨度主航道桥拓宽工程改建质量[2]，旨在通过得到的拓宽改造工程桥梁横向分布系数来提高施工技术的安全性。

1 大跨度主航道桥拓宽工程改建施工关键技术

在改建施工过程中，临时支架的受力及变形情况将直接影响到主梁施工的安全及成桥的质量。因此，全面掌握施工过程中支架的受力及变形，是不可缺少的重要环节。为此，需要现场观测支架预压阶段、施工过程中的支架应力及沉降变形、受力情况等数据，同時基于曲线曲率感知方程计算分析，全面掌握支架结构的应力、变形及稳定性，做到“心中有数”，确保施工的安全及顺利推进。

1.1 确定主梁受力情况及变形位移

大跨度主航道桥拓宽工程改建施工是一个非常复杂的动态过程，此次运用曲线曲率感知方程计算拓宽工程时主梁受力情况[3]，并做出以下假设：将主梁受力假设成一个平面问题;将主梁简化为一个具有一定质量的点;假设主梁受力没有惯性诱导作用[4]。则主线拼宽桥施工的主梁受力情况计算如图1所示。

在图1中，C指的是主梁质量点;a指的是主梁外边缘受力情况;b指的是主梁内边缘受力情况;α指的是主线拼宽桥斜展率;LB指的是主线拼宽标准段距硬路肩边缘的距离;LA指的是主梁端部的受力情况;L1指的是主梁受力情况;L2指的是主梁变形位移。在此基础上，得出L1与L2的曲线方程，如式（1）、式（2）所示。

L1=arccosRRd+O2（1）

L2=arccosRαRd+O2（2）

式中：

R——主线拼宽桥施工中心线半径;

Rd——主线拼宽桥至内侧车道中心线半径;

O2——主梁受力横向偏位;

Rα——弹性模量。

通过式（1）、式（2），为后续计算拓宽工程改建施工桥梁横向分布系数提供基础施工数据[5]。

临时支架变形监测采用水准仪进行，监测部位为支架底部及贝雷片顶部的小分配梁位置处。钢管底部主要监测支架沉降，贝雷片顶部的小分配梁主要监测支架变形。沉降及支架变形监测时，在每个测试断面横向分别布置3个测点，在加载前安装好测点，测量空载数据。加载采用堆放沙袋的方式进行，测试前压重荷载应严格控制。加载过程中支架变形观测步骤如下：加载重量达到60%时监测一次，加载到80%重监测一次，加载100%后持续3 d进行监测，加载24 h内每隔4 h监测1次，然后每隔6 h各监测1次，卸载6 h监测1次。加载过程中密切关注各测点的数据变化，一旦出现下面的情况时，应停止加载：控制测点的变位超过规范允许值时;由于加载，变形超过允许值范围时。

1.2 施工支护结构有限元模拟

构建施工支护结构有限元模型，利用该模型对施工支护结构实施有限元数值模拟。对改扩建施工支护结构有限元的各层土体进行定义，构建其本构模型，从而建立实体六面体单元来代表基坑旁的建筑基础。各层土层的力学参数与物理性质具体如表1所示。

沿基坑旁的建筑对支护桩进行布置，对支护结构的间距规格、桩长、冠梁截面、圈梁截面、支撑截面、连杆截面、内支撑、立柱型钢格构钢截面、斜撑钢格构钢截面进行设置，从而构建改扩建施工支护结构有限元模型的斜撑钢格构钢梁单元、立柱单元、混凝土圈梁单元、混凝土冠梁单元、支护桩单元、内支撑单元[6]。利用MIDAS/GTS软件对改扩建施工支护结构有限元模型实施有限元数值模拟。

主要计算参数取值：C50预应力混凝土T梁和箱梁的抗压弹性模量EC=3.45×104 MPa，重度γ=26 kN/m3;桥面系中防撞护栏重度取值γ=26 kN/m3;桥面铺装C30混凝土重度取为26 kN/m3;桥面铺装层厚度为8～12 cm。考虑到桥面现浇混凝土铺装层的磨损和与主梁的连接情况，由于箱梁梁高远大于铺装层厚度，故不考虑混凝土桥面铺装层参与主桥箱梁的结构抗弯受力，但考虑4.6 cm厚C30（折算为4.0 cm厚C50）混凝土桥面铺装层参与T梁的结构抗弯受力，温度按均匀升温25 ℃，上、下缘温差10 ℃，均匀降温20 ℃，上、下缘温差5 ℃考虑。其他如混凝土收缩、徐变等按规范取值。

1.3 改扩建施工支护结构优化

根据改扩建施工支护结构有限元模型的具体数值模拟结果，考虑冗余度制订改扩建施工支护结构实施优化设计方案，实现改扩建施工支护结构优化设计[7-8]。改扩建施工支护结构的具体优化设计方案如表2所示。

2 实验

2.1 实验准备

为构建实验，实验对象选取某大跨度主航道桥拓宽工程。某大跨度主航道桥拓宽工程施工项目及要求如表3所示。

实验软件为核查工具QAcenter，主要用于对大跨度主航道桥拓宽工程改建施工的模拟。实验主要内容为核查两种施工技术施工后桥梁的承载力，承载力越大意味着施工后桥梁的安全性能越高。

2.2 实验结果分析与结论

根据上述设计的实验步骤，采集9组实验数据，将两种施工技术下的桥梁承载力进行对比，结果如表4所示。

通过表4可得出如下的结论：本文设计的施工技术施工后桥梁承载力最高为887.514 MPa，实验对照组为414.378 MPa。在9次实验中，设计技术9次施工后桥梁承载力均高于标准差值，而对照组仅有2次高于标准差值，设计技术可以实现對大跨度主航道桥拓宽工程改建的安全施工。

3 结语

本文对大跨度主航道桥拓宽工程改建施工关键技术进行了研究，提高了大跨度主航道桥拓宽工程改建施工安全性。通过实验证明，设计施工技术在保证施工安全方面中的具体优势已经显现出来，施工前后桥梁的横向分布系数差值的大小是保证施工技术质量的主要衡量标准。

[1]荆刚毅，蒋能世，杜洪池，等.南京长江第五大桥上部结构钢混组合梁安装施工关键技术[J].公路交通科技（应用技术版），2019，15（12）：260-264.

[2]王利明，周建军，李宏波，等.城市地铁双护盾TBM穿越碎裂石断层加固范围及施工关键技术研究[J].水利与建筑工程学报，2019，17（4）：188-192，216.

[3]龚兵传.大跨径悬索桥主缆PPWS法施工关键技术应用与研究[J].广东交通职业技术学院学报，2019，18（3）：26-30.

[4]张明书，孙雪菲，俞景文，等.地铁TBM区间上跨高铁隧道施工关键技术研究[J].铁道工程学报，2019，36（7）：76-80，104.

[5]王 通，王毓晋，吴方钰，等.70 m PC整孔预制箱梁施工关键技术分析[J].盐城工学院学报（自然科学版），2020，33（1）：43-49.

[6]朱克勤，吴尧垚，何 燕.现浇混凝土预应力复合楼板施工关键技术研究[J].山东交通科技，2018，1（2）：126-127.

[7]李 萌.后张法预应力混凝土桥梁的施工关键技术分析[J].太原城市职业技术学院学报，2018，1（1）：167-169.

[8]孙文会，陈鹏柱，黄柏杨，等.基于不同施工方法的大跨径劲性骨架拱桥受力特性研究[J].交通科技，2018，1（6）：32-35.