高速鐵路橋梁短線法節(jié)段預(yù)制技術(shù)分析

張 政，燕春陽(yáng)，雷文斌

（1.中國(guó)鐵路上海局集團(tuán)有限公司徐州鐵路樞紐工程建設(shè)指揮部，江蘇 徐州 221000；2.廣州瀚陽(yáng)工程咨詢有限公司，廣東 廣州 510220）

1 概述

1.1 短線法節(jié)段預(yù)制概述

短線法節(jié)段預(yù)制技術(shù)是把橋梁上部結(jié)構(gòu)劃分為2～5m的若干節(jié)段，然后在預(yù)制場(chǎng)內(nèi)進(jìn)行節(jié)段梁的預(yù)制，最后再把節(jié)段梁拼裝成整跨橋的技術(shù)[1]。

相比傳統(tǒng)現(xiàn)澆施工技術(shù)，節(jié)段預(yù)制技術(shù)在橋梁工程的安全性、質(zhì)量、耐久性等方面有明顯的優(yōu)勢(shì)，且速度更快，架設(shè)拼裝的工法更加多樣，同時(shí)節(jié)段預(yù)制拼裝施工對(duì)自然與社會(huì)環(huán)境的沖擊更小。節(jié)段梁在預(yù)制場(chǎng)內(nèi)完成節(jié)段梁的工業(yè)化生產(chǎn)，不僅可以減少大量高空作業(yè)，使工人的安全得到保障，也可以使橋梁的上、下部結(jié)構(gòu)同時(shí)施工，縮短整個(gè)橋梁工程的建設(shè)周期。節(jié)段梁在預(yù)制場(chǎng)內(nèi)達(dá)到規(guī)范要求的存梁期后，其質(zhì)量、耐久性更好，混凝土的收縮徐變更小。節(jié)段梁在架設(shè)施工的過(guò)程中震動(dòng)、噪音較少，對(duì)周?chē)h(huán)境影響較小，有利于環(huán)保施工，而且架設(shè)過(guò)程極少占用既有道路，不影響橋下交通的正常通行[2-3]。

節(jié)段梁預(yù)制技術(shù)要求節(jié)段梁在橫向、縱向、高程方向的誤差都控制在毫米級(jí)范圍內(nèi)，以便于節(jié)段梁拼裝后的線形與設(shè)計(jì)線形一致。

1.2 項(xiàng)目概述

新建連云港至徐州高速鐵路在大許特大橋跨規(guī)劃S344連續(xù)梁橋與東海特大橋跨大沙河連續(xù)梁橋，采用短線法節(jié)段預(yù)制拼裝的裝配式施工技術(shù)。兩個(gè)連續(xù)梁橋上部結(jié)構(gòu)全部為節(jié)段預(yù)制，只在跨中合龍段設(shè)置1m濕接縫（混凝土現(xiàn)澆）。連續(xù)梁按照墩頂塊和標(biāo)準(zhǔn)節(jié)段的劃分原則，分為0#節(jié)段和1#～11#節(jié)段。節(jié)段梁斷面為單箱單室結(jié)構(gòu)的箱梁，預(yù)制節(jié)段之間采用密齒型剪力鍵結(jié)合環(huán)氧樹(shù)脂接縫的連接方式。該工程對(duì)高速鐵路預(yù)制裝配式連續(xù)梁在節(jié)段預(yù)制梁場(chǎng)的選址、規(guī)劃方面，以及節(jié)段梁的架設(shè)拼裝方面的推廣應(yīng)用有重要的意義。

2 預(yù)制場(chǎng)的選址與規(guī)劃

預(yù)制場(chǎng)的選址要在經(jīng)濟(jì)、安全、適用和環(huán)保的原則下，充分考慮預(yù)制場(chǎng)的占用面積、地基處理、平面布置、水電管道、文明施工、節(jié)段梁運(yùn)輸?shù)缆泛凸?jié)段梁運(yùn)輸距離等因素。預(yù)制場(chǎng)的規(guī)劃還需考慮每條節(jié)段梁生產(chǎn)線之間、節(jié)段梁生產(chǎn)區(qū)與其他功能區(qū)之間要交通明確、互不干擾[4-5]。

大許特大橋跨規(guī)劃S344連續(xù)梁橋與東海特大橋跨大沙河連續(xù)梁橋，兩個(gè)連續(xù)梁橋分屬不同的施工標(biāo)段，且兩個(gè)標(biāo)段距離較遠(yuǎn)，因此分別建設(shè)預(yù)制場(chǎng)并獨(dú)立預(yù)制。同時(shí)要求預(yù)制場(chǎng)內(nèi)的設(shè)施、功能必須齊全，滿足節(jié)段梁的生產(chǎn)和運(yùn)輸。

大許特大橋跨規(guī)劃S344連續(xù)梁橋距離現(xiàn)有預(yù)制場(chǎng)不足2km，要通過(guò)一座承載能力有限的舊橋。為了解決節(jié)段梁運(yùn)輸問(wèn)題，可對(duì)舊橋進(jìn)行加固，或繞過(guò)舊橋，這樣將增加運(yùn)輸距離，同時(shí)需修整便道，以提高便道等級(jí)，但以上兩個(gè)方案均難以控制橋梁工程的建設(shè)費(fèi)用和建設(shè)周期。綜合考慮，該標(biāo)段建設(shè)橋下預(yù)制場(chǎng)，把節(jié)段梁預(yù)制場(chǎng)的部分功能區(qū)如鋼筋綁扎區(qū)、制梁區(qū)、修飾養(yǎng)生區(qū)和存梁區(qū)等設(shè)置在連徐高速鐵路已經(jīng)建好的橋墩之間，其他功能區(qū)如鋼筋加工區(qū)、辦公區(qū)和工人生活區(qū)等仍設(shè)立在現(xiàn)有預(yù)制場(chǎng)。

東海特大橋跨大沙河連續(xù)梁橋架設(shè)現(xiàn)場(chǎng)距離投入使用的新沂制梁場(chǎng)約4.7km，運(yùn)輸距離較近，已有道路通過(guò)整修和加固，可以滿足節(jié)段梁的運(yùn)輸要求。因此，該標(biāo)段將新沂制梁場(chǎng)的部分存梁區(qū)域改建成為節(jié)段梁的生產(chǎn)流水線，并利用新沂制梁場(chǎng)已有的其他功能區(qū)。該改建利用現(xiàn)有的制梁場(chǎng)，不僅減少了預(yù)制場(chǎng)的建設(shè)費(fèi)用，也有利于控制預(yù)制場(chǎng)的建設(shè)周期。

3 節(jié)段梁施工技術(shù)

節(jié)段梁的預(yù)制的主要技術(shù)流程：（1）澆筑1號(hào)節(jié)段；（2）拆除1號(hào)節(jié)段模板，將1號(hào)節(jié)段移出作匹配梁，澆筑2號(hào)節(jié)段；（3）按照步驟二，完成3號(hào)節(jié)段的澆筑后，把2號(hào)節(jié)段梁運(yùn)至修飾區(qū)進(jìn)行修飾。節(jié)段預(yù)制的主要設(shè)備有模板系統(tǒng)、測(cè)量塔和起吊裝置等。

3.1 節(jié)段預(yù)制順序

橋梁整跨的總體坐標(biāo)劃分為節(jié)段梁接縫處的三維坐標(biāo)后，一般采用跨中節(jié)段到墩頂節(jié)段或墩頂節(jié)段到跨中節(jié)段的預(yù)制順序。

新建連徐高速鐵路節(jié)段梁采用先預(yù)制完成所有的0#節(jié)段，然后預(yù)制完成所有1#節(jié)段，再依次預(yù)制后續(xù)節(jié)段梁，直至預(yù)制完成11#節(jié)段的預(yù)制順序。同時(shí)，做好節(jié)段梁的編號(hào)、存儲(chǔ)位置工作，便于節(jié)段梁快捷、順利運(yùn)輸至架設(shè)現(xiàn)場(chǎng)。

3.2 施工技術(shù)流程

（1）由于每片節(jié)段梁都有三維坐標(biāo)，利用精湛技術(shù)控制節(jié)段梁的預(yù)制質(zhì)量。生產(chǎn)出的每片梁都是唯一的、不可替代的，因此每一片梁在預(yù)制過(guò)程中的施工誤差都要控制在最小范圍內(nèi)，只有這樣才能確保節(jié)段梁架設(shè)完成后的成橋線形滿足設(shè)計(jì)要求。

（2）節(jié)段梁預(yù)制工作分解為一個(gè)個(gè)的施工階段后，對(duì)每個(gè)施工階段內(nèi)可能引起節(jié)段梁施工誤差的因素進(jìn)行精準(zhǔn)的分析研究，找出減小誤差的最優(yōu)方案，然后制定出合理有效的標(biāo)準(zhǔn)化施工操作流程，提高節(jié)段梁生產(chǎn)流水線的效率，降低成品梁的出錯(cuò)率。

（3）鋼筋籠的綁扎可以和預(yù)制梁的澆筑平行交叉作業(yè)，在混凝土澆筑前綁扎好鋼筋籠，然后再吊運(yùn)至模板內(nèi)。

（4）鋼筋籠入模復(fù)測(cè)后，調(diào)整模板至誤差允許的范圍內(nèi)后澆筑混凝土，控制好澆筑時(shí)間，澆筑按照底板、腹板、頂板和翼緣板的澆筑順序。同時(shí)，振搗過(guò)程要嚴(yán)格按照規(guī)范要求，避免氣泡無(wú)法排除，最終影響梁面的平整和美觀。

（5）新澆筑節(jié)段梁等強(qiáng)期間，待混凝土初凝后再次精準(zhǔn)測(cè)量，把測(cè)量結(jié)果反饋給線控團(tuán)隊(duì)，然后線控團(tuán)隊(duì)對(duì)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行分析，以便于將新澆筑節(jié)段梁在預(yù)制過(guò)程中出現(xiàn)的施工誤差在下一塊節(jié)段梁的預(yù)制中得到糾正?；炷吝_(dá)到強(qiáng)度要求后拆模，脫模中要避免野蠻脫模造成梁端的破裂、損壞。最后，將節(jié)段梁移動(dòng)至匹配位置處，作為新澆筑節(jié)段的匹配面，澆筑下一個(gè)節(jié)段梁。

（6）為減小節(jié)段預(yù)制過(guò)程中的誤差，需要在測(cè)量裝置、模板和預(yù)制施工3個(gè)方面來(lái)控制節(jié)段梁的生產(chǎn)質(zhì)量。一是精準(zhǔn)測(cè)量?jī)x器，避免儀器測(cè)量精度原因造成施工誤差。該工程測(cè)量?jī)x器是徠卡超高精度TS60全站儀，其測(cè)量精度是0.5s，可以有效地將測(cè)量誤差值控制在最小。二是節(jié)段梁模板的設(shè)計(jì)、安裝方面，一定要保證誤差在要求范圍內(nèi)。三是匹配梁的定位都必須在規(guī)范要求的范圍內(nèi)。

4 線形控制關(guān)鍵技術(shù)

節(jié)段梁預(yù)制施工控制的核心是對(duì)預(yù)制過(guò)程的誤差進(jìn)行分析、預(yù)測(cè)和糾正，減小誤差對(duì)節(jié)段預(yù)制的影響。對(duì)節(jié)段預(yù)制、安裝結(jié)構(gòu)幾何構(gòu)件進(jìn)行預(yù)測(cè)和控制，從而保證結(jié)構(gòu)幾何構(gòu)型滿足設(shè)計(jì)要求。精準(zhǔn)測(cè)量和線形控制保證了橋梁的高質(zhì)量線形[6]。

4.1 精確測(cè)量

在測(cè)量塔、模板安裝完成并強(qiáng)制對(duì)中后，建立測(cè)量塔、目標(biāo)塔和模板的位置坐標(biāo)系，并且與三維控制坐標(biāo)系保持一致。

節(jié)段梁施工兩端平面位置的定位是由固定端模和移動(dòng)端模來(lái)控制的，一共有6個(gè)監(jiān)控點(diǎn)，固定端模和活動(dòng)端模上分別3個(gè)，用以控制軸線和高程，兩兩對(duì)應(yīng)，節(jié)段梁測(cè)釘埋設(shè)在靠近梁端10cm位置處。控制軸線2個(gè)監(jiān)控點(diǎn)要求與2個(gè)測(cè)量塔連線形成的軸線重合，控制高程位置的監(jiān)控點(diǎn)平行分布在軸線的兩側(cè)的固定端模和移動(dòng)端模上。監(jiān)控原點(diǎn)的平面位置由三維控制軟件中設(shè)計(jì)的平面位置制定，在梁上埋設(shè)監(jiān)控原點(diǎn)時(shí)從固定端模和移動(dòng)端模上標(biāo)識(shí)的2個(gè)對(duì)應(yīng)控制點(diǎn)位形成的平行于測(cè)量塔軸線的直線向梁段內(nèi)埋設(shè)，位置由三維控制軟件中的設(shè)計(jì)位置而定，埋設(shè)時(shí)間為混凝土尚未達(dá)到初凝強(qiáng)度之前。

節(jié)段梁預(yù)制過(guò)程的精準(zhǔn)測(cè)量有3次，分別為混凝土初凝時(shí)的測(cè)量、作為匹配節(jié)段梁時(shí)的測(cè)量、節(jié)段梁初凝時(shí)對(duì)匹配梁的測(cè)量。節(jié)段預(yù)制成型后，已形成的誤差只能在后續(xù)節(jié)段預(yù)制過(guò)程中加以修正。將成型的節(jié)段控制點(diǎn)坐標(biāo)錄入控制系統(tǒng)，系統(tǒng)自動(dòng)識(shí)別誤差，若誤差超過(guò)允許值，程序?qū)⒆詣?dòng)在后續(xù)一個(gè)節(jié)段或幾個(gè)節(jié)段的預(yù)制過(guò)程中一次或分次加以調(diào)整[7]。

4.2 線形控制

預(yù)制過(guò)程中，通過(guò)調(diào)整匹配節(jié)段梁坐標(biāo)實(shí)現(xiàn)預(yù)期預(yù)制線形，對(duì)誤差進(jìn)行修正，減少誤差對(duì)后續(xù)節(jié)段梁預(yù)制的影響。其中，誤差識(shí)別和修正是重點(diǎn)，預(yù)制線形控制的好壞直接影響節(jié)段梁的拼裝精度。

為了使節(jié)段梁完成拼接后的線形與整個(gè)橋梁的設(shè)計(jì)線形相符合，首先將整座橋的線形控制坐標(biāo)分解成每個(gè)節(jié)段梁接縫處的三維坐標(biāo)，同時(shí)把有限元軟件計(jì)算出的橋梁預(yù)拱度體現(xiàn)在節(jié)段梁坐標(biāo)總體中，每次澆筑時(shí)通過(guò)調(diào)整匹配節(jié)段梁的位置來(lái)建立新澆筑節(jié)段梁接縫處的三維坐標(biāo)，最后所有構(gòu)成橋梁的節(jié)段梁三維坐標(biāo)閉合成整座橋梁的線形總坐標(biāo)。各個(gè)節(jié)段梁和完成的橋梁結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系可以由以下參考系來(lái)確定：（1）總體坐標(biāo)參考系，針對(duì)完成后的橋梁結(jié)構(gòu)幾何形狀的參考坐標(biāo)。在這個(gè)參考系中，每個(gè)節(jié)段都用其基本幾何形狀來(lái)描述、（2）局部坐標(biāo)參考系，與節(jié)段梁模具相一致，并建立在模具固定端模板上面。（3）節(jié)段坐標(biāo)參考系，建立在每個(gè)節(jié)段梁上，一般分解在節(jié)段梁間接縫處。在節(jié)段澆筑時(shí)，局部坐標(biāo)參考系與節(jié)段坐標(biāo)參考系重合。

短線法的匹配主要是通過(guò)匹配梁與新澆筑梁交接面的轉(zhuǎn)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)，包含有繞接縫垂直中軸線的水平轉(zhuǎn)動(dòng)、繞接縫的垂直轉(zhuǎn)動(dòng)、繞接縫的橫向扭轉(zhuǎn)。線控中心提供理論數(shù)據(jù)來(lái)指導(dǎo)匹配節(jié)段的定位，從而達(dá)到線形要求。

5 結(jié)束語(yǔ)

文章通過(guò)對(duì)新建連徐高速鐵路連續(xù)梁采用短線法節(jié)段預(yù)制技術(shù)的研究，解決了預(yù)制場(chǎng)選址、規(guī)劃及節(jié)段梁線形控制控制方面的難點(diǎn)，也解決了施工過(guò)程中的難題，促進(jìn)了節(jié)段預(yù)制技術(shù)在高速鐵路工程上的推廣應(yīng)用，有助于高速鐵路節(jié)段梁預(yù)制技術(shù)的提高。