超高性能混凝土(UHPC)橋面鋪裝專業設備研究

本文結合實際工程案例介紹了UHPC橋面鋪裝專業設備的研究，針對此工程中UHPC橋面鋪裝標高控制過程中出現的問題進行研究，設計出一套自動化設備，以實現施工過程中整平梁能夠根據行走位置自動調整標高，從而實現自動連續調整橫縱坡以及橋面標高的目的。實踐結果表明，該UHPC橋面鋪裝專業設備是可行的，且可以取得良好的施工效果。

超高性能混凝土(UHPC)因具有較高的力學性能逐步被廣泛運用于鋼橋面與橋面瀝青鋪裝層之間作為粘結過渡層。超高性能混凝土強度高、擴展性好，但通常相對比較粘稠且含有鋼纖維，因此橋面攤鋪作業時，不適合采用以人工為主的攤鋪作業方式，傳統的路面攤鋪設備需加以改裝后方能使用，通常采用專用的設備進行攤鋪。同時，鋼橋面設計時又不完全是平面，而出現了微曲面設計，這對施工鋪裝用的橋面定型設備提出了新的線形控制要求。

1、工程概況

援馬爾代夫中馬友誼大橋跨越馬累島和機場島之間的 Gaadhoo Koa 海峽，全橋總長1390m。鋼箱梁部分的橋面采用超高性能混凝土(UHPC)-鋼輕型組合結構+SMA13面層的形式，其中組合結構為超高性能混凝土(UHPC)等材料與鋼箱梁頂板的組合結構，見圖1。UHPC鋪筑在頂板上，厚度為6cm，在UHPC鋪筑層中包含涂刷在頂板面上的防腐涂裝層、焊接在頂板面上的栓釘、布置在鋪筑層中的鋼筋網。超高性能混凝土(UHPC)-鋼輕型組合結構共分三段50m+50m+22m，見圖2。

2、橋面鋪裝專業化設備研究

2.1 施工要求

目前鋼橋面UHPC專用攤鋪設備多以人工控制為主，在進行UHPC橋面表面標高控制方面主要依靠振搗整平設備的整平梁的底標高(或刮板底標高)進行控制。在橋面橫坡和縱坡發生變化處，采用人工調整整平梁的兩邊吊桿高度來控制橫坡，縱坡主要通過整平設備的行走輪的軌道施工前調整到位來控制。這種標高控制方法主要以人工調整為主，在橋面橫坡縱坡固定不變的情況下比較方便有效。隨著城市高架橋廣泛采用鋼箱梁結構后，UHPC用處越來越廣。橋面線形多變情況越來越多，使得路面橫縱坡變化越來越大，例如彎道處的超高段橫縱坡不僅變化大，而且還存在連續變坡的情況，這樣傳統人工調整整平梁的控制標高方法就難以滿足標高和坡度的精度要求，操作起來效率也很低。在援馬爾代夫中馬友誼大橋工程中UHPC橋面鋪裝段不僅有一定橫坡而且處于縱坡變化段(橋面橫坡為2.5%,縱坡3.2%)，對標高控制有很高的要求。

2.2 UHPC橋面鋪裝專業設備研究

針對此工程中UHPC橋面鋪裝標高控制過程中出現的這些問題，通過設計一套安裝在振搗整平設備上的控制系統裝置，以實現施工過程中整平梁能夠根據行走位置自動調整標高，從而實現自動連續調整橫縱坡以及橋面標高的目的。其技術關鍵點有：

1)采用可伸縮承壓桿設計，通過調整承壓桿長度來控制梁底線形。通過將振動梁的上部承壓桿設計成長度在一定范圍內多點可調的伸縮桿件，使得振動梁的下部起成型混凝土作用的主梁工作面線形發生變化。

2)采用多點調整伸縮桿長度，可實現多種線形自由調整。通過采用在上部承壓桿安裝多個可伸縮的絲桿加工件作為調整長度的節點，可實行局部調整以及整體梁的線形調整。

3)采用中間加限位吊桿的設計，確保調整后梁體不變形，結構簡單易操作。通過采用在振動梁中部等分位置加設限位吊桿來確保施工過程中以及閑置較長時間的情況下調整后的梁體保持形狀不變。吊桿采用全絲桿設計，通過彈簧加螺母擰緊的方式上下夾緊限位，采用人工操作，結構簡單易實現。

4)采用自動化機械控制吊桿高度，施工效率高，更加安全。該系統采用電機齒輪組機械化控制旋轉角度調節吊桿高度的方式，代替了人工上下設備操作，施工效率很高，使得標高控制操作實現了機械自動化，施工更加安全。

5)采用傳感器測量相對高度和行程，控制精度高，標高控制更加連續。通過預先安裝一條通長的相對標高控制軌道作為控制標高參照物。通過位移傳感器測量相對高度和行走距離，實現比人工更高頻次和更高精度的標高控制。比常規采用控制設備軌道標高控制的做法精度更高，節約了大量時間，同時設備軌道標高控制已不再作為要求。

6)系統組成簡單，操作容易，安裝方便。該系統裝置組成簡單，是在整平設備上安裝的常用控制性裝置，安裝和拆除都很方便，參照標高和設備參數錄入計算機后，操作簡單容易。

如圖3所示，UHPC橋面鋪裝設備主要構成為：1) 設備行走齒輪組;2) 控制器;3) 相對標高控制軌道;4) 導向輪;5) 相對高程傳感器;6) 行走距離傳感器;7) 吊桿高度控制右電機齒輪組;8) 設備大梁;9) 振動整平梁左吊桿;10) 吊桿高度控制左電機齒輪組;11) 振動整平梁右吊桿。通過在常規橋面振動整平梁上安裝該系統后，實現由純人工適時操作設備到全自動化電腦控制設備的轉變。

如圖4所示，該設備的電器構成原理主要是由電腦應用程序、控制器、吊桿高度控制左右電機齒輪組、行走距離傳感器、相對高程傳感器和相對標高控制軌道組成。通過電腦應用程序搜集行走距離傳感器和相對高程傳感器的現場數據，根據事先設定的設備參數和工程設計需攤鋪路面參數，控制吊桿高度控制左右電機齒輪組來達到控制混凝土成型表面標高的目的，實現機械自動化控制整個超高性能混凝土攤鋪施工作業。

2.3 施工效果

通過采用研究開發的UHPC橋面鋪裝專業化設備進行施工，保證了橋面鋪裝的施工質量，取得了預期的效果，施工完成后的圖見圖5、圖6。

3 結論

本文結合援馬爾代夫中馬友誼大橋UHPC橋面鋪裝工程，對UHPC橋面鋪裝設備進行了分析和探討，得出以下結論：

a.采用該UHPC橋面鋪裝專業設備進行施工是可行的，且取得了良好的效果。

b.在橋面鋪裝施工前，必須對軌道標高進行精準測量控制，保證輸入電腦程式原始數據的準確性，這是保證施工質量的關鍵。

c.該文所研發設計的UHPC橋面鋪裝專業設備為后續類似工程提供了參考。

該文依重載車輛過橋為背景，分析了當橋梁承載力不足時多種處理方法的利弊，將該問題提煉為數學模型，并對數學模型的變量、約束條件進行了分析，最后利用lingo語言，采用隱窮舉法對問題進行了求解，并給出了相應的代碼。最后將該計算體系運用到一個重載運輸問題上，得出了相應多座橋梁的優化處理方式，對于不同的橋梁，處理方式可能不同，但在該案例中未優化出重建的方案。