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基于BIM技术的黄土塬山区高墩大跨连续刚构混凝土夏季养护方法创新技术研究

发表时间：2020/10/23 来源：《基层建设》2020年第19期作者：胡存锋1 聂海柱2 康顺3 刘桥4

[导读] 摘要：本文依托于在建G310洛三界至三门峡西段南移新建工程，据黄土塬山区气候特点，结合连续刚构自身特点，基于BIM技术，对黄土塬山区大跨径混凝土连续刚构夏季混凝土养护方法进行创新，为类似刚构桥混凝土的施工提供参考与借鉴。

        中建五局土木工程有限公司湖南长沙 410000
        摘要：本文依托于在建G310洛三界至三门峡西段南移新建工程，据黄土塬山区气候特点，结合连续刚构自身特点，基于BIM技术，对黄土塬山区大跨径混凝土连续刚构夏季混凝土养护方法进行创新，为类似刚构桥混凝土的施工提供参考与借鉴。
        关键词：BIM技术；大跨径连续刚构；混凝土夏季养护
        0引言
        夏季砼浇筑，若温度过高，无有效养护措施，砼面水会蒸发过快，不仅会导致蜂窝、麻面等表观缺陷，还会干缩开裂，甚至裂缝发育为结构裂缝，影响结构可靠度。因此，黄土塬山区混凝土的养护问题必须被重视。
        1 工程概况
        1.1 项目概况
        国道310青龙涧河特大桥全长1986m；桥南大桥左幅397m、右幅477m，结构形式均为连续刚构+预制T梁。连续刚构共584m，青龙涧河特大桥334m（87m+160m+87m）；桥南大桥250m（65m+120m+65m），均为C55混凝土现浇。
        1.2 气象水文
        项目处暖温带半干旱区腹地，昼夜温差大，积年风速3.4m/s，风力8级以上日数平均9天/年。主要河流为水源以大气降水为主的青龙涧河，水量随季节变化明显，最大流量约为最小流量的上千倍。
        2 连续刚构特点及砼养护现状
        2.1 连续刚构的特点
        连续刚构墩梁刚接，高墩纵向抗推刚度小，可缩减混凝土温度收缩、徐变的影响；同时，整体性好使得对温缩、徐变及施工误差较为敏感，对施工工艺的要求更高。
        2.2 刚构砼养护现状
        0#梁段施工完成，项目对施工过程监测数据进行归集整理发现：随着山谷高度上升，谷风增强，拆模后混凝土水分流失加快；箱体内外侧，向阳、背阳面温差较大，易形成细小裂纹，对箱梁表面质量和耐久性有较大影响。考虑黄土塬山区气候干燥风力强、温差大，保证混凝土质量难度很大。
        3 创新养护方案的提出
        据刚构特点及黄土塬气象水文条件，备选方案有：养护剂养护、滴灌覆膜养护及喷淋养护。通过试验，依据各养护条件砼强度变化规律，结合经济性确定最佳方案。
        4 养护方案的确定
        4.1 试验内容
        试验取与现场同配比的混凝土制备标准试件，按养护条件分养护剂养护组、滴灌覆膜养护组、喷淋养护组和标准养护组4组进行，每组制作标准150mm试件15个并编号，分别测定3d、7d、14d、21d、28d抗压强度（每组3个试件，强度取均值为测定值）。
        4.2 试验结果
        标准试件各养护条件下的标准抗压强度测定值与龄期关系如表4-1所示。
                   表4-1 强度测定值与龄期关系表（MPa）

        由表可得，各养护方法28d强度均低标养强度0.5~1.9Mpa不等，7d强度增长最快为养护剂养护，28d强度最高为喷淋养护。
        4.3 经济指标
                          表4-2 不同养护成本分析表

        注：养护用水为河水，费用忽略不计
        4.4 方案确定
        综合考虑混凝土早期强度增长速率与经济性，喷淋养护7天强度介于标准养护与滴灌覆膜养护之间，且每平米造价最低，确定最终创新养护方法为喷淋养护。
        5 方案实施
        项目对“喷淋养护工艺”进行研究发现，黄土塬山区区水源匮乏，沟壑纵横，青龙涧河流量极不稳定，采用深水井+储水罐供水方案成本较低。水源地选取及管路布置是施工重点与难点所在。为此，运用BIM软件技术在三维空间进行设计。
        5.1管路选线
        5.1.1 地形地貌测绘
        传统测绘多用GPS、全站仪等测量成等高线地形图，但黄土塬山区地形复杂，测绘工作受地形环境制约大。为提高测绘效率，节约成本，利用UAV倾斜摄影技术，通过移动智能设备使用航测APP进行数据采集。首先规划数据采集范围，设置UAV路线、重叠率及倾角等参数，然后进行数据收集整理；利用专业软件解析UAV多角度影像，进行三维测绘、几何校正处理，合成高精度3D模型；最后，基于初期测量模型进行BIM设计。
        5.1.2 模型生成
        利用UAV倾斜摄影测绘数据生成实景模型和数字高程模型。通过多视图三维重建软件后期处理影像数据，经光取向、密集点云、网格化、纹理化生成实景模型（如图5-1-2）和DEM模型（如图5-1-3）。

                          图5-1-1 实景模型

                             图5-1-2 DEM模型
        5.1.3 初步方案拟定
        基于实景模型和DEM模型，结合现场水文地质条件，初步选定施工方便、水位较浅处为备选水源地，运用BIM软件在DEM模型中布置管路。
        5.1.4 管路方案确定
        基于管路DEM模型，在BIM软件中，对DEM模型中施工范围进行划分，通过原曲面和设计面体积差计算土石方量分析经济效益，同时规划土方调配；最后通过可行性、经济效益分析筛选最优方案。
        5.1.5 现场施工图导出
        用Civil 3D将最优方案DEM模型生成施工图指导施工；DEM模型含高程及坐标数据，可用于测量放样，云端进行可视化交底。
        5.2 管路安装
        5.2.1 管材确定
        管材方案比选表见表5-2-1，通过对比，确定选取方案三，将装拆方便的PVC软管用于喷淋处，韧性较好的PPR硬管用于爬升、水源转运处。
                                表5-2-1 管材比选确定表

        5.2.2 管路安装
        （1）管路上升
        PVC纤维增强软管随施工电梯立杆上升，软管长度为墩高+箱梁已施工长+15m，富余长度可随箱梁长度增加随时取用，当箱梁长度较小时富余软管置于箱梁顶部，安装期间现场专人督导。
        （2）喷淋管安装
        ①固定支架设计安装
        现场充分利用废弃钢筋绑扎制成H型固定支架，经多次调试，确定最佳喷淋距离等参数，见表5-2-2，H型支架底部与施工预留钢筋焊接固定。
        ②喷淋孔及管路布置
        喷淋孔设在PVC管靠混凝土一侧，相关参数见表5-2-2，管路连接采用可拆卸的直角双通、三通接头，接缝采用密封胶密封，确保接头连接处不漏水。
                                表5-2-2 管路安装参数表

        ③保护措施
        初期实施过程中出现水管损坏现象，因此，针对喷淋管路易损坏处套钢管进行保护。

                     图5-2 管路保护措施
        5.3 养护水控制
        黄土塬地区相对干旱缺水，在保证箱梁最佳的养护效果的同时，必须保证水资源的合理利用。为合理控制水流大小及喷淋时间，施工中对箱梁表面水分挥发速率信息进行收集，如表5-3.
                              表5-3 养护情况记录表

        注：早晚各通水半小时。
        由表5-3可知，箱梁表面的水分挥发速率受温度变化影响极大，为防止因暴晒出现干缩裂纹，保证喷淋养护效果，午间养护时间加长半小时。
        6 效果检查
        2020年4月12日，项目对青龙涧河特大桥已完成刚构中采用喷淋养护的箱体强度、表面裂纹情况进行了全面排查，结果发现，刚构干缩开裂情况得到了明显改善，显著提高了刚构混凝土的养护效果。
        7 结语
        连续刚构桥整体性好，对温缩、徐变及施工误差等较为敏感，但黄土塬山区大跨度连续刚桥养护方面可供借鉴实例少。喷淋养护法在黄土塬山区高墩大跨连续刚构的应用创新，有效解决了结构混凝土养护质量差，表面干缩裂纹多的问题，显著的提高了混凝土工程施工质量。我国山脉交错，喷淋养护在黄土塬山区高墩大跨连续刚构桥施工中的推广应用经济、社会效益前景可观。
        参考文献：
        [1]曾德强.早期养护方式对混凝土力学性能和耐久性的影响[D].重庆大学，2011.
        [2]杜战军et al.基基于BIM的公路隧道设计方法与流程，中国，14560752.2018.06.01
        [3]周普et al.基于BIM的施工便道的规划方法与流程，中国，110411422 A.2019.11.05
        [4]张立雄.怀柔区公路桥梁混凝土裂缝原因及防治[D].北京工业大学，2012.