节段预制拼装简支箱梁拼装施工技术分析

刘彧

（中铁十一局集团第四工程有限公司 湖北武汉 430074）

引言

在现今高速铁路桥梁工程中，预制简支箱梁的应用随着经济的发展与时代的进步得到了广泛的应用，节段预制拼装简支箱梁预制拼装的施工技术对高速铁路的发展具有至关重要的作用，本文主要结合新建呼准铁路黄河特大桥项目，系统分析了节段预制拼装简支箱梁拼装施工的相关技术。

本文研究的节段预制拼装简支箱梁的施工工艺与现浇法及整孔预制相比具有很大的优势。主要体现在以下几个方面：可不搭支架，适宜交通繁忙地段，施工过程可不中断交通；对环境影响小，具有环保优势。大大缩短工期；预制可与下部施工同步，每孔拼装时间远小于现浇等待拆模时间；节段梁分节进行预制，满足长途运输的要求，因此预制场可灵活设置，相应要求的预制场地范围也较小。此外，对于曲线桥线形，节段法通过短线匹配预制法比整孔预制架设法桥梁线形处理得更为圆顺、平滑。

1 工程概况

新建呼准铁路黄河特大桥项目起止里程为DK60+200～DK72+041.91（短链197.783m），线路总长度11.644km；黄河特大桥起止里程为：DK67+131.54～DK72+041.91，全长 4910.37 延米长。

黄河桥43～69#墩之间共设置26孔48m节段拼装简支箱梁。黄河桥48m节段拼装简支箱梁范围内线路平曲线半径为2800m，竖曲线半径为0；线间距由4.2m变化至4.66m，43～69#墩身高度介于49～66m之间，其中43#墩身62m高、44#墩身64m高、68#墩身53m高、69#墩身49m高。

2 架桥机工作原理及主要参数简算

2.1 架桥机工作原理

TP48J节段拼装架桥机是用于简支双线铁路箱梁预制节段块整孔组拼、辅助湿接缝施工、然后整体张拉成梁的施工设备，其工作原理主要表现在以下几个方面：

2.1.1 架桥机的安装就位

在正常工作状态下，架桥机的前后导梁呈悬臂，主框架通过前、后支承托架支承在前后墩顶上。架桥机的自重和全部外部荷载由前、后支承托架传递作用到前后墩上。

2.1.2 节段块的吊装、初步就位和精确定位

运梁平车尾部喂梁，起重天车走行到后导梁上，将节段块通过支撑横梁从前到后逐节支撑在主框架两侧的箱梁上。节段块初步就位主要是由天车纵向点动走行来实现节段块纵向放置位置；竖向标高和横、纵坡的精确定位是通过四个螺旋撑杆来实现的。整个工作流程为：运梁车尾部（下部）喂梁→起吊→初就位并临时支撑固定（纵向位置定位）→吊装所有节段块并初对位→精定位→支撑固定→安装湿接缝模板→施工湿接缝混凝土→预应力钢束初张拉。节段块调整是一个反复调整，逐渐趋近的过程，故在施工中按先纵向调整→横向调整→竖向调整的次序反复循环调整，直至达到设计要求。

2.1.3 湿接缝模板的拆装

整跨箱梁共有12个宽60cm的湿接缝，湿接缝施工模板为块状的散模，其拆装依靠支撑横梁来完成的。为加快施工速度，整机共配置了10组支撑横梁。支撑横梁吊挂于主框架钢箱梁下盖板翼缘上，从梁中心线处可分成左右两部分，便于拆装、过孔。

2.1.4 架桥机纵移过孔

①跨越式倒腿；②步履式纵移。架桥机纵移过孔关键问题是倒换托架台车。TP48J采用跨越式倒腿，即利用起重天车将安装在后墩上的后支承托架台车整体拆开、吊运到超前墩上安装。然后在前后支承台车的纵移油缸的共同顶推作用下，实现架桥机的整机过孔，且可通过装在支承台车和墩旁托架间的横移机构调整架桥机前进时在水平曲线上的推进。过孔的步骤具体为：过孔前准备→拆除湿接缝外模板→整机卸载→打开节段支撑横梁→打开后活动横联→纵移过孔至三点支撑状态→顶升前、后辅助支腿→倒运托架及台车→打开后辅助支腿→整机纵移到位，并调整整机纵向及横向姿态，合拢后活动横联→整机顶升到位并调整整机竖向姿态。

图1 架桥机组成图

2.2 架桥机主要参数简算

图2

（1）前支腿计算

①前支腿横梁的计算：

挑梁的高度H=1400mm梁的宽度B=600mm。

盖板t=16mm腹板t=10mm挑梁截面面积A=42160mm2。

挑梁的截面惯性矩：I=11331192543mm4。

截面质心位置：Y1=733mm，Y2=671mm。

截面最大弯应力：σ=M·Y1I=192MPa。

截面剪应力：τ=Pc1400mm×10mm×2=38MPa。

②伸缩套的计算：

单个伸缩套受力约为：F前=110t（含支腿自重）。

伸缩套的截面面积：A伸缩套=21950mm2。

伸缩套最大压应力：σ=F前A伸缩套=50MPa故满足应力要求。

伸缩套采用φ80的圆柱销，材质为45#。

最大挤压面积：A销子=2×30×80=4800mm2。

（2）台车计算

台车计算有倒运支腿工况和纵向走行工况两工况。

纵移滑板计算：

纵移滑板静载受力最大为倒运支腿工况：

σ=F/S=200×104N/（180mm×570mm）=19.5MPa采用MGE材质，满足要求！

台车移油缸计算：

架桥机上部结构自重约：600t天车自重约：100t。

则架桥机需横移时最大载荷为：600t×0.9+100t=640t。

则架桥机单侧横移时载荷为：320t横移力F=320t×0.1=32t。

横移油缸采用2个φ140/φ80油缸：

则拉力为 F=ps=2×28MPa×10367mm2=2×29t=58t满足要求！

台车主体结构：σ=F/S=32×104N/（30mm×1000mm）=10.6MPa满足要求！

（3）起重天车计算

TP48J起重天车主要技术参数如下：

①t=9800NE＝2.06×105MPa 额定起重量：Q=180t工作级别：A4

起升速度：v1＝2m/min 大车走行速度：v2＝28m/min。

最大工作风压：q＝250N/m2重力加速度：g＝9.8m/s2。

②载荷系数

a.起升自重冲击系数：φ1＝1.05；

③材料及许用应力

主要结构采用 Q345B 钢材，其屈服极限 δs－1＝345MPa，安全系数 n＝1.48。

④起升机构钢丝绳选择

单个卷筒选择起升倍率：m1＝8，取单个滑轮组效率为：k1＝0.98

选取钢丝绳4T-φ26最大破段拉力S0＝623KN直径

（4）节段支撑横梁计算

节段横梁的高度：H=1400mm上盖板宽度：B1=160mm整体宽度：B=1360mm；

盖板：t1=12mm腹板：t2=10mm梁的截面面积：A=31328mm2；

梁的截面惯性矩：I=4020599468mm4截面质心位置：Y=700mm。

工况A截面应力计算：

通过计算得出：Mmax=536kN·m，QA=-500kN；

最大剪应力：τ＝QA（1400mm－2×12）×10mm=36MPa。

工况B截面应力计算：

通过计算得出：Mmax=636kN·m，QB=-702kN；

（5）纵向稳定性简算（架桥机过孔最大悬臂）

P1=100t（天车自重），q1=6.3t/m（主梁+支撑+模板均重）P2=7.35t（后支腿自重），P3=7.34t（前支腿自重）q2=2.1t/m（导梁均重）；

M 稳=100×50.12＋7.35×50.12＋2.1×26×41＋6.3×56×1/2×14=10088.6t·m；

M 倾=7.34×50.12＋2.1×26×41＋6.3×56×1/2×14=5076.1t·m；

K=M稳/M倾=2 满足要求！

3 节段预制拼装简支箱梁拼装施工技术

3.1 节段拼装准备工作

①测量两桥墩间距离、高程、支承垫石位置及高度；②检查并复核桥墩的纵横向中心线；③检查支承垫石上螺栓孔位置及深度；④利用墨线将支座位置标记；⑤检查主箱梁各支点的支承安全情况和起重天车的安全使用性能。

3.2 架桥机安装及预压

3.2.1 架桥机安装

①分别在70#、71#和72#桥墩安装提升站托架、托架A和托架B及台车；②将“前导梁+一半的前支腿+前主梁节段一”安装在71～72#墩之间，并顶推纵移到位；③将前主梁节段二吊装起来，高空与前主梁节段一对接，并顶推纵移到位；④将“后主梁节段二+后主梁节段一”吊装起来，高空与前主梁节段二对接，并顶推纵移到位；⑤安装起重天车（分3步）到主梁天车轨道上，已安装主梁和前导梁顶推纵移到位；⑥将后导梁节段I吊装起来，高空与后主梁节段一对接，并顶推纵移；⑦利用履带吊倒运72#墩上的托架B及台车到69#墩上安装，并顶推纵移；⑧将后导梁节段II吊装起来，高空与后导梁节段I对接，并顶推纵移；⑨利用履带吊倒运70#墩上的托架A及台车到68#墩上安装，并顶推纵移；⑩待纵移到首跨施工位69#～68#墩之间后，利用起重天车安装节段支撑横梁及湿接缝施工平台，再安装其他重要辅件，并调试准备首跨施工。

3.2.2 架桥机预压

按规范要求和保证施工安全，架桥机拼装完毕后进行预压。采用已预制的节段箱梁块和小型混凝土预块或钢筋进行配重，利用架桥机的提梁设备安放在架桥机上，预压重量为成榀箱梁重量的1.2倍。预压按40%-80%-100%-120%的箱梁重量分级加载，卸载过程与加载过程相反。

3.3 节段支撑横联标高调整

架桥机姿态调整完成后，预留3个节段支撑横联处于打开状态，供吊装端部节段，结合预压得出的主梁中部最大下沉量，湿接缝浇筑完跨中最大下沉量，跨中最大反拱值，通过二次抛物线法计算出支撑横联杆顶标高。

3.4 节段块的初步就位

（1）首孔箱梁节段吊装

墩柱各项参数再次复核无误后，利用梁场内200t龙门吊将待架节段移至运梁车上，运输至桥下，起重天车直接从桥下取梁，架设在架桥机上。节段块安装按 1-1’-2-2’-3-3’-4-4’-5-5’-6-6’-7 顺序布置在架桥机上；支撑在调节支撑上；结合起重天车起重曲线，考虑到1#和7#节段梁体自重大，采用起重天车在主梁中部提梁，其它中间段在前导梁部位提梁。

图3 运梁车运至桥下

（2）其余孔跨箱梁节段吊装

运梁车自预制场将节段箱梁运至首孔箱梁位置，利用架桥机的提升设备（安装在节段拼装起点69#墩左侧）将节段箱梁提升到首孔箱梁顶的运梁车上，通过桥上运梁车运至架桥机主梁吊梁位置进行喂梁。

3.5 节段块的精确就位

节段块的精确就位是指节段块横向、纵向和竖向三个方向的调位。横向以线路中心线为基准，即要求线路中心线和梁体中心线重合；节段块在摆放时，纵向按设计预留出60cm湿接缝。

图4 起重天车主梁中部提升

图5 起重天车前导梁部位提升

图6 提升站提梁

（1）墩顶复核无误后，利用全站仪将支座中心线放样、弹出控制线。

图7 墩顶测量放样控制示意图

（2）对端部节段1和1’已安装好的支座下钢板进行分中、划线，就位时对应支座垫石轴线、标高控制点，此过程一定要控制准确。

（3）利用已就位两个端部节段作为控制基准，离翼板边缘3～5cm处，分别牵引一根直径2mm的钢丝绳。

（4）其它节段就位时，纵向以钢丝绳作为基准，按顺序吊装、就位。

（5）所有梁段全部就位后，将起重天车停放于墩顶位置，对梁面标高进行复核。

（6）对桥面标高复核有误的节段，利用起重天车将梁段重新吊起，通过调节每片梁段相对应的4个支撑旋杆，直至桥面标高达到设计要求，此过程中，需注意梁段的纵、横向平面位置，避免二次调节。

（7）将天车停放于墩顶位置，再次复核，各项参数无误后，进入下道工序施工。

（8）节段块就位是一个反复调整，逐渐趋近的过程，故在施工中按竖向调整→横向调整→纵向调整→竖向调整→横向调整→纵向调整的次序反复循环调整，直至达到设计要求。

图8 起重天车节段块精调

图9 节段箱梁顶标高控制点布置

3.6 绑扎预应力波纹管和钢筋

梁段精调完成后，即可进行波纹管安装。波纹管单根下料长度为1m，满足伸入预制梁段不少于0.2m的要求，采用中间对接、用胶带包裹的方法安装波纹管。钢筋在预制场钢筋棚加工，湿接缝钢筋放置于节段块上，随梁体一起提升上桥，现场绑扎。

3.7 湿接缝模板结构

以架桥机液压翼式平台作为湿接缝施工作业平台，湿接缝外模为小块钢模，内模采用竹胶板，通过螺栓进行连接组拼。拆模后，外模固定在翼式平台和架桥机主梁上。

图10 节段预制箱梁湿接头模板构造图

3.8 混凝土浇筑及养护

湿接缝混凝土浇筑选择在当天气温最低条件下进行。混凝土入模前，测定混凝土的温度、坍落度和含气量等工作性能；当拌和物的各项性能符合技术条件要求方可入模浇筑。湿接缝混凝土浇筑采用混凝土罐车运输至桥下，地泵泵送上桥，溜槽入模，连续浇筑，一次成型。

混凝土养护分为蒸汽养护和自然养护。夏季外界环境温度较高，昼夜温差较小，主要采用自然养护为主，最后一次收光后，立即采用塑料薄膜和棉布双层覆盖洒水保湿养护，使混凝土保持湿润状态，养生时间为期14d。当进入冬季施工时，湿接缝必须采用蒸汽养护，防止混凝土受冻，保证混凝土强度，蒸养时间5～7d。

3.9 预应力施工

节段梁预应力采用一次张拉，在湿接缝混凝土强度达到设计强度的100%且弹模达到设计值后进行。双端同步张拉，并左右对称进行。预应力筋张拉采用张拉力与伸长量双控，以张拉力为主，实际伸长量与计算伸长量差值控在±6%以内。对伸长量不足的查明原因，采取补张拉措施，并观察有无滑丝、断丝现象，作好张拉记录。

预应力管道压浆采用不低于设计等级的水泥浆，并按规定比例加入符合要求的膨胀剂。施工中采用真空压浆工艺，使得管道水泥浆更密实。纵、横向预应力管道由一端向另一端压浆。

3.10 架桥机过孔

解除横联→旋转打开湿接缝工作平台→解除整机纵向约束→打开前导梁后支腿→主梁支撑横移→纵向油缸推动主梁前移→前导梁支腿支撑在超前墩支座上→起重天车后移至主梁后支墩→解除后支腿约束→纵向油缸推动主梁前移→整机锚固→安全检查。

3.11 节段拼装箱梁质量控制

主控项目：移动支架架桥机组拼预制梁段，接缝表面处理、接缝方法、材料及梁体预拱度必须符合设计要求；湿接头的预应力孔道应圆顺、顺畅、接头牢固不漏浆。

表1 预制梁段整孔组拼允许偏差和检验方法

4 结束语

随着交通事业的快速发展，我国对高速铁路的需求日益增加，在追求高速铁路数量的同时也要注重加强施工技术，以确保高速铁路的安全性和正常性。节段预制拼装简支箱梁施工技术作为高速铁路桥梁施工中一项非常重要的技术，因此，需要不断提升节段预制拼装简支箱梁施工技术，实现高速铁路的安全运行。

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