铁路高架桥箱梁节段预制胶拼施工关键技术

耿树成

(中铁大桥局集团有限公司，湖北 武汉 430050)

0 引言

节段预制胶拼建桥施工技术是将建造过程提前统一到工厂化生产，可大大缩短工程施工时间，有利于质量控制[1-5]。在我国公路、市政领域节段预制胶拼技术应用较多，近年来国内铁路行业也进行了一些试点[6-7]，取得了一定的科研成果。孟加拉国帕德玛大桥铁路连接线项目是“一带一路”建设的重点工程。本文结合孟加拉国帕德玛大桥铁路连接线项目，对节段预制胶拼建桥施工关键技术进行介绍，以期为其他类似工程提供借鉴。

1 工程概况

帕德玛大桥铁路连接线位于孟加拉国中西部，是孟加拉国东、西部客货运输交流的又一条主通道，新建铁路正线全长168.6km。线路起于既有达卡站，经马瓦、通过在建的帕德玛大桥、邦嘎至杰索尔。在跨越布里甘加河一级航道设V1高架桥，里程Ch.7+175—Ch.23+950，全长16 775m，包括498孔38m跨度简支箱梁、12孔34m跨度简支箱梁和15孔100m跨度简支钢桁梁。衔接帕德玛大桥北铁路引桥设V2高架桥，里程Ch.41+463—Ch.44+052，全长2 589m，包括64孔38m跨度简支箱梁和4孔34m跨度简支箱梁。衔接帕德玛大桥南铁路引桥设V3高架桥，里程Ch.50+733—Ch.54+764，全长 4 031m，包括95孔38m跨度简支箱梁和12孔34m跨度简支箱梁。主线为单线铁路，无砟轨道桥面，轨距1 676mm，设计客车行车速度120km/h，货车行车速度80km/h。

混凝土简支箱梁桥采用节段预制胶拼、曲梁曲做工艺，设体内预应力束，梁体为C50混凝土。38m跨箱梁分12个节段，布置为(D+C1+B+A1+4A+A1+B+C2+D)；34m跨箱梁分11个节段，相较于38m跨箱梁少1个A型节段；3座高架桥共8 192个节段，墩顶D型节段最重，混凝土20.1m3。梁跨布置及跨中断面如图1，2所示。

图1 梁跨布置

图2 跨中典型断面

2 施工难点与特点

1)全线34m和38m跨度简支箱梁共685孔，8 192 个预制节段，制、运、架数量大。

2)3座高架桥呈独立构筑物，相距较远，材料、设备相互间转运困难。

3)V1高架桥CH.16+450处设置高架车站，4线布置，施工复杂。

4)采用无砟轨道桥面，节段梁桥面运输困难，运、架工效低。

3 预制梁场布置

3.1 预制梁场选择

对于数量大、运输工效要求高的结构来说，现场建设制梁场是最好选择[8-9]，可有效实现工期目标和成本控制。预制梁场的选择全面考虑供梁范围、运输距离、线路情况、材料供应、地形地貌等因素。

1)梁场场址交通便利，机械设备进退场和材料供给方便；同时，水、电供应方便，便于迅速展开施工。

2)场址选择在桥梁旁边或统一集中预制，兼顾节段梁运距和经济性。

3)场址尽量地势平坦，地质良好，节约建设费用，并满足环保要求。

4)场址选择充分调研运架梁通道的通畅性，能保证运架梁不受干扰。

3座高架桥相互独立，综合上述因素，每座高架桥单独建立预制梁场为最优选择。V1高架桥预制梁场设置在Ch.11+500处，V2高架桥预制梁场设置在Ch.42+600处，V3高架桥预制梁场设置在Ch.52+400 处，分别预制所属高架桥的箱梁节段。

3.2 预制梁场布置

综合经济性和环保等方面因素[4]，节段梁选用短线法预制，预制梁场按行列式布置，每行内按使用功能划为钢筋加工区、钢筋绑扎区、预制生产区、节段整修区和存梁区；每行内布置4台20t门式起重机用于钢筋、模板、混凝土施工，配置1台覆盖制、存梁区的80t门式起重机用于预制场内节段梁移动。制梁台座总数量按每日预制节段数量和占用单个制梁台座时间计算确定。墩顶D型节段与通用预制台座按占用单个制梁台座时间和节段数量计算确定，两者比例按1∶3配置。存梁台座数量按每日预制节段数量和占用单个存梁台座时间计算确定。

按上述原则，V1预制梁场按2行设置，每行内布置10个预制台座、90个双层存梁台座；V2预制梁场按1行设置，12个预制台座，108个双层存梁台座；V3预制梁场按1行设置，15个预制台座，135个双层存梁台座；门式起重机按相应比例配置。每个预制梁场均设置强制式混凝土搅拌站。对每个预制梁场的制、运、架平衡分析，预制梁场设置可使三者间达到有效平衡。

4 节段梁预制技术

短线法匹配预制即利用已浇筑好的节段作为下一浇筑节段一端模板，结合面匹配制造，固定端模作为另一端的模板，循环预制。

4.1 基础预压

预制台座选用钢管打入桩和钢筋混凝土扩大基础，基础施工后按1.5倍节段重进行预压，3d的累计沉降量<3mm时停止预压。

4.2 制梁顺序

墩顶D型节段设专用台座预制，单跨内其余10个节段由通用台座预制。首先预制2号节段(C1型)，将2号节段后移到匹配位置预制3号节段(B型)，依次循环预制完11号节段(C2型)，2号节段移至专用台座上匹配预制墩顶1号节段(D型)，11号节段移至专用台座匹配预制12号节段(D型)。单孔38m跨简支箱梁预制顺序如图3所示，34m跨简支箱梁预制顺序与之相似。

图3 38m跨简支梁预制顺序

4.3 制梁技术

1)模板制安 模板主要包括固定端模和支架、外侧模和支架、底模和底模台车、内模和内模台车、匹配梁等，所有模板均选用定型钢模板制作。各部位模板支架和预制台座基础预埋件固定，安装精度要满足预设目标值要求。

2)钢筋制安 在加工区成型的钢筋运至钢筋绑扎区在专用胎架上绑扎。绑扎成型的钢筋笼用20t门式起重机整体起吊安装，精确定位预应力孔道，前端用PE塞塞紧，用螺栓将PE塞固定于端模上，管道后端与匹配节段预应力管道对齐顶紧，用定位钢筋固定。在管道内穿入直径比波纹管内径小5mm的PE芯棒，芯棒贯穿匹配节段直至顶紧固定模板PE塞后端，保持管道形状并防止水泥浆或其他杂物进入。

3)混凝土浇筑和养护 混凝土用20t门式起重机悬挂料斗入模。按底板、腹板、顶板的顺序分层浇筑。养护选用自动喷淋系统，保湿养护14d。对节段梁进行有限元仿真分析，确定梁体拆模强度，拆除内模及外侧模。底模台车将节段梁移至匹配位置，按监控指令调整匹配节段，开始下一节段预制工作。

4)存梁 梁体混凝土强度达到起吊要求后，用布置在底模上的千斤顶将其与新浇节段分离，再用底模台车将其纵向移开约10cm距离，用80t门式起重机转运至储存区存放，继续保湿养护。箱梁节段分2层3点存放，存放支墩顶面铺设20mm厚橡胶板。

5 节段梁架设技术

5.1 节段运输

高架桥采用无砟轨道桥面，桥梁中线两侧各1.1m范围内预埋4道闭合轨道连接钢筋，其中V1高架桥被跨水系的4座钢桁梁桥分隔为5段。如采用桥面运梁，不仅需定制特殊运梁车、每段都要单独设节段梁提升上桥设备，而且桥面仅能布置成单通道运梁，运输效率偏低。而地面运梁可忽略桥面运梁带来的不利因素，减少桥面运梁车和提升上桥设备的投入，并能有效解决桥面单通道运输效率偏低问题，且地面运梁可将预制节段提前摆放于桥位处对应梁跨内，减少预制梁场的存梁压力。综合对比分析地面运梁、存梁的方式，运、架整体工效更高，优势显著。

对已完成施工的梁跨，场地平整、碾压处理，按3点存放地基承载力标准值≥150kPa指标控制，摆放混凝土支撑块体。运梁车选用载重能力为80t的轮胎式低平板运输车，存梁场内的节段梁满足存梁龄期后，80t门式起重机起吊装车通过施工通道运抵对应梁跨，用150t履带式起重机将预制节段摆放于支撑块体上。

5.2 架设技术

3座高架桥制、运、架工程量大，从预制到架设所经历工序多，在组织实施中始终把节段梁架设作为控制工期的主线，科学合理保证制、运、架三者的平衡至关重要。V2和V3高架桥是先通工程，V1高架桥是后通工程。经分析对比，V2高架桥投入2台架桥机，V3高架桥投入2台架桥机和1套5孔支架，V1高架桥主线先期投入2台架桥机。V2和V3高架桥施工结束后，架桥机全部转移至V1高架桥主线，支架转入车站区间。每台架桥机和支架承担的架设任务按可作业时间和完成单孔的工效计算确定。经比选确定的架桥机和支架相结合逐跨拼装的施工方法，投入设备少、各自的优势和工效充分发挥，是最优选择，经济性显著。

这样想的时候，周小羽便又跑到楼上，拿起作业本撕了一张下来，然后来到弹棉花的屋里，他趴在棉花堆上，一笔一笔地画了起来。直到被驮子发现。

5.2.1架梁方法

架桥机用于沿主线连续孔跨架梁作业。架桥机选用LG75型，全长85.2m，重365t，两幅主桁中心距4.2m。可架设34m跨和38m跨箱梁，承载力为6 500kN，天车起吊能力为75t，满足最大纵横坡±4% 和最小平曲线半径500m的作业要求。

用架桥机起重天车逐块将节段吊起，用φ32精轧螺纹钢筋悬挂于架桥机主桁架上。1孔梁的所有节段均要悬挂，消除架桥机的弹性和非弹性变形，悬挂时相邻节段错开，支座预先安装于墩顶D型节段上一并悬挂，架桥机架梁立面布置如图4所示。

图4 架桥机架梁立面布置

支架主要用于V1高架桥车站区间并行4线架梁作业。架设拼装支架由基础、支撑立柱、桩顶可调高度装置、柱顶横向分配梁、纵向滑道和可调高度钢垫块组成。支架模块化设计，可实现快速组拼、拆除、转运。配置门式起重机或履带式起重机用于节段梁提升和拼装。

下部结构施工后，平整场地，光轮压路机碾压平整，地基承载力按标准值≥150kPa的指标控制，组拼各模块，调整支架总体高度，将纵梁用螺栓连接成整体。纵梁顶铺不锈钢板，每个可调高垫块顶铺高压石棉板，底垫MGE滑板与不锈钢板组成摩擦副，适应梁体张拉时纵向变形。门式起重机或履带式起重机逐节段起吊，4点支撑于纵梁顶钢垫块上。摆放时第1和第2个节段间距约40cm，其他相邻节段间距约10cm，支架顶可摆放11个节段，消除支架的弹性和非弹性变形，12号节段起吊后直接拼装。一孔梁架设后横向拖拉移位，快速开始相邻孔位架梁作业。支架架梁立面布置如图5所示。

图5 支架架梁立面布置

5.2.2拼装技术

节段梁拼装主要包括首节段定位、节段胶拼、预应力张拉、孔道压浆和支座安装5道关键技术。

5.2.2.1首节段定位

首个墩顶D型节段定位对整孔梁的拼装线形起决定性作用。首节段安装后选用三向定位技术进行控制，使其不发生位移和转动，为后续节段拼装提供可靠基准。首先调整竖向高程，用墩顶竖向千斤顶和架桥机吊杆实现约束固定；调整横向位置，用对拉固定于支座垫石上的临时约束装置与梁体侧面抄紧实现侧向约束固定；调整纵向位置，用精轧螺纹钢筋与已架箱梁梁端对拉实现约束固定。

5.2.2.2节段胶拼

试胶拼是检查两节段拼接面高差、倾斜度(纵坡)是否保持一致避免涂胶后节段位置调整的重要工序。试拼装调整方法与正式拼装完全一致，重点检查箱梁节段标高、中线和胶拼面情况。试拼时施加部分临时预应力，使匹配面完全密贴。试拼完成后移开约40cm，除纵向平移外，节段的标高和倾斜度保持不变。

胶拼用环氧结构胶主要是起到密封和防水作用，防止预应力束腐蚀和预应力孔道压浆时在胶拼面处漏浆，同时可也起到弥补节段间胶拼面不平整、润滑剪力键作用。胶液分为A，B双组分，按配合比机械搅拌均匀后使用。双面涂刷，每个面厚1.5mm，涂胶前在两侧胶拼面粘贴涂胶厚度参考点，用刮刀从下向上几个工作面同时均匀涂刷，为防止结构胶在临时预应力施工时受挤压进入预应力管道，在预应力管口粘贴厚度为3.0mm高压缩性闭孔发泡聚乙烯“O”形密封圈。拌制完的环氧树脂在规定时间内涂刷、拼接完成。

在预制节段梁内腔预留有临时预应力张拉齿块结构，用于胶拼时施加临时预应力。胶拼时在齿块内穿入φ32精轧螺纹钢筋并3根1组同步张拉，给胶拼面施加约0.4MPa压应力，使胶拼面密闭，挤出的结构胶及时刮平。胶拼后用比预应力孔道直径小5mm的梭形通孔器对胶拼面反复抽拉，0.5h后再通孔1次，保持孔道畅通。胶拼截面积不同计算确定的临时预应力张拉力不同，顶板张拉力在365～410kN，底板张拉力在355～435kN。

5.2.2.3预应力张拉

箱梁设体内预应力，布置12-7φ5，15-7φ5，19-7φ钢绞线，单根钢绞线公称直径为15.2mm，公称面积Ay=140mm2，标准强度1 860MPa，弹性模量E=1.95×105MPa。为验证设计参数并准确确定预应力施工的张拉控制应力，施工前开展孔道摩阻试验至关重要。张拉前对所用千斤顶、油表配套校验，验证张拉设备工作性能，确定线性回归方程，校验时活塞的运行方向和实际张拉工作状态一致。施工前按孔道摩阻试验得到的锚口摩阻值计算千斤顶张拉控制应力。

理论伸长量计算是指计算两端锚具间钢束的伸长量，钢束端部应力按锚下控制应力取用。后张法预应力钢绞线在张拉过程中，钢束的应力和伸长量主要受两方面因素影响，即管道弯曲影响引起的摩擦力和管道偏差影响引起的摩擦力，这两个因素导致钢绞线张拉时，锚下控制应力沿着管道向跨中或非张拉锚固端逐渐减小。理论伸长量的计算方法参考JTG/T 3650—2020《公路桥涵施工技术规范》附录F提供的计算公式[10]。孔道每米局部偏差对摩擦的影响系数，孔道内全长均要考虑该影响；预应力筋与孔道壁的摩擦系数，只在孔道弯曲部分考虑其影响，2个值按试验值取用。弹性模量和钢绞线的截面积按实际值取用。

穿束后钢绞线在孔道内处于松弛状态，孔道差别、穿束及编束工艺不同，钢绞线在孔道内松弛程度也不同。因此，在张拉开始阶段其伸长量与张拉应力并非线性关系，初始张拉应力的确定对准确推算钢绞线的实际伸长量具有重要意义。施工时分级张拉，对张拉原始数据进行分析，以张拉应力为横轴、伸长值为竖轴绘出各级张拉应力与伸长值的曲线图，确定曲线斜率基本一致的分级点，作为初始张拉应力的起算点。预应力筋张拉的实际伸长值ΔLS按以下公式计算：

ΔLS=ΔL1+ΔL2-ΔL3

式中：ΔL1为从初始张拉应力至最大张拉应力时的实测伸长值(mm)；ΔL2为初始张拉应力以下的推算伸长值(mm)；ΔL3为工具锚、工作锚的回缩量和千斤顶内钢绞线的伸长量之和(mm)。

5.2.2.4孔道压浆

钢绞线束张拉完毕24h后复查，确认无滑丝、断丝后用砂轮切割机切断端部多余的预应力钢绞线，安装压浆锚罩，对预应力孔道压浆。

5.2.2.5支座安装

墩顶三向千斤顶向上起顶整孔箱梁，从中部开始对称向两侧拆除吊杆或支撑钢垫块，将梁体自重转移至墩顶。

1孔梁张拉、压浆后用墩顶三向千斤顶精准调整整孔梁的平面位置和竖向高程，重力灌浆技术对支座底部填充，填充层强度满足要求后竖向千斤顶落顶，完成整孔梁架设工作。

6 线形监控

短线法施工监控的核心是对施工全过程中的误差进行预测、分析和消除，对每个施工阶段的结构几何构型和内力状态进行预测和控制，从而保证结构在成桥后达到设计要求的几何构型和内力状态。线形监控分为在预制梁场内节段短线法匹配预制和桥位处现场拼装2个施工阶段。

预制阶段线形控制主要集中体现在箱梁模板精度控制和匹配节段精确定位2个环节。节段在预制过程中，匹配节段的控制坐标作为几何监控的依据，通过匹配节段的坐标调整实现预期的预制线形。如果预制时存在偏差，通过误差分析将节段线形制造误差通过后续匹配予以修正。预制阶段运用局部坐标系统双塔测量技术进行控制[11]。

拼装线形理论数据是节段拼装过程中线形控制的目标值。节段梁在梁场预制后，将根据预制阶段实际施工测量数据计算得到的实际预制线形，并将预制阶段控制点实际采集坐标转换为架设阶段整体工程坐标系统安装坐标，拼装时根据安装线形的6点测量三维坐标精确定位节段梁，若与目标线形有差别，采取相应的调整措施纠正。

7 结语

孟加拉国帕德玛大桥铁路连接线节段梁预制拼装数量大、建设规划宏大，经对比优选，每座高架桥单独布设预制梁场、预制和架设关键技术的应用，整体施工组织合理，工厂化预制和机械化拼装，预制拼装质量可靠，建造效率大幅度提高，施工安全得到有效保障。截至目前，V2和V3高架桥已全部施工完成，V1高架桥预制全部完成，架设也即将完成，成桥线形及结构受力满足设计和规范要求。节段预制胶拼建桥施工技术在孟加拉国铁路桥梁建造中的成功应用，为其他类似工程提供了借鉴与参考。