论力学原理在桥梁施工规范中的应用

论力学原理在桥　施工规范中的应用　吴汉杰　（广西罗城公路管理局，广西罗城５４６４００）　【摘要】为了适应我国公路桥涵建设规模不断扩大的需要，建设部门组织了有关人员，在总结了旧有规范和实际经验教训　的基础上，由交通部第一公路工程总公司牵头，编写了《公路桥涵施工技术规范ＯＴＪ０４１－２０００）》（以下简称《规范》）。作为桥梁建设　的指导性文件的《规范》，有许多条文的制定，都从不同方面体现了力学原理的应用。　【关键词】规范；力学原理；桥梁施工　一、灌注桩基础　《规范》６．３．２钻孔灌柱桩钻进的注意事项第４条规定：在　钻孔排渣、提钻头除土或因故停钻时，应保持孔内具有规定的　水位和要求的泥浆相对密度和粘度。《规范》６．５．４灌柱水下混　凝土的技术要求第４条规定：在灌注过程中，特别是潮汐地压　和有承压力地下水地区，应注意保持孔内水头。这两条规定的　最终目的是防止孔壁坍塌。从力学原理来分析，可以看出：在钻　机开钻前，钻孔内水压力与孔壁外的水压力处于平衡状态，其　临界面为孔径外壁。开钻后，随着钻进深度的增加或在潮汐地　压及有承压力地下水地区水位高涨，若钻孔内水头不足，孔臂　内外水压力失去平衡，最终结果将会导致孔臂的坍塌。　《规范》６．５．１钢筋骨架的制作、运输及吊装就位的技术要　求第５条规定：骨架倾斜度±０．５；骨架中心平面位置±２０ｍｍ。　从力学原理来看，这主要是从构件的轴、偏心受压状态的受力　分析来规定的。从前面的力学基本概念阐述中，我们知道，轴心　受压构件与偏心受压构件的受力状态不同，在设计荷载作用　下，构件的截面设计和配筋设计也不同。相比之下，轴心受压构　件的截面压应变基本为均匀分布，极限承载力也较偏心受压构　件高，因此在钻孔桩施工及钢筋骨架的制作、吊装中应尽量减　少误差。　《规范》６．３．２提高单桩承载力钻孔灌注桩钻进的注意事项　第２条规定：采用正、反循环钻孔（含潜水钻）均应采用减压钻　进，即钻机的主吊钩始终要承受部分钻具的重力，而孔底承受　的钻压不超过钻具重力之和（扣除浮力）的８０％。这一条也是　力学原理的具体体现，因为减压钻进可使钻杆在整个钻进过程　中维持竖直状态，使钻进回转平衡，避免或减少斜孔、弯孔和扩　孔现象。　二、模板和支架　《规范》９．３．４模板安装的技术要求第６条规定：后张法预　应力梁、板，应注意预应力、自重和汽车荷载等综合作用下所产　生的上拱和下挠，应设置适当的预挠或预拱。该规定是从力学　基本原理出发，从设计荷载和施工荷载以及不同荷载的最不利　组合所造成的影响来考虑的。模板工程的稳定性，安全性与可　靠性对于工程施工非常重要，除进行相应的受力设计验算外，　还应在支架构造上和施工上予以保证。正如前述，施工荷载千　变万化，在桥梁模板及支架的安装过程中，应考虑到整个支撑　体系的安全与可靠。对于支架基础验收、支架预压验收以及模　板起拱值验收等工作均应进行认真地落实。如果支架基础不坚　实，则受力后就会产生较大变形，施工结构在垂直度、中心线、　７４　标高等技术要求上都将与设计图纸不一致，甚至有可能造成工　程无法施工的后果；而支架预压则是对支设支架的进一步检查　和验收。受力后，模板与支架应尽可能其发生位移、鼓胀、　下沉、支撑松动以及地基下沉等现象，对于出现的问题应在浇　筑硅前及时有效采取措施予以处理。模板的起拱是为了保证模　板由于受施工荷载的作用而产生的挠度与起拱高度相抵消，防　梁拱下挠过大或上凸过大。因此起拱高度是质量控制的关键要　点。　《规范》９．５．２模板、支架拆除时的技术要求规定：①模板拆　除时应按设计的顺序进行，设计无规定时，应遵循先支后拆，后　支先拆的顺序；②却落支架应按拟定的却落程序进行，分几个　循环却完，却落量宜小，以后逐渐增大，在纵向应对称均衡却　落，在横向应同时一起却落；③简支梁、连续梁宜从跨中向支座　依次循环却落；悬臂梁应先却挂梁及悬臂的支架，再却无铰跨　内的支架。　模板的拆除不仅要掌握好拆除的时间，而且要掌握拆除的　顺序，如果处理不当，要么造成结构未达到设计要求提前受力　而破坏，要么由于受力不均，由局部破坏引起整个结构的损毁。　简支梁、连续梁支架卸落时从跨中向支座依次循环卸落，可使　跨中截面受力均匀且对称均衡增加，且每次增大量较小，结构　有自适当过程。而从支座向跨中依次循环卸落，跨中截面在其　支架最后拆除后，内力由０猛增至最大值，就像突然受到冲击　荷载一样，结构瞬间会发生破坏。这样的工程事故在实际中己　发生很多。　三、混凝土及钢筋混凝土工程　《规范》１　１．６混凝土的浇筑规定：混凝土的浇筑应连续进　行，如因故必须间断时，其间断时间应小于前层混凝土的初凝　时间或能重塑的时间。当需要超过时应预留施工缝。施工缝的　位置应在混凝土浇筑之前确定，宜留置在结构受剪力和弯矩较　小且便于施工的部位。重要部位及有抗震要求的混凝土结构或　钢筋混凝土结构，应在施工缝处补插锚固钢筋；施工缝为料面　时应浇筑成或凿成台阶状。这是因为从受力分析知道，施工缝　的抗剪强度较差，重要部位和有抗震要求的施工缝应插埋锚固　钢筋，以增强其抗剪强度；斜面浇筑成或凿成台阶状以防止滑　移，增强抗剪力。　四、预应力混凝土工程　《规范》１２．６．６预应力筋编束规定：预应力筋由多根钢丝或　钢绞线组成时，同束内应采用强度相等的预应力钢材。编束时，　应逐根理顺，绑扎牢固，防止互相缠绕。钢筋的冷拉工艺采用控　维普资讯 http://www.cqvip.com

制应力或控制冷拉率的方法。从受力分析来考虑，编束时，梳理　顺直，可防止钢丝或钢绞线在穿孔、张拉时由于互相缠绕紊乱　而导致的受力不均匀现象。当受力不均匀时，将使有的钢丝达　不到张拉控制应力，而有的则可能被拉断，造成预应力损失。　《规范》１２．１０．３后张法张拉第２条规定：预应力筋的张拉　求值。对称、平衡浇筑是为了不产生或产生不大的扭矩、力矩，　以有效地提高梁体的承载力。虽然在实际施工时不可能做到绝　对平衡，但偏差应不超过设计规定。　《规范》１５、３．４连续梁的合拢、体系转换和支座反力调整第　４条规定：体系转换及支座反力调整，按设计程序要求施工。这　主要是因为预应力连续梁在悬臂浇筑施工时，实际上是悬臂静　顺序应符合设计要求，当设计未规定时，可采取分批、分阶段对　称张拉。这就从受力角度要求后张法多根（束）预应力筋张拉时，　应使张拉的合力作用线处在构件核心截面以内，防止构件截面　产生过大的偏心受压和边缘拉力。对称张拉可避免或减小偏心　力矩。因此，张拉宜分批、分阶段、对称地进行。另一方面，按控　制应力先张拉的预应力筋会因后批预应力筋张拉时所产生的　定结构体系，梁与墩是临时固结；浇筑混凝土合龙并张拉预应　力钢材后，转换为连续梁超静定结构体系。在转换体系时，应将　临时固结解除，将梁落于正式支座上，并通过认真计算按标高　调整支座高度和支座反力。　《规范》１５．４．３．４悬臂拼装体系转换按设计顺序进行规定：　在转换体系前，应按照设计要求张拉一部分块件底部的预应力　束，应在悬臂梁端设置向下的预拱度，防止梁上部已张拉的明　混凝土弹性压缩而引起应力损失。分批、分阶段对称张拉，综合　考虑张拉力的影响，可减小预应力损失。　《规范》１２．１　１后张孔道压浆第１条规定：预应力筋张拉后，　孔道应尽早压浆Ｂｓ］。预应力工程施工关键是如何正确地建立　槽预应力钢材上漂，以保证转换体系前后拼装、张拉各阶段的　安全。从受力情况分析，预应力连续梁在用悬臂拼装时，梁顶部　起设计要求的预应力（即结构的内应力），而其最大的影响因素　就是应力松驰带来的威害。为保证施工质量，预应力张拉必须　严格按程序规定执行且张拉后立即做好灌浆的准备，这些对控　是承受负弯矩，因此预应力筋都布置在梁截面上部，两个悬臂　在跨中合龙以后，跨中附近变为正弯矩，即该部位梁截面下部　成为受拉状态，梁上部截面变换成受压状态。因此必须在合龙　前采取措施，防止原在梁截面上部张拉的预应力筋拉应力松　制应力损失的减少都非常关键。张拉过程中不仅要控制好应力　值，而且要随时抽查预应力筋的增长值，同时要按照对称、均匀　的方法进行张拉，张拉完并封锚以后，即可开始灌浆的工作，灌　浆不仅减少应力损失，而且封闭孔道，减少预应力筋的损失，并　驰，保证体系转换前后各施工阶段的安全。　以上简单阐述了桥梁施工中的力学原理在《公路桥涵施工　且使其与结构共同作用，提高结构的抗裂性。　技术规范》中的具体体现。其实这只是桥梁分部分项工程中的　小部分，还有许多力学原理在分部、分项、单项工程中的应用　一《规范》１２．Ｉ　Ｉ后张孔道压浆第１２．１　１．６条规定：压浆时对　曲线孔道和竖向孔道应从最低点的压浆孔压人，由最高点的排　气孔排气和泌水。　没有谈到。在这里只是抛砖引玉，从一个侧面说明力学原理在　《公路桥涵施工技术规范》中的具体应用。　【参考文献】　【１】路桥集团第一公路工程局主编公路桥梁施工技术规范【Ｍ】．北　京：人民交通出版社．２０００：２４３．　压浆顺序宜先压注下层孔道。以前面基本知识我们知道，　对于连续梁跨中的弯矩最大，而且距离中和轴越远，弯矩越大，　因此先压注下层孔道的好处是下层的预应力筋抗弯力矩较大，　先压浆，使其松驰损失少一些，对结构较为有利。　五钢筋混凝土和预应力混凝土梁式桥　【２】李桂青，李秋胜编著．工程结构时变可靠度理论及其应用【Ｉ　．　北京：科学出版社，２００１：２５６．　《规范》１５．２．１在支架上浇筑梁式桥第３条规定：浇筑分段　工作缝，必须设在弯矩零点附近。前面施工力学基本概念中己　经讲到，连续梁结构中，在跨中为正弯矩截面，在支座处为负弯　矩截面，从正弯矩到负弯矩的变化过程中，存在一个零弯矩的　【３】卢树圣编著．现代顸应力混凝土理论与应用【Ｍ】．｜ｂ京：中国铁　道出版社．２０００：３５２．　【４】丁大钧编著．现代混凝土结构学【Ｍ】．北京：中国建筑工业出版　社，２０００：３２４．　【５】裘伯永，盛兴旺等编著．桥梁工程【Ｍ】．北京：中国铁道出版社，　２００　：２４　．　截面，称为反弯点，第一次浇筑到第二孔的第一个反弯点处，以　后每次都把工作缝设在此处。　《规范》１５，３．２混凝土悬臂浇筑第４条规定：桥墩两侧梁段　悬臂施工进度应对称、平衡，实际不平衡偏差不得超过设计要　【作者简介】吴汉杰（１９６５一），男，广西南丹人，工程师，研究方向：公路　与桥粱工程施工、监理等。　［上接第７３页】　一般来说，通过施工组织设计可看到一个项目施工全过程　作为项目的业主以及受业主委托的监理，应该坚决杜绝无　施工组织设计的工程开工。其次，在变更项目开工前，必须要认　的安排。因此，施工单位须重视施工组织设计的编制工作，业主　和监理也应重视对变更项目的施工组织没计的评审和监督。　真地审查施工单位的施工组织设计，应注意其对工程造价的影　响，避免大马拉小车等不正常地情况发生，而引起工程结算时　作为一个施工单位，在合同履行过程中，往往会利用变更　来取得更高的利润。特别是现在市场条件下，大部分项目都实　行了底价中标的招标方法，而施工单位往往为了中标也有意采　取低报价高索赔，在投标时就分析工程项目中那些预计会发生　变更的，对易发生的变更的项目单价进行不平衡报价，利用变　更来实现盈利。对此，业主和监理单位都应保持清醒的头脑，更　要着重审查变更项目的施工组织设计，以期更好的降低造价控　制投资。　３．强化业主和监理的工程造价控制意识　的纠纷。最后，在项目的施工中，还要对施工组织设计进行监督　和控制，确保项目的施工有序，防止施工组织设计流于形式。确　保施工组织设计真正达到控制和降低工程造价的目的。　五、小结　总之，控制变更是控制项目投资的关键，而施工组织设计　又是决定项目造价的关键，为了从根本控制工程造价，取得良　好地经济效益，应抓好每一个变更项目的造价控制，未雨绸缪，　以取得控制整体工程造价的效果。　７５