连续刚构桥梁中跨合龙段施工智能配重技术研究

廖高征 何磊祖 唐双美

摘要：文章对连续刚构桥梁中跨合龙段施工过程的配重进行了研究，优化了传统的合龙段施工工艺，并采用智能配重系统对合龙段施工的加载与卸载平衡进行精确控制，使总卸载误差降到0.28 kN，可为后续相关合龙段施工提供借鉴。

关键词：合龙段；智能配重；平衡；中央控制器

中图分类号：U445.4A170555

0引言

随着我国高速公路路网建设的飞速发展，不可避免要通过修建桥梁来穿越深谷河流。目前标准化要求越来越高，桥梁的施工质量也不断提升，无论是对连续刚构桥还是其他桥梁，合龙段施工质量尤为重要，是桥梁建设成败的重要标志［1］。而合龙段施工时两端配重的控制是影响合龙段浇筑质量的关键因素。合龙段施工通常在两端进行配重，减少混凝土浇筑时的挠度变形，保持T构两端的不平衡弯矩小于主墩顶临时固结所能提供的不平衡弯矩［2］。传统的合龙段施工通常采用合龙段两侧梁体分别堆载沙袋、水箱或混凝土预制块等方式配重，这些配重方式往往作业工序繁琐、功效低下，在卸载过程中无法保证匀速且对称地减少两侧平衡重量，使合龙段施工质量得不到很好保障。

因此，本文以黑水河特大桥主桥的合龙段施工为研究背景，采用智能化的工艺代替传统的合龙段施工工艺，其中，对智能配重的施工工艺、技术原理进行研究尤为重要。

1工程概况

黑水河特大桥位于大新县雷平镇哈兰村西侧350 m处，该桥设计桥面单幅宽度为12.75 m。该桥桥型为38 m×30 m预应力混凝土连续T梁+（80+150+80）m预应力混凝土连续刚构箱梁。

黑水河特大桥主桥上部结构为单箱室截面，共有4个边跨现浇段，4个边跨合龙段，2个中跨合龙段，顶宽12.75 m，翼板长3 m，底宽6.75 m。中跨合龙段高为3.30 m，采用C55混凝土，单个中跨合龙段长2.00 m，体积为23.00 m3，重60 t。

2施工设计思路

2.1技术原理

中跨合龙段施工采用智能配重装置进行加载、卸载平衡控制，其原理为浇筑的混凝土重量由合龙段底模承载，底模将压力传至吊架竖杆，再传至安装在吊架竖杆与锚固螺栓间的压力传感器，进行压力数值记录；压力传感器将检测压力值转换成电信号传递给中央控制器；中央控制器接收到加载电信号后，根据接收到的压力大小同步控制电磁阀及水泵开关，进行配重的卸载。介质水通过水管流出后，由电磁流量计实时记录流速和累计流量值，转换成电信号再重新反馈至中央控制器，通过中央控制器的计算程序检验浇筑混凝土量和泄水重量，实现加载与卸载的平衡。

2.2中跨合龙施工智能配重设备选择分析

根据前述的技术原理，对整个智能配重系统进行设计及各设备的选型，具体内容如下。

2.2.1卸载系统的设计

中跨合龙段浇筑时，根据设计图纸要求须在两悬臂端各配重30 t，计划两悬臂端各放置两个水箱（15 t/个）；整个系统按水箱数量分为四个控制单元，每个水箱为一个控制单元，配一个水泵、一个电磁流量计、一个自动开关；每个吊杆上安装一个称重模块用于计量浇筑混凝土的重量；整个系统由一个中央处理器进行控制，如图1所示。

2.2.2水泵的选择

中跨合龙段中跨浇筑时，采用一台地泵进行施工。根据悬臂现浇段施工经验，地泵输送混凝土速度为4 m3/h；拌和站平均出料速度为30 m3/h，配有6辆混凝土运输车可随时调配，拌和站距施工现场1.8 km，换算为现场供料速度为10 min/车（8 m3/车）。如表1所示。

根据以上信息得到混凝土浇筑速度为4.0 m3/h。混凝土重量按2.6 t/m3计算，换算成水的卸载速度为10.6 m3/h。合龙段混凝土浇筑施工时，考虑到加载位置的不均匀性，选择的水泵最小抽水速度为10.6 m3/h。为提高电磁流量计的精度，選择DN50的水泵（进出水口直径为5 cm）。

2.2.3压力传感器的选择

吊架通过吊杆悬挂于两悬臂端混凝土上，桥面上部的吊杆上先安装压力传感器，再安装固定螺帽，使荷载先通过吊杆传递给压力传感器，再传递给悬臂端。

合龙段施工时主要荷载由混凝土荷载、吊架模板自重及施工荷载组成，利用Midas Civil软件建模进行有限元分析，得到腹板位置的吊杆反力最大为10.6 t，故压力传感器的最大量程选择10.6×1.2=12.72 t，如图2所示。

2.3中跨合龙施工智能配重设备的检验

根据前述确定的设备需进行试验检测。随机抽取3个压力传感器，逐个将压力传感器放置在室内压力机上进行加压检测，在加压过程中大致按预计荷载的0、25%、50%、75%、100%五个节点进行记录，用压力设备施加的压力值与压力传感器检测的数值进行比较，具体见表2和图3。

由表2和图3可知，第一组测试最大偏差为0.03 kN，第二组测试最大偏差为0.02 kN，第三组测试最大偏差为0.02 kN，均小于允许偏差0.05 kN，检测结果满足施工要求，表明该批压力传感器可用于现场施工。

电磁流量计的作用是对卸载的介质（水）进行计量，电磁流量计的准确性是保证加载、卸载平衡的关键因素。对电磁流量计检测时，采用在不同流速下，对标准体积的介质（水）进行计量，具体是将标准体积的介质（水）采用不同的流速通过该设备，将电磁流量计显示的数值与标准体积数值进行比较，每个流速下进行了3次测量。通过试验得到的具体数据如表3所示。

因总荷载的偏差要求控制在200.00 kg以内，对浇筑60.00 t混凝土进行测算，将混凝土地泵的泵送速度4.00 m3/h换算成介质（水）的卸载速度10.40 m3/h，整个智能配重系统共4个水箱，可同时进行卸载作业，所以在浇筑混凝土的过程中，介质（水）的卸载速度为2.60～10.40 m3/h。由表3数据及图4可知，在18.11 m3/h流速下，平均示值误差为0.34%；在4.57 m3/h流速下，平均示值误差为0.08%；由内插法计算在10.40 m3/h流速时，平均示值误差为0.19%，被测体积与标准体积相差不大。合龙段总荷载为60.00 t，按最大误差0.19%计算，浇筑完整个合龙段的荷载偏差为114.00 kg，在可接受范围内。

3应用及优化

设备选型完成并在室内检验合格后，为了保证该系统能适应施工现场，需在现场进行实际的实施验证，以发现系统的不足，并对其进行优化。

3.1智能配重系统在现场的实施（图5）

3.1.1施工准备

施工前整理场地，达到标准化施工要求，安装吊架及模板。

3.1.2安装压力传感器

在安装吊架时，将压力传感器（称重模块）同步安装在吊架的吊杆上，通过实时检测精轧螺纹钢吊杆的承载力，用于采集混凝土浇筑时的荷载数据信息，并传递给中央控制器。

3.1.3放置水箱

将4个水箱对称放置在合龙段的两侧。每个水箱直径为2.8 m，高度为2.5 m。水箱上部设有进水口，下部设有出水口。

3.1.4安装水箱开关、水泵及电磁流量计

将水箱、蝶阀（水箱自动控制开关）、水泵和电磁流量计按顺序用50 mm钢水管、法兰盘及螺栓连接。主要部位功能如下：

（1）蝶阀：作为水箱的开关，在管道上主要起切断和节流作用。

（2）水泵：在必要时对水的泄出起到加压、增大流速的作用。

（3）电磁流量计：实时记录泄水的流速和累计水流量，且必须安装在水泵下游。

3.1.5安装中央控制器

将中央控制器放置在水箱的一侧，接入电箱，并将所有的压力传感器、蝶阀、水泵和电磁流量计的线路接入中央控制器。中央处理器对应水箱设置四个模块，根据各模块传输的数据，分别控制每个水箱的卸载设备，可保证在不均匀浇筑混凝土的过程中达到卸载平衡。中央处理器安装完后，及时进行调试。

3.1.6合龙段混凝土浇筑施工

中跨合龙段开始浇筑混凝土，混凝土重量由模板传给精轧螺纹钢吊杆承载，中央控制系统读取吊杆处的压力传感器数据，将混凝土重量增量转化为水箱水量减量，同步传递信号至配重系统，定量进行开关，实时等质量放水。卸载过程中，安排管理人员全程检查中央控制器及卸载情况。

3.1.7检查验收

在浇筑过程进行全程检查跟踪，发现混凝土浇筑完毕后，水箱内剩余一定量的水，与理论值有一定的偏差。

3.2偏差分析

经查看整个合龙段浇筑的记录，发现浇筑完成后的重量未达到设计值，具体数据见表4～6。

经查中央控制系统数据及过程记录的数据，根据表4～6分析，得到偏差曲线，见图6～8，其中图8中两条线基本重合，可以看出浇筑完混凝土后，实时重量与累计流量荷载基本一致，说明压力传感器所发送的数据与电磁流量计所发送的数据基本匹配，可排除电磁流量计的故障。

根据表4～6分析，浇筑完混凝土后，尚剩余质量为1.17 t的水未排除；根据排查现场实际情况，得到的结论是压力传感器受力不均匀，需对现场安装压力传感器位置进行处理。为了保证压力传感器数据的准确性，在压力传感器上下各增加一个型钢垫块（图9）。

3.3纠偏后实施

经总结分析，在该桥另外一幅中跨合龙段进行再次实施，整个卸载系统安装与上述方法一致，但在安装压力传感器前先将接触面混凝土凿平，在压力传感器上下各安装一个专用凹形型钢垫块，以保证压力传感器受力均匀，所测的数据准确。

浇筑混凝土过程中全程监控中央控制器及卸载情况。

3.4结果验证

浇筑完成后对现场水箱卸载情况及中央处理器中的数据进行检查，结果见表7～9和图10～12。

根据表7～9分析，混凝土浇筑完成后，中央控制器统计的总卸载荷载为599.72 kN，与设计荷载600 kN相差0.28 kN（28 kg），檢查结果小于设计偏差范围（200 kg），满足施工质量要求。该智能配重系统可用于其他桥梁合龙段施工。

4结语

本文以黑水河特大桥左右幅中跨合龙施工为背景，对智能配重技术进行研究，认为该技术的使用有效提高了桥梁合龙段浇筑混凝土时的加载与卸载平衡精度。虽然第一次实施存在一定的偏差，但经过总结分析，及时找出原因并进行纠正，对压力传感器模块优化后，在另外一幅中跨合龙段重新实施，取得良好的效果。

本文研究结果可为后续相关桥梁施工提供依据，该智能配重技术可应用于其他桥梁合龙段施工。

参考文献

［1］张新志，张永水，朱慈祥，等.预应力混凝土连续刚构中跨合龙段配重方法探讨［J］.施工技术，2008，37（2）：90-92.

［2］张宁军.客运专线多跨连续梁合龙段施工技术［J］.铁道建筑，2011（7）：1-3.

作者简介：廖高征（1991—），工程师，研究方向：道路与桥梁施工管理。