高速鐵路56m簡支梁節段預制與拼裝控制工藝研究

王和歡，邢彪

（1.中鐵四局集團有限公司，安徽 合肥 230023；2.中鐵四局集團有限公司第七工程分公司，安徽 合肥 230023）

20世紀中期，節段梁預制拼裝技術已經開始小范圍應用在橋梁上，特別是大跨度橋梁大多采用拼裝技術建造。目前在東南亞國家的橋梁建造中，節段預制拼裝法已成為首選，而2001年通車的上海瀏河大橋，是國內首次采用節段梁預制拼裝法施工的橋梁。但是，由于鐵路施工標準更加嚴格，節段預制膠接拼裝法在高鐵橋梁的應用還很少，幾乎處于空白狀態。

因其優點眾多，節段預制膠接拼裝法逐漸受到工程建設者們的青睞。近年來眾多大跨度、高墩鐵路橋梁，優先采用節段預制膠接拼裝法建造，這是我國鐵路橋梁發展趨勢之一。因此，對節段梁預制膠接拼裝技術進行研究，逐步優化現場施工方案，有著非常重要的工程意義。

1 工程概況

銀西高鐵漠谷河2#特大橋位于咸陽市乾縣境內，全橋長1605m，5#～20#墩布置15孔56m單箱單室預應力混凝土簡支箱梁，計算跨徑53.8m，箱梁橫向支座間距5.2m，梁頂寬12.6m，梁高5.1m，底部寬6.7m，跨中截面底板厚350mm，腹板厚520mm，頂板厚400mm，采用節段預制膠接拼裝法施工；每跨箱梁采用奇數分塊，跨中不設接縫，對稱布置，共分為13個梁段，12個接縫。全橋共計195個預制節段，兩端采用2.7m調整節，共計30節；中間設4.6m標準節，共計165節；接縫面剪力鍵按密鍵形式布置，剪力鍵采用梯形，鍵頂寬5cm，鍵根部寬15cm，鍵高5cm；接縫采用無溶劑型雙組分觸變性橋梁專用環氧粘結劑，在移動模架造橋機上整孔組拼，整孔張拉預應力施工。全橋布置見圖1～圖2。

圖1 漠谷河2#特大橋全橋效果圖

圖2 漠谷河2#特大橋全橋布置簡圖

2 節段梁預制方案

2.1 預制梁場布置

根據本橋工程特點和現場地形條件，將節段拼裝梁節段預制場設置在漠谷河2#特大橋25#臺臺尾路基紅線內順路基方向布置。節段梁預制場規劃長350m，寬31m，主要分鋼筋制作加工區、制梁區、箱梁裝修養護區、存梁區；其特點為縱向狹長，橫向較短。鋼筋制作加工區分原材存放區、鋼筋制作區、半成品碼放區制及鋼筋綁扎區。制梁區設置短線制梁臺座、長線制梁臺座各一套，長線制梁臺座施工時根據以往梁體的預留參數及模型計算在跨中處設置14mm反拱值。臺座兩端設置測量觀測塔。箱梁裝修養護區設置3個養護臺座，周圍做噴淋系統，養護臺座設置養護水池，水池儲水容量約為30m。存梁區設計為兩層存梁，其中設置10個調整節存梁臺座、32個標準節存梁臺座，存梁能力（包含養護臺座）77片（6孔）。機械方面：梁場配置1臺20t、跨度21m龍門吊，單軌鋪設169m，1臺200t、跨度24m 大龍門吊，雙軌鋪設345m。用C30混凝土澆筑，并設置5‰縱坡。大軌道越過門吊2孔已成梁，橋上拼裝架橋機、喂梁。

圖3 56m節段拼裝梁場布置圖

2.2 預制過程線形控制與測量

節段預制過程中，要時刻對預制梁的線形進行觀測，復核其軸線、標高是否滿足要求，通過數據畫出梁體的實際斷面圖，與設計斷面進行比較，對梁體重新定位和調整，得到正確的斷面形式，使實際線形盡量吻合設計線形。

①測塔的設置

兩個觀測塔位于制梁臺座的兩端，其作用為對節段梁預制進行測量監控。觀測塔設置的關鍵為兩塔心連線必須與臺座的中心線重合，其高度應滿足整片制梁區通視的要求。在梁體施工過程中，利用觀測塔對梁體的軸線與高程進行測量，確保節段梁的線形正確。

②建立控制網系統

A.平面控制網

為了更好的進行平面測量，在梁場范圍內選取4個平面控制點，兩個觀測塔的中心以及另外兩個點設置于視野開闊，不受干擾處。平面控制網如圖4所示。

圖4 平面控制網示意圖

B.高程控制網

高程控制網布設閉合線路，直接提供臺座所必需的施工高程控制點，并作為施工過程中前后沉降觀測的依據。

圖5 高程控制網示意圖

由加密控制點 BM1、BM2、BM3、BM4、A、B控制高程。

2.3 節段梁預制

為保證后期架梁梁段匹配及成橋線性，節段預制采用長線法為主短線法為輔的施工工藝；即先在短線臺座上分別預制1#、13#節段，滿足要求后將1#、13#節段吊入長線臺座，用三維調節小車精確就位，然后匹配預制2#～12#節段。1#節段和13#節段預制時一端采用固定端模，一端采用活動端模，節段鋼筋在短線臺座上現場綁扎。2#～12#節段預制時，一端為匹配梁段，一端為活動端模，節段鋼筋在鋼筋綁扎胎具上提前綁扎，整體吊裝。

主要施工步驟：

第一步：調整1#段底模，安裝1#段固定端模，調整長線臺座上底模到設計位置。

第二步：預制1#、13#段。

第三步：將1#、13#段吊裝到長線臺座上，用三維調節小車精確就位。

第四步：用1#段作為匹配段預制2#段，用13#段作為匹配段，預制12#段。

第五步：從兩端向跨中依次預制3#、11#、4#、10#、5#、9#、6#、8# 段。

第六步：移走一套模板，以6#和8#段為匹配段預制7#段。

主要施工工藝：

①首節段預制

首節段在短線臺座上預制，一端端模采用活動端模，另一端采用固定端模。先將端模、側模安裝到位后，再綁扎鋼筋，然后滑入內模，澆筑混凝土。

②首節段定位

將首節段吊入長線臺座后，用三維調節小車調整節段橫縱向位置以及標高。

③刷隔離劑

為保證待澆節段混凝土與匹配節段混凝土（新舊混凝土）特別是剪力鍵能很好地分開，確保混凝土完整性，要在匹配面刷隔離劑。隔離劑選擇的是雙飛粉+精面粉+水。涂刷時要求均勻涂刷兩遍，在節段脫開后，用鋼絲刷和清水清理干凈。

④鋼筋吊裝

為提高工作效率，長線臺座上鋼筋在綁扎胎具上提前綁扎，整體吊裝。鋼筋綁扎吊具設置兩排十二個吊點，為防止起吊點處綁線脫落、鋼筋變形，對吊點附近的鋼筋綁扎點進行點焊連接。

⑤預應力孔道成孔

預應力管道采用預埋塑料波紋管成孔，塑料波紋管用定位鋼筋網片固定。

塑料波紋管與固定端模間用錐形硬塑料塞封堵，硬塑料塞通過螺栓錨固在固定端模上，固定端模上的螺栓孔根據設計圖紙準確放樣。波紋管與匹配梁間采用雙錐形硬塑料塞連接。

⑥安裝模板

鋼筋籠吊裝到位后，按照端模、外模、內模的順序安裝模板。模板安裝過程中用儀器控制各部分模板的中線、標高、垂直度等。

⑦混凝土澆筑及布設控制點

混凝土攪拌運輸車將混凝土運送至節段位置，再將混凝土放入料斗，然后用龍門吊吊至節段上方入模。混凝土初凝前，埋設4個高程控制點和2個中線控制點。

⑧吊離節段

整孔梁體節段預制完成并編號，節段達到設計強度后，用200t龍門吊吊運至整修區，準備下一孔梁的預制。

3 節段梁拼裝梁膠接架設方案

3.1 總體施工方案

采用TPZ80/2500型造橋機進行箱梁節段拼裝施工，先在25#臺-24#墩跨間梁面預拼裝，在25#臺、24#墩頂已成型梁面進行造橋機拼裝，造橋機采用邊拼裝邊頂推的拼裝方式。造橋機拼裝完成后繼續通過倒運支腿的方式進行前移，直至造橋機至20#墩頂后，將由預制梁段吊運至造橋機指定位置，以造橋機承重梁為依托，采用運梁車通過梁面將預制好的梁體喂入架橋機，并按規定的順序擺放、調整就位，涂膠拼裝，施加臨時預應力，然后穿入通長縱向鋼絞線、張拉，即可完成架梁作業。

3.2 梁體架設流程

架梁工序分為：喂梁、拼裝及施加臨時預應力、永久張拉與拆除吊桿及拆除臨時預應力，安裝走行軌道、安裝后支點小車倒運后支點、頂升中支腿及倒運至設計位置，安裝中支腿、縱移造橋機及拆除后支點小車；

第一步：架橋機縱移到位，開始喂梁；喂梁順序為：1#、13#、2#、3#、4#、5#、12#、11#、10#、9#、8#、7#、6#，其中 5#、7#、9#、11# 梁段下放；

第二步：從1#～13#梁段依次拼裝并涂刷環氧膠，施加臨時預應力；

第三步：從1#～13#梁段依次拼裝，最后拼裝13#塊施加臨時預應力；

第四步：從1#～13#梁段依次拼裝，施加臨時預應力完成，施永久預應力，拆除吊桿與臨時預應力，安裝走行軌道。

第五步：安裝后支點小車，倒運后支點至1#段位置；

第六步：頂升中支腿到設計位置，準備倒運支腿；

第七步：倒運中支腿到位，固定中支腿；

第八步：利用造橋機縱移裝置將其縱移到位，拆除后支點小車，開始下一孔喂梁；

3.3 膠接材料的使用

3.3.1 膠接材料選擇

節段梁膠接材料采用環氧樹脂密封膠，選取了愛勞達（美國）和西卡（瑞士）兩種品牌進行試驗。經試驗兩種材料性能均滿足要求，現場涂膠施工西卡環氧膠含砂多較為粗糙，愛勞達環氧膠較為平滑且顏色更貼近混凝土顏色，最終研究決定選用愛勞達環氧膠。

3.3.2 膠接材料使用

涂膠前將梁段涂膠面打磨處理，保證接縫兩側端面清潔、干燥，孔道無雜物；并對修補過的地方進行單獨處理，避免存在凸面影響剪力鍵的咬合；在預應力孔道周圍采用閉孔發泡聚乙烯材料作為密封墊圈，密封圈尺寸環寬10mm，內環直徑比預應力孔道直徑大5mm、厚5mm，防止環氧樹脂膠擠進孔道內。回轉天車起吊梁段向組拼好梁體靠攏至20～30cm縫時，粗調梁段標高和中線基本符合。

在梁段調整及各項準備工作就緒后，開始拌制膠漿。按規定比例（重量比為2：1）配置，先將A膠通過攪膠器攪拌10分鐘左右，然后將B膠放入A膠中，使用攪膠器攪拌，大約攪拌5分鐘，直至膠顏色變均勻。涂膠作業時頂板、箱內、箱外各4人快速多工作面自上而下對稱同時涂膠，接縫面兩側各涂刷1.5mm厚，涂刷厚度均勻，45min內完成一道接縫涂膠，90min內完成拼接。

3.4 臨時預應力張拉

頂板和腹板臨時預應力張拉采用鋼錨塊、φ32精軋螺紋鋼和張拉穿心頂。當梁段涂膠完成后，回轉天車提梁向組拼好梁體靠攏至3cm左右，靠攏的同時擰緊精扎螺紋鋼的螺母，縫隙較大的一側先擰，使兩側梁縫基本一致，再次對梁段標高、中線進行調整，通過天車上油缸調整梁段中線及標高，使中線、標高完全吻合。臨時張拉時四組人員及設備同時作業，螺紋鋼施加預應力作業時以確保箱梁斷面對稱同時完成。先張拉臨時錨塊上的4根精扎螺紋鋼后再張拉另外4根，8根精扎螺紋鋼張拉到設計噸位。張拉時專人指揮，分 0.1、0.4、0.7、1.0 四級張拉。

臨時張拉完成后，立即組織人員清理接縫擠出的膠，并用通孔器清理預應力孔道，排除可能被擠入預應力孔道的膠體。

3.5 永久預應力張拉

節段梁在架橋機調整后，采用預應力進行整體張拉，采用ф15.2鋼絞線，體內張拉技術。先對管道進行清孔，清除管道中可能擠入的膠體，減少預應力損失，然后按照設計要求進行編束穿束。張拉設備就位后，檢查其強度與穩定性，符合設計要求后按照鋼束的張拉控制應力進行張拉。張拉完成后及時清理擠壓出的膠體，并對梁體的線形進行觀測。張拉結束后48小時內完成壓漿作業。

3.6 節段拼裝線型控制

節段梁拼裝時，核心的工藝是整跨梁線形控制與調整，端部調整節直接控制橋梁線形，必須精確就位；后續梁段以調整節為匹配梁進行拼裝，拼裝過程中要考慮節段梁的撓度、徐變、造橋機的彈性變形，張拉預應力起拱等因素，結合設計線形參數，從縱向、橫向以及高度方向分別進行控制。

本工程中利用場內200t龍門吊按照拼裝的順序將預制完成的節段梁起吊至運梁車，緩慢運輸至待拼裝梁大里程端，利用造橋機提梁裝置進行喂梁，待單跨所有節段在造橋機上就位后，即可進行拼裝。根據設計線形首先將1#安裝精確就位，端節梁對控制整個梁體線形非常重要，就位后必須進行復核，滿足要求后方可進行后續標準節段的拼裝。標準節段以1#節段梁為基準，逐漸向13#靠攏，不斷調整線形，保證拼裝后與設計線形吻合，復核節段梁的軸線、高程，接縫面的匹配情況，符合要求后，將剩余的標準節段逐個拼裝，整跨梁拼裝完成后，控制造橋機將節段梁縱向移動一定的間距，保證后續涂抹環氧樹脂有足夠的工作空間。

4 梁體預制及架設的控制要點

4.1 梁體預制

①梁體鋼筋密集，為保證預應力管道定位準確，提前利用BIM技術進行優化，保證預應力管道偏差滿足要求。

②梁體截面高5.1m，混凝土澆筑時需增加串筒輔助澆筑，以避免因澆筑底板時落差太大而造成混凝土離析。具體位置可在施工前采用BIM技術來選定。

③梁段剪力鍵設計為密鍵形式，且剪力鍵將參與梁體成橋后的共同受力，預制精度要求高，后期梁體架設精度要求高，梁體預制時每節梁段全部進行編號存放，確保架設時剪力鍵相互匹配，架設精度滿足規范要求。

④為保證梁體線形，節段預制過程中各項施工測量必須嚴格控制，沉降觀測按時定期進行，如發現問題及時溝通并進行調整。

4.2 梁體架設

①造橋機是梁段拼裝的“模具”，就位后要嚴格檢查架橋機的中線及水平度，其中心線與橋梁的中心線應保持一致。曲線段拼裝時，造橋機中線應與預先設定的弦線一致。

②在涂膠前，把所有梁段吊裝到位后，利用雙作用千斤頂進行精確調位，直到線形滿足設計和規范要求才能進行涂膠工序。

③預應力張拉時，嚴格按設計要求的指標控制，保證張拉到位。

④嚴格控制涂膠厚度，每側不得小于1.5mm。

⑤梁段吊裝及運輸過程需小心謹慎，避免過程中出現磕碰情況，若出現剪力鍵或混凝土面破損，應及時修補。

⑥孔道密封墊圈使用前需檢查是否出現破損，不得使用問題墊圈。

5 結語

目前，國內對于高鐵橋梁的節段預制拼裝技術的相關工法、科研結果并不成熟。本文以漠谷河2#特大橋大跨徑簡支梁節段拼裝施工為例，對高鐵橋梁的節段預制、拼裝工藝做了系統的研究，從中可以看出，整個施工階段的核心為控制梁體的實際線形與設計線形吻合，其中包括兩個部分：一是節段預制時的線形控制，二是整跨拼裝時的線形控制。