高速铁路56m简支梁节段预制与拼装控制工艺研究

王和欢，邢彪

（1.中铁四局集团有限公司，安徽 合肥 230023；2.中铁四局集团有限公司第七工程分公司，安徽 合肥 230023）

20世纪中期，节段梁预制拼装技术已经开始小范围应用在桥梁上，特别是大跨度桥梁大多采用拼装技术建造。目前在东南亚国家的桥梁建造中，节段预制拼装法已成为首选，而2001年通车的上海浏河大桥，是国内首次采用节段梁预制拼装法施工的桥梁。但是，由于铁路施工标准更加严格，节段预制胶接拼装法在高铁桥梁的应用还很少，几乎处于空白状态。

因其优点众多，节段预制胶接拼装法逐渐受到工程建设者们的青睐。近年来众多大跨度、高墩铁路桥梁，优先采用节段预制胶接拼装法建造，这是我国铁路桥梁发展趋势之一。因此，对节段梁预制胶接拼装技术进行研究，逐步优化现场施工方案，有着非常重要的工程意义。

1 工程概况

银西高铁漠谷河2#特大桥位于咸阳市乾县境内，全桥长1605m，5#～20#墩布置15孔56m单箱单室预应力混凝土简支箱梁，计算跨径53.8m，箱梁横向支座间距5.2m，梁顶宽12.6m，梁高5.1m，底部宽6.7m，跨中截面底板厚350mm，腹板厚520mm，顶板厚400mm，采用节段预制胶接拼装法施工；每跨箱梁采用奇数分块，跨中不设接缝，对称布置，共分为13个梁段，12个接缝。全桥共计195个预制节段，两端采用2.7m调整节，共计30节；中间设4.6m标准节，共计165节；接缝面剪力键按密键形式布置，剪力键采用梯形，键顶宽5cm，键根部宽15cm，键高5cm；接缝采用无溶剂型双组分触变性桥梁专用环氧粘结剂，在移动模架造桥机上整孔组拼，整孔张拉预应力施工。全桥布置见图1～图2。

图1 漠谷河2#特大桥全桥效果图

图2 漠谷河2#特大桥全桥布置简图

2 节段梁预制方案

2.1 预制梁场布置

根据本桥工程特点和现场地形条件，将节段拼装梁节段预制场设置在漠谷河2#特大桥25#台台尾路基红线内顺路基方向布置。节段梁预制场规划长350m，宽31m，主要分钢筋制作加工区、制梁区、箱梁装修养护区、存梁区；其特点为纵向狭长，横向较短。钢筋制作加工区分原材存放区、钢筋制作区、半成品码放区制及钢筋绑扎区。制梁区设置短线制梁台座、长线制梁台座各一套，长线制梁台座施工时根据以往梁体的预留参数及模型计算在跨中处设置14mm反拱值。台座两端设置测量观测塔。箱梁装修养护区设置3个养护台座，周围做喷淋系统，养护台座设置养护水池，水池储水容量约为30m。存梁区设计为两层存梁，其中设置10个调整节存梁台座、32个标准节存梁台座，存梁能力（包含养护台座）77片（6孔）。机械方面：梁场配置1台20t、跨度21m龙门吊，单轨铺设169m，1台200t、跨度24m 大龙门吊，双轨铺设345m。用C30混凝土浇筑，并设置5‰纵坡。大轨道越过门吊2孔已成梁，桥上拼装架桥机、喂梁。

图3 56m节段拼装梁场布置图

2.2 预制过程线形控制与测量

节段预制过程中，要时刻对预制梁的线形进行观测，复核其轴线、标高是否满足要求，通过数据画出梁体的实际断面图，与设计断面进行比较，对梁体重新定位和调整，得到正确的断面形式，使实际线形尽量吻合设计线形。

①测塔的设置

两个观测塔位于制梁台座的两端，其作用为对节段梁预制进行测量监控。观测塔设置的关键为两塔心连线必须与台座的中心线重合，其高度应满足整片制梁区通视的要求。在梁体施工过程中，利用观测塔对梁体的轴线与高程进行测量，确保节段梁的线形正确。

②建立控制网系统

A.平面控制网

为了更好的进行平面测量，在梁场范围内选取4个平面控制点，两个观测塔的中心以及另外两个点设置于视野开阔，不受干扰处。平面控制网如图4所示。

图4 平面控制网示意图

B.高程控制网

高程控制网布设闭合线路，直接提供台座所必需的施工高程控制点，并作为施工过程中前后沉降观测的依据。

图5 高程控制网示意图

由加密控制点 BM1、BM2、BM3、BM4、A、B控制高程。

2.3 节段梁预制

为保证后期架梁梁段匹配及成桥线性，节段预制采用长线法为主短线法为辅的施工工艺；即先在短线台座上分别预制1#、13#节段，满足要求后将1#、13#节段吊入长线台座，用三维调节小车精确就位，然后匹配预制2#～12#节段。1#节段和13#节段预制时一端采用固定端模，一端采用活动端模，节段钢筋在短线台座上现场绑扎。2#～12#节段预制时，一端为匹配梁段，一端为活动端模，节段钢筋在钢筋绑扎胎具上提前绑扎，整体吊装。

主要施工步骤：

第一步：调整1#段底模，安装1#段固定端模，调整长线台座上底模到设计位置。

第二步：预制1#、13#段。

第三步：将1#、13#段吊装到长线台座上，用三维调节小车精确就位。

第四步：用1#段作为匹配段预制2#段，用13#段作为匹配段，预制12#段。

第五步：从两端向跨中依次预制3#、11#、4#、10#、5#、9#、6#、8# 段。

第六步：移走一套模板，以6#和8#段为匹配段预制7#段。

主要施工工艺：

①首节段预制

首节段在短线台座上预制，一端端模采用活动端模，另一端采用固定端模。先将端模、侧模安装到位后，再绑扎钢筋，然后滑入内模，浇筑混凝土。

②首节段定位

将首节段吊入长线台座后，用三维调节小车调整节段横纵向位置以及标高。

③刷隔离剂

为保证待浇节段混凝土与匹配节段混凝土（新旧混凝土）特别是剪力键能很好地分开，确保混凝土完整性，要在匹配面刷隔离剂。隔离剂选择的是双飞粉+精面粉+水。涂刷时要求均匀涂刷两遍，在节段脱开后，用钢丝刷和清水清理干净。

④钢筋吊装

为提高工作效率，长线台座上钢筋在绑扎胎具上提前绑扎，整体吊装。钢筋绑扎吊具设置两排十二个吊点，为防止起吊点处绑线脱落、钢筋变形，对吊点附近的钢筋绑扎点进行点焊连接。

⑤预应力孔道成孔

预应力管道采用预埋塑料波纹管成孔，塑料波纹管用定位钢筋网片固定。

塑料波纹管与固定端模间用锥形硬塑料塞封堵，硬塑料塞通过螺栓锚固在固定端模上，固定端模上的螺栓孔根据设计图纸准确放样。波纹管与匹配梁间采用双锥形硬塑料塞连接。

⑥安装模板

钢筋笼吊装到位后，按照端模、外模、内模的顺序安装模板。模板安装过程中用仪器控制各部分模板的中线、标高、垂直度等。

⑦混凝土浇筑及布设控制点

混凝土搅拌运输车将混凝土运送至节段位置，再将混凝土放入料斗，然后用龙门吊吊至节段上方入模。混凝土初凝前，埋设4个高程控制点和2个中线控制点。

⑧吊离节段

整孔梁体节段预制完成并编号，节段达到设计强度后，用200t龙门吊吊运至整修区，准备下一孔梁的预制。

3 节段梁拼装梁胶接架设方案

3.1 总体施工方案

采用TPZ80/2500型造桥机进行箱梁节段拼装施工，先在25#台-24#墩跨间梁面预拼装，在25#台、24#墩顶已成型梁面进行造桥机拼装，造桥机采用边拼装边顶推的拼装方式。造桥机拼装完成后继续通过倒运支腿的方式进行前移，直至造桥机至20#墩顶后，将由预制梁段吊运至造桥机指定位置，以造桥机承重梁为依托，采用运梁车通过梁面将预制好的梁体喂入架桥机，并按规定的顺序摆放、调整就位，涂胶拼装，施加临时预应力，然后穿入通长纵向钢绞线、张拉，即可完成架梁作业。

3.2 梁体架设流程

架梁工序分为：喂梁、拼装及施加临时预应力、永久张拉与拆除吊杆及拆除临时预应力，安装走行轨道、安装后支点小车倒运后支点、顶升中支腿及倒运至设计位置，安装中支腿、纵移造桥机及拆除后支点小车；

第一步：架桥机纵移到位，开始喂梁；喂梁顺序为：1#、13#、2#、3#、4#、5#、12#、11#、10#、9#、8#、7#、6#，其中 5#、7#、9#、11# 梁段下放；

第二步：从1#～13#梁段依次拼装并涂刷环氧胶，施加临时预应力；

第三步：从1#～13#梁段依次拼装，最后拼装13#块施加临时预应力；

第四步：从1#～13#梁段依次拼装，施加临时预应力完成，施永久预应力，拆除吊杆与临时预应力，安装走行轨道。

第五步：安装后支点小车，倒运后支点至1#段位置；

第六步：顶升中支腿到设计位置，准备倒运支腿；

第七步：倒运中支腿到位，固定中支腿；

第八步：利用造桥机纵移装置将其纵移到位，拆除后支点小车，开始下一孔喂梁；

3.3 胶接材料的使用

3.3.1 胶接材料选择

节段梁胶接材料采用环氧树脂密封胶，选取了爱劳达（美国）和西卡（瑞士）两种品牌进行试验。经试验两种材料性能均满足要求，现场涂胶施工西卡环氧胶含砂多较为粗糙，爱劳达环氧胶较为平滑且颜色更贴近混凝土颜色，最终研究决定选用爱劳达环氧胶。

3.3.2 胶接材料使用

涂胶前将梁段涂胶面打磨处理，保证接缝两侧端面清洁、干燥，孔道无杂物；并对修补过的地方进行单独处理，避免存在凸面影响剪力键的咬合；在预应力孔道周围采用闭孔发泡聚乙烯材料作为密封垫圈，密封圈尺寸环宽10mm，内环直径比预应力孔道直径大5mm、厚5mm，防止环氧树脂胶挤进孔道内。回转天车起吊梁段向组拼好梁体靠拢至20～30cm缝时，粗调梁段标高和中线基本符合。

在梁段调整及各项准备工作就绪后，开始拌制胶浆。按规定比例（重量比为2：1）配置，先将A胶通过搅胶器搅拌10分钟左右，然后将B胶放入A胶中，使用搅胶器搅拌，大约搅拌5分钟，直至胶颜色变均匀。涂胶作业时顶板、箱内、箱外各4人快速多工作面自上而下对称同时涂胶，接缝面两侧各涂刷1.5mm厚，涂刷厚度均匀，45min内完成一道接缝涂胶，90min内完成拼接。

3.4 临时预应力张拉

顶板和腹板临时预应力张拉采用钢锚块、φ32精轧螺纹钢和张拉穿心顶。当梁段涂胶完成后，回转天车提梁向组拼好梁体靠拢至3cm左右，靠拢的同时拧紧精扎螺纹钢的螺母，缝隙较大的一侧先拧，使两侧梁缝基本一致，再次对梁段标高、中线进行调整，通过天车上油缸调整梁段中线及标高，使中线、标高完全吻合。临时张拉时四组人员及设备同时作业，螺纹钢施加预应力作业时以确保箱梁断面对称同时完成。先张拉临时锚块上的4根精扎螺纹钢后再张拉另外4根，8根精扎螺纹钢张拉到设计吨位。张拉时专人指挥，分 0.1、0.4、0.7、1.0 四级张拉。

临时张拉完成后，立即组织人员清理接缝挤出的胶，并用通孔器清理预应力孔道，排除可能被挤入预应力孔道的胶体。

3.5 永久预应力张拉

节段梁在架桥机调整后，采用预应力进行整体张拉，采用ф15.2钢绞线，体内张拉技术。先对管道进行清孔，清除管道中可能挤入的胶体，减少预应力损失，然后按照设计要求进行编束穿束。张拉设备就位后，检查其强度与稳定性，符合设计要求后按照钢束的张拉控制应力进行张拉。张拉完成后及时清理挤压出的胶体，并对梁体的线形进行观测。张拉结束后48小时内完成压浆作业。

3.6 节段拼装线型控制

节段梁拼装时，核心的工艺是整跨梁线形控制与调整，端部调整节直接控制桥梁线形，必须精确就位；后续梁段以调整节为匹配梁进行拼装，拼装过程中要考虑节段梁的挠度、徐变、造桥机的弹性变形，张拉预应力起拱等因素，结合设计线形参数，从纵向、横向以及高度方向分别进行控制。

本工程中利用场内200t龙门吊按照拼装的顺序将预制完成的节段梁起吊至运梁车，缓慢运输至待拼装梁大里程端，利用造桥机提梁装置进行喂梁，待单跨所有节段在造桥机上就位后，即可进行拼装。根据设计线形首先将1#安装精确就位，端节梁对控制整个梁体线形非常重要，就位后必须进行复核，满足要求后方可进行后续标准节段的拼装。标准节段以1#节段梁为基准，逐渐向13#靠拢，不断调整线形，保证拼装后与设计线形吻合，复核节段梁的轴线、高程，接缝面的匹配情况，符合要求后，将剩余的标准节段逐个拼装，整跨梁拼装完成后，控制造桥机将节段梁纵向移动一定的间距，保证后续涂抹环氧树脂有足够的工作空间。

4 梁体预制及架设的控制要点

4.1 梁体预制

①梁体钢筋密集，为保证预应力管道定位准确，提前利用BIM技术进行优化，保证预应力管道偏差满足要求。

②梁体截面高5.1m，混凝土浇筑时需增加串筒辅助浇筑，以避免因浇筑底板时落差太大而造成混凝土离析。具体位置可在施工前采用BIM技术来选定。

③梁段剪力键设计为密键形式，且剪力键将参与梁体成桥后的共同受力，预制精度要求高，后期梁体架设精度要求高，梁体预制时每节梁段全部进行编号存放，确保架设时剪力键相互匹配，架设精度满足规范要求。

④为保证梁体线形，节段预制过程中各项施工测量必须严格控制，沉降观测按时定期进行，如发现问题及时沟通并进行调整。

4.2 梁体架设

①造桥机是梁段拼装的“模具”，就位后要严格检查架桥机的中线及水平度，其中心线与桥梁的中心线应保持一致。曲线段拼装时，造桥机中线应与预先设定的弦线一致。

②在涂胶前，把所有梁段吊装到位后，利用双作用千斤顶进行精确调位，直到线形满足设计和规范要求才能进行涂胶工序。

③预应力张拉时，严格按设计要求的指标控制，保证张拉到位。

④严格控制涂胶厚度，每侧不得小于1.5mm。

⑤梁段吊装及运输过程需小心谨慎，避免过程中出现磕碰情况，若出现剪力键或混凝土面破损，应及时修补。

⑥孔道密封垫圈使用前需检查是否出现破损，不得使用问题垫圈。

5 结语

目前，国内对于高铁桥梁的节段预制拼装技术的相关工法、科研结果并不成熟。本文以漠谷河2#特大桥大跨径简支梁节段拼装施工为例，对高铁桥梁的节段预制、拼装工艺做了系统的研究，从中可以看出，整个施工阶段的核心为控制梁体的实际线形与设计线形吻合，其中包括两个部分：一是节段预制时的线形控制，二是整跨拼装时的线形控制。