大跨度桥梁抗震特点及施工技术分析

刘亭玉，谢永康，钟 鸣

（武汉地铁运营有限公司，湖北 武汉 430033）

1 大跨度桥梁抗震特点

1.1 大跨度桥梁抗震需求分析

大跨度桥梁在我国的建设规模在不断扩大，占到了全部桥梁的60%以上。由于其跨度大，且桥体部分缺乏足够的基础支撑，因此大跨度桥梁在稳定性和强度方面有着很大的需求，这也是提高其抗震性能的主要手段之一。为了将大跨度桥梁成功建成并投入使用，同时还要确保使用过程中的安全性，达到预期的使用寿命，需要采取一定的桥梁加固技术，来提升桥梁的稳定性和承载能力，同时也达到提升抗震水平的目的，即使面临地震灾害，也能够维持桥梁不坍塌。因此，在大跨度桥梁设计施工时，必须将其抗震需求纳入考虑范围，设计出相应的桥梁加固技术并有效落实，这对于实现大跨度桥梁的价值有着重要的现实意义。

1.2 大跨度桥梁的抗震特点分析

我国有不少地区处于地震多发的地带，而地震灾害对于基础建筑尤其是对道路、桥梁等交通网络有着很大的破坏力。为了提升大跨度桥梁的抗震性能，需要对其抗震特点进行研究，然后有针对性地开展大跨度桥梁的抗震设计和施工。大跨度桥梁的抗震特点主要有以下几方面。

（1）概念设计对大跨度桥梁的抗震性能的影响较大。在进行大跨度桥梁的施工前，需要做好方案设计，抗震设计规划是其中的一个重要方面，在做好抗震规划后，才能有方向性的确定具体需要应用的桥梁施工技术。在进行抗震规划时，概念设计对于大跨度桥梁的抗震性能有着重要的影响，其合理度对于桥梁的抗震等级有着决定性的影响。概念设计需要深入分析大跨度桥梁各组成部分之间的力学支撑关系，为后期提出合理的抗震设计提供基础框架并指明方向。通过概念设计还能够对桥梁的抗震能力进行准确评估，根据评估结果对抗震设计进行灵活的变更，使设计的抗震方案能够更加符合具体工程项目的实际情况，更具有可行性。

（2）桥梁结构的延性特点。桥梁结构构件自身的延展性是大跨度桥梁的抗震特性之一，这一特性能够有效地缓解地震破坏力对桥梁造成的冲击。其原理就是在地震发生时，桥梁结构构件的延展性会发生作用，使构件发生塑形的变化，将结构的破坏控制在桥梁能够承受的范围内，并且避免关键部位被破坏，保证桥梁结构维持稳定不坍塌，从而保障大跨度桥梁在地震中的安全性。

（3）桥梁自身的减震隔震特点。大跨度桥梁的支座通常使用铅芯橡胶材质或者高阻力橡胶材质，这种支座能够起到较好的减震作用，在发生地震时，桥梁在接收到地震的能量后会进入塑形期，在此期间支座对于地震能量能够进行有效的阻挡和消耗，进而减轻地震对于桥梁的破坏力。另外，大跨度桥梁配备的隔震装置会将地震能量转移出去，进而减轻桥梁结构所受到的地震破坏能量，具有较好的抗震效果。

2 大跨度桥梁施工技术分析

大跨度桥梁施工中的一些具有加固效果，能够提升桥梁整体强度的技术，也能够有效的提升桥梁的抗震性能，具体分析如下。

2.1 施工技术注意要点

（1）控制桥梁结构变形。在大跨度桥梁施工的过程中，要加强对桥梁变形的控制，可以从以下两方面着手。第一，要控制填料受外力压缩而产生的变形。填料是大跨度桥梁施工中的重要原材料，填料的性能对于桥梁的质量有着重要影响。因为填料在受到外力后容易被压缩变形，进而导致桥梁结构的变形，影响稳定性。为此在施工中需要结合填料的性质选择恰当的处理方法，减少填料之间的空隙，缩小其沉降差，降低变形的可能性；同时可以选择具有高强度的填料，保障大跨度桥梁的施工质量。第二，合理利用施工控制网。通过构建稳定的施工控制网，能够有效地监测并控制桥梁结构变形。桥梁施工中的控制网主要分两种，即高程控制网和平面控制网。两种类型的控制网都属于点位控制管理，其中高程控制网的精度较高，能够实现等级较高的桥梁工程的变形控制。而平面控制网具有较强的特殊性，在布置形式上有特殊要求，需要按照双大地四边形进行布置，借此提高点位的精度，并且在施工中要进行动态的管理。

（2）合理选择工作基点。通过合理的选择工作基点，能够有效地提高大跨度桥梁结构的稳定性，实现有效的桥梁基础施工控制。当前的大跨度桥梁施工时应用较多的是挂篮悬臂施工，为了确保施工质量，需要对结构进行固定，并实行挂篮浇筑块的差异化管理，这就需要借助平面基点来实现。平面基点设计在桥墩顶部的箱梁内、顶板的位置，通过对工作基点的合理布局，来实现挂篮浇筑施工控制。

（3）优化处理桥梁软土地基。桥台以及过渡段的地基如果是软土性质的，则必须进行硬化处理，以提高其承载能力，保障桥梁结构的稳定性。一般情况下，桥台的软土地基对于钻孔灌注桩技术的应用较多，应用该技术后，能够有效提升桥台地基的承载力和稳定性；过渡段的软土地基较为常用的处理技术有换填法、排水固结法等。根据具体的大跨度桥梁工程项目的实际情况，需要选择合适的软土地基处理技术，减少过渡段出现裂缝、跳台等问题的可能性。

2.2 大跨度桥梁施工技术

2.2.1 桥梁基础施工技术

大跨度桥梁的基础施工技术主要包括以下几种，具体分析如下。

（1）大型深水群桩基础施工技术。该技术的应用流程主要有：第一，钻孔平台搭设。近年来在大型深水桩基础施工中新开发了钻孔平台搭设的技术和工艺，应用较多的有钢护筒平台和钢吊箱平台。钢护筒平台是使用打桩机或打桩船，将钢护筒垂直打入较深处的土层中，然后在钢护筒的顶部安装平台板作为桩基础施工的平台，其主要的支撑结构就是竖向打入土层的钢护筒。而钢吊箱平台则是通过在合适的位置上设置钢吊箱，并加装钢护筒，形成桩基础作业的平台；该技术一般适用于承台地面和河床基层较高的情况，在承台高程之下的土质比较松软时，也可以使用该种技术。第二，钻孔灌桩施工。大跨度桥梁的深水群桩基础的桩径大、入土深且数量多，对于施工质量的要求很高，因此在进行钻孔施工时务必要做好质量的控制，具体可以从泥浆合理配比、把控好桩基的垂直度、控制水下混凝土浇筑等环节着手，实现施工质量的有效控制。第三，大型钢吊箱施工。当前在该工序施工过程中应用较多，效果较好的有整体吊装工艺和整体同步下放两种工艺。整体吊装工艺，主要工艺流程是：在岸边将整体钢吊箱使用滑道、水上浮运等方式运送到海面或江面的桩基础施工现场，到达施工现场后，按照施工工序进行吊装、定位、水下封孔等作业。该工艺技术具有许多的优势，比如施工快速简便、精度高、安全性好，能够取得较好的基础施工效果，因此得到了较多的应用。整体同步下放工艺，该工艺是指在钢吊箱施工过程中，以已完工的桩基础为支撑，在桥墩处将钢吊箱整体加装完毕，然后通过计算机的控制，使用规格较大的千斤顶来将钢吊箱整体同步下放至预定位置。这种工艺技术能够突破传统钢吊箱下放过程中所受到的钢吊箱重量、规模、体积等的限制，尤其是在大跨度桥梁基础施工中能够起到较好的效果，因此应用和发展前景十分广阔。

（2）地下连续墙施工技术。地下连续墙施工技术具有各方面的优势，如能够很好地适用于各种现场环境，对地层结构破坏性较小，能够增强地基的强度和防渗性能，产生的噪音污染较小等，因此在大跨度桥梁基础施工中也较为常用。该技术的主要应用流程包括施工准备、基层清理、钻孔、混凝土浇筑和养护等。

2.2.2 索塔施工技术

（1）混凝土索塔施工。钢筋混凝土索塔是大跨度桥梁索塔施工的最常见的形式。混凝土索塔的主要施工流程是，向工厂提供索塔的设计图，由工厂预制加工；在加工完成后，将索塔分节运送至大跨度桥梁施工现场，然后使用塔吊等设备对索塔进行吊装、按节进行垂直连接。吊装完成后，对横梁的尺寸进行测量，然后按照测量结果分块浇筑横梁，最后进行张拉后即完成混凝土索塔的施工。

（2）索塔抗倾斜措施。混凝土索塔的塔柱在长期受外界应力以及自身重力的作用下，会产生较大的张力，进而增加底部出现混凝土裂缝问题的概率；而一旦发生裂缝并持续扩大，会导致塔柱的稳定性降低进而引发倾斜，因此在施工中必须采取合理的措施预防这种现象的出现。主要措施有，在施工时进行分段设置主动支撑，在水平方向上提供支撑力，这样能够有效减少张力对塔柱的影响；在完成索塔柱的施工后，就可以拆除主动支撑。

2.2.3 超长斜拉索施工技术

在进行大跨度桥梁的斜拉索施工时，需要根据工程现场的实际条件，比如斜拉索的长度、牵引张拉的方式等，来确定具体的施工方案。具体来说，针对索塔柱附近长度较短的斜拉索，当拉索使用塔吊提升至塔端后，可以使用手拉葫芦的牵引方式将斜拉索拉至两端锚头部位，最后在塔端进行张拉。而对于具有一定长度的斜拉索，则需要使用吊索车将索盘吊起，然后使用塔吊将其挂到塔端与展索上，之后应当借助于卷扬机和连续千斤顶的方式来进行斜拉索的牵引，并将其引至锚头处进行固定，最后在塔端进行相应张拉。一般情况下，张拉的位置会设置在塔端的部位，因为在这一部位进行施工操作能够减轻桥面的荷载。

2.2.4 高性能混凝土施工技术

该技术应用于大跨度桥梁的施工中，能够有效地提升大跨度桥梁的稳定性与强度，进而实现较好的抵御地震及其他外力破坏的效果。具体来说，该技术在大跨度桥梁施工中进行应用时，需要考虑以下方面的内容，以确保能够起到预期的效果。

（1）合理选择混凝土原材料。第一是骨料的选择。在进行混凝土级配时，集料的选择应当注意以下内容。首先是细骨料的选材，细骨料一般选用粗砂，在具体的选材过程中，要控制细骨料的细度模量，太粗的细骨料会造成混合后的混凝土密实度不够，一般控制在2.3~3较为合适；要控制细骨料粒径，一般在0.315~5 mm之间的粒径可选，高于或低于此标准的骨料含沙量会较高，影响混凝土级配的效果；另外还要控制细集料中的有害物质的含量，例如淤泥、云母、硫化物、硫酸盐等，尽量避免这些有害物质的出现或含量超出标准。其次是粗骨料的选择。选择粗骨料时应当按照硬度高、干净、表面较粗糙的标准来进行。粗骨料选材时，要进行岩石抗压强度的测试，来检测其强度是否符合要求，并进行碱活性检测，确认使用过程中是否会带来质量危害。同时对于粗骨料中的有害物质含量也应当进行严格的控制；另外其中的片状颗粒或针状颗粒的含量不应超出8%，否则会影响混凝土的强度。

第二是水泥的选择。首先要确定水泥的强度等级，一般以设计的混凝土强度等级的1.2倍的标准来确定。其次，大跨度桥梁施工用的混凝土，选择的水泥应当与配套的减水剂能够较好地相溶。最后，应当避免使用立窖水泥和早强型水泥，以有效控制混凝土体积的稳定性。

第三是矿物掺合料的选择。在大跨度桥梁的混凝土施工中，可以加入适量的矿物掺合料，能够减少水泥用量，减少水化反应产生的热量，避免温差造成的混凝土裂缝，还能够提升混凝土结构的抗腐蚀性能以及密实度。在实际施工中，应用较多的矿物掺合料有粉煤灰、硅粉、沸石粉等，具体的用量和种类应当根据具体工程项目的需求来选择。

第四是外加剂的选择。在选用混凝土外加剂时，应当以外加剂是否能与水泥、矿物掺合料具有良好的相溶性为标准，具体的用量一般不超过水泥含量的5%。同时，添加的外加剂不能产生对人或环境有毒有害的物质，因此应当避免使用氯盐外加剂，一般较为常用的外加剂有减水剂、引气剂、缓凝剂等。

（2）施工过程控制。首先是混凝土的配比搅拌环节。选择混凝土拌合站时要考虑到运输距离，一般选择距施工现场较近的拌合站，拌合站的各种拌合设备、计量必须符合精度要求；严格按照设计的各种原材料配比进行搅拌，需要注意的是水的添加量，必须要扣除骨料和外加剂中的含水量；搅拌的时间通常在3~5 min，要确保拌合的充分、均匀、没有离析等现象。其次是混凝土的浇筑环节。浇筑时要避免倾倒的高度过高，否则容易出现混凝土离析、水分挥发等问题；如果现场不具备条件的，可以借助滑槽、溜管等设施来进行浇筑。对于塔柱、桥墩这些体积较大或长度较长的构件，浇筑时应当采用分层连续浇筑的方式，确保浇筑的效果。最后是混凝土的养护环节。

3 结束语

综上所述，为了确保大跨度桥梁的施工质量，提升其稳定性和强度，增强其抗震性能，避免在地震中遭受严重破坏，需要结合其抗震特点和抗震需求，来合理地应用各种施工加固技术，做好大跨度桥梁的基础、索塔、斜拉索、混凝土浇筑等的施工，通过各环节的质量控制，实现大跨度桥梁整体质量和抗震能力的提升。