高速铁路56 m节段拼装箱梁短线单独预制法施工技术研究

刘保成

（中铁二十二局集团第四工程有限公司 天津 301700）

1 引言

节段拼装箱梁施工技术可将整个箱梁在纵向分成若干个节段，采用工厂化预制后运输至相应桥位组装、拼接并整体施加预应力后形成箱梁结构［1］。这种施工技术的桥梁跨度适应范围广、对周边环境和交通影响小、机械化程度高、安全性和经济效益好［2］。节段预制技术是节段拼装箱梁拼装的基础［3］，本文通过56 m节段拼装简支箱梁施工对节段梁体单独预制法施工技术进行研究。

2 工程概况

桥址区位于黄土沟壑区，两侧沟壑区地形破碎，起伏较大，高程在940～1 050 m，相对高差110 m。56 m混凝土简支箱梁采用单箱单室、等高度、变截面结构。箱梁顶宽12.6 m，底宽6.7 m，梁体预制混凝土等级为C55，单片箱梁由13个预制节段湿接法组成。箱梁架设采用龙门吊及运梁小车配合造桥机整孔组拼施工。

3 短线单独预制法施工工艺

短线单独预制施工工艺与常用的长线法或短线法节段预制工艺有明显的区别，节段块由定型模板单独预制，相互不影响，由节段块预制引起的线形误差通过混凝土湿接缝调整可满足梁体之间匹配精度要求［4］。具有节段预制速度快、生产成本低、场地适应性强等典型优势［5］。

3．1 节段预制梁场布置

节段预制梁场设置在特大桥右侧，场内分钢筋加工区、制梁区、箱梁养护区、存梁区、造桥机拼装区等。预制场内设置数个制梁台座和养护台座，制梁台座分为端部节段预制台座、过渡节段预制台座和标准节段预制台座三种；养护台座兼做整修台座，台座周围设喷淋系统。

3．2 预制块线形控制

单独预制法施工相邻预制块之间的匹配精度误差可由拼装湿接缝进行调节，因此在预制期间对箱梁的纵向坡度和预拱度的精准度要求不高［6］，但是在保证几何尺寸满足要求的基础上节段块顶底面必须保持水平状态，以方便后期预制块的拼装调整［7］。

箱梁模板的准确定位是保证箱梁几何尺寸满足要求的基础。节段块预制施工前必须建立箱梁局部坐标系［8］，计算出节段块控制点的坐标值。在预制场地现场坐标的基础上，准确定位出模板位置后方可进行节段的预制［9］。

4 节段块预制施工工艺

56 m节段拼装简支箱梁节段分为端头节段、过渡节段和中间节段三种。节段块采用流水预制法施工模式，主要涉及模板、钢筋、混凝土浇筑和养护、预应力孔道施工、节段吊移等内容。

4．1 模板施工

根据流水施工速度和劳动力配置，制梁区配置端头节段模板一套、过渡节段模板1套、标准节模板2套。单个节段块预制模板可分成外模板和内模板两部分，外模板采用定型钢模板，分为底模板、侧模板和端头模板三种；内模板为拼装式液压模板，配有专门的平移轨道。模板连接处设橡胶条，增加模板的密封效果。底模板和侧模板均由钢面板和支撑骨架焊接而成，端模板设钢筋和管道的预留孔。为方便对箱梁模板的定位调整，底模板与制梁台座的预埋件焊接固定在一起，侧模板采用固定弧形模板，通过丝杠调整其高程和平面位置。

台座的地基承载力及模板强度、刚度、稳定性满足设计要求，几何尺寸和平整度经验收合格后方可在制梁台座上安装使用。为方便模板定位，提高模板安装效率，制梁台座外围设置模板安装卡位器。模板安装前在表面均匀涂抹脱模剂，底模板安装时不设预拱度，端模板必须处于垂直状态，且模板连接处要紧密，相邻模板间无漏浆问题。

4．2 钢筋施工

端头节段和过渡节段因箱梁内部尺寸变化明显，加强筋布置较多，宜在制梁台座上直接绑扎成型；标准节段的钢筋几何尺寸相对固定，适宜在钢筋加工区绑扎台座上整体绑扎。

1#端头节段和3#过渡节段采用制梁台座上绑扎方式，在台座上安装节段块底模板、侧模板和端模板，通过测量定位放线，人工调整底模的平整度、端模板的垂直度、侧模板的线形及节段块整体的标高和几何形状，模板精度符合要求后紧固模板调节丝杠和连接螺栓以固定模板。钢筋绑扎时首先使用钢筋定位卡具绑扎底板和腹板钢筋，利用定位网片定位预应力管道的位置，腹板钢筋绑扎过程中穿入预应力管道。内模板通过轨道滑入，与端模板连接固定后绑扎顶板钢筋并安装预埋件。

5#和7#节段块为标准节，钢筋在加工区钢筋绑扎台座上整体绑扎成型。钢筋绑扎完成并验收合格后采用机械吊入制梁台座已调整并固定好的节段块外模板内，滑入内模，再次检查调整模板并连接固定后，测量定位安装预埋件。

4．3 混凝土浇筑

预制块采用C55混凝土现浇施工。砼采用高强度水泥、级配良好的中粗砂和碎石，由砼拌和站集中拌和。砂石料使用前用清水冲洗干净，拌和前根据原材料的含水率及时调整施工配合比，坍落度控制在180～200 mm之间，运输时间不超过30 min。

混凝土浇筑总原则：“水平分层，从一端向另一端连续浇筑、一次成型”。箱梁混凝土采用泵送或龙门吊垂直入模，施工前专人负责检查箱梁模板、钢筋、预应力管道、预埋件尺寸及位置等隐蔽工序施工质量。砼浇筑前用清水将模板冲洗干净。

混凝土浇筑时保持两侧腹板同步施工，浇筑面高差不大于30 cm，防止内模偏移。混凝土采用插入式振捣棒和附着式振动器组合振捣工艺，振捣棒移动距离控制在工作半径的1.5倍以内，与模板和预应力孔道间距保持在10 cm左右。顶板采用提浆整平机整平，初凝前后由人工收面，防止箱梁表面出现细微裂隙。

养护作业人员必须保证24 h不间断养护。节段梁养护时不得直接用水冲向混凝土表面，以免增大混凝土芯部和表面的温差；拆模后应及时覆盖土工布，不得使混凝土外露面长时间暴露在阳光下，以免混凝土产生干裂。

4．4 混凝土养护

砼收面完成后顶板和底板外露面采用塑料薄膜覆盖、铺设双层湿润土工布、喷淋洒水保湿养护方式，不得直接将水洒在箱梁表面，大气温度过低时采用蒸汽养护方式。养护以砼表面充分湿润为度，养护时间不小于14 d，空气湿度低于40%或温度较低时，养护时间延长至21 d。夏季施工时，在箱梁模板外表面用透水土工布架空覆盖，防止箱梁温差裂缝的产生。节段块拆模后吊至养护区，砼表面喷涂养护液，并继续养护。

4．5 预应力管道施工

节段块内部预应力孔道采用橡胶抽拔棒成孔，橡胶管用定位网固定。定位网在专用的胎卡具上焊接成型，沿线路方向50 cm布置一道并与骨架钢筋焊接牢固。在橡胶管内穿入直径12 mm的支撑钢筋，确保管道定位准确、线形流畅、平顺无死弯、弧度满足要求。

混凝土强度达到2 MPa后，先抽出橡胶管内的支撑钢筋，按照“先下层，后上层”的原则从一端用卷扬机抽拔橡胶管，通过观察已抽出橡胶管外表面的混凝土附着色，验证抽拔时间的准确性，若橡胶管表面为灰白色，说明抽拔时间过早，应适当延后。

4．6 节段吊移

节段块在梁段顶板翼部预埋吊装套管，周围设螺旋筋加固。吊装套管用吊装孔限位架来保证吊孔的垂直度及位置准确，以保证提升吊杆与承载面垂直受力。

混凝土强度达到吊装要求后可转运至养护区。采用200 t龙门吊配合四根φ40精轧螺纹钢将节段块整体吊起。起吊和吊装过程中始终保持吊梁顶托的平整性，防止因拉力不均对梁体造成损坏。

存梁台座顶部设橡胶垫，台座顶面标高及平整度经测量符合要求后方可将节段梁体缓慢放置在橡胶垫上。现场工作人员对节段的编号、方向、生产日期、养护、几何尺寸、外观质量等基本信息进行登记并挂牌公示，对存在表面缺陷的节段块及时采取修补措施。节段块采用两层堆放，上下层支垫位置必须对齐，测量人员定期对存梁台座沉降、橡胶垫压缩情况进行检查，防止节段块损坏。

5 节段块预制线形控制措施

节段块预制期间，节段预制线形控制主要是对节段梁的几何断面进行控制，如节段块的几何尺寸、轴线、垂向、水平控制等基本参数［10］。在制梁场内设置坐标控制网，提高模板拼装、预留孔洞、中线控制等方面的精度，保证节段块线形的控制精度。

5．1 建立节段块局部坐标系

因各节段块的外表面尺寸相对比较规整，在预制过程中对每个预制块建立独立的局部坐标系，以节段块大里程端断面底板中心点为原点0，以大里程方向箱梁中心线为x轴，节段块大里程端断面左侧为y轴线，节段块大里程端断面顶底中心点连接线为z轴。在局部坐标系内部计算节段块各控制点的坐标，并以此为基础，进行测量放样，准确定位出模板的空间位置。

节段块预制期间在箱梁中心线上设置两个中线控制点a和b，腹板顶端设置四个高程控制点c、d、e、f。在预制过程中不间断测量并记录数据，方便后期节段块拼装过程中及时调整［11］。

5．2 应用测量观测塔

以预制台座中心线为基准，在前后两侧设置测量观测塔。测量控制塔中心点连线与节段块纵向中心线、制梁台座中心线在同一直线上，保证梁体中线不发生偏移。节段块两侧端模板保持竖直状态，两端模中心点的连接线与观测塔中心控制线保持重合，侧模板上边缘保持在同一水平面内。

测量控制塔监测制梁台座的沉降变形、模板变形和箱梁中心线的偏差［12］。预制过程中通过监测a、b观测点的数据变化确定梁体中心线的偏移数据，另在节段块两侧端模板上各设置四个固定观测点，监控台座沉降和模板变形。

6 施工效果分析

（1）节段块预制施工速度

本工程预制块的四套模板首次组拼时间为36 d。端头节段钢筋在制梁台座上直接绑扎成型速度为2.5 d／孔；标准节段在钢筋绑扎台座整体绑扎速度为1 d／孔，正常条件下预制速度为22块／月。适当优化施工工艺，提高作业人员素质和技术水平后节段块的预制速度可达到25块／月，节段块的预制工序对整个节段拼装箱梁工程工期的影响较小。

（2）预制块施工质量分析

节段拼装箱梁的节段块体积小，定型钢模板强度高，节段块的几何尺寸和变形量易于控制［13］。通过对已完工的52块节段块的预制质量统计分析数据表明：节段块成品的端部垂直度误差在6 mm以内，梁体中心线位置偏差在5 mm以内，预应力孔道位置偏差最大为11 mm，节段块的整体几何尺寸误差在10 mm以内，线形控制效果符合设计要求［14］。

节段块混凝土的浇筑振捣和养生是施工质量控制的关键环节。采用制梁场工厂化预制法，砼施工全过程易于控制，砼养护施工方便及时，整个预制作业条件明显优于梁体原位现浇。节段块的砼强度增长速度较快，拆模后外观质量较好，可以确保节段块的施工质量。