新型節(jié)段預(yù)制膠拼技術(shù)在高鐵預(yù)應(yīng)力連續(xù)梁的應(yīng)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(lián)（40+56+40）m 連續(xù)梁采用新型節(jié)段預(yù)制膠接拼裝技術(shù)。該連續(xù)梁地處圓曲線上，曲線半徑是10km；連續(xù)梁每聯(lián)設(shè)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(jié)段最大質(zhì)量為190t；梁體為單箱單室結(jié)構(gòu)，梁底和梁頂寬度依次為6.7m 和12.6m。172 號～180 號墩的左側(cè)位置設(shè)計有預(yù)制場，通過長線法預(yù)制節(jié)段梁體，從172 號橋墩朝163 號橋墩方向進行架設(shè)，詳見圖1。

圖1 周淮特大橋跨新運河連續(xù)梁布置圖

2 結(jié)構(gòu)設(shè)計

周淮特大橋跨新運河3 聯(lián)（40+56+40）m 連續(xù)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(shè)置于梁端[1-3]。

圖2 主梁立面布置圖（單位：cm）

圖3 0 號段結(jié)構(gòu)優(yōu)化示意圖（單位：cm）

通過長線法預(yù)制梁段，實現(xiàn)與預(yù)制變截面箱梁最佳匹配效果。對比常規(guī)懸臂澆筑梁，分析研究新型節(jié)段預(yù)制拼裝連續(xù)梁技術(shù)，發(fā)現(xiàn)該技術(shù)不僅方便施工，而且等高設(shè)計讓模板最大程度重復(fù)利用，在節(jié)省費用的同時，可以取得更好的立面視覺效果。

2.1 新型節(jié)段劃分

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

2.2 新型預(yù)制節(jié)段0 號段優(yōu)化

新型預(yù)制節(jié)段0 號段因為是靴型和隔板結(jié)構(gòu)，另外板的厚度比較厚，通常重量大于其他節(jié)段，另外0 號段的施工狀況對后續(xù)節(jié)段的拼裝質(zhì)量產(chǎn)生直接影響[4]，所以是施工重點對象。

此工程對傳統(tǒng)掛籃懸臂澆筑(40+56+40)m 連續(xù)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(shè)置靴型構(gòu)造。

截面優(yōu)化對比詳見圖3。通過以上優(yōu)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(gòu)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(jié)構(gòu)如圖4 所示。

圖4 剪力鍵斷面分布和結(jié)構(gòu)尺寸示意圖（單位：cm）

2.4 梁端懸臂構(gòu)造

采用新型節(jié)段預(yù)制拼裝技術(shù)進行連續(xù)梁施工時，會遇到梁端進行預(yù)應(yīng)力張拉時，張拉范圍受限的困難。因為在非梁端側(cè)，縱向預(yù)應(yīng)力無法開展單端張拉，此外，因為連續(xù)梁梁體的質(zhì)量比較大，另外，由于超靜定結(jié)構(gòu)形式在進行高位張拉作業(yè)以后，落梁不方便[5]；因此，在梁端如何科學(xué)設(shè)置懸臂結(jié)構(gòu)非常重要。該梁端新型節(jié)段懸臂構(gòu)造詳見5。

圖5 梁端新型節(jié)段懸臂結(jié)構(gòu)示意圖（單位：cm）

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

3 新型節(jié)段關(guān)鍵拼裝工藝

在預(yù)制梁場完成所有的新型節(jié)段預(yù)制以后，通過新型節(jié)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(jié)段膠結(jié)拼裝工藝流程圖

3.1 新型節(jié)段拼裝造橋機

該項目引進新型TPZ80/2500 型節(jié)段拼裝造橋機，如圖7 所示。

圖7 節(jié)段拼裝造橋機

3.2 新型節(jié)段拼裝方案優(yōu)化

為加快施工速度，吸取懸臂拼裝和整孔拼裝技術(shù)施工優(yōu)勢，通過優(yōu)化，采取一次性半聯(lián)滿掛的施工技術(shù)，為國內(nèi)首創(chuàng)。該技術(shù)克服傳統(tǒng)對稱懸拼、一邊拼裝一邊張拉的半聯(lián)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(lián)滿掛拼裝關(guān)鍵施工次序為：造橋機拼裝→半聯(lián)節(jié)段吊裝→均勻涂抹環(huán)氧樹脂膠→半聯(lián)永久預(yù)應(yīng)力束進行部分張拉→對剩余半聯(lián)永久預(yù)應(yīng)力束進行張拉→重復(fù)以前施工次序→對后半聯(lián)進行架設(shè)→中跨合龍段采取現(xiàn)澆方式，實現(xiàn)整體張拉施工。

3.3 曲線梁架設(shè)

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

因為新型節(jié)段拼裝造橋機自身結(jié)構(gòu)不能夠設(shè)計為曲線構(gòu)造，然而可以將節(jié)段拼裝造橋機橫移梁優(yōu)化成分離式滑移構(gòu)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(jié)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(xiàn)一道接縫的涂膠。

3.5 拼裝

當兩新型節(jié)段相距30～50mm 時終止移動，依據(jù)詳細測量數(shù)據(jù)對后一節(jié)段的中線以及高程等點位進行調(diào)整，務(wù)必保證中線100%吻合，高程以及設(shè)計值誤差不超過1cm。

3.6 預(yù)應(yīng)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(xù)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(jié)段拼裝好后，安裝吊架并進行現(xiàn)澆，完成合龍。

4 檢算結(jié)構(gòu)

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(gòu)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(jié)構(gòu)參數(shù)模擬建模。當預(yù)應(yīng)力張拉順利進行，應(yīng)馬上逐步拆除節(jié)段吊桿。

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

4.2 實際運營狀態(tài)

（1）剛度：設(shè)置0.9 的系數(shù)對新型梁體剛度展開折減，在靜荷載作用下，連續(xù)梁梁體最大梁端轉(zhuǎn)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(shè)計規(guī)范：TB10621—2014》。

（2）殘余徐變變形：新型節(jié)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?lián)现凳?.59 mm，中跨的上拱值是0.99mm。節(jié)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(wěn)性。

（3）應(yīng)力：對主梁的縱向依據(jù)全預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)進行設(shè)計。膠接縫截面施工和高鐵行車全過程都沒有拉應(yīng)力，另外依據(jù)以下規(guī)范施作：如果列車運行過程中，混凝土壓應(yīng)力儲備不小于1.0 MPa；假如出現(xiàn)最不利荷載組合時，混凝土壓應(yīng)力儲備不小于0.5 MPa。詳見表1。

表1 運營時膠接縫截面應(yīng)力情況（單位MPa）

（4）計算膠接縫正截面抗裂安全系數(shù)：因為新型節(jié)段預(yù)制拼裝連續(xù)梁每個節(jié)段鋼筋沒有彼此相互連接，這導(dǎo)致傳統(tǒng)整體混凝土梁的抗拉性能優(yōu)于膠接縫兩邊混凝土的抗拉性能，也削弱了新型節(jié)段預(yù)制拼裝連續(xù)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(shù)進行計算的時候，依據(jù)《鐵路橋涵混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》（TB 10092—2017），fct 按照0.3 系數(shù)折減處理。詳細運算以后，得出最小抗裂安全系數(shù)值為1.23，符合前述規(guī)范要求的最小抗裂安全系數(shù)超過1.2 的規(guī)定。

（5）計算膠接縫正截面抗彎強度：新型節(jié)段預(yù)制拼裝連續(xù)梁環(huán)氧樹脂膠接縫截面抗彎承載能力折減系數(shù)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(shù)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(shù)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(shù)是2.59，滿足規(guī)范規(guī)定。

（6）膠接縫截面抗剪強度安全系數(shù)：0.9 為折減系數(shù)，按照《鐵路橋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》（TB 10092—2017）中的相關(guān)規(guī)范，計算出膠接縫截面抗剪強度安全系數(shù)值：（附加應(yīng)力+主應(yīng)力）工況下膠接縫截面抗剪強度安全系數(shù)是2.09，主壓力工況下膠接縫截面抗剪強度安全系數(shù)為2.13，如圖8 所示，滿足規(guī)范值。

圖8 主應(yīng)力工況下膠接縫抗剪強度安全系數(shù)示意圖

5 結(jié)語

周淮特大橋跨新運河連續(xù)梁采用新型節(jié)段預(yù)制膠拼技術(shù)，工程質(zhì)量全部合格，壓縮了工期，保護了施工環(huán)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(shù)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(fā)展趨勢，值得大力推廣。