新型節段預制膠拼技術在高鐵預應力連續梁的應用

文陽

（中鐵十八局集團 第二工程有限公司，河北 唐山 064000）

1 項目概況

新建鄭州至阜陽高鐵周淮特大橋跨新運河3聯（40+56+40）m 連續梁采用新型節段預制膠接拼裝技術。該連續梁地處圓曲線上，曲線半徑是10km；連續梁每聯設計32 個梁段，共計96 個梁段，其中2 號梁段－-2′號梁段為漸變段，其余是等高段，新型節段最大質量為190t；梁體為單箱單室結構，梁底和梁頂寬度依次為6.7m 和12.6m。172 號～180 號墩的左側位置設計有預制場，通過長線法預制節段梁體，從172 號橋墩朝163 號橋墩方向進行架設，詳見圖1。

圖1 周淮特大橋跨新運河連續梁布置圖

2 結構設計

周淮特大橋跨新運河3 聯（40+56+40）m 連續梁主梁立面布置詳見圖3?？缰泻瓦吙绲雀叨谓孛嬷行奈恢玫牧焊叨葹?.035m，箱梁頂寬12.6m，底寬6.7m。在梁底下部，除了等高段外，按照1.8 次拋物線進行漸變。為了確保施工時具有足夠的施工平臺空間，將0.25m 長的懸臂板設置于梁端[1-3]。

圖2 主梁立面布置圖（單位：cm）

圖3 0 號段結構優化示意圖（單位：cm）

通過長線法預制梁段，實現與預制變截面箱梁最佳匹配效果。對比常規懸臂澆筑梁，分析研究新型節段預制拼裝連續梁技術，發現該技術不僅方便施工，而且等高設計讓模板最大程度重復利用，在節省費用的同時，可以取得更好的立面視覺效果。

2.1 新型節段劃分

新型預制節段長度分為300cm、400cm、425cm和450m 等，整體連續梁總計含32 個新型預制節段，其中0 號段質量為1987kN，其它段中，最重預制節段重要達1592kN，此外還包含1 個長度為100cm 的跨中現澆合龍段。

2.2 新型預制節段0 號段優化

新型預制節段0 號段因為是靴型和隔板結構，另外板的厚度比較厚，通常重量大于其他節段，另外0 號段的施工狀況對后續節段的拼裝質量產生直接影響[4]，所以是施工重點對象。

此工程對傳統掛籃懸臂澆筑(40+56+40)m 連續梁0 號段采取以下改進舉措：

(1)加大入孔大小，將150cm×150cm 增大到175cm（高）×230cm（寬）；(2)把支座橫向之間的距離縮小，中墩支座橫向間距由580cm 降低為450cm，不設置靴型構造。

截面優化對比詳見圖3。通過以上優化，0 號段吊重由2288kN 降低到1987kN，一共減輕302kN，下降率為13.2%。

2.3 剪力鍵

剪力鍵通常由底板、腹板剪力鍵等幾部分構成，最重要的功能就是能夠進行準確定位并具備較強的抗剪能力。剪力鍵布置結構如圖4 所示。

圖4 剪力鍵斷面分布和結構尺寸示意圖（單位：cm）

2.4 梁端懸臂構造

采用新型節段預制拼裝技術進行連續梁施工時，會遇到梁端進行預應力張拉時，張拉范圍受限的困難。因為在非梁端側，縱向預應力無法開展單端張拉，此外，因為連續梁梁體的質量比較大，另外，由于超靜定結構形式在進行高位張拉作業以后，落梁不方便[5]；因此，在梁端如何科學設置懸臂結構非常重要。該梁端新型節段懸臂構造詳見5。

圖5 梁端新型節段懸臂結構示意圖（單位：cm）

在梁端懸臂構造區間內對預應力張拉形式選擇時，為了更方便進行新型預制節段模板加工，減少在鋼模上預留鋼筋孔工序，可選取以下2種方式：(1）梁端懸臂構造范圍內的邊跨頂板預應力。如果適合在箱室內單端張拉，則采用單端張拉，懸臂構造范圍上預應力錨槽滿足鋼束穿束空間即可。盡可能減小在懸臂構造范圍上預應力錨槽尺寸。(2）端模上不開鋼筋孔，在模板內側鋼筋端部預埋鋼筋套筒，預應力張拉完后，鋼筋通過套筒連接。

3 新型節段關鍵拼裝工藝

在預制梁場完成所有的新型節段預制以后，通過新型節段拼裝造橋機展開拼裝，拼裝工藝流程如圖6 所示。

圖6 梁體新型節段膠結拼裝工藝流程圖

3.1 新型節段拼裝造橋機

該項目引進新型TPZ80/2500 型節段拼裝造橋機，如圖7 所示。

圖7 節段拼裝造橋機

3.2 新型節段拼裝方案優化

為加快施工速度，吸取懸臂拼裝和整孔拼裝技術施工優勢，通過優化，采取一次性半聯滿掛的施工技術，為國內首創。該技術克服傳統對稱懸拼、一邊拼裝一邊張拉的半聯滿掛拼裝施工工藝，加快施工速度的同時，又防止了偏心荷載。

一次性半聯滿掛拼裝關鍵施工次序為：造橋機拼裝→半聯節段吊裝→均勻涂抹環氧樹脂膠→半聯永久預應力束進行部分張拉→對剩余半聯永久預應力束進行張拉→重復以前施工次序→對后半聯進行架設→中跨合龍段采取現澆方式，實現整體張拉施工。

3.3 曲線梁架設

周淮特大橋三聯連續梁都處在圓曲線上，曲線半徑為10Km，曲線梁的架設為此項目的創新內容之一。第一步在制梁時，底模設計成曲線；第二步，借助橫移油缸對箱梁進行橫向調節。吊梁上配置可以對懸吊孔進行調節的裝置，這樣就能滿足曲線梁架設要求。

因為新型節段拼裝造橋機自身結構不能夠設計為曲線構造，然而可以將節段拼裝造橋機橫移梁優化成分離式滑移構造，從而滿足實際曲線架梁需要。

3.4 涂膠施工

當梁體所有跨節段都完成吊裝后，從0 號段起按照拼裝順序展開涂膠施工。要求膠粘劑進涂膠時保持均勻而且全覆蓋無漏點，厚度滿足2～3mm。為達到快速施工的需要，可采取多個工作面施工形式，確保不超過45 分鐘實現一道接縫的涂膠。

3.5 拼裝

當兩新型節段相距30～50mm 時終止移動，依據詳細測量數據對后一節段的中線以及高程等點位進行調整，務必保證中線100%吻合，高程以及設計值誤差不超過1cm。

3.6 預應力鋼絞線穿束與張拉

由于因梁體比較長，鋼絞線張拉為整孔梁施工的核心工序之一，如果采用人工穿束的方法，不僅具有一定難度，而且效率非常低，借助5t卷揚機進行有效穿束。

3.7 孔道壓漿和合龍

將出漿口封閉后持續進行壓漿保持2 分鐘，由下向上進行壓漿，確保一次性壓漿成功。梁體合龍段兩邊節段拼裝好后，安裝吊架并進行現澆，完成合龍。

4 檢算結構

4.1 建模介紹

借助邁達斯Midas/Civil 空間有限元分析軟件分別構建主梁、造橋機、吊桿等三部分有限元模型，三個模型都是按照實際結構參數模擬建模。當預應力張拉順利進行，應馬上逐步拆除節段吊桿。

建模過程中，必須詳細分析檢算拼裝節段實際工作狀態、半跨過節段運梁設備、半跨造橋機以及全聯造橋機在開展過孔以及架設相鄰簡支梁全部通過運梁設備等各種情況，另外還詳細檢算設備運行的主梁應力。

4.2 實際運營狀態

（1）剛度：設置0.9 的系數對新型梁體剛度展開折減，在靜荷載作用下，連續梁梁體最大梁端轉角0.748%，跨中最大撓度是18mm，撓跨比是1/3 146，都符合《高速鐵路設計規范：TB10621—2014》。

（2）殘余徐變變形：新型節段梁存梁達到1 個月要求后，梁體殘余徐變變形值分別為：邊跨的下撓值是1.59 mm，中跨的上拱值是0.99mm。節段梁加載比較緩慢，殘余徐變變形幅度很微小，確保了高鐵運營時的平穩性。

（3）應力：對主梁的縱向依據全預應力結構進行設計。膠接縫截面施工和高鐵行車全過程都沒有拉應力，另外依據以下規范施作：如果列車運行過程中，混凝土壓應力儲備不小于1.0 MPa；假如出現最不利荷載組合時，混凝土壓應力儲備不小于0.5 MPa。詳見表1。

表1 運營時膠接縫截面應力情況（單位MPa）

（4）計算膠接縫正截面抗裂安全系數：因為新型節段預制拼裝連續梁每個節段鋼筋沒有彼此相互連接，這導致傳統整體混凝土梁的抗拉性能優于膠接縫兩邊混凝土的抗拉性能，也削弱了新型節段預制拼裝連續梁膠接縫處的抗裂性能，因此對膠接縫正截面抗裂安全系數進行計算的時候，依據《鐵路橋涵混凝土結構設計規范》（TB 10092—2017），fct 按照0.3 系數折減處理。詳細運算以后，得出最小抗裂安全系數值為1.23，符合前述規范要求的最小抗裂安全系數超過1.2 的規定。

（5）計算膠接縫正截面抗彎強度：新型節段預制拼裝連續梁環氧樹脂膠接縫截面抗彎承載能力折減系數選擇0.949。通過計算，膠接縫截面最小計算抗彎強度安全系數情況：（主壓力+附加壓力）工況下膠接縫正截面抗彎強度安全系數為2.38，在只有主壓力情形時，膠接縫正截面抗彎強度安全系數是2.59，滿足規范規定。

（6）膠接縫截面抗剪強度安全系數：0.9 為折減系數，按照《鐵路橋混凝土結構設計規范》（TB 10092—2017）中的相關規范，計算出膠接縫截面抗剪強度安全系數值：（附加應力+主應力）工況下膠接縫截面抗剪強度安全系數是2.09，主壓力工況下膠接縫截面抗剪強度安全系數為2.13，如圖8 所示，滿足規范值。

圖8 主應力工況下膠接縫抗剪強度安全系數示意圖

5 結語

周淮特大橋跨新運河連續梁采用新型節段預制膠拼技術，工程質量全部合格，壓縮了工期，保護了施工環境，其工藝通過實踐證實非常成功，高鐵通車以來，各項指標都符合要求。該技術也代表了橋梁未來模塊化、工廠化、裝配化、標準化、機械化的發展趨勢，值得大力推廣。