城際鐵路64 m節段預制膠接箱梁關鍵技術研究★

吳慧彥，雷玉輝

(陜西西閻城際鐵路有限公司，陜西 西安 710054)

節段預制膠接拼裝建橋技術，在國外已比較成熟，逐漸成為節段拼裝橋梁的主要施工方法[1]。在國內，目前現行的標準、規范對膠接縫拼裝尚無明確的設計規定，雖然近年來公路及城市軌道交通行業已對節段預制膠接拼裝施工橋梁進行了一些試點，但目前相應的成套技術研究試驗資料還是不盡完善。

黃韓侯鐵路芝水溝特大橋64 m和48 m預應力混凝土膠接縫節段預制拼裝簡支箱梁試點建設成功實施完成[2]。目前膠接技術已在田桓鐵路、拉林鐵路、銀西高鐵、鄭阜客專等鐵路橋梁中應用。

為推動城際鐵路橋梁建造技術科技進步，提倡綠色環保理念，推廣膠接縫節段拼裝建造技術[3]，形成城際鐵路自主知識產權的大跨度節段預制膠拼橋梁建造成套技術，盡快與國際接軌，通過涇河特大橋試點開展的節段預制膠接拼裝設計、施工及配套科研工作顯得尤為迫切和必要。

1 項目概況

閻機城際鐵路涇河特大橋全橋長2 258.9 m，最大橋高50 m，中心里程：DK48+589，橋址處百年設計流量Q1%=15 400 m3/s，位于渭河沖積平原區，地形平坦開闊。孔跨式樣：29-32 m簡支箱梁+19-64 m簡支箱梁+1-32 m簡支箱梁，跨越涇河主河槽采用64 m節段拼裝簡支箱梁，為城際鐵路最大跨度預制膠接法拼裝箱梁。

主要技術標準如下：

1)鐵路等級：城際鐵路。2)正線數目：雙線，線間距4.6 m。3)速度目標值：250 km/h。4)軌道：有砟軌道。5)設計荷載：ZK活載，其中橋面板、橫梁等橫向計算采用ZK特種活載。

2 19-64 m節段拼裝簡支梁方案

2.1 主要結構尺寸

梁體采用單箱、單室等高度預應力混凝土簡支箱梁。梁高5.80 m，梁長66.3 m，梁頂寬12.45 m，底寬6.7 m，箱梁端部支點位置橫向支座間距5.2 m，梁高5.8 m。采用C60混凝土預制[4]。箱梁結構尺寸如圖1,圖2所示。

2.2 預制梁段劃分

節段箱梁計算跨度64 m，每跨奇數分塊，跨中不設接縫，對稱布置[5]。預制梁段長度分3.3 m，4.5 m，4.9 m三種，分為15個梁段，有14個接縫，共計285個節段。最重梁段達250 t，梁體總重2 743 t。

2.3 剪力鍵設計

箱梁剪力鍵的抗彎強度按美國《AASHTO節段混凝土橋梁設計與施工指南》取0.95折減系數[6]，折減后抗彎強度安全系數不小于2；抗剪強度按美國規范取0.90折減系數，折減后抗剪強度安全系數不小于1.2；抗裂安全系數不小于1.2，按不考慮接縫處混凝土拉應力計算[7]。

接縫面剪力鍵按密鍵形式布置，剪力鍵采用梯形[8]，鍵頂寬5 cm，鍵根部寬15 cm，鍵高5 cm。擠膠槽口深1 cm，寬2 cm。剪力鍵布置和空間計算模型見圖3，圖4。

為保證剪力鍵質量，在箱梁預制中使用振動混凝土攪拌站，創造性地將混凝土振動攪拌技術應用于箱梁節段的預制上，能有效提高剪力鍵混凝土強度和耐久性。

2.4 節段拼裝施工方法

箱梁采用節段預制拼裝法施工，接縫采用膠接縫而非濕接縫[9]。在SPZ型2700tA3移動支架造橋機上整孔組拼，整孔張拉預應力施工。施工質量控制及安全防護是本工程的難點。

2.4.1 節段拼裝主要工藝

1)節段運輸及吊裝。

梁場250 t龍門吊機吊裝節段到輪胎式運輸車，運梁車運梁至造橋機尾部，造橋機上的回轉天車通過縱移、升降、旋轉，將節段擺放到設計位置，所有節段全部吊裝就位后開始涂膠拼裝。

2)節段梁定位。

a.首節段的調整及固定。

首節段是整孔梁的起點，首節段的線型直接控制著整孔梁的線型，故在其安裝時，首先精確定位首節段。

預制時在梁頂埋設好高程控制點以及中線控制點，計算出實際安裝所需的坐標。拼裝時通過測量調整使6個控制點準確就位。

通過梁底三維定位小車將首節段調整到設計位置，然后將首節段與橋墩和已成梁固定。

b.其余節段調整。

以首個節段的標高為標準，在其余節段定位過程中利用6點坐標進行線型控制。

3)涂膠施工。

接縫面涂膠時應自上而下，快速均勻進行。厚度控制在3 mm，且不出現斷膠現象。

4)拼裝。

拼裝時，調整節段的標高和中線位置，安裝精軋螺紋鋼，用4臺100 t穿心千斤頂同時施力。

5)臨時張拉。

臨時張拉一是固定節段，保證在永久預應力張拉前，節段之間不會相對錯動；二是提供膠體凝結所需的壓力。為此還特殊加工制作了鋼錨塊，安裝在節段頂底板預留孔洞起臨時張拉支座作用。

接縫面涂膠過程中，提前做好臨時預應力張拉準備工作。精軋螺紋鋼、張拉千斤頂、張拉油泵準備到位。張拉工作在環氧膠尚未凝結前開始。

6)預應力鋼絞線穿束與張拉。

為提高穿鋼絞線的效率，采用卷揚機牽引穿束。預應力束張拉時嚴格按照圖紙和規范進行。

2.4.2 造橋機關鍵技術及創新點

造橋機關鍵技術及創新點如下：

1)增改了結構新穎的回轉天車，確保節段移動靈活及任意角度的旋轉。天車走行部分采用變頻調速技術，在梁段的起升、移運、回轉、橫移等過程中，能夠運行平穩、對位準確、操作靈活方便。節段可在空中任意調整位置，保證順利安裝。

2)造橋機采用上行式桁架結構，節段采用懸吊支撐方式[10]。首末孔可直接架設，不用其他輔助工程和設備，且不受墩寬和梁寬限制，可滿足最大64 m不同跨度雙線簡支梁節段拼裝。

3)雙承重梁、變截面桁架結構形式，既可以滿足大跨度、大噸位簡支箱梁的承重要求，還可以保證縱橫向整體穩定性。

4)造橋機兩跨邁步過孔。造橋機通過前、中、后支腿支撐在混凝土橋墩或既有混凝土梁上，過孔時通過自動倒運支腿。邁步式過孔，操作安全靈活。

5)運梁車實現一機多用，可作為造橋機后支點小車用于過孔，運梁車自帶動力，主要功能是從預制梁場運送梁段至造橋機，同時也可以在造橋機前移過孔時當做后支點小車。

6)建立梁段懸吊體系、調梁信息系統。每個吊桿配置測力傳感器，通過計算機自動采集數據，可以實時測試每個吊桿受力大小。通過吊桿上配置的穿心千斤頂調整吊桿受力，同時還能完成梁段標高的微調，使梁段精確就位。

2.5 技術經濟比選

膠拼梁梁高及預應力度較相同跨度濕拼梁增大，梁高增加的混凝土量約為1.6%，預應力增加約5%。由于預應力度提高，主拉應力降低，可取消豎向預應力，但要增加環氧膠費用。另外，膠拼梁無需在支架上現澆混凝土，節省工序和混凝土養生時間[11]。

膠拼梁的施工工藝較濕拼梁復雜，但機械設備利用率高，從單純工程量比較，兩者經濟指標基本相當。但膠拼梁工期大大縮短，由此引起的管理費、人員、機械設備窩工及租賃折舊費用則大為減少，經濟效益大為增加。當橋梁為控制性工程時，提前竣工通車帶來的經濟效益和社會效益則更為巨大。

64 m簡支膠拼箱梁每延米造價約為6.98萬元，而64 m T構每延米造價約為7.73萬元。膠拼梁比濕拼梁和同等跨度連續梁在技術經濟方面均有明顯優勢。但節段拼裝梁一般要在10孔以上才能顯示出其經濟優勢，單純少量孔數沒有經濟優勢。

3 膠接工藝

膠接縫處涂刷環氧密封膠，為避免孔道堵塞，需在孔道處采取處理措施，確保密封性能，這是膠接拼裝箱梁的關鍵技術[12]。對節段之間膠縫所用無溶劑型雙組分觸變性橋梁專用環氧黏結劑，委托第三方進行質量檢測。

環氧膠在節段拼裝橋梁結構中具有密封及防水作用，可彌補預制混凝土接縫面輕微不平整現象，同時起到潤滑作用。環氧樹脂黏結劑未固化前為黏稠狀態，拼接時因環氧黏結劑的潤滑作用使剪力鍵滑進定位，便于拼裝時節段定位準確。

環氧密封膠應有較好的施工性能，易于涂刮而無流掛，同時具有良好的耐老化、耐強堿腐蝕性能，與混凝土顏色保持一致，滿足冬季低溫和夏季高溫氣候條件下拼裝施工需求。

涂膠應采用雙面施工，接縫面兩側各涂刷1.5 mm厚，且不出現斷膠現象。環氧密封膠觸變性要求在任何溫度下，涂抹厚度超過6 mm時，無滴落、無流掛。

4 長短線結合工法創新

長線法預制臺座占用場地面積大，臺座基礎成本高，但易于線型控制。短線法預制臺座短，各節段需匹配試拼裝，線形控制復雜，施工成本低，技術要求高。

根據箱梁的結構形式及成橋的線形特點，本橋采用長短線結合方式，在預制場設置短線匹配梁段(端頭節)制梁臺座和長線中間節段制梁臺座相結合預制節段梁。

經工程實踐，長短線結合工法特點突出，更容易保證節段線形和尺寸。梁體的預制工廠化，施工質量好，對于箱梁整體是從兩個梁端向中間節段逐節匹配澆筑至中跨合攏，累計偏差因素少，箱梁整體線形好，拼接時更容易調整。節段箱梁的養護時間較長，有利于梁體混凝土徐變，減小預應力損失。橋梁上部結構節段預制和下部結構的施工可組織平行流水施工，速度快、工期短[13]。

5 信息化監測

節段拼裝梁作為一種新的工藝、工法，預制及安裝精度控制要求極高，線形控制更嚴格，閻機城際鐵路以質量創優為核心，以技術創新為根本，建立智能張拉壓漿、運架梁設備等13項信息化系統，全過程實時監控。在梁體架設過程中，通過對造橋機安裝采集設備進行安全管控，基于結構方程模型(SEM)，在運、架設備支腿的液壓系統進油路上安裝壓力傳感器來判斷支腿左右兩側受力平衡性，利用神經網絡遺傳算法對造橋機設備運行狀態進行自動判定。自招標階段就不斷強化橋梁施工信息化管理，加大安全監測監控信息化系統的建設及應用，提高項目安全管控能力。

6 結語

膠接節段拼裝技術實現梁部工程工廠化、標準化生產，工序簡潔，工效提高，質量更容易保證，具有較好的經濟性。在當前大力提倡碳中和、建造綠色工程的理念下，膠拼梁更能體現出優越性[14]。涇河特大橋64 m節段膠接箱梁的成功實施，進行了一系列的創新和技術革新，為國內同類城際鐵路橋梁施工積累了一整套施工工藝和經驗，形成了較成熟的64 m大跨度膠接節段預制拼裝橋梁工藝工法。這將為后續類似項目提供有力的借鑒，充分發揮綠色城際鐵路的經濟效益和社會效益。