预制节段梁拼装方案选择及应用分析

黄双龙 HUANG Shuang-long

（中铁十五局集团路桥建设有限公司，南京 210031）

1 工程概况

粉岭北新发展区第一阶段粉岭高速绕道东段为一条2公里长高架公路桥，高架桥从安全街接入，沿麻笏河前行至东铁线，后分为两条支线分别接入粉岭公路和大窝西支路。高架桥分左右两幅，单幅桥面宽度11.7m-14.0m，为单箱单室箱型梁结构形式，采取节段拼装的方式成桥，C1至C4联为左右幅并行段，从C4联末尾左右幅开始独立，分别为右幅D1至D2联与左幅E1至E4联。高架桥左幅8联34跨（C1至C4左幅和E1至E4），线路长度1979.503m；右幅6联26跨（C1至C4右幅和D1至D2），线路长度1437.24m。高架桥跨度从40.0m-110.0m不等，其中左右幅的前5联C1至C4和D1及E1和右幅最后1联E4的跨度都在62.0m以内，属于常规跨度,梁截面高度为2.5m，节段分割单元长度2.5m-3.0m，单块重量在100吨以内（大部分为70吨左右）；E2、E3和D2联跨越港铁东铁线及既有粉岭公路等特殊结构物，存在127m、100m、96m等大跨度结构，梁截面高度从8.5m至2.5m不等，节段分割单元长度为3.0m-4.0m，单块节段梁最重为170吨。根据设计方初步设计方案，节段梁均采用桥面吊机拼装方式成桥。（图1）

图1 高架桥线型走向

2 可选方案及工艺对比

常规节段梁拼装方法主要分为架桥机拼装、桥面吊机拼装、搭设支架拼装三种，架桥机拼装主要采用悬臂拼装方式成桥，在桥墩两侧将节段梁成对同时安装并进行临时张拉，直到最大的悬臂状态，然后进行跨中合拢，采用架桥机拼装成桥，不受桥梁地面环境限制，能够形成顺序流水施工，喂梁方式可采用桥下喂梁或者桥上后位喂梁，架桥机拼装成桥受架桥机自身结构性能、跨距和曲线半径影响，对节段梁大小和重量有所限制；桥面吊机拼装同样采用悬臂式拼装方式成桥，类似于挂篮，在0号块及第1对节段安装完成后，安装桥面吊机，直接从地面将节段梁提升到位，直至最大悬臂状态，然后进行跨中及边跨合拢，采用桥面吊机拼装成桥，能够在多个桥墩同时开展，不受其他未完成桥墩的进度影响，不受跨距、曲线半径和节段梁大小、重量影响，但桥下喂梁的方式对地面交通环境有所要求，且每完成一个桥墩的悬臂T构拼装，均需安拆一次，无法完成边跨段拼装；搭设支架拼装可应用于各种型号节段梁，同样不受跨距、曲线半径和节段梁大小、重量影响，通过支架顶部多向千斤顶调整节段梁位置，可同时拼装多块节段梁，线型易于调整，但对地基基础及交通条件有所要求，同时需吊车配合拼装。各方案主要施工工艺如下：

架桥机悬臂拼装：

支架安装墩顶节段-架桥机上桥-悬臂拼装中墩节段梁-整体吊装拼装边跨节段梁-中跨与边跨合拢-架桥机走行过孔-悬臂拼装中墩节段梁-整体吊装拼装边跨节段梁-边跨及中跨合拢-整体张拉压浆-下一循环。（图2）

图2 架桥机悬臂拼装节段梁

桥面吊机悬臂拼装：

支架安装墩顶和第一对节段-安装桥面吊机-悬臂拼装中墩节段梁-支架安装边跨节段梁-边跨及中跨合拢-拆除桥面吊机-整体张拉压浆。（图3）搭设支架拼装：

图3 桥面吊机悬臂拼装节段梁

支架基础处理-钢管柱及纵横梁安装-支架预压-多项千斤顶安装-吊车吊装节段梁-线型调整-节段梁张拉压浆。（图4）

图4 搭设支架拼装节段梁示意图

3 方案选用分析

3.1 无大跨地段环境条件及方案选用

高架桥的前4联C1至C4和第5联D1、E1，桥梁曲线半径最小为327m，最大跨度为62m，最大纵向坡度4%，最大横向坡度7%，单幅宽度11.7m-14.0m，节段梁均为2.5m等高，底面水平。桥墩多处于河流两岸，含有T型独墩5个，墩顶节段现浇于T型墩顶内，含有门式墩5个，墩顶节段现浇于门式墩横梁内，其余均为直墩，墩顶块采用预制节段梁。前5联高架桥无大跨结构，但来回4次穿越河面宽度为30m的麻芴河，第四联及第五联处于既有中旅货仓厂内。（图5）

图5 无大跨地段桥梁线路平面示意图

采用支架拼装节段梁方案：搭设支架拼装成桥需全面占用桥下土地以及河流，由于来回跨越麻笏河，桥下地形多变，且无法避免于水中搭设支架，代价高昂，环保形势严峻，全桥使用支架拼装节段梁不具备可行性，仅部分地段可用。

采用桥面吊机拼装节段梁方案：桥面吊机拼装节段成桥根据运梁喂梁方式不同，分为桥下运输喂梁和后位桥面运输喂梁两种方式。若采用桥下喂梁方式，需架设栈桥或者钢便梁形成运梁便道，由于河面宽度在20m左右，且桥梁多次跨越河道，部分桥梁走向在竖直方向上与河流重叠，需架设栈桥或钢便梁的位置多、长度大，存在较大施工安全风险，造价也较高，同时会污染水源，无法通过环保署的环保评估。若采用后位桥面喂梁方式，需在中墩处，采用120t吊车吊装节段梁于墩顶运梁小车上，运梁小车将节段梁运至桥面吊机处，桥面吊机从桥面起吊节段梁并前移节段梁进行拼装。C1至C4联每联4跨，若要及时完成跨中合拢，左右双幅同时进行悬臂拼装需桥面吊机12台，3个中墩各需一台120t吊车进行配合，且边跨需要搭设支架拼装边跨段的节段梁。此方案工序复杂，大型设备应用过多，对安全控制、质量控制和成本控制均不利。

采用架桥机拼装节段方案：架桥机拼装节段梁成桥可按顺序从大里程C4处逐步向小里程方向拼装，采用后位喂梁方式，无需桥下便道配合，且逐跨成桥，运梁车可从装梁处直接驶至架桥机位置，中跨段采用悬臂拼装，边跨处可逐个提升节段梁进行整体拼装，采用架桥机拼装能够形成固定的流水节拍和标准化施工工艺，易于工人进行操作执行。

通过方案对比，选用架桥机拼装节段梁最具有可行性。由于场地限制架桥机上桥处无法设置跨线提龙门吊，为避免长时间占用大吨位吊车吊装节段梁上桥，在第4联C4的最后一跨桥面，跨越左右幅可设置一台桥面龙门吊机（固定式），在此处的节段梁预制生产时，左右两幅线路节段梁内侧翼缘板预留桥面钢筋，不浇筑混凝土，留置一个宽5m长16m的节段梁提升通道，提升至桥面上以后，再由桥面运梁小车运至需架设桥跨后方桥墩位置给架桥机喂梁。架桥机可在拼装完成C4至C1的4联后，再掉头去架设第5联D1和E1，以及转场架设左幅第8联E4。此地段采用架桥机拼装成桥方案具有较高的经济合理性，且易于控制施工质量与安全，对周边环境影响小，环保效益显著。

3.2 大跨地段环境条件及方案选用

高架桥右幅第6联D2和左幅第六联E2、第7联E3均为大跨段，D2联和E2联均跨越东铁线、行人天桥、麻笏河和既有公路，E3联跨越行人天桥和大窝东支路。其中跨越东铁线、行人天桥和麻笏河的桥墩为E2-01至E2-02与D2-01至D2-02，E2-01至E2-02墩跨度为127m，D2-01至D2-02墩跨度为100m；跨越既有公路的桥墩为D2-02至D2-04，跨度为80m+88m；跨越行人天桥的桥墩为E3-04至E3-05，跨度为70m；E2-02至E2-03位于东铁线与粉岭公路之间，桥梁跨度为96m。大跨地段中墩T构部分节段梁为变截面高箱梁，截面高度从8.5m至2.5m不等，节段梁分割单元为4.0m一个节段，单块节段梁重最重达170t，边跨段节段梁为高度2.5m，分割单端2.5m-3m一个节段，重量100t以内的常规节段梁。此段曲线半径最小320m，最大纵坡5.9%，最大横坡7%，同时由于节段预制厂设在大陆，大跨段节段梁从高度到重量均不满足公路运输的条件，需采取在桥下附近位置分别设置临时制梁场的方式进行预制。（图6）

图6 大跨地段桥梁线路平面示意图

采用支架拼装节段梁方案：支架拼装成桥不受大跨度影响，但由于桥下存在河流、铁路线、行人天桥和供水管道等构筑物，支架搭设困难，且上跨铁路线安全风险高，跨中节段梁吊车起吊安装时站位困难，无法全桥使用支架拼装节段梁。

采用桥面吊机拼装节段梁方案：桥面吊机拼装节段梁不受桥梁小曲线、大跨度影响，不受非标节段梁的高度、重量限制，但由于桥下存在各种结构物过多，无法通行地段或下方存在结构物地段不具备桥下喂梁条件，而采用桥上后位喂梁方式，需采用大吨位吊车及运梁小车配合。

采用架桥机拼装节段方案：架桥机需跨越两跨站立支撑，D2、E2和E3桥均为大跨度桥梁，E2-01至E2-03墩两跨长度为127m+96m，且曲线半径为320m，D2-01至D2-03墩两跨长度为100m+80m，大跨度、小半径和重达170t的非标节段梁使架桥机无法适应此种工况。

通过方案对比，最佳施工方案应选用桥面吊机配合搭设支架的方式进行。桥面吊机拼装喂梁可采取桥上后位喂梁与桥下喂梁结合的方式，在周边具备通行条件的T跨结构中使用桥下喂梁，在跨越构筑物地段采用桥上后位喂梁，在地势平整、桥下无障碍物、交通便利地段采用搭设支架拼装方案，同时可设法在跨越铁路线的E2-01墩的T构和D2-01墩的T构上采用转体墩结构，避免跨越铁路线拼装节段梁，也可利用铁路线旁既有道路进行桥下喂梁，大大节约吊车使用成本，降低安全风险。

4 结语

节段梁拼装方案的选择需综合考虑现场地形条件、桥梁线型设计、节段梁型号等多种情况，在技术方案具有可行性的情况下，再去比对经济合理性、安全质量可控性。架桥机拼装方案在安全、质量、环保、施工便捷性方面具有极大优势，但需满足500个以上的节段梁应用数量，方能取得较佳的经济合理性，节段梁数量低于500时，采取桥面吊机方式更加节约成本，而在地面交通环境良好，可实现桥下喂梁时，节段梁拼装数量若不足800个，也应优先选用桥面吊机拼装成桥方案，节段梁拼装数量较少，且存在异形梁时，搭设支架拼装成本最低。在国家碳中和的大背景下，采用节段预制拼装造桥技术对于节约资源、保护环境等方面有着极大积极意义，通过本文对节段梁拼装方案选择的叙述，望能为其他同类工程在方案选择时提供借鉴。