城市核心區(qū)高架橋梁懸臂拼裝施工關(guān)鍵技術(shù)

周 浩

[中交三航第一工程（上海）有限公司，上海市201315]

0 引 言

交通是影響一個(gè)城市形成與發(fā)展的必要條件，尤其是對(duì)于人流量大、建筑物密集且街道又難于拓寬的城市核心區(qū)而言，良好的道路交通愈發(fā)重要。為避免與城市現(xiàn)有公路、鐵路、軌道等線路平面交叉，高架橋已然成為城市核心區(qū)疏散交通密度、提高通行效率的重要選擇。節(jié)段梁預(yù)制懸臂拼裝施工技術(shù)是將梁體沿縱橋向劃分為若干節(jié)段，在預(yù)制場(chǎng)預(yù)制節(jié)段后運(yùn)送至橋位處，利用起重設(shè)備逐節(jié)段地將預(yù)制塊起吊并安裝就位，然后用環(huán)氧樹(shù)脂膠粘劑或混凝土進(jìn)行節(jié)段的接縫處理并施加預(yù)應(yīng)力，使各梁段連成一個(gè)整體的施工方法[1]。該施工方法因具有工效高、作業(yè)面少、施工安全、環(huán)境污染小以及對(duì)城市既有道路交通影響小等優(yōu)點(diǎn)，而被廣泛應(yīng)用于城市高架橋梁的建設(shè)中。

近年來(lái)，節(jié)段梁預(yù)制懸臂拼裝技術(shù)一直是學(xué)界研究的熱點(diǎn)，學(xué)者們圍繞該技術(shù)做了大量研究。曹虹等主要闡述了復(fù)雜工況下大跨度連續(xù)梁的懸臂拼裝關(guān)鍵技術(shù)，創(chuàng)造性地提出了單T構(gòu)懸臂拼裝工藝[2]。曾雷等通過(guò)分析線形控制的計(jì)算公式，提出計(jì)算預(yù)測(cè)和3D圖形預(yù)測(cè)相結(jié)合的控制線形的方法[3]。魏雪萍等提出基于組合賦權(quán)的灰色聚類綜合評(píng)價(jià)模型，用于評(píng)價(jià)懸臂拼裝中的安全風(fēng)險(xiǎn)[4]。這些研究大多圍繞懸臂拼裝施工中的關(guān)鍵技術(shù)以及施工中的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)展開(kāi)，為本研究提供了豐富的借鑒成果。但該技術(shù)相對(duì)復(fù)雜，對(duì)具體的施工實(shí)踐要求較高，尤其是針對(duì)城市核心區(qū)的施工實(shí)踐研究涉及較少。鑒于此，本文以DASH高架橋項(xiàng)目為背景，針對(duì)節(jié)段懸臂拼裝的線形控制、接縫處理、架設(shè)輔助裝置選擇等問(wèn)題，提出契合城市核心區(qū)建設(shè)要求的施工工藝。

1 工程概況

DASH高架橋項(xiàng)目位于馬來(lái)西亞雪蘭莪州八打靈再也市，距離吉隆坡市區(qū)20 min車程，是馬來(lái)西亞陸路交通局為改善日益增長(zhǎng)的車流量所導(dǎo)致的交通擁堵現(xiàn)狀而實(shí)施的重要工程。該項(xiàng)目是在城市現(xiàn)有的三層立交上方加建兩層，共計(jì)七條匝道的大型互通立交，最終完成五層六向二十條道路的地標(biāo)性大型互通立交。線路總長(zhǎng)度為4.1 km。A和D匝道主跨均采用預(yù)制箱梁懸臂拼裝結(jié)構(gòu)，見(jiàn)圖1。

圖1 全橋梁段示意圖

圖2 A匝道預(yù)制箱梁標(biāo)準(zhǔn)塊段三維圖

2 拼裝線形控制

箱梁施工空間線形和姿態(tài)控制的重點(diǎn)在于節(jié)段預(yù)制的精度及未預(yù)制梁段的糾偏，由于預(yù)制和拼裝的誤差使得已安裝節(jié)段實(shí)際空間線形和姿態(tài)與設(shè)計(jì)存在一定偏差。因此，應(yīng)對(duì)已架梁段的實(shí)際坐標(biāo)及高程進(jìn)行測(cè)量，然后結(jié)合計(jì)算機(jī)軟件進(jìn)行計(jì)算，通過(guò)對(duì)未預(yù)制節(jié)段修正使箱梁空間線形和姿態(tài)得到有效控制。

2.1 控制點(diǎn)的布置及應(yīng)用

在實(shí)際施工過(guò)程中，為有效測(cè)量待澆梁段并匹配梁段的平面位置和高程，每一預(yù)制梁段均須設(shè)置6個(gè)控制測(cè)觀測(cè)點(diǎn)，其中4個(gè)為高程控制點(diǎn)，2個(gè)為中軸線控制點(diǎn)。沿節(jié)段中心線的2個(gè)測(cè)點(diǎn)（FH，BH）用來(lái)控制節(jié)段平面位置,而沿橫橋方向設(shè)置的4個(gè)測(cè)點(diǎn)（FL，F(xiàn)B，BL，BR）用以控制節(jié)段高程，見(jiàn)圖3。在節(jié)段預(yù)制時(shí),需要將絕對(duì)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換成預(yù)制場(chǎng)局部坐標(biāo)，通過(guò)預(yù)埋的控制點(diǎn)形成左、中、右3條控制線,在安裝過(guò)程中也利用這3條控制線來(lái)實(shí)際控制橋梁成橋后的橫坡、中線偏位、高程等相關(guān)施工參數(shù)。

圖3 測(cè)量控制點(diǎn)布置圖

2.2 節(jié)段誤差的修正方法

在實(shí)際施工過(guò)程中，平面和高程的誤差可以通過(guò)實(shí)際計(jì)算，由下一個(gè)即將預(yù)制的節(jié)段進(jìn)行糾偏，具體糾偏方法可采取三次樣條曲線法修正，通過(guò)1、2、i、k等節(jié)點(diǎn)模擬出一條理論三次樣條曲線,并保證邊界節(jié)點(diǎn)和理論控制線有相同的切線斜率，用修正后的三次樣條曲線進(jìn)行替代，修正夾角β1得到改善后的β1′，但是任何糾偏都不允許超過(guò)規(guī)范要求的βmax，如果超過(guò)則證明一個(gè)節(jié)段無(wú)法完全達(dá)到糾偏目的，需要通過(guò)后續(xù)幾個(gè)節(jié)段進(jìn)行平差來(lái)解決該問(wèn)題，見(jiàn)圖4。

圖4 平面誤差控制示意圖

節(jié)段懸臂拼裝幾何控制的過(guò)程就是檢驗(yàn)預(yù)制幾何控制精度的過(guò)程,主要通過(guò)試拼、測(cè)量、驗(yàn)證等方法檢測(cè),必要時(shí)采取糾偏措施以保證目標(biāo)線形的順利實(shí)現(xiàn)。

3 接縫類型的比選

通常，預(yù)制節(jié)段拼裝橋梁不同部位有不同的接縫類型，0號(hào)塊和1號(hào)塊之間采用鋼筋混凝土濕接縫，其他節(jié)段之間采用干或者膠接縫，見(jiàn)圖5。

圖5 三種常用接縫類型圖

0號(hào)塊和1號(hào)塊之間采用鋼筋混凝土濕接縫已經(jīng)成為行業(yè)共識(shí)，但是節(jié)段之間采用干接縫還是膠接縫至今仍存在相當(dāng)大的爭(zhēng)議，兩種接縫從設(shè)計(jì)角度來(lái)講都是滿足要求的。但是在《AASHTO GSCB for the Design and Construction of Segemental Concrete Bridge》規(guī)定，干接縫嚴(yán)禁用于滲水可能產(chǎn)生凍漲的位置。此外，該規(guī)范的規(guī)定僅允許在帶有體外預(yù)應(yīng)力鋼束的結(jié)構(gòu)中使用干接縫，因?yàn)樵诖┻^(guò)接縫的位置存在滲水腐蝕內(nèi)部預(yù)應(yīng)力鋼束的風(fēng)險(xiǎn)。相較于膠接縫，干接縫可以節(jié)約環(huán)氧樹(shù)脂材料和臨時(shí)張拉設(shè)備的成本，也不受天氣和溫度的限制，從而節(jié)約工期。膠接縫的使用有助于預(yù)制節(jié)段的對(duì)齊，還可以填充小空隙，從而消除應(yīng)力集中位置的高接觸壓力。內(nèi)部有預(yù)應(yīng)力鋼束的橋梁應(yīng)當(dāng)使用膠接縫，以保護(hù)預(yù)應(yīng)力鋼束不受水和其他腐蝕劑的侵入，從而提高橋梁的耐久性。

綜合考慮馬來(lái)西亞常年高溫多雨的氣候條件以及落水管在內(nèi)部的橋梁結(jié)構(gòu)，為防止可能出現(xiàn)的滲水導(dǎo)致預(yù)應(yīng)力鋼束被銹蝕對(duì)橋梁整體耐久性的影響，DASH高架橋項(xiàng)目采用組合剪力鍵+AB混合型環(huán)氧樹(shù)脂的接縫處理，并在施工過(guò)程中采用精軋螺紋鋼施加臨時(shí)預(yù)應(yīng)力。

4 懸臂拼裝設(shè)備創(chuàng)新

DASH高架橋項(xiàng)目地處城市核心區(qū)，施工作業(yè)需要在多條既有道路的上方進(jìn)行，但每天僅有3～4 h的封路時(shí)間，導(dǎo)致有效施工時(shí)間大大受限。地面可作業(yè)范圍內(nèi)管線眾多，嚴(yán)重影響了大型設(shè)備的停放位置，無(wú)法采用滿堂支架或?qū)Ｓ眉軜驒C(jī)進(jìn)行施工。綜合考慮施工安全、環(huán)境保護(hù)等問(wèn)題，項(xiàng)目開(kāi)發(fā)了一種原理類似于現(xiàn)澆連續(xù)梁掛籃的可前后、左右、上下六坐標(biāo)制動(dòng)的吊裝輔助裝置，來(lái)實(shí)現(xiàn)1號(hào)節(jié)段懸空精調(diào)、固定、濕接縫三位一體施工，見(jiàn)圖6、圖7。該吊裝輔助裝置的應(yīng)用既減少了大型汽車吊使用臺(tái)班數(shù)，又降低了對(duì)城市既有道路交通的影響，具有良好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。

圖6 吊裝輔助裝置示意圖

圖7 吊裝輔助裝置現(xiàn)場(chǎng)安裝圖

加之上文所述預(yù)制、安裝線形控制的重要性，可以看出后續(xù)匹配梁段的安裝累計(jì)誤差大小及合攏精度很大程度上取決于1號(hào)塊吊裝的精度，而不管是汽車吊或者專用架橋機(jī)都很難實(shí)現(xiàn)六向毫米級(jí)誤差精調(diào)及固定。

肝腎生理功能失調(diào)還可導(dǎo)致多種內(nèi)分泌問(wèn)題，如腎精不足，小兒會(huì)出現(xiàn)生長(zhǎng)發(fā)育遲緩、身材矮小、智力低下、骨骼痿軟等。對(duì)成人來(lái)說(shuō)，腎陽(yáng)虛衰常見(jiàn)男子陽(yáng)痿、早泄、滑精，女子宮寒不孕；腎陰虧虛可導(dǎo)致女子月經(jīng)失調(diào)，男子陽(yáng)強(qiáng)易舉、遺精等。若肝的疏泄失常，可出現(xiàn)精神抑郁、煩躁、頸部癭瘤，女性月經(jīng)不調(diào)、乳房脹痛等癥狀，多見(jiàn)于甲狀腺疾病、乳腺增生、更年期綜合征等內(nèi)分泌疾病。

4.1 吊裝輔助裝置的使用原理

采用吊裝輔助裝置吊裝1號(hào)塊，不僅可以提高1號(hào)塊吊裝的精度，也可以消除現(xiàn)澆0號(hào)塊和預(yù)制1號(hào)塊之間的誤差，為后續(xù)匹配梁段安裝精度提供有力保證。通過(guò)汽車吊吊裝及吊裝輔助裝置上千斤頂和伸縮桿的相互配合，可將塊段吊裝在正確位置并加以固定?？s減了大型吊裝設(shè)備在現(xiàn)場(chǎng)的停放時(shí)間，避免因長(zhǎng)時(shí)間停放大型設(shè)備導(dǎo)致的交通擁堵。

吊裝輔助裝置的精確定位主要通過(guò)橫向伸縮桿和豎向千斤頂來(lái)實(shí)現(xiàn)（見(jiàn)圖8、圖9）?？傮w順序是：粗調(diào)橫向位置→精調(diào)豎向位置→再精調(diào)橫向位置，最終實(shí)現(xiàn)塊段的精確定位。在正式吊裝前，先將水平伸縮桿調(diào)節(jié)到預(yù)定位置，塊段起吊到適當(dāng)位置時(shí)，通過(guò)豎向精軋螺紋鋼將塊段與吊梁連接。伸縮桿的可調(diào)節(jié)范圍為0～23 cm，精調(diào)范圍為0～4 cm。

圖8 橫向調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)（單位：mm）

圖9 豎向調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)

4.2 1號(hào)塊吊裝施工步驟

步驟一：現(xiàn)澆0號(hào)塊在澆筑混凝土之前，在圖紙指定位置預(yù)留吊裝輔助裝置后錨固精軋螺紋鋼套管。根據(jù)線形控制需要，在順橋向中軸線兩側(cè)各埋置2根套管，預(yù)埋套管孔徑一般為精軋螺紋鋼直徑的3 d，以便于安裝吊裝輔助裝置時(shí)對(duì)平面位置進(jìn)行微調(diào)。

步驟二：0號(hào)塊澆筑完成后，將事先拼裝好的吊裝輔助裝置整體提吊至0號(hào)塊上，并將鋼墊片安裝就位。鋼墊片為箱型加筋結(jié)構(gòu)，上下留8個(gè)橢圓孔，目的是為調(diào)節(jié)鋼墊片與0號(hào)塊預(yù)埋螺栓及鋼墊片與吊梁主體的連接位置，吊梁至準(zhǔn)確位置。

步驟三：1號(hào)塊在預(yù)制時(shí)應(yīng)在梁頂預(yù)留鋼吊架的預(yù)埋孔。將1號(hào)塊從預(yù)制場(chǎng)運(yùn)輸?shù)浆F(xiàn)場(chǎng)后，通過(guò)汽車吊先在梁頂安裝鋼吊架，所有準(zhǔn)備工作完備后，通過(guò)汽車吊將1號(hào)塊喂送至吊裝輔助裝置的懸臂下方約半米處，工人利用10 t手拉葫蘆進(jìn)行橫坡粗調(diào)，然后將吊裝輔助裝置懸臂處下吊的4根精軋螺紋鋼與1號(hào)塊梁頂?shù)匿摰跫苓B接鎖緊，此時(shí)1號(hào)塊和梁墩形成受力體系轉(zhuǎn)換，汽車吊可以緩緩降低吊重直至最后松鉤。同理，平衡反吊另一側(cè)的1號(hào)塊，形成平衡重。吊裝正視、斷面見(jiàn)圖10、圖11。

圖10 吊裝正視圖（單位：mm）

圖11 吊裝斷面圖（單位：mm）

步驟四：考慮到封路時(shí)間限制，一般在當(dāng)天晚上完成吊裝后即立刻解除封路，減少對(duì)現(xiàn)有交通的影響。夜間施工也不利于1號(hào)塊的精確對(duì)位，一般在次日白天安排專人進(jìn)行精調(diào)。通過(guò)水平伸縮桿拉緊到設(shè)計(jì)位置，保證0號(hào)塊與1號(hào)塊之間的濕接縫寬度在150～200 mm之間。匝道橋處于緩和曲線處，既有縱坡又有橫坡，塊段橫縱坡通過(guò)吊裝輔助裝置上不同點(diǎn)位的液壓千斤頂調(diào)節(jié)精軋螺紋鋼來(lái)實(shí)現(xiàn)塊段空間扭曲，從而將塊段的橫縱坡調(diào)整到設(shè)計(jì)要求。由于調(diào)節(jié)了塊段的橫縱坡，濕接縫的寬度會(huì)隨著橫縱坡的調(diào)整而產(chǎn)生細(xì)微偏位，此時(shí)可通過(guò)再次微調(diào)橫向伸縮桿將塊段調(diào)整到位。最后張拉2根頂部、2根底部精軋螺紋鋼，張拉力分別為65 t、35 t。

步驟五：立模板，澆筑濕澆帶混凝土，養(yǎng)生至設(shè)計(jì)強(qiáng)度。

步驟六：待濕澆帶混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后，對(duì)預(yù)應(yīng)力鋼束放張及張拉，放張、張拉要注意先后順序，逐個(gè)、分階段進(jìn)行放張、張拉。

預(yù)應(yīng)力張拉順序見(jiàn)表1。

表1 預(yù)應(yīng)力張拉順序

5 結(jié)語(yǔ)

本文分析了DASH高架橋項(xiàng)目箱梁節(jié)段拼裝過(guò)程中的施工重難點(diǎn)，并圍繞線形控制、接縫選型、機(jī)械吊籃使用等方面展開(kāi)重點(diǎn)研究，通過(guò)理論計(jì)劃、BIM建模、有限元分析法得出以下結(jié)論：

（1）位于緩和曲線段的小曲率半徑的箱梁節(jié)段拼裝，借助三次樣條曲線法和調(diào)整0號(hào)塊與1號(hào)塊之間的濕接縫寬度，可以達(dá)到很好的糾偏效果。

（2）東南亞高溫多雨的氣候條件下，應(yīng)該使用環(huán)氧樹(shù)脂形式的膠接縫，剪力鍵與結(jié)構(gòu)本體一起澆筑，既可以提高接縫的抗剪能力，又有利于懸拼過(guò)程中的對(duì)齊。在施工過(guò)程中，結(jié)構(gòu)在靜力系統(tǒng)、支承、荷載和體外預(yù)應(yīng)力大小等方面會(huì)發(fā)生變化；在恒載和活載下，整個(gè)截面保持不壓縮。

（3）相較于常規(guī)的架設(shè)方案，該項(xiàng)目六向坐標(biāo)靈活調(diào)節(jié)的新型吊裝輔助裝置更加契合城市核心區(qū)的施工需求，既有助于線形控制，又大大降低了既有道路交通對(duì)施工作業(yè)的限制，具有良好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。