跨海橋梁超高曲線變截面節(jié)段預(yù)制關(guān)鍵技術(shù)

曾憲柳

（中交第二航務(wù)工程局第五工程分公司，湖北 武漢 430040）

0 引言

節(jié)段預(yù)制梁橋具有工程成本低、進(jìn)度快、耐久性好、節(jié)能環(huán)保，工程設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)化、預(yù)制工廠化、現(xiàn)場(chǎng)施工裝配化等特點(diǎn)，近年來(lái)在橋梁建設(shè)中逐步被采用。隨著信息化技術(shù)的高速發(fā)展，專業(yè)的設(shè)計(jì)、施工監(jiān)控軟件和大數(shù)據(jù)核心技術(shù)逐步應(yīng)用于節(jié)段預(yù)制懸臂橋梁建設(shè)中，如南京四橋、福建集美大橋、港珠澳大橋香港接線橋等。但由于預(yù)制懸臂拼節(jié)段梁為變截面、體積大、梁體高，易受地形以及運(yùn)輸條件限制，未能夠在橋梁設(shè)計(jì)中大量采用，施工經(jīng)驗(yàn)少。結(jié)合秀山跨海大橋副通航孔橋節(jié)段預(yù)制梁的施工實(shí)踐，探索總結(jié)出了一套超高曲線變截面節(jié)段預(yù)制梁施工工藝和關(guān)鍵技術(shù)。

1 工程概況

秀山跨海大橋連接浙江舟山官山島和秀山島，橋梁全長(zhǎng)3 063 m，副通航孔橋上部結(jié)構(gòu)為主跨153 m的預(yù)應(yīng)力混凝土剛構(gòu)-連續(xù)箱梁，跨徑布置為（81 m+4×153 m+81 m）。橋梁位于半徑1 600 m圓曲線、緩和曲線及橫坡-2%～2%的超高漸變曲線段上。箱梁截面為單箱室結(jié)構(gòu)，梁高從墩頂至跨中變化為9.5～4.0 m，梁頂寬11.55 m，梁底寬5 m，腹板厚度從墩頂至跨中變化為0.8～0.4 m，梁底為1.8次拋物線，見圖1。梁體標(biāo)準(zhǔn)節(jié)段長(zhǎng)度分別為3 m、3.5 m、4 m、5 m。主梁主體采用工廠節(jié)段預(yù)制現(xiàn)場(chǎng)懸臂拼裝施工[1]。

圖1 節(jié)段預(yù)制梁橫斷面圖（cm）Fig.1 Cross section of precast segmental girder(cm)

2 施工難點(diǎn)

浙江秀山跨海大橋與國(guó)內(nèi)同類橋梁建設(shè)工藝相比，節(jié)段梁預(yù)制難點(diǎn)在于：1）橋梁位于小半徑、超高（橫坡2%～-2%）緩和曲線段，橋梁曲線及超高段需要通過箱梁結(jié)構(gòu)曲線和尺寸變化調(diào)整，模板系統(tǒng)必須滿足變截面及適應(yīng)扭轉(zhuǎn)功能，施工操作困難，線形精度控制難度大。2）多聯(lián)多跨徑連續(xù)剛構(gòu)，跨度達(dá)153 m，每個(gè)T構(gòu)劃分39節(jié)段，梁段類型多、構(gòu)造復(fù)雜、模板設(shè)計(jì)要求高。3）梁高4.0～9.5 m，變截面腹板+梁底拋物線，梁底線型為1.8次拋物線，截面尺寸變化大。4）梁段高長(zhǎng)比大、大斜度底板，梁段穩(wěn)定性差，抗滑動(dòng)傾覆措施要求高。

3 節(jié)段梁預(yù)制工藝

秀山跨海大橋副通航孔橋主梁主體設(shè)計(jì)為節(jié)段梁工廠預(yù)制，現(xiàn)場(chǎng)橋面吊機(jī)懸臂拼裝施工工藝。節(jié)段梁在專門預(yù)制廠采用短線匹配法預(yù)制，將每個(gè)T構(gòu)劃分成39個(gè)節(jié)段預(yù)制單元，并將橋梁成橋坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為工廠預(yù)制局部坐標(biāo)，以墩頂0號(hào)塊作為預(yù)制起始節(jié)段，向跨中對(duì)稱逐段匹配預(yù)制T構(gòu)，完成1/2T構(gòu)懸臂節(jié)段[2]至合龍段。節(jié)段梁預(yù)制時(shí)以已預(yù)制節(jié)段梁（匹配梁段）后端模作基準(zhǔn)，調(diào)整相鄰待澆梁段平面位置和高程以滿足設(shè)計(jì)線形。

節(jié)段梁預(yù)制采用分區(qū)分段預(yù)制工藝，多套模板分區(qū)段匹配預(yù)制，每套模板預(yù)制3～5榀箱梁[3]。與傳統(tǒng)工藝相比，單模預(yù)制范圍縮小，變化塊數(shù)量減少，可降低模板設(shè)計(jì)制造難度和預(yù)制精度；多點(diǎn)流水作業(yè)，能提高工效匹配總效率，模板總高度降低，可降低施工安全風(fēng)險(xiǎn)。

4 節(jié)段梁預(yù)制施工關(guān)鍵技術(shù)

4.1 全廠房預(yù)制廠布設(shè)

為改善施工作業(yè)環(huán)境，減小天氣變化對(duì)施工生產(chǎn)的影響，全面提升預(yù)制梁品質(zhì)工程質(zhì)量及標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)，采用全廠房預(yù)制生產(chǎn)線。預(yù)制廠設(shè)計(jì)布置為42 m×320 m，見圖2。

圖2 全廠房預(yù)制廠平面布置圖Fig.2 Layout plan of full factory prefabrication yard

設(shè)置T構(gòu)節(jié)段預(yù)制梁生產(chǎn)線2條，2條生產(chǎn)線間設(shè)有1條6 m寬運(yùn)輸通道。每條生產(chǎn)線均由鋼筋綁扎裝配區(qū)、節(jié)段梁預(yù)制區(qū)、模板堆放區(qū)、節(jié)段梁存放區(qū)組成。測(cè)量區(qū)設(shè)置測(cè)量塔8個(gè)，采用鋼管樁打設(shè)而成；預(yù)制臺(tái)座采用臺(tái)車模板，臺(tái)座模板按1∶3配置。鋼筋綁扎區(qū)設(shè)有若干分離式鋼筋綁扎胎架和4個(gè)節(jié)段鋼筋籠安裝主胎架，長(zhǎng)度為80 m，配置40 t龍門吊1臺(tái)。模板堆放區(qū)負(fù)責(zé)模板修整、清理、打磨、涂油，長(zhǎng)度70 m，配置40 t龍門吊1臺(tái)。存梁區(qū)設(shè)有專用臺(tái)座，配置200 t龍門吊1臺(tái)。

4.2 節(jié)段預(yù)制梁測(cè)量控制

節(jié)段預(yù)制梁測(cè)量采用儀器主控“六點(diǎn)”法和尺量復(fù)核“四點(diǎn)”法結(jié)合，運(yùn)用“雙控”技術(shù)進(jìn)行測(cè)量和監(jiān)控，克服了傳統(tǒng)節(jié)段預(yù)制梁測(cè)量與監(jiān)控的不足，提高了節(jié)段梁匹配功效和預(yù)制精度。

六點(diǎn)法是先確定預(yù)制廠從“待澆節(jié)段”到“匹配節(jié)段”的預(yù)制局部坐標(biāo)系，以固定端模上部的中心為坐標(biāo)原點(diǎn)，在待澆梁段的前后兩端中心線和腹板處分別埋設(shè)6個(gè)控制點(diǎn)坐標(biāo)來(lái)定位，在待澆梁頂面中線布設(shè)2個(gè)測(cè)點(diǎn)（BH、FH），在兩側(cè)腹板頂面布設(shè)4個(gè)測(cè)點(diǎn)（BL、BR、FL、FR），形成3條控制線，確定待澆節(jié)段梁平面線形、立面線形和橫坡。見圖3。

圖3 節(jié)段梁控制點(diǎn)布設(shè)圖Fig.3 Layout of control points of segmental girder

四點(diǎn)尺量復(fù)核法是由架設(shè)在穩(wěn)定平臺(tái)上的精密水準(zhǔn)儀測(cè)得腹板高程（其中固定端模中點(diǎn)作為高程水準(zhǔn)點(diǎn)），由已標(biāo)定的鋼卷尺測(cè)得各高程點(diǎn)的兩兩間距，通過間距計(jì)算得出各點(diǎn)的平面相對(duì)位置關(guān)系，并計(jì)算箱梁前后兩端中心坐標(biāo)，分別構(gòu)成高程控制線和中軸控制線，以3條控制線的空間位置確定橋梁的線形與姿態(tài)。

4.3 墩頂塊新型預(yù)制殼體結(jié)構(gòu)

墩頂梁段數(shù)量少、重量大，是制約預(yù)制和安裝設(shè)備的關(guān)鍵[4]，常規(guī)墩頂塊結(jié)構(gòu)為墩頂塊整體現(xiàn)澆和預(yù)制下部+現(xiàn)澆上部?jī)煞N形式。整體現(xiàn)澆墩頂塊不參與匹配預(yù)制，兩側(cè)設(shè)置濕接縫，制約安裝效率，現(xiàn)場(chǎng)施工工作量大；預(yù)制下部+現(xiàn)澆上部墩頂塊需大量支設(shè)模板、連接鋼筋及管道，二次澆筑現(xiàn)場(chǎng)工作量大，影響工期。

采用新型預(yù)制殼體結(jié)構(gòu)，將長(zhǎng)9 m、高8.83～9.5 m墩頂塊分為三節(jié)段在預(yù)制廠預(yù)制，分別為A號(hào)、B號(hào)、A號(hào)。墩頂梁段頂、底板與橫隔墻部分挖空，安裝完成后進(jìn)行混凝土二次澆筑，挖空后殼體單節(jié)重量小于160 t，見圖4。該結(jié)構(gòu)施工優(yōu)點(diǎn)在于：利用隔墻作為墩頂二次現(xiàn)澆混凝土模板，減少現(xiàn)場(chǎng)模板安拆工程量，加快了施工進(jìn)度；挖空頂?shù)装宀糠只炷?，減小預(yù)制梁段重量，降低吊裝設(shè)備的起重量。

圖4 墩頂預(yù)制塊結(jié)構(gòu)圖Fig.4 Structural diagram of precast block on pier top

4.4 創(chuàng)新模板系統(tǒng)

4.4.1 底模創(chuàng)新系統(tǒng)

節(jié)段預(yù)制梁底模采用具有發(fā)明專利技術(shù)的模板臺(tái)車結(jié)構(gòu)，底模臺(tái)車安裝在預(yù)設(shè)軌道上，可步履式自動(dòng)行走。底模臺(tái)車上設(shè)有豎向液壓頂升油缸、液壓水平移動(dòng)油缸、液壓旋轉(zhuǎn)油缸可實(shí)現(xiàn)底模在三維空間上位置調(diào)整；臺(tái)車設(shè)有多個(gè)疊加增高架，以滿足不同高度的箱梁預(yù)制施工；底模設(shè)有可調(diào)絲桿可實(shí)現(xiàn)底模平面任意傾角調(diào)整，見圖5。底模臺(tái)車使用方便，能夠根據(jù)超高扭曲體橋梁不同節(jié)段要求調(diào)整底模的位置和傾角，實(shí)現(xiàn)底模自動(dòng)化快速安裝，縮短施工作業(yè)時(shí)間，提高了施工功效。

圖5 底模臺(tái)車結(jié)構(gòu)圖Fig.5 Structure of bottom formwork trolley

4.4.2 側(cè)模創(chuàng)新系統(tǒng)

通常超高扭曲體預(yù)制節(jié)段箱梁外側(cè)模板根據(jù)橋梁的不同節(jié)段配置不同類型的側(cè)模系統(tǒng)，以適應(yīng)橋梁的結(jié)構(gòu)線型。一種具有專利技術(shù)的新型箱梁側(cè)模系統(tǒng)，每套模板匹配預(yù)制同一區(qū)段內(nèi)多榀箱梁，具體由外側(cè)模架、側(cè)模板、翼緣模板和調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)組成，見圖6。豎向側(cè)模通過模板調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)連接于側(cè)模架上，翼緣模板鉸接于豎向側(cè)模上端，翼緣模板與側(cè)模架之間設(shè)置有調(diào)節(jié)絲桿，通過側(cè)模調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)和自動(dòng)化液壓系統(tǒng)協(xié)同調(diào)整模板，以滿足橋梁線型。超高曲線段立模時(shí)，分別調(diào)節(jié)豎向頂桿和調(diào)節(jié)絲桿，讓側(cè)模旋轉(zhuǎn)一定的角度（大面積板面設(shè)計(jì)為半柔性體，其剛度在滿足常規(guī)梁段預(yù)制的前提下，需適應(yīng)一定變形的要求），調(diào)節(jié)豎直旋桿、水平旋桿和斜旋桿，將翼板模板扭曲，微調(diào)到設(shè)計(jì)值[5]。不同梁高節(jié)段立模時(shí)，通過調(diào)整側(cè)模調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)配合底模臺(tái)車增高架協(xié)同完成。側(cè)模結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，能很好解決節(jié)段梁高度變化大、橫坡也變化的曲線超高扭曲節(jié)段梁的預(yù)制難題[6]。

圖6 側(cè)模系統(tǒng)圖Fig.6 Diagram of side formwork system

4.4.3 內(nèi)模創(chuàng)新系統(tǒng)

超高扭曲體箱梁內(nèi)模采用自動(dòng)開合、行走的全自動(dòng)液壓模板系統(tǒng)。主要包括行走系統(tǒng)、內(nèi)模架、內(nèi)模及內(nèi)模自動(dòng)液壓系統(tǒng)。內(nèi)模架可承重和自動(dòng)橫移行走，內(nèi)模架設(shè)有用于支撐內(nèi)模的鋼桁架和內(nèi)模架頂架，鋼桁架設(shè)有調(diào)節(jié)內(nèi)模的液壓系統(tǒng)，通過液壓油缸同步伸縮形成整體開合，實(shí)現(xiàn)內(nèi)模同步關(guān)模和脫模，各模板之間設(shè)置有用于微調(diào)和固定內(nèi)模的可調(diào)撐桿。關(guān)模操作：先將可重載橫移內(nèi)模架行走到位，開啟內(nèi)模鋼桁架液壓油缸，頂升模板沿4個(gè)方向移動(dòng)到位，再使用可微調(diào)和固定內(nèi)模的可調(diào)撐桿精確調(diào)整模板位置。脫模操作：按照相逆施工順序，先拆除固定內(nèi)模的可調(diào)撐桿，再收縮內(nèi)模鋼桁架液壓油缸，橫移內(nèi)模架退出預(yù)制箱梁。

該內(nèi)模系統(tǒng)能滿足節(jié)段預(yù)制梁各種結(jié)構(gòu)變化的需要，施工安全，操作方便，可縮短施工時(shí)間，有效降低施工勞動(dòng)強(qiáng)度。

4.5 節(jié)段梁鋼筋成型技術(shù)

節(jié)段預(yù)制箱梁鋼筋通常采用固定專用臺(tái)座綁扎成型，利用專用吊具將鋼筋骨架整體吊裝入模安裝固定。由于秀山跨海大橋節(jié)段梁體積大，梁高且截面尺寸變化大，采用固定鋼筋綁扎專用臺(tái)座存在以下缺點(diǎn)：不能適應(yīng)截面尺寸及梁高變化；腹板單根鋼筋重量大，需設(shè)備輔助配合，工效低；高空作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)大[7-8]。

秀山大橋預(yù)制節(jié)段梁鋼筋施工采取新型分離式可調(diào)鋼筋綁扎臺(tái)座：分離式可調(diào)臺(tái)座+主臺(tái)座創(chuàng)新工藝。即先將節(jié)段箱梁底板、腹板、頂板鋼筋分別在不同的分胎架上采用數(shù)字化自動(dòng)焊接技術(shù)形成鋼筋部品，再分別將鋼筋部品吊至主胎架上拼裝成型，最后再將整節(jié)段鋼筋吊裝入模。與傳統(tǒng)工藝相比具有以下優(yōu)點(diǎn)：變高空為地面施工，無(wú)需逐根吊裝，可采用數(shù)字化自動(dòng)焊接技術(shù)形成鋼筋部品，工效高；分離式可調(diào)鋼筋臺(tái)座，能適應(yīng)截面尺寸及梁高變化；采用多個(gè)分離式可調(diào)鋼筋臺(tái)座同步作業(yè)，可縮短工期；變高空為地面綁扎鋼筋，有效降低了安全風(fēng)險(xiǎn)。

4.6 節(jié)段預(yù)制梁抗滑動(dòng)傾覆措施

由于節(jié)段預(yù)制箱梁高長(zhǎng)比大，梁底大斜度底板高差大，梁段穩(wěn)定性差，在預(yù)制和存放時(shí)容易造成箱梁滑動(dòng)傾覆，必須有可靠的抗滑動(dòng)傾覆措施。在節(jié)段梁預(yù)制中，采取以下兩種防止箱梁抗滑動(dòng)傾覆措施：一是在匹配梁端部腹板對(duì)應(yīng)位置設(shè)固定支撐架，支撐架底端通過螺栓錨固在混凝土地面，側(cè)面設(shè)置可調(diào)絲桿支撐匹配梁，絲桿與匹配梁接觸面墊硬木板或橡膠板。二是底模與梁底板間設(shè)抗滑移支撐。即在底模縱向型鋼端部設(shè)置反力架，反力架與型鋼采用螺栓連接，反力架與匹配梁接觸面墊硬三角木方，以防止梁體滑移傾覆。見圖7。

圖7 節(jié)段預(yù)制梁防滑移傾覆裝置圖（mm）Fig.7 Anti sliding and overturning device of precast segmental girder(mm)

5 結(jié)語(yǔ)

秀山跨海大橋副通航孔橋位于小半徑、超高、曲線變坡段，橋梁設(shè)計(jì)跨度大、預(yù)制節(jié)段多、箱梁高度變化和截面變化大，對(duì)箱梁節(jié)段預(yù)制工藝和線型控制提出了很高的要求。針對(duì)曲線變截面節(jié)段梁短線匹配預(yù)制難題，通過優(yōu)化施工作業(yè)環(huán)境、墩頂塊結(jié)構(gòu)形式、施工工藝流程以及研發(fā)了鋼筋、模板創(chuàng)新專利技術(shù)，形成了跨海橋梁超高曲線變截面節(jié)段預(yù)制關(guān)鍵技術(shù)，為類似橋梁施工提供了經(jīng)驗(yàn)和借鑒。

副通航孔橋預(yù)制拼裝完成后實(shí)測(cè)與理論數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，軸線最大偏差±3 mm，高程最大偏差±3 mm，線形平順，控制效果較好。