西宝客专常兴渭河特大桥节段拼装施工及控制技术

吴浩 ，苏永会 ，赵战 ，郑和晖 ，2，郭万中 ，王敏 ，2

（1.中交第二航务工程局有限公司，湖北 武汉 430040；2.长大桥梁建设施工技术交通行业重点实验室，湖北 武汉 430040）

0 引言

我国目前的快速铁路桥梁中，简支箱梁跨度大部分为24 m、32 m，而在跨越深谷、江河时出于对施工可行性、经济比选及通航的考虑，大跨度的简支箱梁多被应用于铁路桥梁中，如跨度为56 m的太中银铁路小东川桥、跨度为64 m的温福客运专线白马河桥。由于受到现有架桥设备的制约，整跨预制架设的施工方法难以实现，在此情况下，出现了新的施工配套技术——节段预制、架桥机整孔拼装技术[1-2]。

该技术采用预制构件能保证箱梁制作质量，混凝土收缩徐变小，能最大程度满足快速铁路对长期变形的要求；可集中机械设备，提高现代化桥梁建设水平；能采用流水化施工，箱梁预制安装可分开进行，互不干扰，缩短了工期；有利于桥位环保，减小对桥下既有交通的影响。

1 工程概况

西安至宝鸡客运专线常兴渭河特大桥DK581+721.40～DK582+663.89范围内布置19跨48 m简支梁。箱梁截面为单箱单室形式，梁高4.6 m，梁顶宽12.0 m，梁底宽为5.5 m。单跨梁体共分成21段，预制梁段间均有湿接缝，其中预制梁11段，分为2.7 m、4.0 m、4.3 m三类；湿接缝10段，每段长度为0.6 m。预制梁段最大吊重140.4 t（墩顶段），图1为梁体结构形式。

梁体内预应力钢束采用高强度低松弛钢绞线，锚固体系为OVM系列，箱梁底板布置8束12-φs15.2，腹板布置24束15-φs15.2，张拉控制应力均为1246 MPa，采取单端张拉。

梁体混凝土等级为C50，为尽量减少收缩徐变对变形的影响，规定梁段预制完成存梁45 d后方可进行组拼。

图1 简支箱梁结构形式（单位：cm）

2 架桥机节段拼装施工关键技术

该桥上部结构用架桥机施工，通过运梁小车将预制梁段运至架桥机，待全部梁段就位后，在架桥机上整孔组拼，现浇湿接缝，张拉预应力后梁段就位脱离支架，将支架移到下一孔，重复梁段安装工作，施工关键技术如下所述。

2.1 节段预制

箱梁节段预制共投入5套底模板、5套外模和5套内模系统进行施工，模板全部为钢模。节段钢筋采取先绑扎成型，再整体吊装入模的施工工艺，混凝土的浇筑顺序为：底板→腹板、横隔梁→顶板。单个标准节段生产周期为79 h。工艺流程见图2。

图2 箱梁预制工艺流程

2.2 节段拼装架桥机

2.2.1 架桥机主要结构

TPZ48节段拼装架桥机主要由墩旁支架、支承台车、主框架、扁担梁及撑杆、前导梁及横联、后补梁、前支腿、起重天车、天车吊具及辅件、模板工作车、液压系统、电气系统、运梁平车系统等组成。TPZ48/2000移动支架架桥机最大架设跨度48 m，最大承载2000 t。图3为TPZ48/2000架桥机组成。

图3 TPZ48/2000架桥机组成

2.2.2 架桥机组拼

架桥机组拼的主要过程：在首跨跨中搭设临时支墩；安装墩旁支架（现场应采取多根精轧螺纹钢筋对拉的措施以确保支架竖向承载能力）；吊车起吊主框架及起重天车；分节段安装导梁及横梁；安装液压系统及电气系统；吊装扁担梁及模板工作车；进行架桥机荷载试验。

2.2.3 架桥机过孔

过孔前首先检查将要达到的墩旁支架的承载性能，然后启动后支腿两台液压千斤顶开始架桥机顶推，待到架桥机主梁尾部前移完毕后，启动中支腿千斤顶继续顶推，直至前后支腿倒换完毕，架桥机到位。

2.3 箱梁节段安装

架桥机安装就位后，运梁平车尾部喂梁，起重天车走行到后补梁上，将所有11个节段从前到后逐段支撑于主框架中间的扁担梁上，扁担梁与梁底面间设可调撑杆，用于梁段标高定位。在完成梁段精确定位后，绑扎湿接缝钢筋，安装湿接缝内模和外模，然后进行湿接缝混凝土施工，待养护完毕，张拉预应力并逐步拆除撑杆，至此梁段施工完成。详细的施工步骤如下：

1）支座安装及墩顶块定位：预先在墩顶节段梁底预埋钢板，并在地脚螺栓孔中填入细石混凝土；在墩顶节段下落过程中安装好支座地脚螺栓，然后待节段定位后进行支座灌浆。墩顶节段定位应首先调节梁段横向端的设计里程，到位后再调节高程，最后调节轴线。

2）梁段组拼与定位：先将梁段按顺序编号布置在架桥机腹内，支撑于扁担梁上，后进行精确定位。

3）湿接缝浇注：从缝口两侧箱梁的翼缘板处起吊湿接缝外模板系统，绑扎湿接缝钢筋，安装预应力波纹管并用防水胶带缠绕严密；安装内模系统并利用其夹具将内外模与两端的箱梁固定；浇筑湿接缝混凝土，振捣密实。

4）预应力张拉及梁体脱架：当混凝土达到设计张拉强度后，张拉预应力束，并逐步拆除撑杆，完成梁体脱架，待到架桥机过跨后完成孔道灌浆。见图4。

图4 撑杆拆除与梁体脱架

3 梁段架设施工控制

由于梁段间采用湿接缝，在预制过程中均采用独立的模板系统进行小节段制作，无需通过相互匹配，因而该工艺施工控制重点在于现场的架设控制。梁段架设控制主要是支座的安装、节段梁定位、湿接缝施工、预应力张拉及梁体脱架。

3.1 节段定位

节段初步就位主要是由天车纵向移动来实现节段纵向放置位置；节段纵向、横向的精确定位是通过调整吊挂装置上的纵向、横向调整装置来实现的，竖向标高和横、纵坡的精确定位是通过千斤顶调节扁担梁上方撑杆长度来实现的。节段调位是一个反复循环调整过程，故在施工中按纵向调整—横向调整—竖向调整的次序反复循环调整，直到满足线形要求。

3.2 预拱度设置及调整

节段梁安装顺序由两侧向跨中左右对称进行，整孔节段梁就位后进行线形精确调整。梁段平面位置和转角以运梁天车微起调整，高程则由每块梁底扁担梁上方的4台50 t千斤顶进行调整。

根据施工工艺流程，梁体标高线形应计入现浇湿接缝混凝土时架桥机变形的预拱度、梁体预应力上拱度和收缩徐变拱度。由全桥结构分析可知跨中梁体及架桥机的变形量，其中现浇湿接缝混凝土后架桥机跨中下挠为3.7 mm、梁体预应力张拉后跨中反拱为18.7 mm、二期恒载及活载下挠为21.1 mm、混凝土收缩徐变跨中上拱9.4 mm，如此跨中设置的预拱度为3.3 mm，梁段其余位置按二次抛物线设置预拱度。

实际线形控制中，在箱梁每个节段共设置2个高程测点，横桥向布置于底板中央，顺桥向测点距离梁端面5 cm；根据标高指令以及复测数据调整节段梁下方4根撑杆的位置。

3.3 预应力张拉及梁体脱架

梁体脱架完成体系转换是该桥最为关键的工序[3-4]。为保证梁体在过程中应力及线形满足设计要求，同时兼顾架桥机受力，需制定详细的预应力张拉及撑杆拆除方案。

3.3.1 梁体脱架方案

箱梁在第一阶段预应力钢束张拉前，除墩顶节段外，箱梁全部重量支承于扁担梁上，每个梁段梁底的四个角上对称放置4台丝杠式千斤顶。当预应力钢束开始张拉后，箱梁上拱，部分自重转为由梁体自身承受，同时扁担梁反弹，上托力发生变化。随着预应力钢束逐步张拉，箱梁自我承受能力越来越大，最后箱梁重量由扁担梁承受转为箱梁承受。为了防止梁体预应力张拉时架桥机回弹而造成上翼缘开裂，采用边张拉预应力边拆除撑杆的工艺。

针对箱梁预应力布置、张拉顺序原则以及实际情况（图5），确定预应力钢束分3批张拉。

图5 梁体预应力钢束布置

1）张拉第一批钢束，张拉后能使预应力平衡梁体自重，共计20束，钢束编号为6N7（底板内侧）、2 N1′～2 N3′、2 N5′～2 N6′、2 N1、2 N3，并拆除支撑跨内左右两侧各三箱梁节段内撑杆。

2）张拉第二批钢束，共8束，钢束编号为2N7（底板外侧）、2 N2、2 N5～2 N6，拆除中间剩余3个节段撑杆。

3）完成体系转换，梁体脱架，架桥机前移过跨，并张拉第三批钢束，共4束，分别为2N4、2N4′。

3.3.2 梁体脱架的计算分析

建立包括架桥机在内的全过程分析模型，对主要工况进行考察，其中可根据架桥机预压变形数据，采用等效刚度的方法模拟架桥机对梁体作用，同时考虑所有撑杆。根据上述施工方案进行计算分析，主要结果如表1～表3。

表1 混凝土梁及架桥机跨中变形mm

表2 撑杆内力变化t

表3 梁体应力MPa

从表中可以看出：

1）架桥机在张拉预应力过程中始终对梁体有支撑作用（不考虑架桥机的分析表明梁体在预应力张拉后上拱22 mm）；梁体脱架后，主梁有3.3 mm的下挠，但随着第三批预应力的张拉，主梁上拱3.6 mm，线形能达到设计要求。

2）从撑杆内力变化情况看，第一批撑杆的拆除并未导致剩余撑杆内力的突然变化。

3）从梁体应力看，整个施工过程中，主梁上下缘都未出现拉应力；由于中间剩余撑杆的顶上托作用，导致主梁上缘压应力储备变小；在完成第三批预应力张拉后，主梁应力能满足设计要求。

3.4 施工监测与现场控制

在施工过程中，需要全程对架桥机主梁、架桥机墩旁支架的对拉精轧螺纹钢筋等进行应力监测，同时全程对架桥机、梁体本身等进行线形监测，随时掌握其受力状况，以为后续标准跨箱梁节段安装控制提供试验数据。随着预应力张拉工序的开展，也获得了一些重要数据，比如实测孔道摩阻系数等。

在首跨梁安装时，参考架桥机荷载试验数据，给出了箱梁跨中调低5 mm的标高指令，其余位置按二次抛物线变化，表4为首跨梁线形监测数据。

表4 首跨梁体变形数据对比mm

从表中可以看出，在张拉前两批钢束（28束）时，理论与实测数据基本相同，差异出现在梁体脱架完成后，实际产生的下挠量比理论计算大3.7 mm。根据实测数据，重新复核预拱度后，在后续跨给出跨中调低3 mm的指令。

4 结语

伴随着更大跨度简支梁的应用，节段预制、架桥机整孔拼装技术由于自身的优势得到快速发展。结合西宝客运专线常兴渭河特大桥的工程实践，对该工艺有以下几点认识：

1）梁体脱架完成体系转换是该施工工艺最关键的工序，为防止梁体预应力张拉时架桥机回弹而造成顶板开裂，必须制定详细的实施方案。本文通过建立包括架桥机的全过程分析模型，进而评价方案可行性，可为类似大跨度简支梁架设作参考。

2）施工过程中，应对架桥机主桁、墩旁支架、梁体进行线形应力监测。一方面可用以预拱度的设置，另一方面能随时掌握其受力状况，可随时对出现的不利情况进行调整。

3）该工艺也存在待改进的地方，如预制节段中预留的湿接缝钢筋造成节段难以定位，现场将预留钢筋先扒开，待精确定位完毕后再顺直，工作量非常大，等等。因而还需在实践中对工艺进行改善，使之得以大力推广。

4）湿接缝施工是影响该工艺进度的重要因素，实际上还可在铁路桥梁中尝试采用箱梁短节段匹配预制，胶接缝（或干接缝）拼接的技术，以真正体现工厂化预制，装配化施工的巨大优势。

[1]张世奎，殷爱华，黄厚卿.架桥机节段拼装56 m铁路双线箱梁施工技术[J].桥梁建设，2009（6）：54-57.

[2]刘春和.移动支架节段拼装架桥机施工技术[J].铁道建筑，2010（4）：19-20.

[3]陶建山.客运专线64 m PRC简支梁节段预制3200 t架桥机整孔架设施工技术[J].桥梁建设，2007（增 2）：49-53.

[4]涂满明.64 m跨双幅混凝土简支箱梁移动支架整孔架设施工技术[J].世界桥梁，2008（增 1）：28-31.