鐵路大跨度連續梁預制膠拼施工線形控制技術

朱海燕

中鐵第五勘察設計院集團有限公司，北京 102600

預應力混凝土懸臂膠拼連續梁橋在施工過程中首先要通過T形剛構的節段施工形成主梁，然后通過邊跨合龍進行第一次體系轉換，最后通過中跨合龍進行第二次體系轉換。整橋結構從施工到成橋狀態要經歷復雜的受力轉換過程，要保證整橋施工過程的結構安全性和成橋狀態下梁體線形及內力均處于最優狀態［1-2］。對于大跨度預應力混凝土連續梁，線形控制尤為重要。特別是大跨度預制膠拼連續梁在懸臂拼裝施工中線形可調性小，其線形控制的關鍵在預制節段，預制節段的預拱度設定是關鍵中的重點［3］。

對于懸臂膠拼連續梁橋，無論采用長線法預制還是短線法預制，在預制過程中各預制臺座均須對預制梁的高程進行精確測量，并計算、核查整橋的預制高程線形，這是預制過程的控制重點。而后基于設計單位的成橋線形要求，根據施工工序和各施工階段的理論線形變化進行預制線形及施工撓度理論計算，確定各節段梁在無應力狀態下的預制線形，因此明確預制線形尤為重要［4］。最后依據施工過程理論撓度值計算安裝線形，通過現場測量數據，調整安裝線形。目前，對預應力混凝土連續梁橋懸臂澆筑的施工控制研究較多，而對預應力混凝土連續梁橋懸臂拼裝的施工控制開展的研究相對較少。隨著節段拼裝施工工藝在鐵路行業的應用越來越廣泛，適用橋型不斷擴展，懸臂膠拼連續梁施工工藝會得到更多的應用。本文基于京唐（北京—唐山）鐵路潮白新河特大橋80 m節段膠拼連續梁工程，對高速鐵路懸臂膠拼連續梁預拱度設置進行研究，以實現橋梁的最終成橋線形達到設計要求的目標。

1 工程概況

新建京唐鐵路潮白新河特大橋跨越跨潮白新河大堤，潮白新河河道寬800 m。孔跨布置為1×（48+80+48）m雙線連續箱梁+16×40 m雙線簡支箱梁+1×（48+80+48）m雙線連續箱梁。主跨（圖1）為80 m節段膠拼連續梁。80m連續梁每聯質量7047.6t，分為43個梁段。該橋連續梁及簡支梁采用新工藝節段預制膠拼法施工，采用TPZ80∕2500型移動支架造橋機架設施工［5］。

圖1 主跨80 m節段膠拼連續梁構造（單位：cm）

施工過程為：0#梁段就位→1#—3#、1"#—3"#梁段懸臂膠拼并張拉→4#—6#、4"#—6"#梁段懸臂膠拼并張拉→7#—9#、7"#—9"#梁段懸臂膠拼并張拉→10#—11#梁段懸臂膠拼并張拉→合龍段現澆并終張拉。膠拼過程預應力張拉后均拆除吊桿，完成一次體系轉換。

2 理論計算方法

連續梁節段預制是在無應力狀態下完成的，且整聯連續梁均在預制廠內完成，節段膠接過程中幾乎不考慮線形的可調性。節段無應力狀態下的預制線形控制著邊跨端頭段的就位，直接決定著最終的成橋線形。無應力狀態下的預制線形要考慮梁段架設過程的線形變化以及成橋后恒載、凈活載和混凝土收縮徐變等對線形的影響。因此預制線形的設置至關重要。

由于連續梁的節段梁架設過程采用造橋機進行吊裝作業，可以滿足每個施工工況梁段安裝。預應力張拉前為無應力狀態，新安裝梁段的初始位移沿已成梁段懸臂端切線方向。所以，安裝的計算過程采用切線初始位移法。切線初始位移法為懸臂施工橋梁逐段形成的結構中新安裝單元（梁段）初始位置的確定方法；新單元與已成部分連接節點的初始位移采用已成單元該節點的計算值確定，自由端節點的初始位移方向是沿著已成梁段懸臂端切線方向［6］。

實際計算時，將所有懸臂拼裝的節段梁一次安裝上去，暫不考慮各梁段的自重，后續根據安裝進展梁段自重以單元荷載形式進行施加。未施加自重荷載的梁段只隨著已受力梁段發生剛體位移，其位置始終是順著受力梁段切線方向。

制造線形為設計成橋線形與按切線法獲得的成橋豎向總位移的差；安裝線形為制造線形與相應階段總位移的和。計算式為

式中：H制為梁段預制時的相對標高；H設為梁段的設計相對標高；fi為第i施工階段的豎向撓度；N為施工階段總數；Hj安為梁段在第j施工階段安裝時的相對標高。

3 建立空間模型

根據該橋的結構特點，通過MIDAS∕Civil有限元軟件建立計算模型，見圖2。對整個施工過程進行正裝模擬計算，模擬大跨懸臂膠拼預應力混凝土連續梁的施工過程。

施工過程位移采用切線初始位移法進行模擬，其中全部梁段在初始階段一次激活，各施工階段的梁段自重通過激活相應單元荷載的形式施加。

圖2 懸臂拼裝連續梁計算模型

根據設計圖紙的構件情況，模型采用梁單元將整聯連續梁進行劃分，共劃分116個節點，115個單元。模型中各施工階段信息見表1。

表1 各施工階段順序描述

由于上下半聯的節段梁齡期相差30 d，安裝時間也相差30 d，由混凝土收縮徐變引起的預應力損失差別較小，在模型中暫不考慮。模型中以左右半聯同時對稱激活施工模擬。計算結果以半聯梁的單元節點進行處理分析。

4 計算結果分析

4.1 確定預制線形

由于該橋為較大跨度的高速鐵路混凝土連續梁橋，考慮1∕2活載預拱度［7］。通過有限元模型的施工階段分析，各關鍵施工階段的豎向撓度見表2。表中數據可作為安裝線形的計算依據并監控實際架設關鍵工況已加梁段的撓度變化情況。

分別采用切線位移法和零位移分析法（單元及荷載在節點原位置激活）對各工況進行模擬，得出的節段梁的預制線形見圖3。

表2 關鍵施工階段豎向撓度

圖3 不同方法計算的節段梁預拱度值

由圖3可知：兩種方法計算出的預制線形值相差較大，主要原因為施工過程中激活的梁段單元的初始位移不同，導致預應力施加的的作用效果出現較大偏差。實際施工時，節段間的拼裝采用膠接縫，待拼梁段與已安裝梁段的相對關系確定，必須沿已安裝梁段的匹配面的法線方向進行激活。

通過切線位移法計算得出的預制線形中邊跨端頭段（11#梁段）的預拱度值為-12.8 mm，可以保證11#梁段在S6施工階段能夠順利就位于橋墩。

4.2 確定安裝線形

根據上述確定預制線形值進行理論施工線形的確定，見表3。表中數據可作為調整梁段安裝線形的參考值，能夠滿足最終成橋線形設計要求［8］。

表3 安裝階段理論豎向撓度

5 預拱度的影響因素及控制措施

在懸臂膠拼連續梁的施工中，線形控制中預拱度分為預制線形和安裝線形。由于節段預制膠接梁安裝過程線形可調性很小，節段梁在無應力狀態下的預制線形基本決定最終的成橋線形。

預制線形值的確定需要靠高精度的節段預制來實現，目前節段預制方法有長線法和短線法，兩種方法各有優缺點。本工程梁段預制采用短線法預制，提高預制精度的關鍵為預制模板［9］、測量精度及糾偏數據處理等。

安裝線形影響因素主要為節段梁的自重偏差和齡期、混凝土的收縮徐變、預應力孔道的平順性、梁面的施工臨時荷載、環境溫度等［10］。由于節段梁具有30 d基礎齡期和高精度的預制質量，并且采用移動支架造橋機架設，整聯連續梁架設時間較短（45 d），所以安裝過程線形偏差比較小。通過高精度的測量配合，每個階段完成后，根據現場情況進行混凝土齡期、彈性模量、臨時施工荷載等參數的及時修正，并將計算結果和現場測量結果進行對比分析，對安裝線形的偏差進行調整。安裝線形的調整通常采用在膠接縫安裝調整環氧樹脂墊片［11］和張拉過程中針對性松吊桿等方式。

6 結語

傳統的預應力混凝土連續梁懸臂施工，預制線形及安裝線形一般采用零位移分析法，和懸臂膠拼連續梁實際施工情況不吻合，最終會出現成橋線形偏差。大跨預制膠拼連續梁在懸臂拼裝施工中線形可調性小，節段梁在無應力狀態下的預制線形基本決定最終的成橋線形，因此不能采用傳統的分析法，如何確定預制線形顯得尤為重要。本文通過計算分析，確定預制線形，根據各施工階段的位移變化，對安裝線形提出指導意見，并將理論計算結果和現場測量結果進行對比分析，根據兩者偏差，采用在膠接縫安裝調整環氧樹脂墊片和張拉過程針對性松吊桿等方式進行微調，使成橋線形符合設計線形。