摘要：下穿河道桥梁施工工程质量对交通网系统的整体性有着重要的影响。然而，由于多方面的原因，如施工人员的因素、施工方法不科学等，导致桥梁施工出现了很多质量问题，给安全带来了隐患。通过有限元分析方法，建立分析模型；并针对施工工程特点制定了施工方案和关键工程施工工艺流程；并对变型进行监测，通过直方图等加强质量管理。
关键词：地铁车站；桥梁基础；加固处理；变型监测；质量控制
1 前言
随着我国经济的快速发展，由于早期建设的桥梁标准低和承载力不足，进而阻碍交通畅通。为此加固、改造、拓宽改建提高现有桥梁的通行能力和服务水平，以缓解日趋紧张的交通压力，从而使桥梁建设可持续发展问日显重要和突出。作为项目管理中的重要内容，桥梁安全，责任重于泰山，事关地铁交通安全畅通，事关人民群众生命财产安全[1]。
2 有限元建模分析
本桥采用有限元程序 Midas Civil 建模分析，其中拱片（主、次拱腿，实腹段，内、外弦杆）采用梁单元模拟，如图1所示。单跨结构共离散为 1647 个单元[。其中拱片受力性能分析及承载能力验算结果如下：
图1单跨有限元模型图
结合有限元计算分析，对主、次拱腿及跨中截面等控制截面进行验算。如图2所示的单跨钢架拱桥内力云图。以及表1：拼宽后抗压承载能力验算。
图2单跨刚架拱桥内力云图
表1拼宽后抗压承载能力验算（单位：kN）
计算结果表明，原桥在两侧拼宽完成后，在承载能力极限状态下，跨中，主、次拱腿等控制截面抗压承载能力均不满足规范要求。
3 桥梁围护加固方案及变形监测管理
3.1花管帷幕注浆方案
整体设计方案：对桥梁周边一圈分批次、分阶段进行花管注浆，形成一个相对封闭的注浆帷幕圈。注浆措施设计采用跟管钻进工艺，保证钻孔孔壁稳定。沿房屋周边一圈距离外墙约3m位置设置间隔1m的注浆孔，注浆孔长度不少于11m或以穿过填土层为准。第一批花管间距2m，下一批次依次在上一批中间插打，根据整治效果确定施工批次和工程量。房屋周边对称施工。主要工艺流程：①采用多功能钻机跟管钻进形成钻注浆孔。②将注浆花管插入钻孔并置于钻孔中间。③用水泥砂浆（掺3%的速凝剂）封堵孔口，防止注浆时浆液窜至地表。④注浆施工。⑤封孔并清理注浆现场。
主要设备和材料：多功能钻机、空压机、注浆泵、制浆机等；主要材料为水泥，水泥强度为PO42.5级及以上的普通硅酸盐水泥；辅助材料为膨润土、减水剂及速凝剂等。正式施工前开展工艺性试验，确定注浆压力、注浆量，结合监测数据分析注浆对房屋及周边环境的影响。在取得相关参数后，开展大面积注浆施工。
3.2 开孔式布袋桩注浆方案
在桥梁两侧开展倾斜开孔式布袋桩注浆补强加固。注浆措施设计为布袋桩注浆点布置在花管注浆帷幕两侧，分两批实施，第1批布袋桩注浆倾斜角度20°和40°，两孔间距1m，房屋两侧注浆孔相互错开约0.5m，防止桩体相互施工干扰。第二批布袋桩倾斜角度30°和50°，孔间距和错开位置同上。具体注浆孔布置详见平面布置示意图。主要工艺流程：①根据设计图对所要施工的钻孔位置进行放样，并在现场定位。②对施工钻孔应统一编号并熟悉顺序。③钻孔采用跟管钻进，防止塌孔。并确保塑料注浆管及布袋顺利送入孔内。④开钻前必须保证机身平稳，钻孔偏斜<1%。钻进时应保持中速，遇硬层应减速慢钻，以防卡钻。⑤注浆施工。⑥封孔并清理注浆现场[2]。
主要设备和材料：跟管钻进成孔设备，塑料花管选用φ50mm左右，土工织物袋选用φ300～400mm卷筒型；主要材料为水泥，水泥强度为PO42.5级及以上的普通硅酸盐水泥；辅助材料为膨润土、减水剂及速凝剂等。正式施工前开展工艺性试验，确定注浆压力、注浆量，结合监测数据分析注浆对房屋及周边环境的影响。在取得相关参数后，开展大面积注浆施工。
本工程钻孔灌注桩均为摩擦桩，直径1.0m，长25m，使用乌卡斯冲击钻进行作业。作业顺序为筑岛、放样、护筒制作及埋设、钻机就位、制备泥浆、钻孔施工、第一次清孔、钢筋笼制作、下放导管、第二次清孔、灌注水下混凝土。
施工过程中，钢筋笼制作和钻孔同步进行，灌注混凝土时，做好混凝土塌落度检测以及试块的留置工作。灌注过程中，及时量测混凝土面的高度，计算并控制导管埋深，使各项工作都在规范范围之内。
桩基混凝土强度达到75%以后，可以开挖基坑进行桩头混凝土破除，采用人工配合机械进行破除。按照规范设计要求的频率进行检测。
3.3 承台及墩柱施工工艺
承台混凝土标号为C30，现场坍落度要求为12～14cm。首先进行基坑开挖、降水。基坑土方开挖之前粗略放线定出开挖范围，利用机械配合人工进行施工，挖至设计标高，然后用人工清理至承台设计标高以下20cm，用C20混凝土浇筑20cm垫层。本工程桥墩模板采用定型拼装钢模板，桥墩施工前期根据桥墩尺寸和形状制作配套模板[3]。
（2）模板使用前，先进行试拼，检查模板的顺直度、平整度，接缝处是否平整，并用磨光机将内表面打磨、除锈、抛光，板面刷涂机油保养。
（3）模板安装之前，将桥墩底部混凝土面冲洗干净。桥墩模板使用汽车吊吊装就位。模板底部与承台顶面之间的缝隙用高标号砂浆填满挤实，模板拼缝夹橡胶条或不吸水胶质海绵，防止漏浆。检查模板垂直度，钢模板顶部用钢丝绳斜拉固定。
（4）模板内边线与模板控制线相对应。桥墩模板周边与预埋钢筋之间用木楔锚固。四周用揽风绳和花篮螺丝将桥墩模板上部拉紧固定。
（5）模板垂直度调整完毕后，对其顶部标高、节点联系、垂直度和稳定性进行检查，确认后方可浇筑混凝土。
（6）混凝土浇筑前在模板周围的脚手架上面搭设操作平台。避免脚手架与模板接触。
（7）混凝土采用罐车运输，用吊车输送混凝土，使用串筒缓冲混凝土下落速度，防止发生离析。出料口要保持距离混凝土顶面不超过2m。
（8）浇筑分层进行，每层不超过30cm，用插入式振捣器振捣。插入时快插慢提并边提边振，振捣棒不得碰触模板、钢筋，同时也不要漏振或过振。每层混凝土振捣时，振捣棒要插入下层混凝土中5～10cm，使上下两层密切结合，表面美观。每一振动部位必须振动到混凝土停止下沉、不再冒出气泡且表面平坦泛浆。
（9）混凝土浇筑过程中安排专人值班，全程检查模板垂直度、斜拉索的松紧情况，发现问题及时纠正。
（10）桥墩混凝土一次浇筑完成。尽量避免高温天气浇筑。
（11）混凝土浇筑完毕后，由专人抹面，使上表面平整光滑，顶端覆盖并洒水养护。
（12）拆模时间以同条件试块抗压强度为准，达到设计强度75%以上后，方可拆除模板，拆除时使用汽车吊配合吊装。
3.4 盖梁施工工艺
盖梁的钢筋、模板、混凝土的施工工艺与承台及墩柱相同，支撑体系采用碗扣支架，下端扎设于承台上，消除基础沉陷，上端确定标高时，考虑预拱度，侧面支撑使用木方和钢管。盖梁模板采用定型钢模板+高强覆膜竹胶板组合，浇筑混凝土过程中，时刻观察模板变形并及时加固。
3.5 箱梁预制工艺
底模使用5mm厚钢板，四周配以3#角钢，侧模使用大尺寸的专用钢模进行整体组拼，模板采用钢板、槽钢组成，侧钢模板在加工场定作，每5m一节，便于安装及拆除，并根据箱体长度改变异形节。根据箱梁特点，内模侧模、顶模分开制作，现场拼装在内模底、顶模板上预留分节模板浇筑箱梁底板砼。
混凝土浇筑采取水平分层纵向分段连续灌注的工艺，分层厚度不大于30cm。混凝土浇筑前，为防止管道被渗漏的混凝土浆堵塞，采用比管道内径小的塑料管插入管道内。当混凝土浇筑完毕，将塑料管抽出后，如发现管道内有混凝土浆，应立即用高压水冲洗，冲洗干净后，用高压气泵将管道内吹干，管端孔进行封闭。
箱梁混凝土浇筑，箱梁芯模位置安放准确，有必要的防止其上浮措施，确保顶板厚度肋板宽度符合设计和规范质量检验标准。箱梁每箱中两端泻水孔用内径等同设计的塑料管，固定在底板钢筋网上，管下端伸出底模外露10mm，上端伸入芯模底板顶外露20-30mm，管内装满胶泥，风干后使用。箱梁封闭顶板天窗前，箱体内芯模板，残渣等清理干净，达到底板平整、整洁、泻水孔塑料管顶头剔至与底板顶面一平，将管内胶泥清除。梁体砼浇筑完毕后，铺盖麻布袋防护，避免日照及与大气直接接触。并采取洒水养生，洒水以保持砼表面充分潮湿状态，连续洒水养护时间7－14天，当气温低于5℃时，不得对梁体砼洒水养护，按冬季施工有关规定办理。
用硅酸盐水泥浆进行压浆，灰浆的强度、稠度、水灰比、泌水率、膨胀剂挤量按施工技术规范及试验标准中要求控制。水泥浆的沁水率最大不超过3％，拌和后3小时沁水率宜控制在2％，24小时后沁水应全部被浆吸回。在水泥浆出口及入口接上密封阀门。将真空泵连接在非压浆端上，压浆泵连接在压浆端上。以串联的方式将负压容器、三向阀门和锚具盖帽连接起来，其中锚具盖帽和阀门之间用一段透明的喉管连接。在压浆前关闭所有排气阀门（连接至真空泵的除外）并启动真空泵10min。压力表显示出真空负压力的产生，应能达到负压力0.1Mpa并稳定后方可压浆。如未能满足上述数据，则表示波纹管未能完全密封，需在继续压浆前进行检查及修正。在保持真空泵运作的同时，开始往压浆端的水泥浆入口压浆。注意，在压浆过程中真空压力将会下降（约0.03MPa）。从透明的喉管中观察水泥浆是否已填满波纹管。继续压浆直至水泥浆到达安装在负压容器上方的三相阀门。操作阀门以隔离真空泵及水泥浆，将水泥浆导向废浆桶方向。继续压浆直至所溢出的水泥浆形成流畅及一致性，没有不规则的摆动，即认为管道已被浆液充满。关闭真空泵，关闭设在真空泵侧管道出浆处的阀门。将设在压浆盖帽排气孔上安装小盖，并保持压力在0.4MPa下继续压浆半分钟。关闭设在压浆泵出浆口的阀门，关闭压浆泵。
3.6 变形监测及质量控制
根据安全检测鉴定报告和地质勘察报告，结合现场情况，拟在桥梁四角及中间部位设置8个沉降观测点，进行沉降变形监测，监测自开工前一周开始至整治完成后三个月，其中开工前一周两天测一次，施工整治期间早晚各监测一次，整治完成后按10-15天监测一次，具体可根据现场情况调整。
混凝土工程质量需要有相应的质量特性来描述，除了便于测量的混凝土工程的外观尺寸外，混凝土工程的重要质量特性就是其抗压强度。地铁下穿桥梁改造工程桩基、地梁、承台、桥墩、盖梁设计采用C30混凝土（箱梁设计采用C50混凝土），即其混凝土设计抗压强度30MPA（箱梁为50 MPA），研究通过实测下穿河道桥桩基、地梁、承台、桥墩、盖梁、箱梁施工工程的混凝土抗压强度来获取相应的质量数据，数据是质量管理的基础，本工程质量管理通过数据的采集、整理，然后进行分析、预测，就可以让项目部与驻地办技术发现质量问题，以便采取相应的措施，纠正错误，预防质量事故的发生。下穿桥桩基、地梁、承台、桥墩、盖梁、箱梁施工工程的混凝土抗压强度数据是由标准养护28d的抗压强度，盖梁等设计抗压强度为C30（箱梁为C50），由试验得出盖梁等的水泥混凝土抗压强度均大于30MPa（50 MPa），符合设计和规范要求。
表2 盖梁混凝土抗压强度统计表
通过直方图，对桥梁关键控制点-混凝土强度进行数据分析，计算各组数据的频数以及所占的频率，并观察直方图的图形形状，是否属于正常现象，分析工序是否处于稳定状态，判断产生异常分布的原因。表3为改造工程盖梁混凝土强度的数据计算，内容是各组混凝土质量特征值即强度数值的频数、累计频数以及频率计算[4]。
表3 盖梁混凝土强度特征值
盖梁混凝土强度直方图如图3所示。
图3盖梁混凝土强度直方图
4 结论
在工程施工中，加强施工过程中的动态管理，是做好工程的重要方法。因此需要采用统一的工程管理平台，监理、施工各方加强施工过程控制，采用动态质量管理手段，建立检测数据库，通过绘制相关图、控制图等方法，及时发现影响质量的因素，提高施工质量的稳定性，减少变异系数。保证地铁下穿河道桥梁施工及质量安全。
参考文献：
[1]于显峰.桥梁工程施工质量管理策略分析[J].经营与管理，2012（7）：217-218
[2]刘成和.铁路桥梁项目施工质量管理研究[D].四川：西南交通大学，2009
[3]陈琪俊.浅析桥梁构检测与维护[J].民营科技，2011（8）：258
[4]杨晓蕾.桥梁维修加固技术分析[D].山东：山东大学，2011
论文作者:汪春燕
论文发表刊物:《基层建设》2019年第14期
论文发表时间:2019/7/26
标签：混凝土论文; 注浆论文; 模板论文; 桥梁论文; 桥墩论文; 水泥浆论文; 抗压强度论文; 《基层建设》2019年第14期论文;