全預制裝配式剛構橋一體化架設關鍵技術*

王 敏，袁 超，肖 浩，田 飛

(1.中交第二航務工程局有限公司，湖北 武漢 430040；2.長大橋梁建設施工技術交通行業重點實驗室，湖北 武漢 430040；3.交通運輸行業交通基礎設施智能制造技術研發中心，湖北 武漢 430040;4.中交公路長大橋建設國家工程研究中心有限公司，湖北 武漢 430040)

0 引言

上海嘉閔高架及S7公路工程、成都成彭高架、長沙湘府路、無錫鳳翔路快速化改造等項目均實現了橋墩、蓋梁及主梁的全預制裝配化[1-5]。

在目前已應用的裝配式橋梁項目中，預制橋墩及蓋梁多采用履帶式起重機安裝，該工藝存在工作面零散、施工臨時占地面積大、橋下交通干擾大的缺陷，不能充分發揮裝配式橋梁的優勢。為此，一體化安裝工藝及裝備在國內外裝配式橋梁項目中開始推廣應用[6-7]。哥倫比亞卡塔赫納的沿海高架在跨越環境保護區時，為減少對環境干擾，采用從樁基到主梁的全預制裝配式橋梁結構，并采用懸臂式一體化架橋機安裝所有預制構件，實現了全預制裝配式橋梁的一體化流水安裝，且項目沿線無須設置便道，實現了施工期對環境的零干擾。隨后，美國華盛頓高架采用了相同的結構形式與施工工藝。在國內，深圳鹽港東立交為減小施工過程中對周邊道路交通的干擾，采用一種新型落地前支腿式一體化架橋機架設混凝土節段梁與預制墩柱，預制構件從已成橋梁運輸至架橋機尾部，施工臨時占地面積少，且交通恢復快速[8]。

一體化架設工藝將不同類型預制構件分配到一體化架橋機的各作業面進行安裝，各作業面安裝工效相匹配，從而實現一體化工藝流水作業。然而，對于墩梁固結剛構橋，墩柱安裝及墩梁固結工序所需時間較長(共10d)，低于主梁安裝工效，因此，采用常規的一體化架橋機難以實現各作業面的工效匹配。

針對上述問題，以某高速公路改擴建工程為背景，對常規一體化架橋機進行改進，提出一種基于雙落地前支腿一體化架橋機的剛構橋快速施工工藝，實現裝配式剛構橋的一體化流水施工。并通過將節段梁常規懸臂拼裝優化為全懸臂拼裝工藝，進一步提升了一體化安裝工效。

1 工程概況

某高速公路改擴建項目主體橋梁采用全剛構體系，即中墩和分聯處過渡墩均采用墩梁固結無支座體系，一聯橋跨徑布置為(45+2×50+45)m，如圖1所示。

圖1 (45+2×50+45)m 四跨一聯全剛構橋型布置

該橋梁為全預制裝配式結構，上部結構采用單箱雙室節段預制箱梁，橋面寬20m，如圖2所示，施工時采用懸臂拼裝；下部結構中墩及過渡墩均采用預制曲線柱式墩，順橋向中墩為曲線單柱式墩，過渡墩為曲線雙柱式墩，如圖3，4所示。

圖2 節段預制箱梁截面形式

圖3 中墩構造示意

圖4 雙柱式過渡墩構造示意

該項目大部分地段處于丘陵及水源保護區，橋下運輸預制構件及喂梁困難，為此，預制構件需在橋面運輸并從架橋機尾部喂梁。結合依托項目建設條件及結構特點，一體化架設是實現本項目快速建造的合理工藝。

2 快速一體化架設工藝

2.1 新型一體化架橋機

常規一體化架橋機包含3跨，前跨用于安裝墩身和墩頂塊，中跨用于安裝主梁，尾跨用于起吊構件，如圖5所示。一體化架橋機各作業面的安裝工效匹配，從而實現一體化工藝流水作業。然而，對于墩梁固結的裝配式剛構橋，墩柱安裝需3d，墩梁固結工序需7d，兩者共需10d，低于主梁安裝工效(7d)，因此，采用常規的一體化架橋機難以實現前跨和中跨作業面的工效匹配，進而影響一體化施工效率。

圖5 常規一體化架橋機示意

為解決上述問題，考慮將墩身安裝與墩頂塊安裝的作業面分離，提出一種雙落地前支腿一體化架橋機，如圖6所示。架橋機主梁采用雙三角桁架結構，從左往右依次為構件起吊段、主梁安裝段、墩頂塊安裝段及墩身安裝段。支腿結構由前1支腿、前2支腿、中1支腿、中2支腿、后支腿組成，架設墩柱及節段梁時，前支腿支承在牛腿上，牛腿結構臨時錨固于承臺。前支腿裝有液壓插銷系統，可調整高度和折疊；前、后起重天車均可360°旋轉，前主天車負責墩身、墩頂塊拼裝，后主天車負責主梁拼裝。

圖6 新型一體化架橋機構造

相較于傳統一體化架橋機，新型架橋機支撐結構增加了1條前支腿，多出的1跨架設長度用于架設前一跨墩身，從而實現墩身安裝與墩頂塊安裝作業面分離，進而解決工效不匹配問題。

2.2 過渡墩T構懸臂拼裝

在對剛構橋的主梁進行架設時，中墩節段梁一般采用懸臂拼裝，而過渡墩節段梁則通常采用半跨懸掛拼裝，即在中墩T構完成后，過渡墩邊跨的半跨采用整體懸掛拼裝，而后張拉預應力后成橋，如圖7所示。該工法是目前國內平衡懸臂施工中應用最廣泛、最成熟的施工工法[9-10]。然而，過渡墩邊跨采用半跨懸掛拼裝會使施工工期顯著增加，同時該方法對架橋機吊重有較高要求。

圖7 過渡墩處邊跨的半跨采用整體懸掛拼裝示意

為進一步提升節段梁懸臂拼裝工效，提出一種實現過渡墩節段梁懸臂拼裝的全懸臂施工方法：將墩頂塊臨時固定，通過布置臨時預應力束形成懸臂拼裝邊跨，如圖8所示；當邊跨合龍且永久預應力張拉完成后，拆除臨時預應力和臨時固結，完成體系轉換。該施工方法可實現剛構橋的全懸臂施工，將有效縮短施工工期。

圖8 過渡墩T構形成示意

2.2.1過渡墩T構臨時固定構造措施

為使過渡墩節段梁形成T構進而采用懸臂拼裝施工方法，需對過渡墩墩頂塊進行臨時固定。過渡墩墩頂塊采用整節段預制殼體結構，該墩頂塊僅一部分與墩頂固結，另一部分懸出墩頂并支承于過渡墩墩頂安裝的托架上。過渡墩交接縫內需設置墊塊，為便于日后拆除，可在交接縫內填塞符合強度要求的硬木塊或鋼板；同時，為使墩頂塊安裝完成后交接縫處有一定的壓應力儲備，應在過渡墩橫隔板處張拉精軋螺紋鋼，臨時固定構造如圖9所示。

圖9 過渡墩墩頂塊臨時錨固措施

2.2.2過渡墩T構臨時預應力構造

1)頂板開槽式 臨時懸拼體內預應力束可采用直線式配束，即在頂板厚度范圍內按規范配置臨時預應力筋，并在節段梁預制時預留臨時預應力管道，同時在頂板后端一定長度范圍內設置預留槽，以留出臨時預應力束錨固的空間，并方便后續放張拆除臨時預應力束。由于預應力束張拉后伸長量為30cm，為方便連接器接長和放張，預留槽的縱向尺寸應大于放張預應力束的長度，因此宜預留50cm以上長度，構造及流程如圖10所示。

圖10 頂板開槽式臨時預應力錨固示意

2)齒塊式 臨時懸拼體內預應力束的錨固端也可采用齒塊構造，如圖11所示。此時張拉及拆除作業設于箱室內部，其臨時構造在一定程度上加大了節段梁結構自重。

圖11 齒塊式臨時預應力錨固示意

考慮到臨時預應力筋采用齒塊式構造時，預制構件需增設錨塊鋼筋、搭設錨塊模板，使得工序增加，而采用頂板開槽式構造則無須再增加臨時錨固齒塊，臨時預應力筋可直接在頂板處進行張拉，此時施工效率較高，因此過渡墩T構的臨時預應力筋采用頂板開槽式構造。

2.3 基于新型一體化架橋機的快速一體化架設工藝

基于前述討論，依托背景工程，提出了一種基于雙落地前支腿一體化架橋機的剛構橋全懸臂拼裝快速一體化架設工藝，總體流程如下。

1)由2臺起重天車將已臨時存于N1號墩承臺處的N3號預制墩身抬吊至最前跨，完成墩柱翻身并安裝到位，開始墩柱與承臺灌漿連接。

2)前2臺天車安裝N3號墩身并進行墩身與承臺灌漿連接的同時，后主天車起吊已臨時存于N1號墩承臺處的N2號墩頂塊，安裝N2號墩頂塊，完成墩頂塊調位后進行墩梁固結。

3)在墩柱與承臺及墩頂塊與墩柱連接等強的同時，架橋機拼裝N1號墩T構，節段梁采用對稱拼裝，并利用剪力錐進行梁段臨時固定，而后張拉永久束，拆除剪力錐臨時束，架橋機松鉤。

4)按上一步驟對稱施工N1號墩T構至最大懸臂位置，而后進行N號墩和N1號墩T構懸臂合龍，澆筑濕接縫并養護，待強度達標后張拉永久束，完成N1號墩T構施工，而后拆除N號過渡墩T構的臨時束及解除兩墩頂塊間的臨時固定措施。

5)將中2支腿吊裝移動到N2號墩頂塊上，后中支腿前移至N號過渡墩墩頂塊上，前2支腿前移到承臺牛腿上，并與前1支腿臨時連接，而后從架橋機尾部完成N3號墩頂塊和N4號墩身的運輸起吊，并將其臨時存放在N2號墩承臺處，最后前移架橋機主梁和后支腿，再將前1支腿前移至N4號墩承臺牛腿上，前2支腿折疊收起，前移跨過N3號墩，并支承于N3號墩承臺牛腿上，最終完成架橋機過跨。

6)重復步驟1)～5)，直至完成N4號過渡墩T構施工后即完成N～N4號一聯橋施工(中墩墩頂塊無須進行臨時固定措施施工)。

上述安裝工藝總體流程如圖12所示。

圖12 快速一體化安裝工藝總體流程示意

3 工效對比分析

以背景工程四跨一聯裝配式剛構橋為對象，一個主梁T構一側劃分為7個節段，分別采用3種施工方案：①中墩懸臂拼裝+過渡墩邊跨半跨懸掛拼裝+常規一體化架橋機；②中墩懸臂拼裝+過渡墩邊跨半跨懸掛拼裝+新型一體化架橋機；③全懸臂拼裝+新型一體化架橋機。分別對其進行施工工效分析，如表1～3所示，表中括號表示工序時間不占用關鍵路線。

由表1～3可看出：①新型一體化架橋機將墩身與墩頂塊安裝的作業面分離后，實現了下部結構與上部結構安裝工效的匹配，并使墩身與墩頂塊安裝占用流水作業關鍵路線的時間由10d縮短至7.5d，有效提高了施工效率；②當過渡墩節段梁采用邊跨半跨懸掛拼裝時，施工工期明顯增加，并造成一體化工藝流水作業不連續，顯著降低施工效率；③基于新型一體化架橋機并采用全懸臂拼裝的一體化架設工藝，保證了一體化工藝流水作業的連續性，有效縮短了安裝工期，安裝工效由39.5d/聯提高至32d/聯。

表1 中墩懸臂拼裝+過渡墩邊跨半跨懸掛拼裝+常規一體化架橋機方案施工工效分析

表2 中墩懸臂拼裝+過渡墩邊跨半跨懸掛拼裝+新型一體化架橋機方案施工工效分析

4 結語

1)目前常規的一體化架橋機不適用于全預制剛構橋，由于下部結構及上部結構安裝作業面工效不匹配，可能導致作業面出現窩工。

表3 全懸臂拼裝+新型一體化架橋機方案施工工效分析

2)針對高度城鎮化地區全預制剛構橋結構體系，提出了一種基于雙落地前支腿一體化架橋機的裝配式剛構橋快速施工工藝，實現了下部結構與上部結構安裝工效的匹配，并使墩身與墩頂塊安裝占用流水作業關鍵路線的時間由10d縮短至7.5d，有效提高了施工效率，且降低了施工期對周邊環境、交通的干擾。

3)將過渡墩節段梁傳統的邊跨半跨懸掛拼裝優化為懸臂拼裝，提出了節段梁全懸臂拼裝工藝，保證了一體化工藝流水作業的連續性，進一步提升了一體化安裝效率，使得安裝工效由39.5d/聯提高至32d/聯。