橋梁設(shè)計(jì)與施工新技術(shù)闡述的論文
【摘要】基于我國(guó)橋梁工程技術(shù)與施工中存在的問題，本文從設(shè)計(jì)和施工方面提出了新技術(shù)的具體應(yīng)用方法。在設(shè)計(jì)方面具體應(yīng)用的新技術(shù)有：機(jī)載激光雷達(dá)技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)；在施工方面具體應(yīng)用的新技術(shù)有：大型機(jī)械設(shè)備的使用技術(shù)、利用儀器設(shè)備對(duì)橋梁施工質(zhì)量進(jìn)行控制的技術(shù)。此外，還根據(jù)案例詳細(xì)說明了新技術(shù)在橋梁工程中的實(shí)際應(yīng)用情況。
【關(guān)鍵詞】橋梁設(shè)計(jì)；橋梁施工；機(jī)載激光雷達(dá)技術(shù)；計(jì)算機(jī)技術(shù)
【中圖分類號(hào)】U442.5【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A【文章編號(hào)】2095-2066（2015）33-0136-02
在21世紀(jì)的今天，全球化進(jìn)程的不斷加快，我國(guó)橋梁工程的建設(shè)也進(jìn)入了一個(gè)新的階段，即應(yīng)用先進(jìn)科學(xué)技術(shù)提高設(shè)計(jì)施工水平的階段。機(jī)載激光雷達(dá)技術(shù)以及計(jì)算機(jī)技術(shù)都在很大程度上提高了橋梁工程設(shè)計(jì)的精確度。隨著橋梁建設(shè)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，在施工建設(shè)中應(yīng)用大型機(jī)械設(shè)備以及監(jiān)測(cè)施工質(zhì)量?jī)x器，是橋梁工程未來發(fā)展建設(shè)的主要方向。本文對(duì)這些內(nèi)容進(jìn)行分析，并根據(jù)實(shí)際案例中所遇到的技術(shù)難點(diǎn)提出了一系列的解決措施，其目的是為相關(guān)行業(yè)建設(shè)者提供一些理論依據(jù)。
1橋梁設(shè)計(jì)的新技術(shù)
1.1機(jī)載激光雷達(dá)技術(shù)
機(jī)載激光雷達(dá)技術(shù)（Lidar）是一種集全球定位系統(tǒng)、激光技術(shù)以及慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的信息數(shù)據(jù)采集功能為一體的橋梁工程設(shè)計(jì)新技術(shù)。相較于傳統(tǒng)橋梁工程設(shè)計(jì)所采用的航空攝影測(cè)量技術(shù)，其具有高效率的自動(dòng)化技術(shù)、降低天氣對(duì)設(shè)計(jì)測(cè)量的影響、減少設(shè)計(jì)測(cè)量過程的周期以及提高測(cè)量精度等特點(diǎn)。機(jī)載激光雷達(dá)技術(shù)系統(tǒng)主要解決了獲取三維空間信息數(shù)據(jù)的難題，使得橋梁工程的設(shè)計(jì)能夠得到高時(shí)空分辨率的地球空間信息。具體的應(yīng)用過程，就是針對(duì)橋梁工程的實(shí)際情況進(jìn)行大量高精度、高密度的測(cè)量工作。而后，將獲得的數(shù)據(jù)信息內(nèi)容整合成工程地形各方面情況的數(shù)據(jù)庫(kù)，并與計(jì)算機(jī)CAD軟件技術(shù)進(jìn)行結(jié)合。這樣一來，就可以根據(jù)數(shù)據(jù)庫(kù)中的橫、縱斷面地形信息設(shè)計(jì)出橋梁工程的實(shí)際建設(shè)路線方案。
1.2計(jì)算機(jī)技術(shù)
就目前來說，橋梁工程的設(shè)計(jì)中，應(yīng)用計(jì)算機(jī)技術(shù)較為廣泛的新技術(shù)有：可視化技術(shù)、實(shí)時(shí)拖動(dòng)技術(shù)以及人機(jī)交換技術(shù)。可視化技術(shù)是將在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中建立模型，以圖形的輸出、輸入方式來實(shí)現(xiàn)對(duì)測(cè)量結(jié)果的顯示。這樣一來，就在很大程度上減少工作人員的工作量，而是由計(jì)算機(jī)來對(duì)復(fù)雜的信息數(shù)據(jù)內(nèi)容進(jìn)行處理。實(shí)時(shí)拖動(dòng)技術(shù)是指，在操作的過程中將某一自變量的變化數(shù)值借助于點(diǎn)設(shè)備的直觀相對(duì)位移來表示。而后，由相應(yīng)的致電設(shè)備進(jìn)行連續(xù)拖動(dòng)后位移就會(huì)發(fā)生變化，而其他的設(shè)計(jì)因變量也會(huì)隨之發(fā)生變化。其中主要的變化量?jī)?nèi)容是由各個(gè)變量來共同確定的。當(dāng)變化數(shù)值處于這種情況下，再由可視化圖形顯示出對(duì)應(yīng)的平滑而連續(xù)的動(dòng)態(tài)變形過程。而人機(jī)交換技術(shù)是指將文字、聲音、圖像等信息借助于計(jì)算機(jī)本身進(jìn)行綜合處理，再加上計(jì)算機(jī)本身形象、方便的交互性特點(diǎn)，使人機(jī)界面得到了大幅度改觀，從而對(duì)使用程序進(jìn)行簡(jiǎn)化。在橋梁工程的設(shè)計(jì)階段，還可以把計(jì)算機(jī)技術(shù)作為輔助工具。將橋梁建設(shè)的實(shí)際情況通過現(xiàn)實(shí)的虛擬技術(shù)，以圖形的方式顯示出來。這樣一來設(shè)計(jì)人員就可以使業(yè)主事先看到，橋梁建成后的外型以及當(dāng)橋梁工程遭遇地震、臺(tái)風(fēng)情況下的具體表現(xiàn)。虛擬技術(shù)還可以在計(jì)算機(jī)上體現(xiàn)出工程對(duì)周圍生態(tài)環(huán)境的影響，以便采取相應(yīng)的控制措施。就目前來說，已經(jīng)投入使用的計(jì)算機(jī)技術(shù)包括：橋易大跨度變截面箱梁設(shè)計(jì)繪圖CAD系統(tǒng)、橋易彎斜變寬箱梁設(shè)計(jì)繪圖CAD系統(tǒng)以及橋易橋梁下部結(jié)構(gòu)計(jì)算分析CAE系統(tǒng)。
2橋梁施工的新技術(shù)
2.1大型機(jī)械設(shè)備的施工技術(shù)
隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)腳步的不斷向前推進(jìn)，大跨度橋梁工程的設(shè)計(jì)施工需求越來越多。在這種需求下應(yīng)用大型機(jī)械設(shè)備對(duì)其進(jìn)行施工建設(shè)，是橋梁工程未來發(fā)展的主要方向。這是因?yàn)榇罂缍葮蛄汗こ痰闹髁哼\(yùn)輸、吊裝等施工，現(xiàn)有機(jī)械設(shè)備的施工技術(shù)很難滿足其安全建設(shè)的需求。尤其是越來越多的跨海、跨江等特大橋梁工程建設(shè)，對(duì)橋梁施工機(jī)械設(shè)備提出了更高、更專業(yè)的要求。在跨海大橋的專用施工設(shè)備中，大型機(jī)械設(shè)備作為非標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品已經(jīng)開始被應(yīng)用于實(shí)際的工程施工建設(shè)。這種設(shè)備是需要依照所建橋梁的施工工藝以及施工的實(shí)際條件，進(jìn)行專門設(shè)計(jì)制造以及定制。具體應(yīng)用到的大型機(jī)械設(shè)備包括：大口徑專用鉆機(jī)、海上運(yùn)架梁起重設(shè)備、深水打樁機(jī)等。在一些特大橋梁工程施工中，已經(jīng)開始采用9000t的固定雙臂架式浮吊、12000t級(jí)的全回轉(zhuǎn)自航浮吊、4000t海上工作平臺(tái)、20000t級(jí)的半潛駁船、50m深水拋石整平船以及長(zhǎng)為90m的鋼管樁打樁船等大型機(jī)械設(shè)備。將這些機(jī)械設(shè)備應(yīng)用于橋梁工程的施工建設(shè)中，有利于提高橋梁工程施工的質(zhì)量和進(jìn)度。
2.2監(jiān)測(cè)施工質(zhì)量?jī)x器設(shè)備的使用
橋梁工程施工的監(jiān)測(cè)與控制是以設(shè)計(jì)成橋的實(shí)際應(yīng)用狀態(tài)作為實(shí)現(xiàn)目標(biāo)的。在整個(gè)橋梁工程的施工過程中，通過實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)橋梁結(jié)構(gòu)的實(shí)際狀態(tài)和環(huán)境狀況，能夠減小橋梁結(jié)構(gòu)的實(shí)際狀態(tài)與理想狀態(tài)的差距。這樣一來，就可以運(yùn)用現(xiàn)代控制理論對(duì)差異進(jìn)行預(yù)測(cè)、識(shí)別和調(diào)整。那么橋梁工程的實(shí)際施工狀態(tài)，就可以最大限度地接近理想的作業(yè)狀態(tài)，從而保證橋梁結(jié)構(gòu)在施工過程中的安全，最終達(dá)到橋梁結(jié)構(gòu)成橋狀態(tài)，同時(shí)還能夠滿足設(shè)計(jì)和施工的規(guī)范要求。施工質(zhì)量監(jiān)測(cè)的具體內(nèi)容則包括：溫度、結(jié)構(gòu)應(yīng)力以及幾何變形等問題。而施工質(zhì)量監(jiān)測(cè)的具體方法包括：正算法、倒拆法以及參數(shù)擬合法。具體施工方法的控制內(nèi)容包括：卡爾曼濾波法、設(shè)計(jì)參數(shù)識(shí)別和修正法、一次張拉法以及多次張拉法。對(duì)橋梁工程的施工質(zhì)量進(jìn)行監(jiān)控的設(shè)備包括：應(yīng)變儀、熱電偶、全站儀、精密水準(zhǔn)儀以及測(cè)力計(jì)等。現(xiàn)階段，橋梁監(jiān)測(cè)與控制已經(jīng)由施工工序監(jiān)控轉(zhuǎn)向了施工全過程的監(jiān)控，這實(shí)現(xiàn)了對(duì)橋梁工程施工全過程的質(zhì)量控制。事實(shí)證明，通過監(jiān)測(cè)可以有效地控制橋梁的受力情況以及線形等施工問題。此外，監(jiān)測(cè)的儀器設(shè)備還能夠?yàn)楣こ探ㄔO(shè)提供一定的指導(dǎo)建議，為橋梁工程的施工運(yùn)營(yíng)和養(yǎng)護(hù)提供參考數(shù)據(jù)。
2.3實(shí)例
對(duì)于近幾年越來越多大型橋梁的建設(shè)施工，本文以某橋梁為例來說明具體應(yīng)用的施工新技術(shù)有哪些。該橋梁是國(guó)內(nèi)跨徑最大的斜拉橋，全橋長(zhǎng)32.4km，主橋主跨采用1088m雙塔斜拉橋。該橋的施工建設(shè)過程主要運(yùn)用了大型群樁基礎(chǔ)施工設(shè)備和永久性鋼護(hù)筒支承鉆孔施工設(shè)備。大型群樁基礎(chǔ)施工流程為：插打?qū)Ｓ娩摴軜丁钤O(shè)樁基施工平臺(tái)→下沉鋼護(hù)管→鉆孔樁施工→施工平臺(tái)拆除→吊箱下放就位→吊箱封底、抽水→承臺(tái)混凝土澆筑。以上施工流程中關(guān)鍵在于搭設(shè)樁基施工平臺(tái)和吊箱下放的位置調(diào)整，這兩方面內(nèi)容直接影響著橋梁建設(shè)的基礎(chǔ)。針對(duì)這一問題該工程在施工過程中遇到的施工技術(shù)難點(diǎn)以及創(chuàng)新技術(shù)的應(yīng)用內(nèi)容有：在國(guó)內(nèi)，首次使用大型永久性鋼護(hù)筒支承鉆孔施工設(shè)備，有效地解決了主橋墩施工水域深（深度達(dá)35m）、高流速（4.01m/s）以及沖刷深度大（沖刷深度達(dá)28m）的施工難題。事實(shí)證明，普通的鋼管樁施工設(shè)備平臺(tái)很難解決施工水域深、流速高以及沖刷深度大的技術(shù)難點(diǎn)。主塔墩鋼吊箱平面呈啞鈴形結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)面積為5500m2、重為5880t。這就意味著，在具體施工中，使用了液壓千斤頂同步下放技術(shù)和計(jì)算機(jī)的控制技術(shù)。這些技術(shù)的應(yīng)用，使得350t的`千斤頂和40臺(tái)250t千斤頂實(shí)現(xiàn)了聯(lián)動(dòng)技術(shù)并取得了成功。再以另一橋梁工程的施工建設(shè)過程為例，該橋全長(zhǎng)716m，是國(guó)內(nèi)首座鋼筋混凝土疊合梁懸索橋。對(duì)于橋梁主鞍的施工項(xiàng)目，采用的是邊跨主纜索股來調(diào)整索塔偏心距的施工方法。具體施工的過程中，應(yīng)用了固定雙臂架式吊裝設(shè)備。這對(duì)于橋面施工、加勁梁以及中跨吊桿等施工內(nèi)容，有效的解決了其中存在的塔頂主跨方向的偏移問題。此外，還采用了多臺(tái)千斤頂來進(jìn)行循環(huán)張拉索股的施工，成功的利用連接桿代替了常規(guī)的索鞍預(yù)偏分階段的頂推索鞍。對(duì)于這一橋梁工程中索塔頂部施工存在的位移問題，通過專用的儀器設(shè)備（如測(cè)力計(jì)、應(yīng)變儀、熱電偶、全站儀、精密水準(zhǔn)儀等）進(jìn)行了全程監(jiān)測(cè)。有效的解決了橋梁中跨、邊跨施工內(nèi)容的受力不平衡的問題，使得橋梁在建成后其內(nèi)力與線型無限接近于設(shè)計(jì)理想狀態(tài)。
3結(jié)束語
橋梁工程是我國(guó)重要的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)項(xiàng)目之一，它的建設(shè)技術(shù)水平是綜合國(guó)力的真實(shí)展現(xiàn)。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展以及橋梁工程建設(shè)需求的不斷提高，原有的設(shè)計(jì)方法和施工技術(shù)已經(jīng)很難滿足實(shí)際的建設(shè)需要。本文闡述了橋梁工程設(shè)計(jì)以及施工新技術(shù)的應(yīng)用方法，其目的是使建設(shè)需求與建設(shè)技術(shù)得到很好的平衡。尤其是對(duì)于大跨度的跨海、跨江橋梁工程的建設(shè)，其具有施工水域深、流速高以及沖刷深度大的技術(shù)難點(diǎn)。而從多數(shù)項(xiàng)目的開展情況來看，上述新技術(shù)、新設(shè)計(jì)思路的應(yīng)用顯著提高了工程項(xiàng)目的整體質(zhì)量，說明上述技術(shù)具有良好的應(yīng)用價(jià)值，應(yīng)該在更多地區(qū)進(jìn)行應(yīng)用與推廣。
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