大跨径桥梁施工控制不确定因素分析

王波 岳阳市城市建设工程有限公司

1 前言

随着我国经济的不断发展，越来越多的新式建筑出现在人们的生活中，为了解决国家边远山区的交通问题，让边远地区的经济发展不受交通限制，更多高速公路已经在边远山区修建起来。但是山区的地形不像平原地区那样适合修建高速公路，国家需要投入更多的资金在高速公路修建过程中，譬如为了跨越特殊地形，高速公路需要搭建大跨径桥梁进行连接，因此我国的桥梁施工控制技术也随之得到了提升。为了保证桥梁施工工程的施工质量，需要在桥梁施工过程中不断运用桥梁施工控制技术，并调整施工参数，以适应不同的桥梁施工现场实际情况。总结来说，桥梁施工控制是保障桥梁安全施工的核心技术，在进行大跨径桥梁施工时分析桥梁施工控制不确定因素是必要的一个步骤。

2 大跨径桥梁

2.1 大跨径桥梁的概念及施工特点

大跨径桥梁指的是大幅度跨径的桥梁，从相关桥梁技术手册上查阅得知，按目前工程技术水平来看，大跨径桥梁指的是跨度超过100m的桥梁。随着技术水平的不断提升，大跨径桥梁所对应的桥梁跨度数值会越来越大，这也是与时俱进的一个指标。

根据公路工程技术标准相关规定，大跨径桥梁中跨度的规模一般在100m以上，单个孔洞的跨度应该在40m~150m之间，因此大跨径桥梁的施工特点与普通桥梁有很大区别，主要区别体现在如下两个方面：一是本身的自重和荷载力较大；二是对地基和施工机械设备的要求较高。

2.2 桥梁施工中的控制内容要点

在桥梁施工过程中，对工程进行良好的施工控制能够有效提升整个工程的施工质量，并且为后续的安全使用提供保障。在大跨径桥梁施工中，由于桥梁跨度较长，通常会采用分段施工方式，会导致施工过程中产生一些不确定因素，因此在施工过程中必须加大对施工质量的把控。特别是一些预应力混凝土桥梁工程，由于材料的特点比较松散，导致桥梁内部之间经常会产生内部作用力，使得内部产生位移现象，给工程带来了一定的质量隐患。如果对工程进行返工，对工程施工进度造成严重的影响。因此工程施工控制是工程施工中必要的一个环节，在良好的控制下，每一个施工阶段发生问题的概率都会显著降低。譬如在桥梁施工阶段，如果做好相应的监测工作，桥梁的内部应力及形变程度都可以事先干预，如果在观测中发现数据出现偏差，要求相关技术人员及时跟进，并且分析导致问题的内部原因，且给出相应的解决措施，这样能充分保证工程的质量安全。如果做好对桥梁等工程的有效控制工作，也可以帮助后续监测人员提高对桥梁检测时的工作效率。

通常情况下，桥梁施工控制内容主要包含结构稳定控制、结构安全控制、结构应力控制和结构变形控制。

（1）结构稳定控制指的是在桥梁施工过程中确保桥梁的稳定性，所以为了确保稳定性必须保证桥梁结构稳定，桥梁设计师不仅要考虑桥梁整体的稳定性，还要重点关注某些局部的稳定性，必须在施工过程中加强桥梁的稳定性监测，有效控制桥梁的失稳现象。

（2）结构安全控制主要是要求施工人员在桥梁施工过程中重点保证施工的安全性，所有的工程都以安全性为前提。在大跨径桥梁施工建设中，由于地形比较复杂，影响桥梁施工的不利要素也会比平原地区要多很多，因此要基于实际现场情况，制定适合本项工程的安全注意事项。

（3）结构应力控制主要是在施工过程中，确定桥梁应受能力和事先估计的应受能力是否能匹配，是否符合施工指标要求。但是由于大跨径桥梁施工难度较大，要对其进行精确的应受能力评估不大容易，但是依然要尽量考虑这个问题，在施工过程中要加大对某些关键性指标的监测，即使不能给出十分准确的应受能力评估，也要给出一些指导性建议，给相关管理者提供辅助建议。

（4）结构变形控制指的是在施工建设中，桥梁会产生一些形变，通过结构变形控制，设计方和施工方能确保结构变形程度控制在一定的范围内，并且保证对桥梁的安全和质量不会产生影响。

施工控制的特点是根据具体的现场实际情况，制定相应的设计方案和桥梁参数，由于地形地貌千变万化，桥梁结构和样式也是多种多样的，因此施工控制无需拘泥特定的内容和形式，要针对具体的工程开展具体的分析，并采用相对应的设计方案，方案要根据实际情况对某些方面有所侧重。譬如在悬索桥工程施工中，要重点对承受重量的主索进行对应的施工控制，科学合理的计算主索的长度；在斜拉桥施工过程中，重点对标高进行施工控制。

2.3 影响施工控制的因素

影响施工控制的因素有很多种，包括施工管理、施工监测、施工工艺、结构参数、温度因素和材料收缩等。

（1）桥梁结构因素。影响施工控制最重要的一个因素就是结构因素，影响桥梁结构设计的要素很复杂，首要因素就是桥梁所处的自然条件和地质条件，自然条件和地质条件往往影响着桥梁的跨度和高度；然后是人为设计因素，这个取决于政府对外观的要求或者设计师个人的主观偏好。

（2）施工管理因素。施工管理是工程施工中的一个重要组成部分，为了在保证工程质量的情况下按时完成工程任务，从收到施工任务开始一直到工程完成验收，整个过程需要以施工现场和施工对象为主要关注点，对其进行组织管理。在施工正式开展前，要全面了解整个工程的状况，凡事做到心中有数，要熟悉施工图纸和有关技术规范，并且弄清楚相关质量要求，施工管理要实行有目标地组织协调控制，同时在管理某一项工程时，要以安全施工为前提，充分确保工程的质量。

（3）施工监测因素。施工监测的概念主要是指在施工过程中，相关监测人员要重点监视一些关键部位，为了保障施工质量及施工的安全性，相关监测人员要设定某些控制值，当监测值逼近控制值时，要有相应的预警提示，这些工作需要各承建方积极配合，共同完成。施工监测的主要内容包括大型施工项目应力变化监测、结构健康监测、隧道围岩位移监测、大体积混凝土浇筑温度监测和基坑监测。

（4）施工工艺因素。施工工艺主要是指与施工相关的一些工艺，在施工过程中，施工方应该按照设计方案中的图纸，采用合理的施工工艺开展施工，常见的建筑施工工艺包括挖土方、标高、钢筋绑扎和混凝土施工等，在建筑施工开展之前，必须要事先确定要采取的施工工艺。

（5）温度因素。温度在建筑施工中也具有一定影响，尤其对混凝土的影响特别严重。在现代建筑施工中，混凝土扮演了不可或缺的角色，混凝土对于温度十分敏感，在大体积混凝土中，温度应力的影响特别明显。在混凝土完成浇筑以后，体内会继续发生反应，造成内外温度存在偏差，然后由于热胀冷缩原理，导致某些部位出现裂缝。除此之外，混凝土也会经常出现温度裂缝，这些都会或多或少影响施工建筑的耐久性和强度。因此施工人员在实际工程中，要充分认识温度变化给混凝土使用带来的不利影响，在工程中可以选用低热水泥，尽量降低热源温度，或者通过水冷降低骨料温度，也可以在搅拌过程中使用冷水，如果上述措施均不能达到明显效果，可以对其强迫冷却，主要方式是在其内部埋设冷却水管，强迫其降温。

（6）材料收缩因素。建筑工程中的材料收缩因素也是具体表现在混凝土这一施工材料上的，材料收缩会导致收缩裂缝的产生，这是由于温度变化所引起的。由于混凝土是以水泥为主要材料，配合使用沙子和石头，然后和水一起搅拌，最后运输到施工工地进行浇筑，凝结为人工石材。施工过程中，如果加入过量的水，会导致这些多出的水分以游离态存在，并且逐渐蒸发，以至于在混凝土内部形成大量空隙。水化作用以及碳化作用也会引起水泥土的收缩，由于混凝土收缩是固有属性，在工程施工中是不可避免的，需要把它控制在一定的收缩范围内。当然也可以通过改善水泥品种和骨料品种，调整水灰比，加入外掺剂以及改善养护方法等措施限制混凝土的收缩程度。

3 温度应力

桥梁施工过程中，影响桥梁安全的因素很多，其中最关键的就是桥梁应力应变信息，通过一些先进的监测方法，相关技术人员可以获取到一些关键部位的信息。其中温度受力指的是因为温度发生变化导致结构出现伸缩，当伸缩达到了一定量级以后，就会对结构产生对应的应力，工程上对此一般分为两种，第一种是自约束应力，主要是由纤维间的作用力差异所导致的，这种差异来源于结构组织内部的温度不一致；第二种是次约束应力，主要由变形位移形成的作用力，形成根源也是因为结构内部组织温度不同，温度应力最大的特点就是时间性和非线性特征，时间性主要体现在给定的时刻，某区域内的温度随空间坐标的变化而变化；非线性特征主要体现在当外界温度发生剧烈变化时，内部的温度并没有随之变化，导致内外具有明显的温差。

在桥梁设计中会大量采用混凝土，所以受环境影响，混凝土内部和外部的温度都是一个动态变化的数值，一般影响混凝土温度载荷的主要因素有三种。一种是太阳光引起的温度载荷，一种是外界温度骤然降低导致的温度载荷，最后一种是季节变迁导致的温度载荷。一般对工程中混凝土影响较大的是前两种，因此在桥梁设计阶段，要充分考虑这两种温度载荷对桥梁施工和后期使用的影响。

温度载荷分析过程是有相对详细的理论体系支撑的，分析主要基于大量的外场采集数据，并运用统计规律学建立一个按照时间变化的数学模型，虽然在数学层面上，可以得到这个函数的大致分布情况，但是从工程层面分析，还是会存在大量影响这个函数分布的其他因素，这些都会最终导致结果的偏差。因此针对某项工程的温度载荷分析，相关技术人员只能给出定性分析结果，并不能给出完全精确的预测值。

4 混凝土结构的徐变收缩分析

在长期应力作用下的混凝土，应变会随着时间变化而发生变化的，因此这种方式区别于弹性变形应变。通常把在长期应力作用下，应变随时间变化而增长的现象定义为徐变现象；还有一种现象是当混凝土材料长期处于零荷载状态时，会发生缓慢的收缩变形。总结来说，混凝土的应变主要是由温度应变、徐变应变和收缩应变共同导致的。

4.1 造成混凝土徐变的原因

（1）在某些外力的参与下，混凝土内部的胶体颗粒会发生黏性流动，这会导致晶体发生位移。（2）在外力的参与下，混凝土内部毛细孔中水的迁移能够释放部分的内部应力。（3）由于外部载荷的原因，混凝土会逐渐失去内部的水分，从而导致混凝土产生紧缩现象。（4）当混凝土逐渐产生细小裂缝时，随着时间的流逝，这些裂缝中不断有新物质进来填充，这时候混凝土会与这些新物质发生反应，生成结晶状物质，这种结晶状物质会使混凝土更容易发生结构位移。

4.2 造成混凝土收缩变形的原因

（1）碳化收缩导致的形变。由于空气中的二氧化碳会持续与混凝土中的化合物进行反应，使混凝土中的水泥化合物不断碳化，导致混凝土的体积不断减小，整个混凝土结构就会发生收缩变形。

（2）气候原因导致的干燥收缩，进而产生形变。由于混凝土经常是暴露在外部恶劣环境中，这会导致内部的水分不断失去，其实在温度较高的夏日，这种现象尤为显著，当混凝土内部水分不断流失，必然会发生收缩现象。

（3）自发收缩导致的形变。混凝土内部会不断发生水化反应，由于在水化反应中，会消耗掉水泥成分，导致混凝土的结构发生形变。

5 大跨径桥梁施工控制中需要重点提升的方面

准确测量桥梁的变形参数是桥梁施工控制的关键，因此在大跨径桥梁施工过程中，要在以下两个方面有所提升。

（1）在桥梁施工监控过程中，要不断丰富测量的项目，不仅要采用相对方便快捷的方法提高效率，还应该选择合适的手段获取到想要的参数。

（2）为了更好地开展进一步的研究工作，需要建立一个更加完善的数学模型，数学模型应该具有较高的参数适配能力，在不同的环境下，能具有高精度的预测能力，使得后续监测到的数据发挥更大的意义。

6 结束语

随着国家工程技术的不断提升，大跨径桥梁工程的施工效率也变得越来越高，在这种复杂工程的施工过程中，尤其需要相关工程技术人员针对不确定因素进行控制，保证工程的施工质量。作为影响大跨径桥梁工程施工质量最为关键的两个因素，温度应力现象以及混凝土收缩徐变现象，是桥梁工程施工中绕不过去的两个问题，由于受到桥梁工程施工环境和所用原材料的影响，两者所反映出来的具体参数是不断动态变化的，虽然在一些模拟场景中，很难给出精确的温度应力参数值和混凝土收缩徐变参数值，但是可以根据动态变化着的参数，给出一些定性的分析指导。