短線法預制節段橋梁施工工藝研究

蘇顯峰

（中交第四公路工程局有限公司,北京 100022）

0 引言

短線法節段預制技術屬于節段預制技術的一種，具有占地小、規模化、精度高、成橋線型好等優點。我國早期工程一般采用的是長線法，但伴隨著大跨徑變截面橋梁的不斷涌現以及節段箱梁預制拼裝技術的不斷發展，短線法預制技術的優點開始凸顯并得到業界認可，在工程上逐漸被廣泛使用[1,2]。相比于長線法，短線法占地小，模板調整靈活，精度高，能夠滿足橋梁幾何線型變化的要求，成橋線型更美觀。

1 工程概況

某高速公路大型橋梁，全長1 320.8 m，采用預應力連續梁結構，45#-49#墩位于路線圓曲線上，圓曲線半徑R=8 000 m，橋梁縱坡2.5%，跨度組合為（35+48+48+35）m。預制梁場位于K21+400～K21+700 路基段，長度300 m，寬度45 m，由于變截面箱梁比較多，根據施工組織計劃預制方法采用短線法，預制完成后采用上行式自平衡架橋機拼接成橋。

2 短線法節段箱梁預制工藝原理

2.1 標準截面節段預制

標準截面是相對于變截面而言，同一標準截面結構尺寸相對固定，為提高箱梁預制進度及施工效率，可多臺座同時作業。為保證預制尺寸及精度滿足要求，所有箱梁節段必須需在事先確定好的臺座上進行澆筑，通過調整模板來匹配箱梁的空間位置。預制過程中，以已經澆筑完成的節段為端模，在待澆節段另一端設固定端模來確保相鄰節段之間的拼接精度。當前節段預制完成后把上一節段箱梁移走，然后把當前節段箱梁前移作為下一節段的端模，每個節段都按照此流程循環往復施工，直至全部箱梁預制完成[3]。

2.2 變截面節段預制

變截面主梁截面復雜、多變，通常呈漸變過渡，節段高差變化比較大，因此必須按高差變化對模板進行合理分區設計，分區使得同一模板分區的節段高差變化緩和，不至于高差過大導致施工困難，同時提高了模板重復利用率，避免節段高差過大產生的相鄰節段精度降低現象。通過模板分區設計能夠有效提高成橋線型精度，有利于合理控制工程質量、工程進度及工程成本[4]。圖1為模塊分區示意圖。

圖1 模板分區示意圖

3 短線法節段預制施工技術

3.1 模板工程

模板對于預制箱梁尺寸精度具有決定性作用。模板必須選擇性能優異的鋼板，鋼板厚度需要滿足計算要求。為滿足施工需求，臺座固定端的模板既要在混凝土澆筑過程中保持固定不動，還要在調整梁段方位時為施工提供便捷。梁體方位的改變通常通過在端膜上設置剪力鍵來實現，其余固定措施為螺絲固定。為提高預制精度，便于線型控制，需要沿端模豎向軸線方向在上下兩個面上各設置一個測量控制點。端模需支撐牢靠，避免產生位移，同時必須有足夠的剛度來抵抗變形。在水平方向端模須與擬澆筑的箱梁節段軸線保持垂直，垂直方向端模保持豎直。

側模主要通過設置在支架上的螺旋進行調整，通過螺旋的不斷調整矯正直至模板能夠符合水平平行及豎向垂直偏移的需要。

3.2 鋼筋綁扎

在施工組織中鋼筋綁扎與模板安裝為兩道互不干涉的工序，為提高作業效率，可采用平行作業方式同步施工。

綁扎在綁扎臺座上完成，首先需要嚴格按照設計尺寸進行鋼筋下料，然后按設計圖紙要求確定鋼筋、預應力波紋管位置。為保證預應力張拉后梁體各部位受力合理，原則上預應力波紋管必須綁扎在設計位置上，施工時不可避免存在誤差，但誤差應處于允許范圍內。綁扎過程中若構件之間存在位置沖突，按預應力波紋管、縱向主筋、橫向主筋、構造鋼筋的順序優先采用設計位置。為防止澆筑過程中混凝土漿液流入預應力波紋管造成堵塞，須提前將波紋管兩側端口采用適當措施進行封堵。梁體保護層厚度采用C50 細石混凝土預制塊來保障，預制塊用細鋼絲按每間隔1 m 設置兩塊的要求綁扎。

3.3 混凝土澆筑

該項目箱梁采用C50 高強混凝土，采用PO.42.5 低堿水泥，添加劑為Sika3301 超高效減水劑，緩凝時間不小于6 h。為提高工程質量，混凝土的攪拌必須采用強制式攪拌機，混凝土運至現場后進行塌落度試驗檢測合格后采用梁場專用吊機將混凝土放入模板內。

為保證箱梁混凝土質量，箱梁底板及腹板采用水平分層法進行對稱澆筑，每層厚度25 cm。底板采用振搗棒進行人工振搗，振搗棒作用半徑0.5 m，振搗時合理控制振搗時間，振搗棒要避免與模板接觸，防止造成模板偏移、變形。腹板主要采用附著于側模上的振搗器進行振搗，振搗器要布置均勻，可配備人員進行輔助振搗，頂板采用振搗棒一次澆筑成型。箱梁鋼筋十分密集，施工人員要仔細觀察振搗效果，適當進行加密振搗，避免產生空洞等質量問題。

3.4 混凝土養護

箱梁為大體積混凝土結構，在凝結過程中會釋放大量的熱量，因此制定合理的養生方案、采用適當養生措施對保證混凝土的質量至關重要。氣候寒冷地區冬季采用蒸汽養生可以取得良好的效果，溫暖氣候條件下通常采用灑水養生。標準化的預制梁場一般在模板外側配置自動噴淋裝置，可按設定好的程序進行標準養護，提高養生效果。

3.5 模板拆除

模板拆除應當按照先拆除內模再拆外模的順序進行，底模的拆除實際上是混凝土強度滿足拆模要求后用吊機將節段梁體移走的過程。模板拆除過程中要避免出現混凝土棱角掉塊、表面剝離、裂紋等質量問題，不允許暴力拆模，梁體移走后調整位置，作為下一梁段預制的匹配梁。

3.6 梁段起吊移存

梁場應設置合理完善的存梁區，為橋梁拼裝施工方便，存梁區位置選擇在距離橋梁較近且進出便捷的位置。節段梁體做為端模將下節段預制完成且在標準養護條件下混凝土強度達到設計強度80%后通過梁場軌道式龍門吊機移至存梁區存放。龍門吊機具有水平縱橫移位及豎向移位功能，承載能力以最重節段梁體重量的1.2 倍為宜。在梁體側面及端頭用方木進行支撐，防止在特殊情況下失穩，提高整體穩定性。梁體存放期間同樣要注意定期養生[5]。

4 預制線型控制

4.1 模板系統精度控制

節段箱梁模板包含端模、底模小車、側模三部分，其中端模由固定端模和節段匹配段兩部分組成。模板系統精度直接影響節段梁的質量，甚至會影響整個橋梁的成橋線型。端模的精度控制至關重要，直接影響下一節段的匹配度；其次是底模和外側模的精度控制。模板系統誤差指標具體見表1 所示。

表1 模板系統誤差指標

4.2 預制線型控制的實現

短線法預制線型控制是在制梁臺座上通過調整模板位置得以實現。預制當前節段箱梁時以上一節段箱梁為端模進行“匹配”。根據橋梁所處的平面線型及豎向線型，共分為直線梁體（ⅰ）、平曲線梁體（ⅱ）、豎曲線梁體（ⅲ）三種類型，見圖2，具體控制方法如下：

圖2 線型控制方法

（ⅰ）直線梁體，N+1 節段預制完成后平移適當距離作為端模進行N 節段預制，N 節段尺寸采用標準尺寸。

（ⅱ）平曲線梁體，N+1 節段預制完成后平移適當距離，按照平曲線轉角的角度進行精確水平旋轉，以旋轉后的截面空間位置為端模控制N 節段梁體尺寸，達到控制平面線型的目的。

（ⅲ）豎曲線梁體，N+1 節段預制完成后平移適當距離，按照豎曲線角度通過調整模板在豎直方向進行精確旋轉，以旋轉后的截面空間位置為端模控制N 節段梁體尺寸，達到控制豎向線型的目的。

4.3 預制線型誤差調整辦法

短線法預制節段箱梁過程中不可避免地會產生系統誤差、施工誤差，由于采用上節段箱梁作為匹配端模逐段預制，所以上節段箱梁已經存在誤差并且無法修正的情況下為避免誤差累積必須在下節段預制過程中進行誤差修正，保證梁體線型偏差僅存在于相鄰兩節段箱梁上而不會對第三節段產生干擾。基于短線法的預制理念及技術方法，施工中可能存在的誤差可分為三種情況：①長度準確、角度偏差；②角度準確、長度偏差；③長度偏差、角度偏差。就誤差修正原理而言，第③中情況可歸納到①②之中，箱梁長度偏差修正簡單，節段箱梁線型誤差調整的重點及難點在于角度誤差，下面對角度誤差調整進行研究：

假定以n-1#節段作為端模預制第n#節段時，第n-1#節段產生了角度偏移，則n#節段實際線型與理論線型就產生了角度誤差，如圖3 所示，為了保證第n#節段的誤差不會對n+1#節段產生影響，在預制過程中需通過調整模板來修正n#節段線型，由于n+1#節段以n#節段i 端為端模，所以n#節段i 端需采用正確位置，對n#節段線型的調整就必須在j 端完成。這樣處理后n-1#節段產生的誤差在n#節段就全部修正完成，避免了誤差繼續累積對n+1#節段造成不利影響。雖然個別節段在預制時出現了誤差，但通過修正后箱梁整體線型仍然合格，如圖4所示。

圖3 節段誤差示意圖

圖4 誤差調整示意圖

5 結語

（1）同懸臂澆筑技術相比，短線法具有室內地面作業、不受天氣影響、工業化標準生產、上下部結構同時施工、節省工期等優點。

（2）同長線法節段預制技術相比，短線法具有占地小、預制轉運方便、精度高、成橋線型好、模板利用率高、能更好適應平曲線及豎曲線等曲線段線型等優點。

（3）國內橋梁建設采用懸臂澆筑、長線法節段預制方法較多，對短線法及應用及研究偏少，主要原因短線法節段預制過程中的線型控制技術、監測技術、誤差調整技術要求非常高，工藝較為復雜，現代化的預制場中通常需要應用專業軟件進行分析調整。在一些大型橋梁建設中短線法應用了非常先進的線型控制及誤差調整技術，取得了非常好的效果。

（4）短線法具有很多其他施工技術無法替代的優點，隨著人們對橋梁結構安全性的重視程度的提高，以及線型控制、誤差分析技術的進步，短線法將被更廣泛地應用到橋梁結構預制中，提高工程質量，創造社會效益。