高速鐵路56 m節(jié)段拼裝箱梁短線單獨(dú)預(yù)制法施工技術(shù)研究

劉保成

（中鐵二十二局集團(tuán)第四工程有限公司 天津 301700）

1 引言

節(jié)段拼裝箱梁施工技術(shù)可將整個(gè)箱梁在縱向分成若干個(gè)節(jié)段，采用工廠化預(yù)制后運(yùn)輸至相應(yīng)橋位組裝、拼接并整體施加預(yù)應(yīng)力后形成箱梁結(jié)構(gòu)［1］。這種施工技術(shù)的橋梁跨度適應(yīng)范圍廣、對(duì)周邊環(huán)境和交通影響小、機(jī)械化程度高、安全性和經(jīng)濟(jì)效益好［2］。節(jié)段預(yù)制技術(shù)是節(jié)段拼裝箱梁拼裝的基礎(chǔ)［3］，本文通過56 m節(jié)段拼裝簡(jiǎn)支箱梁施工對(duì)節(jié)段梁體單獨(dú)預(yù)制法施工技術(shù)進(jìn)行研究。

2 工程概況

橋址區(qū)位于黃土溝壑區(qū)，兩側(cè)溝壑區(qū)地形破碎，起伏較大，高程在940～1 050 m，相對(duì)高差110 m。56 m混凝土簡(jiǎn)支箱梁采用單箱單室、等高度、變截面結(jié)構(gòu)。箱梁頂寬12.6 m，底寬6.7 m，梁體預(yù)制混凝土等級(jí)為C55，單片箱梁由13個(gè)預(yù)制節(jié)段濕接法組成。箱梁架設(shè)采用龍門吊及運(yùn)梁小車配合造橋機(jī)整孔組拼施工。

3 短線單獨(dú)預(yù)制法施工工藝

短線單獨(dú)預(yù)制施工工藝與常用的長(zhǎng)線法或短線法節(jié)段預(yù)制工藝有明顯的區(qū)別，節(jié)段塊由定型模板單獨(dú)預(yù)制，相互不影響，由節(jié)段塊預(yù)制引起的線形誤差通過混凝土濕接縫調(diào)整可滿足梁體之間匹配精度要求［4］。具有節(jié)段預(yù)制速度快、生產(chǎn)成本低、場(chǎng)地適應(yīng)性強(qiáng)等典型優(yōu)勢(shì)［5］。

3．1 節(jié)段預(yù)制梁場(chǎng)布置

節(jié)段預(yù)制梁場(chǎng)設(shè)置在特大橋右側(cè)，場(chǎng)內(nèi)分鋼筋加工區(qū)、制梁區(qū)、箱梁養(yǎng)護(hù)區(qū)、存梁區(qū)、造橋機(jī)拼裝區(qū)等。預(yù)制場(chǎng)內(nèi)設(shè)置數(shù)個(gè)制梁臺(tái)座和養(yǎng)護(hù)臺(tái)座，制梁臺(tái)座分為端部節(jié)段預(yù)制臺(tái)座、過渡節(jié)段預(yù)制臺(tái)座和標(biāo)準(zhǔn)節(jié)段預(yù)制臺(tái)座三種；養(yǎng)護(hù)臺(tái)座兼做整修臺(tái)座，臺(tái)座周圍設(shè)噴淋系統(tǒng)。

3．2 預(yù)制塊線形控制

單獨(dú)預(yù)制法施工相鄰預(yù)制塊之間的匹配精度誤差可由拼裝濕接縫進(jìn)行調(diào)節(jié)，因此在預(yù)制期間對(duì)箱梁的縱向坡度和預(yù)拱度的精準(zhǔn)度要求不高［6］，但是在保證幾何尺寸滿足要求的基礎(chǔ)上節(jié)段塊頂?shù)酌姹仨毐３炙綘顟B(tài)，以方便后期預(yù)制塊的拼裝調(diào)整［7］。

箱梁模板的準(zhǔn)確定位是保證箱梁幾何尺寸滿足要求的基礎(chǔ)。節(jié)段塊預(yù)制施工前必須建立箱梁局部坐標(biāo)系［8］，計(jì)算出節(jié)段塊控制點(diǎn)的坐標(biāo)值。在預(yù)制場(chǎng)地現(xiàn)場(chǎng)坐標(biāo)的基礎(chǔ)上，準(zhǔn)確定位出模板位置后方可進(jìn)行節(jié)段的預(yù)制［9］。

4 節(jié)段塊預(yù)制施工工藝

56 m節(jié)段拼裝簡(jiǎn)支箱梁節(jié)段分為端頭節(jié)段、過渡節(jié)段和中間節(jié)段三種。節(jié)段塊采用流水預(yù)制法施工模式，主要涉及模板、鋼筋、混凝土澆筑和養(yǎng)護(hù)、預(yù)應(yīng)力孔道施工、節(jié)段吊移等內(nèi)容。

4．1 模板施工

根據(jù)流水施工速度和勞動(dòng)力配置，制梁區(qū)配置端頭節(jié)段模板一套、過渡節(jié)段模板1套、標(biāo)準(zhǔn)節(jié)模板2套。單個(gè)節(jié)段塊預(yù)制模板可分成外模板和內(nèi)模板兩部分，外模板采用定型鋼模板，分為底模板、側(cè)模板和端頭模板三種；內(nèi)模板為拼裝式液壓模板，配有專門的平移軌道。模板連接處設(shè)橡膠條，增加模板的密封效果。底模板和側(cè)模板均由鋼面板和支撐骨架焊接而成，端模板設(shè)鋼筋和管道的預(yù)留孔。為方便對(duì)箱梁模板的定位調(diào)整，底模板與制梁臺(tái)座的預(yù)埋件焊接固定在一起，側(cè)模板采用固定弧形模板，通過絲杠調(diào)整其高程和平面位置。

臺(tái)座的地基承載力及模板強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性滿足設(shè)計(jì)要求，幾何尺寸和平整度經(jīng)驗(yàn)收合格后方可在制梁臺(tái)座上安裝使用。為方便模板定位，提高模板安裝效率，制梁臺(tái)座外圍設(shè)置模板安裝卡位器。模板安裝前在表面均勻涂抹脫模劑，底模板安裝時(shí)不設(shè)預(yù)拱度，端模板必須處于垂直狀態(tài)，且模板連接處要緊密，相鄰模板間無漏漿問題。

4．2 鋼筋施工

端頭節(jié)段和過渡節(jié)段因箱梁內(nèi)部尺寸變化明顯，加強(qiáng)筋布置較多，宜在制梁臺(tái)座上直接綁扎成型；標(biāo)準(zhǔn)節(jié)段的鋼筋幾何尺寸相對(duì)固定，適宜在鋼筋加工區(qū)綁扎臺(tái)座上整體綁扎。

1#端頭節(jié)段和3#過渡節(jié)段采用制梁臺(tái)座上綁扎方式，在臺(tái)座上安裝節(jié)段塊底模板、側(cè)模板和端模板，通過測(cè)量定位放線，人工調(diào)整底模的平整度、端模板的垂直度、側(cè)模板的線形及節(jié)段塊整體的標(biāo)高和幾何形狀，模板精度符合要求后緊固模板調(diào)節(jié)絲杠和連接螺栓以固定模板。鋼筋綁扎時(shí)首先使用鋼筋定位卡具綁扎底板和腹板鋼筋，利用定位網(wǎng)片定位預(yù)應(yīng)力管道的位置，腹板鋼筋綁扎過程中穿入預(yù)應(yīng)力管道。內(nèi)模板通過軌道滑入，與端模板連接固定后綁扎頂板鋼筋并安裝預(yù)埋件。

5#和7#節(jié)段塊為標(biāo)準(zhǔn)節(jié)，鋼筋在加工區(qū)鋼筋綁扎臺(tái)座上整體綁扎成型。鋼筋綁扎完成并驗(yàn)收合格后采用機(jī)械吊入制梁臺(tái)座已調(diào)整并固定好的節(jié)段塊外模板內(nèi)，滑入內(nèi)模，再次檢查調(diào)整模板并連接固定后，測(cè)量定位安裝預(yù)埋件。

4．3 混凝土澆筑

預(yù)制塊采用C55混凝土現(xiàn)澆施工。砼采用高強(qiáng)度水泥、級(jí)配良好的中粗砂和碎石，由砼拌和站集中拌和。砂石料使用前用清水沖洗干凈，拌和前根據(jù)原材料的含水率及時(shí)調(diào)整施工配合比，坍落度控制在180～200 mm之間，運(yùn)輸時(shí)間不超過30 min。

混凝土澆筑總原則：“水平分層，從一端向另一端連續(xù)澆筑、一次成型”。箱梁混凝土采用泵送或龍門吊垂直入模，施工前專人負(fù)責(zé)檢查箱梁模板、鋼筋、預(yù)應(yīng)力管道、預(yù)埋件尺寸及位置等隱蔽工序施工質(zhì)量。砼澆筑前用清水將模板沖洗干凈。

混凝土澆筑時(shí)保持兩側(cè)腹板同步施工，澆筑面高差不大于30 cm，防止內(nèi)模偏移。混凝土采用插入式振搗棒和附著式振動(dòng)器組合振搗工藝，振搗棒移動(dòng)距離控制在工作半徑的1.5倍以內(nèi)，與模板和預(yù)應(yīng)力孔道間距保持在10 cm左右。頂板采用提漿整平機(jī)整平，初凝前后由人工收面，防止箱梁表面出現(xiàn)細(xì)微裂隙。

養(yǎng)護(hù)作業(yè)人員必須保證24 h不間斷養(yǎng)護(hù)。節(jié)段梁養(yǎng)護(hù)時(shí)不得直接用水沖向混凝土表面，以免增大混凝土芯部和表面的溫差；拆模后應(yīng)及時(shí)覆蓋土工布，不得使混凝土外露面長(zhǎng)時(shí)間暴露在陽光下，以免混凝土產(chǎn)生干裂。

4．4 混凝土養(yǎng)護(hù)

砼收面完成后頂板和底板外露面采用塑料薄膜覆蓋、鋪設(shè)雙層濕潤土工布、噴淋灑水保濕養(yǎng)護(hù)方式，不得直接將水灑在箱梁表面，大氣溫度過低時(shí)采用蒸汽養(yǎng)護(hù)方式。養(yǎng)護(hù)以砼表面充分濕潤為度，養(yǎng)護(hù)時(shí)間不小于14 d，空氣濕度低于40%或溫度較低時(shí)，養(yǎng)護(hù)時(shí)間延長(zhǎng)至21 d。夏季施工時(shí)，在箱梁模板外表面用透水土工布架空覆蓋，防止箱梁溫差裂縫的產(chǎn)生。節(jié)段塊拆模后吊至養(yǎng)護(hù)區(qū)，砼表面噴涂養(yǎng)護(hù)液，并繼續(xù)養(yǎng)護(hù)。

4．5 預(yù)應(yīng)力管道施工

節(jié)段塊內(nèi)部預(yù)應(yīng)力孔道采用橡膠抽拔棒成孔，橡膠管用定位網(wǎng)固定。定位網(wǎng)在專用的胎卡具上焊接成型，沿線路方向50 cm布置一道并與骨架鋼筋焊接牢固。在橡膠管內(nèi)穿入直徑12 mm的支撐鋼筋，確保管道定位準(zhǔn)確、線形流暢、平順無死彎、弧度滿足要求。

混凝土強(qiáng)度達(dá)到2 MPa后，先抽出橡膠管內(nèi)的支撐鋼筋，按照“先下層，后上層”的原則從一端用卷揚(yáng)機(jī)抽拔橡膠管，通過觀察已抽出橡膠管外表面的混凝土附著色，驗(yàn)證抽拔時(shí)間的準(zhǔn)確性，若橡膠管表面為灰白色，說明抽拔時(shí)間過早，應(yīng)適當(dāng)延后。

4．6 節(jié)段吊移

節(jié)段塊在梁段頂板翼部預(yù)埋吊裝套管，周圍設(shè)螺旋筋加固。吊裝套管用吊裝孔限位架來保證吊孔的垂直度及位置準(zhǔn)確，以保證提升吊桿與承載面垂直受力。

混凝土強(qiáng)度達(dá)到吊裝要求后可轉(zhuǎn)運(yùn)至養(yǎng)護(hù)區(qū)。采用200 t龍門吊配合四根φ40精軋螺紋鋼將節(jié)段塊整體吊起。起吊和吊裝過程中始終保持吊梁頂托的平整性，防止因拉力不均對(duì)梁體造成損壞。

存梁臺(tái)座頂部設(shè)橡膠墊，臺(tái)座頂面標(biāo)高及平整度經(jīng)測(cè)量符合要求后方可將節(jié)段梁體緩慢放置在橡膠墊上?，F(xiàn)場(chǎng)工作人員對(duì)節(jié)段的編號(hào)、方向、生產(chǎn)日期、養(yǎng)護(hù)、幾何尺寸、外觀質(zhì)量等基本信息進(jìn)行登記并掛牌公示，對(duì)存在表面缺陷的節(jié)段塊及時(shí)采取修補(bǔ)措施。節(jié)段塊采用兩層堆放，上下層支墊位置必須對(duì)齊，測(cè)量人員定期對(duì)存梁臺(tái)座沉降、橡膠墊壓縮情況進(jìn)行檢查，防止節(jié)段塊損壞。

5 節(jié)段塊預(yù)制線形控制措施

節(jié)段塊預(yù)制期間，節(jié)段預(yù)制線形控制主要是對(duì)節(jié)段梁的幾何斷面進(jìn)行控制，如節(jié)段塊的幾何尺寸、軸線、垂向、水平控制等基本參數(shù)［10］。在制梁場(chǎng)內(nèi)設(shè)置坐標(biāo)控制網(wǎng)，提高模板拼裝、預(yù)留孔洞、中線控制等方面的精度，保證節(jié)段塊線形的控制精度。

5．1 建立節(jié)段塊局部坐標(biāo)系

因各節(jié)段塊的外表面尺寸相對(duì)比較規(guī)整，在預(yù)制過程中對(duì)每個(gè)預(yù)制塊建立獨(dú)立的局部坐標(biāo)系，以節(jié)段塊大里程端斷面底板中心點(diǎn)為原點(diǎn)0，以大里程方向箱梁中心線為x軸，節(jié)段塊大里程端斷面左側(cè)為y軸線，節(jié)段塊大里程端斷面頂?shù)字行狞c(diǎn)連接線為z軸。在局部坐標(biāo)系內(nèi)部計(jì)算節(jié)段塊各控制點(diǎn)的坐標(biāo)，并以此為基礎(chǔ)，進(jìn)行測(cè)量放樣，準(zhǔn)確定位出模板的空間位置。

節(jié)段塊預(yù)制期間在箱梁中心線上設(shè)置兩個(gè)中線控制點(diǎn)a和b，腹板頂端設(shè)置四個(gè)高程控制點(diǎn)c、d、e、f。在預(yù)制過程中不間斷測(cè)量并記錄數(shù)據(jù)，方便后期節(jié)段塊拼裝過程中及時(shí)調(diào)整［11］。

5．2 應(yīng)用測(cè)量觀測(cè)塔

以預(yù)制臺(tái)座中心線為基準(zhǔn)，在前后兩側(cè)設(shè)置測(cè)量觀測(cè)塔。測(cè)量控制塔中心點(diǎn)連線與節(jié)段塊縱向中心線、制梁臺(tái)座中心線在同一直線上，保證梁體中線不發(fā)生偏移。節(jié)段塊兩側(cè)端模板保持豎直狀態(tài)，兩端模中心點(diǎn)的連接線與觀測(cè)塔中心控制線保持重合，側(cè)模板上邊緣保持在同一水平面內(nèi)。

測(cè)量控制塔監(jiān)測(cè)制梁臺(tái)座的沉降變形、模板變形和箱梁中心線的偏差［12］。預(yù)制過程中通過監(jiān)測(cè)a、b觀測(cè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)變化確定梁體中心線的偏移數(shù)據(jù)，另在節(jié)段塊兩側(cè)端模板上各設(shè)置四個(gè)固定觀測(cè)點(diǎn)，監(jiān)控臺(tái)座沉降和模板變形。

6 施工效果分析

（1）節(jié)段塊預(yù)制施工速度

本工程預(yù)制塊的四套模板首次組拼時(shí)間為36 d。端頭節(jié)段鋼筋在制梁臺(tái)座上直接綁扎成型速度為2.5 d／孔；標(biāo)準(zhǔn)節(jié)段在鋼筋綁扎臺(tái)座整體綁扎速度為1 d／孔，正常條件下預(yù)制速度為22塊／月。適當(dāng)優(yōu)化施工工藝，提高作業(yè)人員素質(zhì)和技術(shù)水平后節(jié)段塊的預(yù)制速度可達(dá)到25塊／月，節(jié)段塊的預(yù)制工序?qū)φ麄€(gè)節(jié)段拼裝箱梁工程工期的影響較小。

（2）預(yù)制塊施工質(zhì)量分析

節(jié)段拼裝箱梁的節(jié)段塊體積小，定型鋼模板強(qiáng)度高，節(jié)段塊的幾何尺寸和變形量易于控制［13］。通過對(duì)已完工的52塊節(jié)段塊的預(yù)制質(zhì)量統(tǒng)計(jì)分析數(shù)據(jù)表明：節(jié)段塊成品的端部垂直度誤差在6 mm以內(nèi)，梁體中心線位置偏差在5 mm以內(nèi)，預(yù)應(yīng)力孔道位置偏差最大為11 mm，節(jié)段塊的整體幾何尺寸誤差在10 mm以內(nèi)，線形控制效果符合設(shè)計(jì)要求［14］。

節(jié)段塊混凝土的澆筑振搗和養(yǎng)生是施工質(zhì)量控制的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。采用制梁場(chǎng)工廠化預(yù)制法，砼施工全過程易于控制，砼養(yǎng)護(hù)施工方便及時(shí)，整個(gè)預(yù)制作業(yè)條件明顯優(yōu)于梁體原位現(xiàn)澆。節(jié)段塊的砼強(qiáng)度增長(zhǎng)速度較快，拆模后外觀質(zhì)量較好，可以確保節(jié)段塊的施工質(zhì)量。