高墩简支箱梁节段胶接匹配架设施工技术

2022-03-07赵立财

粘接 2022年1期

赵立财

摘要：通过架桥机天车提升与松放吊挂对梁段的平面位置与高程进行粗调，在梁底支座的两侧纵向、横向分别设置精调锚固装置以及竖向支撑螺旋千斤顶，梁面设置倾角仪传感器系统来完成梁段的定位与锚固，使各梁段匹配整个过程工序简单化。研究表明，永久预应力张拉及松放吊挂匹配技术，能够合理确定预应力张拉时间、张拉力大小与松放吊挂时间的匹配，调整匹配梁段标高和轴线偏角，确保箱梁匹配节段与首节箱梁节段胶接的匹配精度，解决了箱梁节段胶接拼装架设过程周期长的技术问题;提高了梁体拼接匹配精度与线型质量以及接缝面剪力键与胶接组合工艺，实现各节段梁体之间的压力和剪力的传递，有效保证桥梁结构的抗力作用，确保梁体具备良好的防渗水性能。

关键词：节段梁;胶接拼装;剪力键;精调;三维定位;施工技术

中图分类号：TQ436+.1;U445.4 文献标识码：A文章编号：1001-5922（2022）01-0001-07

Construction technology of gluing and matching erectionof high pier simply supported box girder segments

ZHAO Licai1，2

（1.Department of Civil and Construction Engineering，National Taiwan University of Scienceand Technology，Taipei 106，China;

2.China Railway 19th Bureau 3rd Co.，Ltd.，Shenyang 110136，China）

Abstract：Through the bridge locomotive lifting and loose hanging on the beam segment of the plane position and elevation of rough adjustment，in the beam base support on both sides of the vertical，horizontal set up fine anchoring device and vertical support spiral jack，beam surface set inclination sensor system to complete the positioning and anchoring of the beam segment，so that each beam segment matching the entire process of simplification.The research shows that the permanent pre-stress tension and loose hanging matching technology can reasonably determine the matching degree of pre-stress tension time，tension size and loose hanging time，adjust the matching beam segment elevation and axis angle，and ensure that the box beam matching section and the first box beam section The matching precision of segment bonding solves the technical problem of long assembly cycle in the process of box beam joint stitching and assembly，based on the angler sensor measurement matching method，improves the precision and line quality of beam splicing match，and the seam surface shear key and seam glue combination process.The pressure and shear transfer between the beams in each section can be realized，which can effectively guarantee the resistance of the bridge structure and ensure that the beams have good water impermeability.

Key words：segment beam;glued assembly;shear key reinforcement;fine adjustment;three-dimensional positioning

预制节段拼装工艺是将梁体分为若干节段，在工厂预制后运至桥位进行组拼，通过施加预应力将节段整体拼装成桥的施工工艺。预制节段桥梁拼装法可分为干接、湿接以及胶接3种拼装工艺。其中胶接是利用在连接面上产生的机械结合力、物理吸附力和化学键合力而使两个胶接件连接起来的工艺方法。节段胶接拼装架设施工中，梁体节段均由工厂预制成型，可大幅度缩短施工工期，且节段质量轻、尺寸小、运输方便，质量稳定可靠，大大降低安装及成桥后混凝土收缩徐变，使得桥梁几何形状控制得当，外形美观性提高[1-2]。目前，我国预制梁胶接拼装架设的相关施工技术的应用与研究成果较少，有较多的关键技术未能得到有效解决[3]。胶接拼装架设施工工艺即是将整个梁体分为若干节段，在工厂预制后运至桥位进行组拼;施工过程中，首节段梁作为节段预制胶接拼装简支箱梁拼装的起点，其线型定位直接控制整孔梁的线型。采用节段精准定位及锚固技术，利用精轧螺纹钢、螺旋千斤顶进行对首节段纵向精准调节，三角架与墩顶垫石之间用精轧螺纹钢锚固[4]。通过预应力张拉与吊挂松落间不同工况的组合，来验证节段梁间上缘、下缘的受力情况，来确定最佳的松吊挂时间，确保整孔梁的線型满足设计要求[5]。

1 工程概况

新建盐城至南通铁路长江大桥南引桥全长17.297 km，每跨梁长度为49.10 m，每孔箱梁共计11个节段，10个胶接缝。预制节段长度分为3.45、4.3和4.8 m三种，梁高4.086 m，梁顶宽12.2 m，梁底宽6.2 m，跨中截面顶板厚32 cm，底板厚35 cm，腹板厚50 cm。采用单箱单室等高度预应力混凝土结构形式，箱梁节段接缝采用环氧密封胶进行胶接，接缝面按梯形形式布置剪力键[6]。箱梁两端支座处的横隔板设置过人洞，横隔板厚130 cm。

2 关键技术

2.1 架桥机拼装就位

节段胶接拼装架设采用上行式桁架式节段拼装造桥机，其结构形式如下：

（1）桁架结构。包括导梁，主梁，后尾梁，前、中、后支腿，梁段悬吊体系，回转天车。两片桁架上方通过上平联连接，下方通过下托梁连接;

（2）桁吊台车。负责将节段吊装到腹内天车上，天车在下托梁纵梁上走行，使用天车自带的横移油缸、顶升油缸及旋转油缸进行节段三维调整;

（3）墩顶支腿。在节段拼装过程中，移动支架通过支腿将重量传递到桥墩;在移动支架纵移过孔过程中，通过支腿位置的变化，来引导移动支架前移;

（4）下托梁。下托梁通过牛腿悬挂在桁架下弦杆，设于主梁下部，其上安装轨道，可行走腹内三维运梁天车，用以运输并承托混凝土节段。

架桥机在27#～29#墩之间进行拼装。首先拼装29#墩的墩旁支架，用于支撑架桥机3#支腿。然后用260 t履带吊（主臂长度90 m）拼装架桥机2#支腿，架桥机主梁地面组装完成后，使用200 t提升站及260 t履带吊吊装主梁，最后使用履带吊安装1#、4#支腿及主、副天车[7]。架桥机支腿吊装如图1所示，架桥机主梁吊装如图2所示。

2.2 预制节段运至架桥机尾部提梁

梁场提梁机将节段梁装至地面运梁车上，运梁车将节段梁运至提梁机下。提梁机将节段梁提至架桥机主梁上方，架桥机上的天车横移使节段梁到达架桥机两根主梁之间，然后落梁至主梁下方旋转90°，使用精轧螺纹钢将节段梁临时吊挂在主梁上[8]。运节段梁至提升站如图3所示;提升站提节段梁至架桥机上方如图4所示。

2.3 梁段定位

2.3.1 首节梁段精调及定位技术

首节梁段作为节段预制胶接拼装简支箱梁拼装的起点，其定位精度直接控制整孔箱梁的线型。首先，采用架桥机的天车对梁段的平面位置与高程进行粗调[9]。然后在梁底支座的两侧纵向、横向分别设置精调锚固装置以及支撑螺旋千斤顶，梁面设置倾角仪传感器系统来完成首节段的定位与锚固，使各梁段匹配整个过程工序简单化，可大幅提高节段拼接质量。三维定位顺桥向布置如图5所示，三维定位横桥向布置如图6所示。

在前孔梁腹板中设置Ф40精轧螺纹钢、支座旁侧的锚固装置以实现梁段的纵向粗调与锚固，然后利用千斤顶、旋动螺母对梁段进行纵向精调。在首节段梁底利用防落梁的预埋螺栓孔来安装精调锚固装置，然后用Ф25精轧螺纹钢穿过2个三角锚固装置对梁体实现横向粗调，通过墩顶丝杠的旋出并顶住支座垫石侧面来实现节段梁的横向精调，同时需与竖向精调操作同步匹配合。使用吊挂、主梁精轧螺纹钢以及千斤顶进行梁体竖向精调，同时需与横、纵向精调相配合，将首节梁段调节至安装位置。

首节梁段架设的轴线偏差小于等于1 mm，梁体高程偏差小于等于2 mm，以减少对其余节段梁架设的误差。梁段竖向精调锚固装置如图7所示，纵向精调锚固装置如图8所示，横向精调锚固装置如图9所示。

2.3.2 其余节段箱梁定位

其余节段箱梁定位均以首个节段为基准，利用首个节段的坐标进行控制。节段梁标高通过调整长度来控制，轴线原则上不调整，以拼接缝密贴为准。节段箱梁直接支承于支座上并进行锚固，防止拼装过程中产生位移。其余节段箱梁匹配采用架桥机提升或松放吊挂以及纵向、竖向、横向锚固装置来调整待匹配梁段的位置，直至高程偏差小于等于2 mm，使其与已安装梁段连接端口位置处于同一标高，即完成其余节段箱梁匹配。

2.4 涂胶

节段拼接胶采用A、B双组分环氧树脂类胶粘剂，其胶体性能在12 h时，其抗压强度大于等于25 MPa，7 d的抗压强度大于等于75 MPa;胶体粘接能力在7 d时，其抗剪强度大于等于155 MPa。该材料具有高强、高触变性的优良性能。同时，接缝胶可起到润滑、铆栓、防水的作用，能够传递应力，通过对压力和剪力的传递参加桥梁结构的抗力作用，防水作用能夠起防潮密封以防止预应力索的锈蚀，以保证今后梁体可以具备良好的防渗水性能。在接缝面涂胶之前，需清除接缝混凝土面上的污物、油迹、浮浆，对接缝面进行打磨处理，并在接缝面呈梯形布置剪力键;然后在梁体涂胶范围四周粘贴1.5 mm厚环氧树脂垫片;最后将混合后的胶涂抹在双侧待粘接面上，使用自制涂胶工具将混合后的胶涂抹于结构表面，使其与环氧树脂垫片持平，涂刷密贴。接缝面涂胶作业如图10所示。

节段拼接胶层厚度控制在3 mm，不得漏涂，以保证有多余节段拼接胶从接缝中被挤出，由于胶层厚度的不同在调整拼装时上翘和低头现象。环氧树脂接缝在节段拼接胶尚未凝固之前，要在接缝保持一个最小临时压应力，不小于0.30 MPa，通过临时钢束来施压。梁段架设时必须在接缝完全闭合后才能施加临时预应力。

2.5 施加临时预应力

临时预应力的布置是节段箱梁拼装过程中极其重要的一个工序环节，对后续工作影响较大。在全截面节段拼接胶涂刷完毕，移动待拼节段梁段进行对位拼接。节段拼接时采用精轧螺纹钢筋予以施加临时预应力，确保施工任何阶段主梁接缝处胶体固化时需满足：0.30 MPa≤胶体压应力≤0.60 MPa，临时预应力在节段梁纵向预应力张拉完成后方可拆除。临时预应力筋安装如图11所示。张拉临时预应力时，需保证梁段挤胶后的胶缝宽度控制在0.6～1.2 mm，以保证有多余的胶体由接缝中挤出，不允许出现缺胶现象，挤出多余的拼接胶及时刮除;如胶缝宽度不满足设计要求，可适当增加张拉力。临时预应力张拉如图12所示，张拉过程中挤胶并清理如图13所示。

2.6 永久预应力张拉及松吊挂匹配技术

节段预制拼装桥梁施工过程中，若张拉预应力过少，拆除吊杆后会产生安全事故;若张拉预应力过多，由于架桥机变形较大，张拉梁体预应力后梁体上拱量较小，张拉预应力后，吊杆力不能全部卸載，可能造成梁体上缘开裂，对桥梁的后期正常使用和耐久性造成影响;节段梁体悬吊过程中吊杆和预应力共同作用，使得梁体受力复杂，吊杆拆除时以及预应力张拉的工序对于桥梁整体受力和成桥线形影响很大。预应力张拉与松吊挂是否匹配，将对节段梁最终线型控制产生决定性的影响。

2.6.1 未拆吊杆情况下梁体截面上缘应力控制

考虑自重完全由吊杆承担，此时吊杆拉力和自重处于平衡状态，此时可视为梁体只受永久预应力作用。根据预应力的张拉顺序依次对钢束张拉，对比分析每张拉一对钢束后的梁体应力状态找到合适的张拉力。上缘压应力为4.5 MPa，最大拉应力为0.000 4 MPa;下缘最大压应力为9.37 MPa，拉应力为0 MPa;竖向位移为9 mm。

2.6.2 拆除吊杆情况下梁体截面上缘应力控制

不考虑吊杆的支撑作用，梁体自重完全由梁体张拉的一部分钢束承担，此时需观察张拉一部分预应力钢束后结构的抗剪、抗弯强度，并校核截面下缘应力。上缘最大压应力为2.36 MPa，上缘最大拉应力为0.57 MPa;下缘最大压应力为10.94 MPa，下缘拉应力为0 MPa。

长江大桥南引桥使用C60混凝土，根据《桥涵钢筋混凝土和预应力混凝土结构设计规范》（TB10002.3—2005）规定，混凝土最大拉应力不得超过0.7fct=0.7×3.5=2.45 MPa，最大压应力不得超过0.75fc=0.75×40=30 MPa。在未拆吊杆工况下以及在拆除吊杆工况下，桥梁最大压应力以及最大拉应力，均满足混凝土最大拉压应力的规范要求。

2.6.3 永久预应力张拉与吊挂匹配施工技术

节段拼装箱梁设置最大预拱度值为1 cm。待架桥机主梁下降达到原先主梁最大起拱值后停止落梁;然后开始永久预应力张拉，张拉的过程中同步下放梁段的吊杆，直至所有钢束张拉完毕。同束钢绞线应由两端对称同步张拉，千斤顶升、降压速度相近。张拉完毕后，架桥机前、主支腿油缸降低，消除架桥机主梁弹性挠度，解除吊杆，完成体系转换。永久预应力张拉如图14所示。

根据节段箱梁上临时吊点与架桥机提升吊绳的相对位置，在实施永久预应力张拉的过程中同步进行匹配精确定位，以保证匹配梁上的临时吊点、架桥机吊绳、架桥机吊挂三者保持垂直受力状态。首先，启动架桥机提升系统，将吊装梁段缓慢靠近已装梁段;然后，通过吊具自身液压系统以及两台吊机的提升高度进行纵、横相对位置的调整，箱梁匹配节段至与已安装好的箱梁节段相接触并实现胶接后立即锁定预应力钢绞线;最后，开启架桥机提升系统下降吊绳，待吊绳不受力时拔出吊挂上销子，再次提升架桥机吊绳，使其吊挂与箱梁临时吊点之间完全分离，即完成架桥机松吊挂作业。架桥机松吊挂如图15所示。

2.7 胶接拼装线型控制方法

利用对准塔强制对中基座进行水准仪与全站仪建站，匹配梁段的定位是通过梁面设置倾角仪传感器、全站仪、水准仪与各梁段间的位置关系，测量梁段间相对夹角。在梁段匹配过程中，控制悬臂安装线型的平顺性，即控制梁段间夹角，使其保持为无应力制造线型中的角度。平面与高程控制点预埋件必须在匹配梁段作为浇筑梁段时，混凝土凝结前安放在梁段顶板上。在拼装过程中，每个梁段顶板前端横隔板位置设置控制点，若相邻3个梁段控制点坐标分别为（x1，z1）、（x2，z2）、（x3，z3），各梁段控制点水准尺读数分别为 W1、W2、W3，相邻梁段控制点间水平距离分别为 d1、d2，相邻梁段控制点连线与水平线间夹角分别为γ、β，相邻梁段控制点连线间夹角为ε。梁段匹配示意如图16所示。

则有：

γ=arctanz1-z2d1，β=arctanz3-z2d2（1）

在梁段匹配过程中，控制梁段安装过程线型的平顺性，即控制夹角ε，使其保持为无应力制造线型中的角度。则有：

γ+β=ω2-ω1d1+ω2-ω3d2（2）

将倾角仪传感器安装在已安装梁段顶面，并将夹角数据归零，将归零后的倾角仪传感器安装在待安装梁段上，倾角仪传感器采集的夹角数据为角α，倾角仪传感器两次安装的距离为L，则倾角传感器安装点相对于已安装梁段的相对高程数据Δh=L×sin α。

中央控制器是倾角仪传感器通讯连接，以接收待安装梁段的夹角数据，并将夹角数据转换为倾角仪传感器安装点的高程数据xi。无线数据接收模块用于接收夹角数据并传输给梁段位置分析模块，梁段位置分析模块将夹角数据转换为倾角仪传感器安装点相对于已安装梁段的相对高程数据Δh，设定已安装梁段的高程数据为h2，则倾角仪传感器安装点的高程数据xi=Δh+h2。自动算出匹待安装配梁段的位置偏差。在每个待安装梁段上沿桥梁纵向中心线两侧分别安装一个倾角仪传感器，待安装梁段倾角仪传感器安装位置如图17所示;倾角仪传感器如图18所示。

梁段匹配安装控制系统包括：倾角仪传感器，其设置在待安装梁段的前端，用于采集待安装梁段与已安装梁段间的夹角数据;中央控制器，其与倾角仪传感器通讯连接;然后，将夹角数据转换为倾角仪传感器安装点的高程数据xi;其中，中央控制器判断安装点的高程数据xi与待安装梁段位于安装点处的理论安装高度h1的高度差Δy是否大于2 mm，若是中央控制器向桥面吊机发出启动信号，进行待安装梁段调整。

调整方式为：设定上游倾角仪传感器安装点的高程数据为x1，得高度差y1，下游倾角仪传感器安装点的高程数据为x2，得高度差y2。若y1>2 mm或y2>2 mm，则中央控制器会向桥面吊机发出启动信号，通过桥面吊机调整待安装梁段的位置。若y1>2 mm，y2>2 mm时，开启桥面架桥机提升或松放吊挂以及纵向、竖向、横向锚固装置来调整待匹配梁段的位置，直至y1≤2 mm，y2≤2 mm。使其与已安装梁段连接端口位置处于同一标高上，即完成节段箱梁匹配。

2.8 架桥机走行过孔

造桥机纵移过孔，前支腿立在钢管柱上，进入下一梁连续梁的架设状态。采用液压迈步式走行系统进行桥机整体移位过孔，通过整套液压系统与桥机结构系统组成一迈步一顶进的循环步履。顶进过孔时采用一套液压供油系统，同时控制顶进速度，结构整体协调同步移位。整孔箱梁拼装完成效果如图19所示。

3 结语

通过架桥机天车提升与松放吊挂对梁段的平面位置与高程进行粗调，利用倾角仪传感器定位技术、永久预应力张拉及松吊挂匹配技术对梁段进行精调，成功解决了临江、高墩、大风等不利条件对拼接作业的影响，并得出以下研究结论：

（1）首节段箱梁采用防落梁预埋套筒进行梁体横向精调，与传统在墩顶预埋套筒相比，避免了墩柱预埋套筒及加强钢筋，有利于降低成本;

（2）利用桥面架桥机提升或松放吊挂匹配技术，可调整匹配梁段标高和轴线偏角，确保箱梁匹配节段与已首节箱梁节段胶接的匹配精度;

（3）节段胶接拼接接缝面的剪力键与接缝胶，可实现各节段梁体之间的压力和剪力的传递，有效保证桥梁结构的抗力作用，防止预应力索的锈蚀，建成的桥梁外观质量好，线型更好、更美观;

（4）提出了基于倾角仪传感器测量匹配方法，提高匹配精度，使梁段匹配整个过程工序简单化，解决了简支箱梁节段胶接拼装过程中梁体节段定位精度低、拼装周期长、线型控制难等技术问题。

【参考文献】

[1]王和欢，邢彪.高速铁路56 m简支梁节段预制与拼装控制工艺研究[J].安徽建筑，2021（5）：141-143.

张启才，唐剑，龚鹏鑫.高铁胶接节段箱梁长短线结合法匹配预制施工技术[J].公路交通技术，2020（5）：89-93.

汤晓光.单线铁路64 m节段胶拼简支箱梁施工关键技术研究[J].中国标准化，2018（14）：88-90.