節(jié)段預(yù)制拼裝簡(jiǎn)支箱梁拼裝施工技術(shù)分析

劉彧

（中鐵十一局集團(tuán)第四工程有限公司 湖北武漢 430074）

引言

在現(xiàn)今高速鐵路橋梁工程中，預(yù)制簡(jiǎn)支箱梁的應(yīng)用隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展與時(shí)代的進(jìn)步得到了廣泛的應(yīng)用，節(jié)段預(yù)制拼裝簡(jiǎn)支箱梁預(yù)制拼裝的施工技術(shù)對(duì)高速鐵路的發(fā)展具有至關(guān)重要的作用，本文主要結(jié)合新建呼準(zhǔn)鐵路黃河特大橋項(xiàng)目，系統(tǒng)分析了節(jié)段預(yù)制拼裝簡(jiǎn)支箱梁拼裝施工的相關(guān)技術(shù)。

本文研究的節(jié)段預(yù)制拼裝簡(jiǎn)支箱梁的施工工藝與現(xiàn)澆法及整孔預(yù)制相比具有很大的優(yōu)勢(shì)。主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：可不搭支架，適宜交通繁忙地段，施工過(guò)程可不中斷交通；對(duì)環(huán)境影響小，具有環(huán)保優(yōu)勢(shì)。大大縮短工期；預(yù)制可與下部施工同步，每孔拼裝時(shí)間遠(yuǎn)小于現(xiàn)澆等待拆模時(shí)間；節(jié)段梁分節(jié)進(jìn)行預(yù)制，滿(mǎn)足長(zhǎng)途運(yùn)輸?shù)囊螅虼祟A(yù)制場(chǎng)可靈活設(shè)置，相應(yīng)要求的預(yù)制場(chǎng)地范圍也較小。此外，對(duì)于曲線(xiàn)橋線(xiàn)形，節(jié)段法通過(guò)短線(xiàn)匹配預(yù)制法比整孔預(yù)制架設(shè)法橋梁線(xiàn)形處理得更為圓順、平滑。

1 工程概況

新建呼準(zhǔn)鐵路黃河特大橋項(xiàng)目起止里程為DK60+200～DK72+041.91（短鏈197.783m），線(xiàn)路總長(zhǎng)度11.644km；黃河特大橋起止里程為：DK67+131.54～DK72+041.91，全長(zhǎng) 4910.37 延米長(zhǎng)。

黃河橋43～69#墩之間共設(shè)置26孔48m節(jié)段拼裝簡(jiǎn)支箱梁。黃河橋48m節(jié)段拼裝簡(jiǎn)支箱梁范圍內(nèi)線(xiàn)路平曲線(xiàn)半徑為2800m，豎曲線(xiàn)半徑為0；線(xiàn)間距由4.2m變化至4.66m，43～69#墩身高度介于49～66m之間，其中43#墩身62m高、44#墩身64m高、68#墩身53m高、69#墩身49m高。

2 架橋機(jī)工作原理及主要參數(shù)簡(jiǎn)算

2.1 架橋機(jī)工作原理

TP48J節(jié)段拼裝架橋機(jī)是用于簡(jiǎn)支雙線(xiàn)鐵路箱梁預(yù)制節(jié)段塊整孔組拼、輔助濕接縫施工、然后整體張拉成梁的施工設(shè)備，其工作原理主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

2.1.1 架橋機(jī)的安裝就位

在正常工作狀態(tài)下，架橋機(jī)的前后導(dǎo)梁呈懸臂，主框架通過(guò)前、后支承托架支承在前后墩頂上。架橋機(jī)的自重和全部外部荷載由前、后支承托架傳遞作用到前后墩上。

2.1.2 節(jié)段塊的吊裝、初步就位和精確定位

運(yùn)梁平車(chē)尾部喂梁，起重天車(chē)走行到后導(dǎo)梁上，將節(jié)段塊通過(guò)支撐橫梁從前到后逐節(jié)支撐在主框架兩側(cè)的箱梁上。節(jié)段塊初步就位主要是由天車(chē)縱向點(diǎn)動(dòng)走行來(lái)實(shí)現(xiàn)節(jié)段塊縱向放置位置；豎向標(biāo)高和橫、縱坡的精確定位是通過(guò)四個(gè)螺旋撐桿來(lái)實(shí)現(xiàn)的。整個(gè)工作流程為：運(yùn)梁車(chē)尾部（下部）喂梁→起吊→初就位并臨時(shí)支撐固定（縱向位置定位）→吊裝所有節(jié)段塊并初對(duì)位→精定位→支撐固定→安裝濕接縫模板→施工濕接縫混凝土→預(yù)應(yīng)力鋼束初張拉。節(jié)段塊調(diào)整是一個(gè)反復(fù)調(diào)整，逐漸趨近的過(guò)程，故在施工中按先縱向調(diào)整→橫向調(diào)整→豎向調(diào)整的次序反復(fù)循環(huán)調(diào)整，直至達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

2.1.3 濕接縫模板的拆裝

整跨箱梁共有12個(gè)寬60cm的濕接縫，濕接縫施工模板為塊狀的散模，其拆裝依靠支撐橫梁來(lái)完成的。為加快施工速度，整機(jī)共配置了10組支撐橫梁。支撐橫梁吊掛于主框架鋼箱梁下蓋板翼緣上，從梁中心線(xiàn)處可分成左右兩部分，便于拆裝、過(guò)孔。

2.1.4 架橋機(jī)縱移過(guò)孔

①跨越式倒腿；②步履式縱移。架橋機(jī)縱移過(guò)孔關(guān)鍵問(wèn)題是倒換托架臺(tái)車(chē)。TP48J采用跨越式倒腿，即利用起重天車(chē)將安裝在后墩上的后支承托架臺(tái)車(chē)整體拆開(kāi)、吊運(yùn)到超前墩上安裝。然后在前后支承臺(tái)車(chē)的縱移油缸的共同頂推作用下，實(shí)現(xiàn)架橋機(jī)的整機(jī)過(guò)孔，且可通過(guò)裝在支承臺(tái)車(chē)和墩旁托架間的橫移機(jī)構(gòu)調(diào)整架橋機(jī)前進(jìn)時(shí)在水平曲線(xiàn)上的推進(jìn)。過(guò)孔的步驟具體為：過(guò)孔前準(zhǔn)備→拆除濕接縫外模板→整機(jī)卸載→打開(kāi)節(jié)段支撐橫梁→打開(kāi)后活動(dòng)橫聯(lián)→縱移過(guò)孔至三點(diǎn)支撐狀態(tài)→頂升前、后輔助支腿→倒運(yùn)托架及臺(tái)車(chē)→打開(kāi)后輔助支腿→整機(jī)縱移到位，并調(diào)整整機(jī)縱向及橫向姿態(tài)，合攏后活動(dòng)橫聯(lián)→整機(jī)頂升到位并調(diào)整整機(jī)豎向姿態(tài)。

圖1 架橋機(jī)組成圖

2.2 架橋機(jī)主要參數(shù)簡(jiǎn)算

圖2

（1）前支腿計(jì)算

①前支腿橫梁的計(jì)算：

挑梁的高度H=1400mm梁的寬度B=600mm。

蓋板t=16mm腹板t=10mm挑梁截面面積A=42160mm2。

挑梁的截面慣性矩：I=11331192543mm4。

截面質(zhì)心位置：Y1=733mm，Y2=671mm。

截面最大彎應(yīng)力：σ=M·Y1I=192MPa。

截面剪應(yīng)力：τ=Pc1400mm×10mm×2=38MPa。

②伸縮套的計(jì)算：

單個(gè)伸縮套受力約為：F前=110t（含支腿自重）。

伸縮套的截面面積：A伸縮套=21950mm2。

伸縮套最大壓應(yīng)力：σ=F前A伸縮套=50MPa故滿(mǎn)足應(yīng)力要求。

伸縮套采用φ80的圓柱銷(xiāo)，材質(zhì)為45#。

最大擠壓面積：A銷(xiāo)子=2×30×80=4800mm2。

（2）臺(tái)車(chē)計(jì)算

臺(tái)車(chē)計(jì)算有倒運(yùn)支腿工況和縱向走行工況兩工況。

縱移滑板計(jì)算：

縱移滑板靜載受力最大為倒運(yùn)支腿工況：

σ=F/S=200×104N/（180mm×570mm）=19.5MPa采用MGE材質(zhì)，滿(mǎn)足要求！

臺(tái)車(chē)移油缸計(jì)算：

架橋機(jī)上部結(jié)構(gòu)自重約：600t天車(chē)自重約：100t。

則架橋機(jī)需橫移時(shí)最大載荷為：600t×0.9+100t=640t。

則架橋機(jī)單側(cè)橫移時(shí)載荷為：320t橫移力F=320t×0.1=32t。

橫移油缸采用2個(gè)φ140/φ80油缸：

則拉力為 F=ps=2×28MPa×10367mm2=2×29t=58t滿(mǎn)足要求！

臺(tái)車(chē)主體結(jié)構(gòu)：σ=F/S=32×104N/（30mm×1000mm）=10.6MPa滿(mǎn)足要求！

（3）起重天車(chē)計(jì)算

TP48J起重天車(chē)主要技術(shù)參數(shù)如下：

①t=9800NE＝2.06×105MPa 額定起重量：Q=180t工作級(jí)別：A4

起升速度：v1＝2m/min 大車(chē)走行速度：v2＝28m/min。

最大工作風(fēng)壓：q＝250N/m2重力加速度：g＝9.8m/s2。

②載荷系數(shù)

a.起升自重沖擊系數(shù)：φ1＝1.05；

③材料及許用應(yīng)力

主要結(jié)構(gòu)采用 Q345B 鋼材，其屈服極限 δs－1＝345MPa，安全系數(shù) n＝1.48。

④起升機(jī)構(gòu)鋼絲繩選擇

單個(gè)卷筒選擇起升倍率：m1＝8，取單個(gè)滑輪組效率為：k1＝0.98

選取鋼絲繩4T-φ26最大破段拉力S0＝623KN直徑

（4）節(jié)段支撐橫梁計(jì)算

節(jié)段橫梁的高度：H=1400mm上蓋板寬度：B1=160mm整體寬度：B=1360mm；

蓋板：t1=12mm腹板：t2=10mm梁的截面面積：A=31328mm2；

梁的截面慣性矩：I=4020599468mm4截面質(zhì)心位置：Y=700mm。

工況A截面應(yīng)力計(jì)算：

通過(guò)計(jì)算得出：Mmax=536kN·m，QA=-500kN；

最大剪應(yīng)力：τ＝QA（1400mm－2×12）×10mm=36MPa。

工況B截面應(yīng)力計(jì)算：

通過(guò)計(jì)算得出：Mmax=636kN·m，QB=-702kN；

（5）縱向穩(wěn)定性簡(jiǎn)算（架橋機(jī)過(guò)孔最大懸臂）

P1=100t（天車(chē)自重），q1=6.3t/m（主梁+支撐+模板均重）P2=7.35t（后支腿自重），P3=7.34t（前支腿自重）q2=2.1t/m（導(dǎo)梁均重）；

M 穩(wěn)=100×50.12＋7.35×50.12＋2.1×26×41＋6.3×56×1/2×14=10088.6t·m；

M 傾=7.34×50.12＋2.1×26×41＋6.3×56×1/2×14=5076.1t·m；

K=M穩(wěn)/M傾=2 滿(mǎn)足要求！

3 節(jié)段預(yù)制拼裝簡(jiǎn)支箱梁拼裝施工技術(shù)

3.1 節(jié)段拼裝準(zhǔn)備工作

①測(cè)量?jī)蓸蚨臻g距離、高程、支承墊石位置及高度；②檢查并復(fù)核橋墩的縱橫向中心線(xiàn)；③檢查支承墊石上螺栓孔位置及深度；④利用墨線(xiàn)將支座位置標(biāo)記；⑤檢查主箱梁各支點(diǎn)的支承安全情況和起重天車(chē)的安全使用性能。

3.2 架橋機(jī)安裝及預(yù)壓

3.2.1 架橋機(jī)安裝

①分別在70#、71#和72#橋墩安裝提升站托架、托架A和托架B及臺(tái)車(chē)；②將“前導(dǎo)梁+一半的前支腿+前主梁節(jié)段一”安裝在71～72#墩之間，并頂推縱移到位；③將前主梁節(jié)段二吊裝起來(lái)，高空與前主梁節(jié)段一對(duì)接，并頂推縱移到位；④將“后主梁節(jié)段二+后主梁節(jié)段一”吊裝起來(lái)，高空與前主梁節(jié)段二對(duì)接，并頂推縱移到位；⑤安裝起重天車(chē)（分3步）到主梁天車(chē)軌道上，已安裝主梁和前導(dǎo)梁頂推縱移到位；⑥將后導(dǎo)梁節(jié)段I吊裝起來(lái)，高空與后主梁節(jié)段一對(duì)接，并頂推縱移；⑦利用履帶吊倒運(yùn)72#墩上的托架B及臺(tái)車(chē)到69#墩上安裝，并頂推縱移；⑧將后導(dǎo)梁節(jié)段II吊裝起來(lái)，高空與后導(dǎo)梁節(jié)段I對(duì)接，并頂推縱移；⑨利用履帶吊倒運(yùn)70#墩上的托架A及臺(tái)車(chē)到68#墩上安裝，并頂推縱移；⑩待縱移到首跨施工位69#～68#墩之間后，利用起重天車(chē)安裝節(jié)段支撐橫梁及濕接縫施工平臺(tái)，再安裝其他重要輔件，并調(diào)試準(zhǔn)備首跨施工。

3.2.2 架橋機(jī)預(yù)壓

按規(guī)范要求和保證施工安全，架橋機(jī)拼裝完畢后進(jìn)行預(yù)壓。采用已預(yù)制的節(jié)段箱梁塊和小型混凝土預(yù)塊或鋼筋進(jìn)行配重，利用架橋機(jī)的提梁設(shè)備安放在架橋機(jī)上，預(yù)壓重量為成榀箱梁重量的1.2倍。預(yù)壓按40%-80%-100%-120%的箱梁重量分級(jí)加載，卸載過(guò)程與加載過(guò)程相反。

3.3 節(jié)段支撐橫聯(lián)標(biāo)高調(diào)整

架橋機(jī)姿態(tài)調(diào)整完成后，預(yù)留3個(gè)節(jié)段支撐橫聯(lián)處于打開(kāi)狀態(tài)，供吊裝端部節(jié)段，結(jié)合預(yù)壓得出的主梁中部最大下沉量，濕接縫澆筑完跨中最大下沉量，跨中最大反拱值，通過(guò)二次拋物線(xiàn)法計(jì)算出支撐橫聯(lián)桿頂標(biāo)高。

3.4 節(jié)段塊的初步就位

（1）首孔箱梁節(jié)段吊裝

墩柱各項(xiàng)參數(shù)再次復(fù)核無(wú)誤后，利用梁場(chǎng)內(nèi)200t龍門(mén)吊將待架節(jié)段移至運(yùn)梁車(chē)上，運(yùn)輸至橋下，起重天車(chē)直接從橋下取梁，架設(shè)在架橋機(jī)上。節(jié)段塊安裝按 1-1’-2-2’-3-3’-4-4’-5-5’-6-6’-7 順序布置在架橋機(jī)上；支撐在調(diào)節(jié)支撐上；結(jié)合起重天車(chē)起重曲線(xiàn)，考慮到1#和7#節(jié)段梁體自重大，采用起重天車(chē)在主梁中部提梁，其它中間段在前導(dǎo)梁部位提梁。

圖3 運(yùn)梁車(chē)運(yùn)至橋下

（2）其余孔跨箱梁節(jié)段吊裝

運(yùn)梁車(chē)自預(yù)制場(chǎng)將節(jié)段箱梁運(yùn)至首孔箱梁位置，利用架橋機(jī)的提升設(shè)備（安裝在節(jié)段拼裝起點(diǎn)69#墩左側(cè)）將節(jié)段箱梁提升到首孔箱梁頂?shù)倪\(yùn)梁車(chē)上，通過(guò)橋上運(yùn)梁車(chē)運(yùn)至架橋機(jī)主梁吊梁位置進(jìn)行喂梁。

3.5 節(jié)段塊的精確就位

節(jié)段塊的精確就位是指節(jié)段塊橫向、縱向和豎向三個(gè)方向的調(diào)位。橫向以線(xiàn)路中心線(xiàn)為基準(zhǔn)，即要求線(xiàn)路中心線(xiàn)和梁體中心線(xiàn)重合；節(jié)段塊在擺放時(shí)，縱向按設(shè)計(jì)預(yù)留出60cm濕接縫。

圖4 起重天車(chē)主梁中部提升

圖5 起重天車(chē)前導(dǎo)梁部位提升

圖6 提升站提梁

（1）墩頂復(fù)核無(wú)誤后，利用全站儀將支座中心線(xiàn)放樣、彈出控制線(xiàn)。

圖7 墩頂測(cè)量放樣控制示意圖

（2）對(duì)端部節(jié)段1和1’已安裝好的支座下鋼板進(jìn)行分中、劃線(xiàn)，就位時(shí)對(duì)應(yīng)支座墊石軸線(xiàn)、標(biāo)高控制點(diǎn)，此過(guò)程一定要控制準(zhǔn)確。

（3）利用已就位兩個(gè)端部節(jié)段作為控制基準(zhǔn)，離翼板邊緣3～5cm處，分別牽引一根直徑2mm的鋼絲繩。

（4）其它節(jié)段就位時(shí)，縱向以鋼絲繩作為基準(zhǔn)，按順序吊裝、就位。

（5）所有梁段全部就位后，將起重天車(chē)停放于墩頂位置，對(duì)梁面標(biāo)高進(jìn)行復(fù)核。

（6）對(duì)橋面標(biāo)高復(fù)核有誤的節(jié)段，利用起重天車(chē)將梁段重新吊起，通過(guò)調(diào)節(jié)每片梁段相對(duì)應(yīng)的4個(gè)支撐旋桿，直至橋面標(biāo)高達(dá)到設(shè)計(jì)要求，此過(guò)程中，需注意梁段的縱、橫向平面位置，避免二次調(diào)節(jié)。

（7）將天車(chē)停放于墩頂位置，再次復(fù)核，各項(xiàng)參數(shù)無(wú)誤后，進(jìn)入下道工序施工。

（8）節(jié)段塊就位是一個(gè)反復(fù)調(diào)整，逐漸趨近的過(guò)程，故在施工中按豎向調(diào)整→橫向調(diào)整→縱向調(diào)整→豎向調(diào)整→橫向調(diào)整→縱向調(diào)整的次序反復(fù)循環(huán)調(diào)整，直至達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

圖8 起重天車(chē)節(jié)段塊精調(diào)

圖9 節(jié)段箱梁頂標(biāo)高控制點(diǎn)布置

3.6 綁扎預(yù)應(yīng)力波紋管和鋼筋

梁段精調(diào)完成后，即可進(jìn)行波紋管安裝。波紋管單根下料長(zhǎng)度為1m，滿(mǎn)足伸入預(yù)制梁段不少于0.2m的要求，采用中間對(duì)接、用膠帶包裹的方法安裝波紋管。鋼筋在預(yù)制場(chǎng)鋼筋棚加工，濕接縫鋼筋放置于節(jié)段塊上，隨梁體一起提升上橋，現(xiàn)場(chǎng)綁扎。

3.7 濕接縫模板結(jié)構(gòu)

以架橋機(jī)液壓翼式平臺(tái)作為濕接縫施工作業(yè)平臺(tái)，濕接縫外模為小塊鋼模，內(nèi)模采用竹膠板，通過(guò)螺栓進(jìn)行連接組拼。拆模后，外模固定在翼式平臺(tái)和架橋機(jī)主梁上。

圖10 節(jié)段預(yù)制箱梁濕接頭模板構(gòu)造圖

3.8 混凝土澆筑及養(yǎng)護(hù)

濕接縫混凝土澆筑選擇在當(dāng)天氣溫最低條件下進(jìn)行。混凝土入模前，測(cè)定混凝土的溫度、坍落度和含氣量等工作性能；當(dāng)拌和物的各項(xiàng)性能符合技術(shù)條件要求方可入模澆筑。濕接縫混凝土澆筑采用混凝土罐車(chē)運(yùn)輸至橋下，地泵泵送上橋，溜槽入模，連續(xù)澆筑，一次成型。

混凝土養(yǎng)護(hù)分為蒸汽養(yǎng)護(hù)和自然養(yǎng)護(hù)。夏季外界環(huán)境溫度較高，晝夜溫差較小，主要采用自然養(yǎng)護(hù)為主，最后一次收光后，立即采用塑料薄膜和棉布雙層覆蓋灑水保濕養(yǎng)護(hù)，使混凝土保持濕潤(rùn)狀態(tài)，養(yǎng)生時(shí)間為期14d。當(dāng)進(jìn)入冬季施工時(shí)，濕接縫必須采用蒸汽養(yǎng)護(hù)，防止混凝土受凍，保證混凝土強(qiáng)度，蒸養(yǎng)時(shí)間5～7d。

3.9 預(yù)應(yīng)力施工

節(jié)段梁預(yù)應(yīng)力采用一次張拉，在濕接縫混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的100%且彈模達(dá)到設(shè)計(jì)值后進(jìn)行。雙端同步張拉，并左右對(duì)稱(chēng)進(jìn)行。預(yù)應(yīng)力筋張拉采用張拉力與伸長(zhǎng)量雙控，以張拉力為主，實(shí)際伸長(zhǎng)量與計(jì)算伸長(zhǎng)量差值控在±6%以?xún)?nèi)。對(duì)伸長(zhǎng)量不足的查明原因，采取補(bǔ)張拉措施，并觀察有無(wú)滑絲、斷絲現(xiàn)象，作好張拉記錄。

預(yù)應(yīng)力管道壓漿采用不低于設(shè)計(jì)等級(jí)的水泥漿，并按規(guī)定比例加入符合要求的膨脹劑。施工中采用真空壓漿工藝，使得管道水泥漿更密實(shí)。縱、橫向預(yù)應(yīng)力管道由一端向另一端壓漿。

3.10 架橋機(jī)過(guò)孔

解除橫聯(lián)→旋轉(zhuǎn)打開(kāi)濕接縫工作平臺(tái)→解除整機(jī)縱向約束→打開(kāi)前導(dǎo)梁后支腿→主梁支撐橫移→縱向油缸推動(dòng)主梁前移→前導(dǎo)梁支腿支撐在超前墩支座上→起重天車(chē)后移至主梁后支墩→解除后支腿約束→縱向油缸推動(dòng)主梁前移→整機(jī)錨固→安全檢查。

3.11 節(jié)段拼裝箱梁質(zhì)量控制

主控項(xiàng)目：移動(dòng)支架架橋機(jī)組拼預(yù)制梁段，接縫表面處理、接縫方法、材料及梁體預(yù)拱度必須符合設(shè)計(jì)要求；濕接頭的預(yù)應(yīng)力孔道應(yīng)圓順、順暢、接頭牢固不漏漿。

表1 預(yù)制梁段整孔組拼允許偏差和檢驗(yàn)方法

4 結(jié)束語(yǔ)

隨著交通事業(yè)的快速發(fā)展，我國(guó)對(duì)高速鐵路的需求日益增加，在追求高速鐵路數(shù)量的同時(shí)也要注重加強(qiáng)施工技術(shù)，以確保高速鐵路的安全性和正常性。節(jié)段預(yù)制拼裝簡(jiǎn)支箱梁施工技術(shù)作為高速鐵路橋梁施工中一項(xiàng)非常重要的技術(shù)，因此，需要不斷提升節(jié)段預(yù)制拼裝簡(jiǎn)支箱梁施工技術(shù)，實(shí)現(xiàn)高速鐵路的安全運(yùn)行。

[1]陳開(kāi)御.節(jié)段預(yù)制拼裝式橋梁在鐵路客運(yùn)專(zhuān)線(xiàn)上運(yùn)用的探討[J].橋梁建設(shè)，2007（5）：52～54.

[2]李國(guó)平.干接縫節(jié)段式預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁的優(yōu)勢(shì)與缺陷[J].中國(guó)市政工程，2007（2）：54～55.

[3]高哲凝.預(yù)制節(jié)段拼裝架設(shè)橋梁的耐久性分析[J].中國(guó)水運(yùn)，2007（10）：70～73.