基于預(yù)制膠接拼裝法的高速鐵路連續(xù)梁施工技術(shù)與傳統(tǒng)施工技術(shù)對(duì)比

周大勇

中鐵十八局集團(tuán)有限公司，天津 300222

連續(xù)梁橋施工多采用懸臂澆筑法和滿堂支架法。懸臂澆筑法施工具有不受場(chǎng)地制約、可跨河跨路、施工時(shí)間較短等優(yōu)點(diǎn)，但也存在收縮徐變導(dǎo)致的梁體線形問(wèn)題和前期施工質(zhì)量差異影響后期質(zhì)量問(wèn)題。滿堂支架法則有支架模板消耗量大、地基承載力要求高、高墩橋梁應(yīng)用受限等問(wèn)題。

為克服連續(xù)梁橋施工方法的不足，學(xué)者們提出了預(yù)制膠接拼裝法。文獻(xiàn)［1］結(jié)合工程案例論證了采用預(yù)制膠接拼裝法可有效應(yīng)對(duì)橋梁各種建設(shè)條件，加快建設(shè)速度，有效節(jié)約資源且保護(hù)周?chē)h(huán)境。文獻(xiàn)［2］介紹了無(wú)測(cè)量塔的短線法預(yù)制膠接拼裝橋梁施工技術(shù)，并對(duì)比分析了有測(cè)量塔與無(wú)測(cè)量塔兩種方法的優(yōu)缺點(diǎn)。文獻(xiàn)［3］結(jié)合已建和在建工程，系統(tǒng)介紹了短線匹配法節(jié)段預(yù)制拼裝體外預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁的關(guān)鍵施工技術(shù)。文獻(xiàn)［4］對(duì)預(yù)制膠接拼裝連續(xù)梁的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、節(jié)段拼裝工藝、結(jié)構(gòu)檢算等進(jìn)行了分析，提出了預(yù)應(yīng)力混凝土節(jié)段預(yù)制拼裝連續(xù)梁結(jié)構(gòu)構(gòu)造措施、結(jié)構(gòu)檢算技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、拼裝工藝要求等。文獻(xiàn)［5］以實(shí)際工程為例闡述了橋梁梁段預(yù)制技術(shù)，并從設(shè)計(jì)參數(shù)、溫度、應(yīng)力以及變形四個(gè)方面給出了橋梁預(yù)制膠接拼裝法施工的控制措施。國(guó)內(nèi)學(xué)者對(duì)預(yù)制膠接拼裝連續(xù)梁的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、拼裝工藝、施工控制措施等有深入的研究，但對(duì)高速鐵路預(yù)制膠接拼裝連續(xù)梁的線形變化研究較少。本文結(jié)合工程實(shí)際采用數(shù)值模擬與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)的方法，對(duì)比分析采用預(yù)制膠接拼裝與懸臂澆筑兩種施工方法的高速鐵路連續(xù)梁的線形差異，為類(lèi)似工程提供參考。

1 工程概況

鄭阜高速鐵路周淮特大橋跨新運(yùn)河3×（40+56+40）m連續(xù)梁和跨X109縣道（40+56+40）m連續(xù)梁分別采用預(yù)制膠接拼裝法與懸臂澆筑法施工。跨新運(yùn)河連續(xù)梁與跨X109縣道連續(xù)梁（圖1）梁體均為單箱、單室、變截面結(jié)構(gòu)，梁頂寬12.6 m，梁底寬6.7 m，梁段高度從4.3 m漸變?yōu)?.05 m。跨新運(yùn)河連續(xù)梁梁段長(zhǎng)度從4.0 m到4.5 m不等，跨X109縣道連續(xù)梁懸臂澆筑梁段長(zhǎng)度從3.5 m到4.0 m不等，合龍段長(zhǎng)度2.0 m。

圖1 連續(xù)梁構(gòu)造示意

2 兩種施工方法對(duì)比

2.1 施工流程對(duì)比

懸臂澆筑法施工連續(xù)梁的流程：①下部結(jié)構(gòu)施工完成后，首先安裝永久支座，設(shè)置臨時(shí)支座，搭設(shè)臨時(shí)支架，并對(duì)支架進(jìn)行預(yù)壓，然后施工0號(hào)梁段；②在0號(hào)梁段上進(jìn)行掛籃安裝和預(yù)壓；③利用掛籃對(duì)稱(chēng)懸臂灌注其他梁段；④按照先邊跨后中跨的順序施工合龍段。

預(yù)制膠接拼裝法施工連續(xù)梁的流程：①將橋梁上部結(jié)構(gòu)分解成小梁段，在預(yù)制場(chǎng)內(nèi)預(yù)制；②分段運(yùn)輸、吊裝，梁段間接縫面設(shè)置剪力鍵及涂抹無(wú)溶劑型雙組分觸變性橋梁專(zhuān)用環(huán)氧黏結(jié)劑，通過(guò)整體施加預(yù)應(yīng)力形成T構(gòu)；③施工合龍段，整體施加預(yù)應(yīng)力形成連續(xù)梁。

2.2 機(jī)械化程度、混凝土質(zhì)量、施工速度對(duì)比

懸臂澆筑法施工連續(xù)梁時(shí)模板調(diào)整、鋼筋綁扎、混凝土澆筑等工序均為人工操作，機(jī)械化程度相對(duì)較低；各工序需高空作業(yè)，混凝土質(zhì)量不易控制，外觀容易出現(xiàn)蜂窩麻面等質(zhì)量問(wèn)題；施工時(shí)掛籃在每個(gè)梁段均需安裝定位，并須不停地計(jì)算調(diào)整，增加了連續(xù)梁線形的控制難度；上部梁段施工須下部結(jié)構(gòu)完成后方可進(jìn)行。跨X109縣道連續(xù)梁的施工速度為1聯(lián)∕4月。

預(yù)制膠接拼裝法施工時(shí)連續(xù)梁的梁段為工廠化預(yù)制，梁段拼裝采用造橋機(jī)進(jìn)行，機(jī)械化程度高；各工序均在預(yù)制場(chǎng)內(nèi)作業(yè)且利用高頻附著式振動(dòng)器振搗混凝土，混凝土質(zhì)量便于把控，梁段的混凝土外觀質(zhì)量好；連續(xù)梁梁段可提前預(yù)制，養(yǎng)護(hù)期長(zhǎng)，減少了混凝土收縮徐變對(duì)結(jié)構(gòu)的不利影響，從而有利于控制連續(xù)梁合龍線形。連續(xù)梁梁段預(yù)制與橋梁下部結(jié)構(gòu)施工可同時(shí)作業(yè)。跨新運(yùn)河連續(xù)梁的施工速度為1聯(lián)∕月。

3 現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)與數(shù)值模擬

3.1 現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)

現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)布設(shè)二等水準(zhǔn)網(wǎng)，測(cè)點(diǎn)分別布置在跨新運(yùn)河連續(xù)梁與跨X109縣道連續(xù)梁的6—6"梁段頂板上。終張拉前后各觀測(cè)1次，然后第1 d、第3 d、第5 d各觀測(cè)1次；1~3月內(nèi)觀測(cè)頻率1次∕周，3個(gè)月后觀測(cè)頻率改為1次∕月。因0號(hào)梁段不發(fā)生豎向位移，故以0號(hào)梁段的測(cè)點(diǎn)作為計(jì)算的水準(zhǔn)原點(diǎn)。計(jì)算梁體累計(jì)豎向位移及徐變撓度時(shí)需分別消除連續(xù)梁下部結(jié)構(gòu)沉降及張拉產(chǎn)生的梁體彈性變形所造成的影響。

3.2 數(shù)值模擬

采用有限元軟件MIDAS∕Civil建立連續(xù)梁的計(jì)算模型（圖2），對(duì)比兩種施工方法對(duì)連續(xù)梁線形的影響。

圖2 計(jì)算模型

模型中混凝土材料定義為C55混凝土，彈性模量36 GPa，重度26 kN∕m3。系統(tǒng)溫度取20℃，預(yù)應(yīng)力管道摩阻系數(shù)取0.55，每米管道對(duì)其設(shè)計(jì)位置的偏差系數(shù)預(yù)制膠接拼裝法取0.001 5，懸臂澆筑法取0.002［6］。二期恒載換算成荷載施加于模型，其值為185.35 kN，作用于激活狀態(tài)單元上的掛籃加載彎矩為300 kN·m。

3.3 結(jié)果與分析

經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)，兩種施工方法連續(xù)梁合龍2年后各梁段因徐變產(chǎn)生的豎向撓度對(duì)比見(jiàn)表1。可以看出：與懸臂澆筑法相比，預(yù)制膠接拼裝法施工的連續(xù)梁各梁段因徐變產(chǎn)生的豎向撓度更小，可以提高無(wú)砟軌道的平順性，減少了高速鐵路運(yùn)營(yíng)期維護(hù)工作量。

表1 兩種施工方法梁段豎向撓度對(duì)比 mm

經(jīng)過(guò)數(shù)值模擬，連續(xù)梁合龍2年后累計(jì)豎向（z向）位移最大值預(yù)制膠接拼裝法、懸臂澆筑法分別為10.48、15.86 mm，均在6號(hào)梁段。采用預(yù)制膠接拼裝法施工累計(jì)豎向位移最大值明顯小于采用懸臂澆筑法施工。

連續(xù)梁合龍2年后累計(jì)豎向位移模擬計(jì)算值、實(shí)測(cè)值及其差值分別見(jiàn)圖3、表2。可以看出，與懸臂澆筑法施工相比，預(yù)制膠接拼裝法施工的連續(xù)梁各梁段累計(jì)豎向位移模擬計(jì)算值與實(shí)測(cè)值的差值更小，說(shuō)明采用預(yù)制膠接拼裝法施工可更準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)和控制橋梁線形。

圖3 梁段累計(jì)豎向位移模擬計(jì)算值與實(shí)測(cè)值的差值對(duì)比

表2 連續(xù)梁合龍2年后各梁段累計(jì)豎向位移模擬計(jì)算值與實(shí)測(cè)值對(duì)比 mm

4 結(jié)語(yǔ)

1）采用預(yù)制膠接拼裝法施工時(shí)由于連續(xù)梁的梁段養(yǎng)護(hù)時(shí)間長(zhǎng)，減少了混凝土徐變及預(yù)應(yīng)力損失，因此連續(xù)梁合龍后因徐變產(chǎn)生的梁體豎向撓度小。

2）采用預(yù)制膠接拼裝法施工連續(xù)梁的累計(jì)豎向位移最大值明顯小于采用懸臂澆筑法施工。

3）連續(xù)梁合龍2年后各梁段累計(jì)豎向位移的模擬計(jì)算值與實(shí)測(cè)值差值較小，說(shuō)明采用預(yù)制膠接拼裝法施工可更準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)和控制橋梁線形。