變截面節段拼裝連續梁長線法預制工藝

劉秀元

(中鐵第五勘察設計院,北京 102600 )

1 引言

預應力混凝土膠接拼裝梁施工方法具有施工質量好、施工進度快及環境污染少等諸多優點， 箱梁預制節段拼裝綜合應用技術，具有良好的推廣應用前景。預制節段干拼工法是一種經濟、美觀、有效的上部結構解決方案。實踐經驗表明該工法建成的橋梁工作良好，在幾何線形復雜、現場條件困難的項目中也能成功應用。特別適合工期緊迫的項目。

節段預制干接法拼裝技術，適用于中等及以下跨度橋梁建設，適用于預應力混凝土簡支梁、連續梁、先簡支后連續橋梁，以及橋墩等任何預制拼裝的混凝土構件，不受墩高限制，預制構件體積小、重量輕，運輸、拼裝方便，具有施工速度快，建設周期短等優點。

在鐵路大跨度簡支梁多有應用，但尚未在鐵路連續梁中應用。鄭阜鐵路客運專線周淮特大橋跨新運河3聯(40+56+40)m連續梁為首次在高速鐵路連續梁橋中采用膠接拼裝梁施工。該橋為變截面連續梁，給預制臺座和模板設計帶來很大困難，本文節段預制現場條件進行變截面連續梁節段預制長線法施工技術研究，以期該工法在今后將得到更多運用，以減少施工對公眾的影響并加快施工速度。

2 工程概況

2.1 連續梁結構設計構造

箱梁采用單箱、單室預應力混凝土箱梁，采用C55混凝土。梁底寬6.7m，梁頂寬12.6m，0#段中線梁高4.32m,直線段梁高3.02m。膠接連續梁共3聯，每聯32個梁段，3聯連續箱梁共有96個節段，梁段最大重量為0#塊190噸。每聯主跨跨中通過1.0m寬的合攏縫連接；接縫面剪力鍵采用密布鍵形式排列，腹板、板和底板均布置足夠數量的剪力鍵，設計采用梯形剪力鍵，腹板的剪力鍵頂寬5cm，頂板和底板的剪力鍵頂寬10cm，剪力鍵均設置45度倒角，鍵高均為5cm。節段梁的接縫面采用無溶劑型密封膠，該膠為雙組分觸變性橋梁專用環氧黏結劑[1]。采用密封墊圈+涂膠方式密封接縫，采用圓環形發泡聚乙烯材料制作密封墊圈材料，密封圈尺寸：環寬10mm，圓環內環直徑比預應力孔道的直徑大5mm，厚為5mm。

后張預應力管道成孔采用內徑φ100的塑料波紋管成孔。縱向預應力鋼束采用符合GB/T5224-2003標準的低松弛鋼絞線，抗拉強度標準值均為fpk=1860MPa，Ep=1.95×105MPa。

采用微膨脹水泥漿進行管道壓漿，標號規格不低于M50，里面摻入阻銹劑，采用真空輔助壓漿工藝進行壓漿。

2.2 主要技術參數

鐵路等級：國鐵Ⅰ級，客運專線。

正線數目：雙線，曲線，線間距5米。

曲線半徑：該3聯連續梁處曲線半徑R=10000m。

設計行車速度：客車最高行駛速度350km/h。

設計坡度：最大坡度6.5‰。

設計壽命：正常使用條件下梁體結構壽命100年。

橋梁類型：變截面預應力連續梁。

施工方法：節段預制拼裝施工。

環境類別：環境類別為碳化環境。

作用等級：作用等級為T2。

一般大氣條件下無防護措施的底面結構，

3 預制工藝要求

據課題和設計要求，節段拼裝梁采用現場預制，造橋機拼裝架設。在橋旁邊設置梁段預制場，梁段用200噸門式起重機吊運至橋上，運梁車運輸至造橋機處[2]。

每相鄰兩個節段梁的梁端接縫面必須完全貼合，剪力鍵也必須完全貼合。預制完成的整孔橋梁線形要符合設計要求，節段梁接縫面外側嚴密平順。

預制臺座必須有足夠的強度和穩定性，臺座地基做必要處理，臺座基礎經過必要的預壓，地基沉降要收斂穩定[3]。

預制模板采用整體鋼定型模板，模板必須有足夠的強度和剛度，模板表面平整光滑，接縫嚴密平順，模板拆裝方便。

4 預制工法選擇

當前常用的節段預制方法主要有長線法和短線法兩種。長線法發展較早，工藝比較成熟、全橋線形控制簡單，接縫面匹配很好，誤差不會累積，對于已制塊件形成的偏差可以通過下一個塊件及時調整，而且還可以多點同時匹配預制，加快施工進度，構造簡單施工生產過程比較容易控制，脫模后不必立即把梁段轉運到貯放地。缺點是相對于短線法預制場地較大、臺座必須建筑在堅固的基礎上面，沉降要求較小、工作效率低，彎橋還需形成所需曲度，澆筑、養生等設備都是移動式的。

短線法發展稍晚，先澆筑端節塊，利用端節塊做中間塊的端模澆筑中間塊，中間塊施工完后吊裝存放端節塊，中間塊移動到端節塊位置然后利用中間塊作下一個中間塊的端模繼續澆筑下一個中間塊，如此循環反復，直至澆筑完成整孔梁。特點是側模固定不動但可升降，內模可折疊收放并可前后移動，底模線形可調，并且可連同節段在軌道上前后運動甚至旋轉，已預制好的前一節段為后一節段前移后的端模，在后一節段制作完畢后即將前一節段吊離臺座 ,后一節段又作為新制節段的端模，如此循環往復。優點是預制場地較小、工作效率高，缺點是其控制精度要求高，接縫面匹配和線形控制難度大，技術復雜。

綜合分析對比這兩種施工方法，本橋采用長線法預制節段。

長線法制梁所需設備較少，臺座構造較簡單，在預制時節段的線形控制比較簡單。長線法預制節段梁，節段預制膠接拼裝箱梁施工原理是把整孔箱梁按縱向分割成若干節段，每節單獨用混凝土澆筑，長線法的節段間的制作誤差可按需要調整，避免誤差積累。采用此法預制節段可以解決以下問題：保證箱梁節段安裝后相鄰梁段間的拼縫嚴密；保證箱梁安裝完成后的整體線形。首先預制梁段時以相鄰的已制好的梁端面為端模可以解決第一個問題；長線臺座制梁是在一個整垮的臺座上進行，臺座頂面的線型完全按設計的梁底預制線型設置，每段梁在臺座上預制的位置與架設成橋后的位置完全對應一致。每節梁段匹配預制，即前一段已預制節段的端面作為后一節段的端模，梁端涂刷隔離劑[4]，按順序預制，預制的兩個梁的端面完全匹配重合，便于膠拼貼合，也便于線型控制。前一塊件出現的偏差可以通過后一塊件及時得到調整，不至于積累偏差，因而能很好地保證成橋線型。但該法需要較大的預制場地，另外由于底模的線型關系到橋梁的最終線型，這就要求臺座不能有大的沉降，其基礎必須十分堅固。所有梁段在同一個臺座上預制。

節段混凝土齡期達到設計要求后，用大噸位門式起重機吊裝到橋上，橋上用運梁車運輸至專用移動支架造橋機上，用環氧密封膠將節段粘接，按順序從一端逐個拼接[5]，臨時張拉拼裝成符合設計要求的橋梁形狀，最后張拉永久預應力鋼束，使其達到整孔受荷的程度。

5 長線法臺座布置

根據每聯梁為40+56+40的結構，和在56米跨中合攏，在合攏縫處前后對稱的性質，所以按半聯作為一個澆筑臺座，半聯為16片節段梁，這樣節約臺座建設長度。又因該橋梁處于曲線段上，前后半聯不能在同一位置澆筑，為了與橋梁架設曲線方向相同，即預制節段梁的預制方向和架設后相同，以0#段為中心，40米前后對稱布置節段梁預制臺座，這樣預制臺座上前后半聯節段梁，均可以預制40米跨，和56/2米跨，預制后曲線方向和橋梁上的相同。這樣預制臺座總長80米，寬度與梁底寬相等。

節段拼裝梁整體設計為變高度箱梁，從0#段逐步抬高，9#段高度最低，臺座設計時[6]，臺座頂面弧線必須與梁架設后梁底弧線相同。

預制臺座采用C30混凝土結構，條形臺座頂面邊角預埋∠75角鋼包邊。長線制梁臺座由3條鋼筋混凝土條形臺座組成，條形臺座幾何尺寸69m×0.7m×1～2.15m(變高)，條形臺座下設70.7m×0.4m×7.1m擴大基礎，中間設φ12螺紋接茬鋼筋。條形臺座的標高控制方法采用加工等高模板，經測量確定與地面的相對高程與同組條形臺座的平整度后，然后才可進行混凝土澆筑，澆筑完畢后要對其頂面標高進行復測，高度誤差控制在5mm之內，平整度誤差控制在2mm之內。

根據本變截面連續梁的特點和節段劃分情況，以及長線法預制要求和節段梁重量，臺座采用每一聯1/2長度，制作一個長線臺座，滿足整連的預制需要。每聯32個梁段，長線法臺座上設16個梁段的預制位置，即可滿足整聯的預制需要。

臺座上設有1臺200噸門式起重機，跨度35米，用于梁段起吊；一臺20噸門式起重機，跨度21米，用于鋼筋籠和模板及其他材料工具的起吊；噴淋水養護設備，每排臺座兩側布置自動淋噴養生支管路兩排，每隔0.8m安裝一個噴頭，確保節段梁片上下里外的各個部位均能養護到位，尤其是翼緣板底面及齒板部位。

6 模板體系設計

預制節段鋼模板由底模、外側模、內模、端模及相互連接體系和支撐走行體系等組成。模板設計圖見下圖1和圖2。

圖1 節段箱梁預制模板立面圖

圖2 節段箱梁預制模板三維效果圖

為了實現對箱梁的線形控制，將底模設置為可調固定式。底模預設可調整高度鋼墊塊，與臺座連接，通過鋼墊塊的高度來實現底模撓度的控制[7]。底模面板采用厚10mm鋼板，表面拋光涂刷脫模漆，橫向肋為H型鋼，間距300mm，底模的鋼面板和縱、橫型鋼骨架焊接成一個整體，底模和側模之間安裝橡膠條進行密封。節段接頭處底模采用螺栓連接。底模施工完后設專人驗收，表面應光滑平整，同時底模通過計算，調整鋼墊塊的高度設置預拱度。底模正常使用時，應隨時用水平儀檢查底模的放拱和下沉量，不符合規定處應隨時調整，及時清除底模表面殘余灰漿，均勻涂抹脫模漆；每孔梁的首、末節段均預埋有支座預埋鋼板及防落梁鋼板，鋼筋綁扎前檢查預埋鋼板位置，檢查支座預埋鋼板的橫向位置、平整度，四角高度，同一梁端支座預埋板的相對高差。安裝后應用螺栓把支座預埋件鋼板與底模固定。

外側模板的面板采用厚度為10mm鋼板，橫肋采用14號槽鋼，間距250mm，豎肋采用H型鋼，高200mm，縱、橫加勁肋與型鋼桁架焊接成整體，有足夠的強度和剛度，能滿足梁體輪廓尺寸和平整度的精度要求。頂部采用槽鋼對拉固定，底部采用對拉螺栓將兩扇外側模定位。側模板及其支架的豎向支腿下設置4個行走輪，這樣側模就可以縱向移動，承重和高度調整用4個油壓千斤頂調節。脫模后，側模采用門式起重機機和行走輪同時作業，縱向移動到下一個制梁臺座[8]。底模按設計預拱度線形布置。

7 長線法預制工藝

變截面預制連續梁節段分布見圖3所示。

圖3 節段箱梁預制梁段分布圖

因為匹配的需要，預制節段梁必須按照特定順序預制，而且根據本工程變截面連續梁的特點，預制時在臺座上先預制9#、0#、6’#節段梁，這3個節段為首節段，其余節段與9#、0#、6’#匹配預制。

預制臺座兩端有觀測塔，上面設置梁軸線強制定位基準點和高程定位基準點，調節控制節段梁模板的縱、橫軸線和標高[9]，實現節段梁的預制匹配定位。節段梁混凝土澆筑、養生完成后，用門式起重機吊運存放至存梁場。

變截面節段箱梁預制流程步驟如下：

第一步，調整長線臺座底模線型到設計位置，預制首節段9#、0#、6’#段。

第二步，用9#作為匹配段預制8#段，用0#段作為匹配段預制1’#段，用6’#段作為匹配段預制5’#段。

第三步，匹配預制7#、2’#、4’#段。

第四步，漸變段模板移至邊跨側，以2’#和4’#段為匹配段預制3’#段；邊跨側匹配預制6#和1# 段；提走9#段和6’#段。

第五步，匹配預制5#、4#和2#段；提走8#、7#、5’#、4’#段；將主跨側模移到邊跨側，預制下一聯9#段。

第六步，匹配預制8#段；以4#和2#段為匹配段預制3#段。

第七步，匹配預制7#段；提走1#～5#段；進行0#和6’#段的預制。

第八步，重復以上步驟，直至梁段全部預制完成。

節段箱梁預制步驟見圖4所示。

圖4 節段箱梁預制步驟簡圖

8 預制精度控制

嚴格依據施工工藝流程，在不同工況下測量控制節段箱梁的精度。測控總體程序有：①首節段的測量定位，②澆筑后的測量及分析，③待澆段的匹配測量定位，④放置架梁測控點，并采集數據。要求遵循測量、調整、復核、再調整的測量檢查過程。

8.1 建立預制測量控制網

分別在預制臺座兩端各設置1座觀測塔，保證梁段預制精度。觀測塔采用φ377鋼管，內灌注混凝土，混凝土頂面預埋強制對中螺旋，GCT1采用強制對中裝置，GCT2采用固定覘標裝置，長線臺座的縱向軸線必須與兩觀測塔中心點的連線相重合。為減少因振動造成鋼管顫動，鋼管周圍澆筑4m高混凝土臺。觀測塔是實施節段測量控制的固定測控位置，觀測塔的高度要能滿足測量過程中兩個中心點的通視，一般觀測塔中心點的高度比端模中心高50cm即可。

平面測量控制網，根據預制節段連續梁測量需要，在預制場地內布設四個控制點，有2個點為場內觀測塔中心點[10]，2個點在臺座兩側不受施工干擾且通視良好的地方設置。制梁施工中定期對控制網進行復核一次。

高程測量控制網，測量梁頂四點控制點高程，采用二等閉合線路高程控測量制網，預制過程中，測量控制網定期進行復核校準[11]，發現點位有偏差，立即分析原因，重新定位控制網。

整個預制節段的空間幾何位置通過觀測塔測控。

8.2 臺座底模預拱度控制

先計算連續梁的壓縮量形成的撓度，底模上設置反拱度[12]，每片節段梁的底模設置了4個高程點和2個軸線點，根據拋物線y=ax2+b計算反拱數值。每一孔連續梁節段預制完畢進行反拱度復核。

8.3 箱梁線形控制

在節段預制過程中，預制廠根據線路的設計參數在待安裝節段頂面預埋的軸線控制點、標高控制點等六個點的坐標有三種，分別為設計的六點坐標、預制理論坐標和預制的實際六點坐標，其中設計的六點坐標為最終成橋坐標。預制的理論坐標是預制廠根據設計坐標和預制分段計算出每節段的六點坐標。在預制過程中，為保證最終成橋坐標符合設計的六點坐標，后續節段須根據前一節段的預制誤差進行修正，這便是預制的實際六點坐標。預制實際六點坐標是架梁單位實施橋梁拼裝線形控制的測點。

0#節段澆筑：0#節段澆筑前要嚴格控制模板精度，澆筑完成后，埋設4個高程控制點和2個中線控制點標識，采集數據。

匹配節段定位：匹配梁段精確就位，一要保證2個中線控制點位于基線上，二要保證4個高程控制點絕對標高，三要控制兩個0#節段縱向位置。

其他節段澆筑：以前一節段為匹配面，澆筑前要嚴格控制模板精度，澆筑完成后，埋設4個高程控制點和2個中線控制點標識，采集數據。

8.4 數據采集與分析

數據采集時，各控制點實測二遍，當第二遍數據測出來后，對同一控制點的二組數據進行比較，比較是否有差異，如果發現有差異，該差異值超過±2mm，原先測出的兩組數據應作廢，重新測出兩組新的數據，直至兩組數據之間的差異在允許范圍之內。此時應按以下原則取定最終的測量數據:差異為2mm(例如:4mm和6mm)，將兩個數據平均，取5mm；差異為1mm(例如:5mm和6mm)，取兩者之小者，取5mm。

9 節段澆筑

9.1 端頭節段定位澆筑

首節段在長線臺座上直接預制，其定位是通過兩塊端模的標高控制和中心線的測設實現的，首節段為0#、9#、6’號梁段，按設計圖紙要求加工定型端模[13]，用兩塊端模定位節段梁的澆筑位置。安裝前復核底模的線形，用精密水準儀測量，采用觀測塔上的精密水準控制網測量，測點為模板四角和軸線兩點，這幾個點高差控制在1mm范圍內，端模的兩側標高(取相對標高)誤差控制在1mm內。端模的幾何中心定位在底模的中心位置上，用全站儀定位測量。

模板安裝時用垂球檢查垂直度，并進行頂部和底部縱向長度和對角線的控制(保持各部位縱向長度值一致，兩對角線長度值一致，復核以確保端模的垂直度)，從而完成端頭段的定位[14]。端模的標高和中心點應準確定位。

選擇華登牌作為箱梁預制脫模劑。施工時按照廠家說明書25/kg 用量進行涂刷，涂刷要求模板清潔干凈且涂刷均勻。澆筑前要嚴格控制模板精度。

波紋管連接，待澆段預應力孔道一端用單錐形橡膠塞與活動端模連接，一端用雙錐形橡膠塞與匹配節段孔道連接。

9.2 其他節段定位澆筑

當首節段的測量數據符合要求后，進行待澆段的預制，預制順序由兩頭逐個向中間預制，最后預制3#和3’#梁段。各道工序的測量方法按照首節段和澆筑后的測量控制執行。

匹配段混凝土強度達到拆模強度要求后，拆除模板，后面節段將利用一側端模和另一側在匹配段(先前澆筑完成作為匹配)。

為了使節段梁連接面和剪力鍵的形狀符合設計要求和表面光潔，必須在匹配段端面涂刷隔離劑，選擇的是精面粉+雙飛粉+水按照124的比例配制而成。涂刷時要求均勻涂刷兩遍，并在鋼筋骨架入模前完成并檢查，對涂刷不均勻處或較薄處及時進行補刷。在梁段脫開后，及時用鋼絲刷和清水清理干凈。該節段端面作為端模匹配下一節段梁，來完成澆筑。

9.3 梁面測量控制點布置

每一節段梁頂面設置A、B、C、D、E、F共6個測量控制點，A、B和C、D為高程測量控制點；E、F為軸線控制點[11]。節段箱梁面控制點分布見下圖5。

圖5 節段箱梁面控制點分布圖

澆筑完成后，埋設4個高程控制點(A、B、C、D)和2個中線控制點(E、F)標識，采集數據，為以后箱梁節段拼裝架設使用。

10 結束語

節段預制拼裝膠接簡支箱梁的施工新工藝，適合鐵路橋梁建設工期短、工程量大、施工質量要求高的需求，能夠達到“優質、高速、安全”修建混凝土橋梁。主要有以下幾方面的特點： ①利于提高工程質量。節段采用工廠化預制，能保證混凝土質量；養護時間長，混凝土收縮徐變小，能實際控制線型誤差在0.5mm以內，節段外觀美； ②利于提高施工效率。節段預制可與下部同時施工，模板利用率和拼裝架設效率高，勞動強度較低，目前可達到64米8天/孔，比濕接縫提高近1倍；③利于環境保護。廢棄物少，施工噪音小。 ④受環境溫度影響小，在-10℃以上施工，不需采取冬季施工措施。

圖6 預制完成節段梁正面

節段拼裝橋梁建造技術，箱梁節段工廠化集中預制，是一種快速高效高質量的工程技術，改善了混凝土箱梁澆筑和養護環境，提高結構耐久性，也是國家推廣的施工方法，尤其在土地和空間缺乏的地方，能發揮更大作用。降低了作業人員的勞動強度，提高了生產效率，降低橋梁施工對當地環境的影響，施工設備周轉使用，節省社會資源，且膠接拼裝技術更加高效環保。此次建造變截面節段膠拼裝連續梁，是在高速鐵路上首次采用。