■何嶸庭

（福建省高速路橋工程有限公司，廈門 361001）

福建省90%的面積為山地、丘陵地貌，橋梁在公路交通中扮演著重要的角色。 橋梁能夠有效縮短行車里程，拉近距離，為區(qū)域經濟發(fā)展提供最便捷的通道。 福建省西部高速工程因地形限制，較多采用高墩橋梁。 爬模施工工法具備爬升速度快、施工周期短、墩身垂直度和平整度易調控、施工誤差小、模板標準化程度高等優(yōu)點，在實際工程中得到較多運用[1]。 由于高墩橋梁通常采用高強材料和薄壁結構，因而在對其受力性能研究的基礎上進行穩(wěn)定性分析，并在施工期內對其監(jiān)控就顯得尤為重要[2]。

1 工程概況

1.1 工程介紹

福建省西部地區(qū)某高速公路新建工程，由于地形的限制，需要在一個U 型河谷建造一座高墩連續(xù)剛構橋梁。 該橋設計橋面與河床地面最大高差為93 m，墩身最高85.705 m。 主橋上部結構采用（88+2×160+88）m PC 預應力混凝土變截面單箱單室連續(xù)剛構梁橋。 為考慮到現場地形以及施工工期，設計墩柱結構采用液壓爬模工藝進行施工。 大橋橋型布置見圖1。

圖1 福建西部某特大橋高墩橋型布置

1.2 主墩爬模施工流程

該特大橋主跨高墩墩身在完成樁基礎及承臺的施工后進行，采用爬模的工藝。 墩身分為21 節(jié)施工，墩身總體施工流程見圖2。標準節(jié)砼澆筑高度為4.5 m，模板配置高度4.65 m，下包0.1 m 以防漏漿，墩身爬模架體布置為橫橋向每面2 榀，間距為4 m，內側只布置2 榀上架體； 順橋向每面布置2 榀，間距為2.2 m，共計布置6 榀爬模機位，爬模架體爬升軌跡見圖3。

圖2 墩身總體施工流程

圖3 爬模架體爬升軌跡

2 爬模施工穩(wěn)定性分析

根據施工方案， 爬模由預埋件、 附墻裝置、導軌、支架、模板及液壓動力裝置（爬升裝置、外組合模板、移動模板支架、上爬架、下吊架、內模板及電器、液壓控制系統(tǒng)等部分）組成，穩(wěn)定性分析主要是對爬架結構、支座、預埋件及重要構件進行穩(wěn)定性驗算[2]。

2.1 施工工況及荷載取值

施工工況及荷載取值如表1 所示。

表1 穩(wěn)定性分析施工工況及荷載取值

風荷載的取值，是本工程結構安全穩(wěn)定性分析中最重要的一個環(huán)節(jié)。 由于大橋橫跨山谷，山谷橫風是主要的風荷載來源。 橫橋向風荷載假定水平地垂直作用于橋梁各結構迎風面積的形心上。 風荷載的標準值按照規(guī)范[4]中公式計算：

Wk,n為施工或爬升時n級風力所對應的風荷載標準值 （kN/m2）；Wk,p為停工時p級風力所對應的風荷載標準值（kN/m2）；W0,n、W0,p為施工、爬升或停工時n級風力所對應的基本風壓（kN/m2），按《液壓爬升模板工程技術規(guī)范》[5]基準風壓W0為基準風壓的標準值按下式計算： 按8級風取值W0=0.268 kN/m2、10級風取值W0=0.504 kN/m2； βg,z為高度z處的陣風系數，按照規(guī)范[3]βg,z=1.46； μs為風荷載體型系數，按照規(guī)范[3]μs=0.8；μz為風壓高速變化系數，按高度85 m取值， μz=2.18。

施工或爬升時8級風力對應的風荷載最大標準值為：

停工時10級風力所對應的風荷載最大標準值為：

經查詢工程所在地位置，根據《公路橋梁抗風設計規(guī)范》（JTG/T D60-01-2004） 計算橋墩爬架實際最大風荷載，根據公式：

式中：ρ—空氣密度；Vg—陣風風速；CH—橋梁各構件的阻力系數；An—橋梁各構件順風向投影面積（m2）；

經計算，FH=0.98 kN/m2＜Wk,p，按照停工時10 級風力所對應的風荷載進行有限元計算。

2.2 有限元分析計算及結果

利用MIDAS CIVIL 有限元軟件模擬計算，建立計算模型并對模型施加正風向荷載內力見圖4。 不同工況下最大軸力、彎矩、剪力見表2。

表2 不同工況下重要桿件驗算結果

圖4 模型中風荷載施加內力圖

模型計算結果，主要驗算的對象包括：①桿件的最大軸力、彎矩、剪力進行分析；②對受壓桿件進行的失穩(wěn)驗算；③桿件進行材料強度驗算；④支座反力計算；⑤埋件及重要構件的計算。 經計算，本工程中設計的爬架滿足施工安全、穩(wěn)定性要求。

3 施工期監(jiān)控

3.1 施工監(jiān)控的必要性

連續(xù)剛構橋高墩在實際施工過程中，由于施工條件的變化、計算模型建立的誤差、混凝土收縮徐變、混凝土澆筑方量偏差、施工臨時荷載等因素，將使結構實際狀況偏離設計考慮的理論狀態(tài)。 因此，需要在施工過程中需要采取嚴格的施工監(jiān)測。

3.2 監(jiān)控內容及要點分析

高墩剛構橋施工監(jiān)控主要內容包括：施工過程中的線形、應力、溫度、混凝土彈模、容重及收縮徐變系數等。

3.2.1 高墩施工監(jiān)控要點

本工程橋墩采用爬模施工工藝，監(jiān)控應考慮主要力學特性，關鍵內容如下：一是對施工現場環(huán)境的監(jiān)控，包括施工現場位置風速、風向、風壓、溫度等；二是已成型整體結構性能的監(jiān)控，包括橋梁高墩結構各控制部位的應力、位移狀態(tài)和動力特性； 三是對臨時施工荷載下結構的反應監(jiān)測。 利用現場監(jiān)測結果及時反饋于施工方案的選擇及技術方案的調整，同時擬將實際觀察結果與有限元計算結果進行分析，及時評價施工現場結構的安全性。

圖5 墩柱爬模施工現場

3.2.2 液壓爬模架體監(jiān)控要點

在施工過程中，液壓爬模架體的結構安全監(jiān)控也是一項重要的監(jiān)測項目。 利用有限元軟件建立爬架模型，分析爬架整體受力情況以及主要桿件受力最不利部位，安裝傳感器進行實時監(jiān)測。

3.2.3 環(huán)境因素監(jiān)控

環(huán)境因素主要包括施工現場溫度、濕度，是否出現大風、大霧、雷電、臺風等異常天氣對施工安全帶來的不利影響。 現場可采用“物聯(lián)網+建設”的智慧施工管理系統(tǒng)，系統(tǒng)中全天候監(jiān)測現場的施工情況。 爬模施工是一項整體性比較強，工序比較復雜，各分項配合要求高的施工項目，做好項目環(huán)境因素的監(jiān)控，能夠有效提升項目的安全性。

此外，對高墩的施工監(jiān)控還可以延伸至上部結構施工過程中高墩的受力性能及變形情況。

4 結語

（1）采用液壓爬模技術對高墩進行施工，爬架承受著施工過程中主要的荷載以及外界環(huán)境的荷載，施工前應充分考慮各方面因素的影響，對液壓爬架進行穩(wěn)定性驗算；（2）施工過程中，現場施工情況無法準確控制，需要根據計算結果，對最不利桿件的強度以及爬架整體的剛度進行實時監(jiān)測，保證結構的安全性；（3）山區(qū)高墩施工過程中需要充分考慮風荷載的影響，特別是沿海山區(qū)臺風的影響不可忽視， 保障惡劣天氣下施工臨時結構的安全性；（4）通過有限元計算指導施工監(jiān)控要點，能夠把握針對性結構重點，節(jié)約監(jiān)控成本，實時在線的了解施工結構的安全工作狀態(tài)。