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基于BIM技术的跨黄河桥施工技术研究

发表时间：2020/11/12 来源：《基层建设》2020年第22期作者：焦修慧

[导读] 摘要：结合黄河特大桥工程的地理位置，根据其主跨设计结构特点，结合国内同类结构施工经验，本着科学严谨的原则，经过优化比较，形成了较为成熟的施工技术方案：该桥钢管拱采用缆车吊装、斜拉扣挂法施工。

        台前黄河河务局河南 457600
        摘要：结合黄河特大桥工程的地理位置，根据其主跨设计结构特点，结合国内同类结构施工经验，本着科学严谨的原则，经过优化比较，形成了较为成熟的施工技术方案：该桥钢管拱采用缆车吊装、斜拉扣挂法施工。
        关键词：BIM技术；跨黄河桥；施工技术；研究
        1基于BIM的工况管理
        多年来，国内外进行了大量的研究和推广，增量发射法在我国得到了广泛的发展。本工程主桥采用顶推施工，顶推条件复杂，共有62种工况。每种工况所涉及的文件、数据和信息繁杂，难以管理。
        基于BIM技术，利用BIM模型管理工况信息，建立与三维模型的关联。管理员可直接查询工况基本信息，上传、查询、删除工况附件，实现数据文件的统一管理和可追溯性。同时，可以通过时间点直接查询三维平台下当前工况下的施工模型，进行可视化的通信和通信，给用户带来极大的方便，为后续的动态数据集成和监控测量奠定了坚实的基础。
        2工程技术难点及需要解决的问题
        该桥是我国西北地区跨黄河的大跨度预应力混凝土斜拉桥。主桥宽约为35米，主跨为102米，主桥宽为35米。同时，桥址区自然环境恶劣：冬季极端低温为-25℃，昼夜温差大。常年空气干燥多风，对混凝土桥塔和主梁施工非常不利。
        2.1复杂地质条件下深水超长桩基础施工技术研究
        由于地质砂层的单一颗粒结构和自稳性差，在钻井过程中和钻井后容易发生坍缩和缩径，因此有必要解决桩基施工问题。根据地质条件，采用旋挖成孔，施工钻机重量大，对施工平台、栈桥的承载能力有特殊要求。针对上述问题，如何在复杂地质条件下选择钻机，配制和回收泥浆，设计超大承载力的栈桥和施工平台，成为桥梁施工的关键技术。
        2.2深水超大型承台施工技术研究
        通过对宁夏黄河盆地桥梁的调查，基坑支护形式为全钢吊箱围堰。黄河大桥两个主墩均位于主河道内，瞬时冲刷严重。承台施工正值雨季，也是一年中最高水位。通过对拉森VI钢板桩、内支撑、檩条组合围堰体系的研究设计，节约了工期，解决了深水大型承台施工技术难题，并在围堰上游面增设了抗冲钢管桩帷幕，有效地防止了主河道过水断面压缩引起的冲刷，保证了雨季主墩围堰施工的安全。
        大体积混凝土封底一次浇筑量大，浇筑过程连续，水下工程条件复杂。如果施工措施不得力，密封失效或封底厚度不均，将严重影响混凝土的力学性能。因此，大体积混凝土施工工艺的有效控制成为承台施工中普遍存在的问题。
        质量承台水化热的控制是非常重要的。胶凝材料的水化热会使结构产生高温，在内外温差大和结构约束下容易产生裂缝。主墩承台混凝土量大，温度应力复杂。因此，必须采取相应的措施来解决水化热，以尽量减少混凝土开裂。
        2.3大跨预应力混凝土斜拉桥箱梁悬灌冬季施工技术
        前支撑挂篮自重270t，安全风险高，各部位应力监测难度大。由于推力位置复杂，传统的矩形推力单元不能满足混凝土抗压应力的要求。如何随时控制吊篮主要构件的受力状态，保证其受力安全，是施工中必须研究的关键问题。根据工期要求，预应力混凝土梁必须在冬季施工。因此，大断面预应力混凝土斜拉梁冬季施工成为工程难点。
        3栈桥施工
        3.1试桩施工
        工程桩施工前，选用两根钢管桩作为试桩。检查桩的土层深度是否符合设计要求和最终有效桩长。打桩以高程控制为主，贯入度校核为主。停止锤击的标准是，使用冲击式打桩设备时，最后10个锤的累计进尺小于5厘米；使用振动式打桩设备时，最后10分钟的累计进尺小于3厘米。当桩尖达到设计标高但贯入度仍较大时，应进行连续锤击，使贯入度接近控制。
        3.2沉桩施工
        3.2.1主要施工设备。栈桥采用80t履带吊、DZ90型液压振动锤逐跨打桩搭设。
        3.2.2施工要点。(1）夹桩。振动锤式选用液压夹具，通过液压缸的进、回油，可以快速夹紧和放松钢管。钢管桩采用卡箍夹紧，钢管桩顶由履带吊通过备用钢丝绳起吊。（2）桩插入和振动。履带吊通过振动锤和备用钢丝绳直接起吊钢管桩。

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在测量的指导下，将钢管桩调整到实测校准桩位，迅速下放吊钩。钢管桩自重稳定后，打开振动锤振沉钢管桩。每次振动的持续时间不应超过10-15分钟。在振动下沉过程中，垂直度随时由测量仪器监测。（3）标准止动锤。打桩以高程控制为主，贯入度校核为主。停止锤击的标准是最近10分钟内振动锤累计进尺小于3厘米。当桩尖达到设计标高但贯入度仍较大时，应进行连续锤击，使贯入度接近控制。
        3.2.3沉桩质量标准。桩顶平面允许偏差50mm，沉桩完毕后及时夹桩。垂直度允许偏差1%。
        3.3下部结构安装
        3.3.1钢管抄平。钢管桩安装好后，按照设计标高进行测量放点和抄平。
        3.3.2平联施工。单排钢管桩施打就位后，开始平联的连接。平联采用Φ630×8mm和Φ426×6mm型两种钢管，钢管桩与平联之间的连接通过“哈佛接头”焊接连接，哈佛接头采取整体结构形式，每根平联在其中一端设置一个“哈佛接头”。
        所有钢管平联按照比设计标高处两钢管之间的平联总长度缩短10cm左右的尺寸下料，一端加工成垂直断面，“哈佛接头”的内径比钢管平联外径大1cm，长度按照70cm进行考虑。
        3.3.3下横梁施工。栈桥下横梁及施工平台横梁采用2hn600×200型钢。钢管桩顶开槽梁顶标高+29.00m。双组立工字钢在后院加工，现场安装。首先在钢管桩上放出梁的轴线和位置，钢管桩顶部开槽，在桩口焊接隔板，吊装横梁、焊接连接板和肋板。
        3.4上部结构安装
        3.4.1贝雷片安装。下横梁安装完成后，通过在梁上测量放线确定贝雷板位置。为便于吊装，在已搭设的栈桥上预拼装双排贝雷板，采用履带吊组吊安装。贝雷片就位后，用M24“U”型夹梁固定在横梁上，用L75×8型钢焊接的支撑架将贝雷片连接成一个整体。
        3.4.2分配梁安装。贝雷片安装后，按150cm间距铺设25A工字梁作为横向分配梁，采用M24“U”型卡扣锁紧贝雷板上弦。
        横梁固定后，每隔30cm铺设14型工字梁作为纵向分配梁，纵向分配梁与横向分配梁焊接固定。
        3.5桥面铺装及附属设施
        14型工字钢安装完成后，桥面铺设T=10mm花纹钢板，钢板焊接在14型工字梁上。钢板水平分块铺设，块间间隙2cm，与14型工字钢固定焊接。焊接应牢固，防止重型车辆行驶时钢板向后滚动。
        栈桥栏杆高1.2m，立柱采用10型工字钢，横杆采用Φ48×3mm钢管焊接，立柱间距1.5m，焊接在栈桥25A工字梁上。栏杆统一刷橘白漆，每隔30厘米交替布置，达到简洁美观的效果。电缆等搁架采用25A工字钢分配梁悬挑，主缆及其他设施敷设在其上，铺设走道板，并设置人行通道，以减少对交通的干扰。
        结束语
        将BIM技术应用于桥梁施工，探索其在安全管理中的创新研究与应用。提出了基于BIM的状态管理和安全管理与控制，并进一步针对桥梁施工安全，为施工现场质量安全管理带来了新的手段和管理手段，有效地提高了质量安全管理和控制的效率。实际研究和应用表明：基于BIM技术，采用三维可视化实现有效沟通，数据动态集成支持数据动态分析和查询，网络技术支持前后协同分析等手段，可有效提高桥梁施工效果，提高施工质量和安全性。在同类项目推广和深化其相关应用方面，将进一步发挥其价值。
        参考文献
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