空間三維扭曲梁預制關鍵技術

彭琳琳

(中交第二航務工程局有限公司，湖北 武漢 430040)

0 引言

節段梁預制拼裝是將橋梁上部結構主梁劃分為若干段，通過預制后運至現場進行組拼，然后施加預應力形成整體[1]。節段預制拼裝具有節省材料、減少用工、減少環境污染、可實現流水線施工等優點[2]，如蘇通大橋引橋、廈漳大橋引橋、樂清灣大橋引橋、蕪湖二橋引橋、秀山大橋引橋等均采用節段預制拼裝技術。目前，國內對超高漸變節段梁的預制施工研究相對較少，本文以寧波舟山港主通道項目62.5m跨節段梁為背景，深入研究空間三維扭曲梁在預制過程中的施工及控制要點。

1 工程概況

寧波舟山港主通道項目北側非通航孔橋為62.5m跨徑等高連續箱梁，橋跨布置為(5×62.5+4×62.5)m，9跨左、右分幅，總長562.5m，橋梁起終點樁號為K27+835—K28+397.5。其中，起點至K28+282.542位于直線段，K28+282.542—K28+397.5位于緩和曲線段。62.5m跨箱梁標準橫斷面及控制點布置如圖1所示。

圖1 62.5m跨箱梁標準橫斷面及控制點布置(單位：cm)

節段梁均采用等高度單箱單室斜腹板斷面，上、下行分幅布置，除墩頂塊二次現澆外，其余均為預制節段。主梁中心梁高3.60m，翼緣懸臂長2.95m，懸臂端厚20cm，根部厚50cm，頂板厚28cm。跨中截面腹板厚45cm，底板厚27cm。梁段長度一般為3.5m，最大預制質量為93.4t。節段梁頂板橫坡由節段沿結構頂板頂緣中點旋轉形成，坡度主要為2%，部分梁段在緩和曲線段上處于超高段，橫坡由2%漸變至-2%，部分橫坡由-3%漸變至2%，且任一截面外形均為等截面，形成空間三維扭曲梁。以第2聯第4跨節段梁橫坡變化為例，左、右幅橫坡曲率對比如圖2所示。

圖2 左、右幅橫坡曲率對比

2 空間扭曲梁預制技術

2.1 總體思路

在調研國內項目基礎上，制定本項目節段梁預制總體思路。節段梁常用短線法和長線法進行預制，是將梁段空間坐標轉換為預制臺座局部坐標系后，逐段匹配的施工工藝[3]。短線匹配法施工是循環過程，以即將澆筑的節段為起點(此時，前一節段的匹配節段已定位，且精度符合要求)說明匹配節段定位全過程，具體流程如圖3所示。

圖3 短線匹配法預制工藝流程

節段梁適用于中小跨徑的PC梁橋[4]。短線法預制節段梁易于控制工期、工序銜接緊湊，可專業化、工廠化生產，質量易控制、機械化效率高、對橋下交通影響較小，適用于城市高架橋；但需安裝大型專業起重設備，安裝荷載偏大、基礎設計偏保守，造價偏高。短線匹配測量如圖4所示，短線澆筑如圖5所示。

圖4 短線匹配測量示意

圖5 短線澆筑示意

2.2 施工重難點

超高段通過節段梁每個橫切面的橫坡進行漸變調節，而非常規橋面鋪裝調整方式，導致該節段內的箱梁結構產生空間扭曲。當節段梁長3.5m時，取梁的截面曲率變化為0.12%，底板高差為6.4mm，翼緣板單側高差為7.5mm。因此，在預制過程中，模板系統中的底模應具有一定柔度，使剛度在滿足常規梁段預制的前提下，可適應變形要求，同時側模也應具有一定柔度，當節段預制形成空間扭曲狀態時，側模與匹配節段、端模緊密貼合。

2.3 預制關鍵技術

2.3.1匹配梁調節

匹配節段主要通過6個控制測點實現定位，使用沿節段中心線的2個測點(FH，BH)控制平面位置，使用沿腹板設置的4個測點(FL, FR, BL, BR )控制標高，所有控制測點在新澆筑節段混凝土凝結前，安放在節段頂板上[4]。精確匹配定位前，需采集新澆筑節段測點及固定端模控制點數據，以固定端模作為高程控制基準點計算理論匹配坐標值，并在匹配梁段定位時，使用固定端模高程值作為后視點，分別測量LI1，I1，RI1的高程值，取平均值作為后視讀數。匹配梁調節過程中，通過底模臺座上的油壓裝置多次調整趨近4個控制點(FR1，BR1，FL1，BL1)的高程，誤差控制在1mm內。

當匹配梁標高調整到位后，開始調整梁段軸線。固定端I1點作為后視定向基準點，完成定向后復核固定端點R1，L1，確保無誤后方可調整軸線，否則需先分析解決誤差。調整時分別在FH1，BH1上架設強制對中桿，測出y軸坐標值，其中一個與理論值差值為正，另一個為負。通過模板系統底部的液壓千斤頂整體平移匹配梁后再扭轉高程方向，使梁段處于理論匹配位置，調整時需多次趨近并復核數據。完成匹配梁的標高及平面軸線定位后調整匹配梁段梁長，在點FH1，BH1上架設棱鏡，通過全站儀測出x軸坐標值，用液壓臺車整體平移匹配梁[5]。

2.3.2順曲面形成過程

節段預制超高漸變段的空間扭曲梁時，通常考慮以折代曲，即讓匹配梁與現澆梁模板形成一定夾角(具體角度以實際曲率為準)，使澆筑的2榀相鄰梁段存在折角，以代替曲線效果。本項目結合模板大面本身存在的柔性和支撐剛性，在拉桿體系和預偏糾偏體系共同作用下，使受影響較大的外表面呈曲面效果，從而達到設計線形。普通模板與扭曲梁模板如圖6所示。

圖6 模板示意

1)底模調節(見圖7a) 可調節底模主要由剛性支架、調節支撐、面板、側翼組成。調節支撐以梁長方向中心線為基準，分別對稱均勻設置4個可伸縮粗螺桿(伸縮范圍10cm)，中間均勻設置3個等高鉸接支撐端，兩端側翼分別均勻設置4個可伸縮螺桿和定位銷軸。使底模扭曲的操作步驟如下：精確定位匹配梁后，外模下倒角貼合固定端及匹配梁下倒角后，使用液壓小車調節底模空間姿態(略低于匹配梁與固定端模2cm)，并伸展固定端側翼，撐緊絲桿打入銷軸后，使底模形成平面。使用液壓小車頂升與調節底模，使底模與固定端模密貼(縫隙<1mm)，下放底模支撐，轉換受力體系至地面。伸展匹配梁側翼，同時對匹配梁側粗螺桿進行適應性調整，使底模與匹配梁密貼。

圖7 底模、外模調節示意

2)外模調節(見圖7b) 可調節外模由固定外模架、可調節支撐絲桿、倒角斜拉絲桿、面板組成。支撐絲桿梁長方向均勻布置3道，每道設置3處翼緣板及倒角、3處外腹板及下倒角，倒角斜拉絲桿設置于上倒角處，連接翼緣板及外腹板。在單側翼緣板高差7.5mm的情況下，具體調節步驟如下：①自下而上整體調節外模，距固定端及匹配梁約2cm后調節下倒角處的6根絲桿，使倒角貼合；②自固定端向匹配梁方向，依次調節腹板處3根絲桿、倒角處3根絲桿、翼緣板處6根絲桿；③重復步驟②，使接觸面密貼。

綜上所述，可保證整個外腹板形成順曲面。

2.3.3線形控制及保證措施

1)預偏值計算 因澆筑完預制臺座后需進行預壓及荷載試驗，以保證節段梁澆筑過程中的不均勻沉降在可控范圍內(此處控制為7m范圍，不均勻沉降1mm)，澆筑梁段頂高約5m，故頂板考慮1mm的反向預偏[6]。

2)線形保證措施 混凝土澆筑方式及不同澆筑部位對模板產生不均勻偏移，特別是軸線偏位，主要應對措施為：①進行對稱分層澆筑，混凝土分層控制為30cm；②模板下倒角處設置橫向拉桿，2個底模間設置縱向拉桿。匹配梁受一定力后發生偏移，特別是頂板處，主要應對措施為在頂部分別設3處對拉拉桿，使匹配梁與固定端形成整體受力。

3)保護層及結構尺寸控制 保護層采用墊塊進行控制，入模后保護層尺寸偏差控制為2～3mm(以45mm為例，實際保護層控制為47～48mm)。墊塊間隔45cm，呈梅花形均勻布置，原則同底板和翼緣板，使用圓環形墊塊，其有效厚度為理論厚度+2mm。使用多點吊具整體吊裝鋼筋籠，吊點根據計算確定，需受力均勻，使用花籃螺栓進行調節。入模后調整鋼筋籠，使鋼筋籠與模板外表面完全貼合并檢查保護層墊塊貼合松緊程度。腹板位置為保護層主要控制區域，使用水平連接筋進行剛性連接，并間隔布置[7]。

3 實施效果

1)節段安裝后，外表面呈曲線順接，無明顯折角錯臺。

2)保護層及結構尺寸檢測合格率均>95%。

3)節段梁混凝土澆筑前(匹配完成狀態)，測點高程誤差為-2.0mm≤Δz≤2.0mm，測點數占本次統計數量的97.1%；節段梁混凝土澆筑后，測點高程誤差為-2.0mm≤Δz≤2.0mm，測點數占本次統計數量的95.7%，如圖8所示。

圖8 節段梁混凝土澆筑前后高程誤差

4 結語

1)空間三維扭曲梁預制重點在于模板系統，既應滿足剛度需要，又有一定柔度。

2)設計的可調節底模板系統由剛性支架、調節支撐、面板、側翼緣板組成，采用液壓小車調整底模空間姿態，使底模與固定端模密貼。設計的可調節外模系統由固定外模架、可調節支撐絲桿、倒角斜拉絲桿等組成，自上而下整體調節外模，使倒角貼合，再調節腹板絲桿，使接觸面密貼，保證外腹板形成順曲面。

3)為保證預制精度，采取臺座沉降定期監測、對稱分層澆筑、保護層墊塊均勻布置等有效控制措施。

4)節段安裝后成型效果良好，外表面呈曲線順接，無明顯折角錯臺。保護層及結構尺寸經檢測，合格率均>95%。節段梁混凝土澆筑前后測點高程誤差為-2.0mm≤Δz≤2.0mm，測點數占本次統計數量的95%以上，實施效果良好。