变截面节段拼装连续梁长线法预制工艺

刘秀元

(中铁第五勘察设计院,北京 102600 )

1 引言

预应力混凝土胶接拼装梁施工方法具有施工质量好、施工进度快及环境污染少等诸多优点， 箱梁预制节段拼装综合应用技术，具有良好的推广应用前景。预制节段干拼工法是一种经济、美观、有效的上部结构解决方案。实践经验表明该工法建成的桥梁工作良好，在几何线形复杂、现场条件困难的项目中也能成功应用。特别适合工期紧迫的项目。

节段预制干接法拼装技术，适用于中等及以下跨度桥梁建设，适用于预应力混凝土简支梁、连续梁、先简支后连续桥梁，以及桥墩等任何预制拼装的混凝土构件，不受墩高限制，预制构件体积小、重量轻，运输、拼装方便，具有施工速度快，建设周期短等优点。

在铁路大跨度简支梁多有应用，但尚未在铁路连续梁中应用。郑阜铁路客运专线周淮特大桥跨新运河3联(40+56+40)m连续梁为首次在高速铁路连续梁桥中采用胶接拼装梁施工。该桥为变截面连续梁，给预制台座和模板设计带来很大困难，本文节段预制现场条件进行变截面连续梁节段预制长线法施工技术研究，以期该工法在今后将得到更多运用，以减少施工对公众的影响并加快施工速度。

2 工程概况

2.1 连续梁结构设计构造

箱梁采用单箱、单室预应力混凝土箱梁，采用C55混凝土。梁底宽6.7m，梁顶宽12.6m，0#段中线梁高4.32m,直线段梁高3.02m。胶接连续梁共3联，每联32个梁段，3联连续箱梁共有96个节段，梁段最大重量为0#块190吨。每联主跨跨中通过1.0m宽的合拢缝连接；接缝面剪力键采用密布键形式排列，腹板、板和底板均布置足够数量的剪力键，设计采用梯形剪力键，腹板的剪力键顶宽5cm，顶板和底板的剪力键顶宽10cm，剪力键均设置45度倒角，键高均为5cm。节段梁的接缝面采用无溶剂型密封胶，该胶为双组分触变性桥梁专用环氧黏结剂[1]。采用密封垫圈+涂胶方式密封接缝，采用圆环形发泡聚乙烯材料制作密封垫圈材料，密封圈尺寸：环宽10mm，圆环内环直径比预应力孔道的直径大5mm，厚为5mm。

后张预应力管道成孔采用内径φ100的塑料波纹管成孔。纵向预应力钢束采用符合GB/T5224-2003标准的低松弛钢绞线，抗拉强度标准值均为fpk=1860MPa，Ep=1.95×105MPa。

采用微膨胀水泥浆进行管道压浆，标号规格不低于M50，里面掺入阻锈剂，采用真空辅助压浆工艺进行压浆。

2.2 主要技术参数

铁路等级：国铁Ⅰ级，客运专线。

正线数目：双线，曲线，线间距5米。

曲线半径：该3联连续梁处曲线半径R=10000m。

设计行车速度：客车最高行驶速度350km/h。

设计坡度：最大坡度6.5‰。

设计寿命：正常使用条件下梁体结构寿命100年。

桥梁类型：变截面预应力连续梁。

施工方法：节段预制拼装施工。

环境类别：环境类别为碳化环境。

作用等级：作用等级为T2。

一般大气条件下无防护措施的底面结构，

3 预制工艺要求

据课题和设计要求，节段拼装梁采用现场预制，造桥机拼装架设。在桥旁边设置梁段预制场，梁段用200吨门式起重机吊运至桥上，运梁车运输至造桥机处[2]。

每相邻两个节段梁的梁端接缝面必须完全贴合，剪力键也必须完全贴合。预制完成的整孔桥梁线形要符合设计要求，节段梁接缝面外侧严密平顺。

预制台座必须有足够的强度和稳定性，台座地基做必要处理，台座基础经过必要的预压，地基沉降要收敛稳定[3]。

预制模板采用整体钢定型模板，模板必须有足够的强度和刚度，模板表面平整光滑，接缝严密平顺，模板拆装方便。

4 预制工法选择

当前常用的节段预制方法主要有长线法和短线法两种。长线法发展较早，工艺比较成熟、全桥线形控制简单，接缝面匹配很好，误差不会累积，对于已制块件形成的偏差可以通过下一个块件及时调整，而且还可以多点同时匹配预制，加快施工进度，构造简单施工生产过程比较容易控制，脱模后不必立即把梁段转运到贮放地。缺点是相对于短线法预制场地较大、台座必须建筑在坚固的基础上面，沉降要求较小、工作效率低，弯桥还需形成所需曲度，浇筑、养生等设备都是移动式的。

短线法发展稍晚，先浇筑端节块，利用端节块做中间块的端模浇筑中间块，中间块施工完后吊装存放端节块，中间块移动到端节块位置然后利用中间块作下一个中间块的端模继续浇筑下一个中间块，如此循环反复，直至浇筑完成整孔梁。特点是侧模固定不动但可升降，内模可折叠收放并可前后移动，底模线形可调，并且可连同节段在轨道上前后运动甚至旋转，已预制好的前一节段为后一节段前移后的端模，在后一节段制作完毕后即将前一节段吊离台座 ,后一节段又作为新制节段的端模，如此循环往复。优点是预制场地较小、工作效率高，缺点是其控制精度要求高，接缝面匹配和线形控制难度大，技术复杂。

综合分析对比这两种施工方法，本桥采用长线法预制节段。

长线法制梁所需设备较少，台座构造较简单，在预制时节段的线形控制比较简单。长线法预制节段梁，节段预制胶接拼装箱梁施工原理是把整孔箱梁按纵向分割成若干节段，每节单独用混凝土浇筑，长线法的节段间的制作误差可按需要调整，避免误差积累。采用此法预制节段可以解决以下问题：保证箱梁节段安装后相邻梁段间的拼缝严密；保证箱梁安装完成后的整体线形。首先预制梁段时以相邻的已制好的梁端面为端模可以解决第一个问题；长线台座制梁是在一个整垮的台座上进行，台座顶面的线型完全按设计的梁底预制线型设置，每段梁在台座上预制的位置与架设成桥后的位置完全对应一致。每节梁段匹配预制，即前一段已预制节段的端面作为后一节段的端模，梁端涂刷隔离剂[4]，按顺序预制，预制的两个梁的端面完全匹配重合，便于胶拼贴合，也便于线型控制。前一块件出现的偏差可以通过后一块件及时得到调整，不至于积累偏差，因而能很好地保证成桥线型。但该法需要较大的预制场地，另外由于底模的线型关系到桥梁的最终线型，这就要求台座不能有大的沉降，其基础必须十分坚固。所有梁段在同一个台座上预制。

节段混凝土龄期达到设计要求后，用大吨位门式起重机吊装到桥上，桥上用运梁车运输至专用移动支架造桥机上，用环氧密封胶将节段粘接，按顺序从一端逐个拼接[5]，临时张拉拼装成符合设计要求的桥梁形状，最后张拉永久预应力钢束，使其达到整孔受荷的程度。

5 长线法台座布置

根据每联梁为40+56+40的结构，和在56米跨中合拢，在合拢缝处前后对称的性质，所以按半联作为一个浇筑台座，半联为16片节段梁，这样节约台座建设长度。又因该桥梁处于曲线段上，前后半联不能在同一位置浇筑，为了与桥梁架设曲线方向相同，即预制节段梁的预制方向和架设后相同，以0#段为中心，40米前后对称布置节段梁预制台座，这样预制台座上前后半联节段梁，均可以预制40米跨，和56/2米跨，预制后曲线方向和桥梁上的相同。这样预制台座总长80米，宽度与梁底宽相等。

节段拼装梁整体设计为变高度箱梁，从0#段逐步抬高，9#段高度最低，台座设计时[6]，台座顶面弧线必须与梁架设后梁底弧线相同。

预制台座采用C30混凝土结构，条形台座顶面边角预埋∠75角钢包边。长线制梁台座由3条钢筋混凝土条形台座组成，条形台座几何尺寸69m×0.7m×1～2.15m(变高)，条形台座下设70.7m×0.4m×7.1m扩大基础，中间设φ12螺纹接茬钢筋。条形台座的标高控制方法采用加工等高模板，经测量确定与地面的相对高程与同组条形台座的平整度后，然后才可进行混凝土浇筑，浇筑完毕后要对其顶面标高进行复测，高度误差控制在5mm之内，平整度误差控制在2mm之内。

根据本变截面连续梁的特点和节段划分情况，以及长线法预制要求和节段梁重量，台座采用每一联1/2长度，制作一个长线台座，满足整连的预制需要。每联32个梁段，长线法台座上设16个梁段的预制位置，即可满足整联的预制需要。

台座上设有1台200吨门式起重机，跨度35米，用于梁段起吊；一台20吨门式起重机，跨度21米，用于钢筋笼和模板及其他材料工具的起吊；喷淋水养护设备，每排台座两侧布置自动淋喷养生支管路两排，每隔0.8m安装一个喷头，确保节段梁片上下里外的各个部位均能养护到位，尤其是翼缘板底面及齿板部位。

6 模板体系设计

预制节段钢模板由底模、外侧模、内模、端模及相互连接体系和支撑走行体系等组成。模板设计图见下图1和图2。

图1 节段箱梁预制模板立面图

图2 节段箱梁预制模板三维效果图

为了实现对箱梁的线形控制，将底模设置为可调固定式。底模预设可调整高度钢垫块，与台座连接，通过钢垫块的高度来实现底模挠度的控制[7]。底模面板采用厚10mm钢板，表面抛光涂刷脱模漆，横向肋为H型钢，间距300mm，底模的钢面板和纵、横型钢骨架焊接成一个整体，底模和侧模之间安装橡胶条进行密封。节段接头处底模采用螺栓连接。底模施工完后设专人验收，表面应光滑平整，同时底模通过计算，调整钢垫块的高度设置预拱度。底模正常使用时，应随时用水平仪检查底模的放拱和下沉量，不符合规定处应随时调整，及时清除底模表面残余灰浆，均匀涂抹脱模漆；每孔梁的首、末节段均预埋有支座预埋钢板及防落梁钢板，钢筋绑扎前检查预埋钢板位置，检查支座预埋钢板的横向位置、平整度，四角高度，同一梁端支座预埋板的相对高差。安装后应用螺栓把支座预埋件钢板与底模固定。

外侧模板的面板采用厚度为10mm钢板，横肋采用14号槽钢，间距250mm，竖肋采用H型钢，高200mm，纵、横加劲肋与型钢桁架焊接成整体，有足够的强度和刚度，能满足梁体轮廓尺寸和平整度的精度要求。顶部采用槽钢对拉固定，底部采用对拉螺栓将两扇外侧模定位。侧模板及其支架的竖向支腿下设置4个行走轮，这样侧模就可以纵向移动，承重和高度调整用4个油压千斤顶调节。脱模后，侧模采用门式起重机机和行走轮同时作业，纵向移动到下一个制梁台座[8]。底模按设计预拱度线形布置。

7 长线法预制工艺

变截面预制连续梁节段分布见图3所示。

图3 节段箱梁预制梁段分布图

因为匹配的需要，预制节段梁必须按照特定顺序预制，而且根据本工程变截面连续梁的特点，预制时在台座上先预制9#、0#、6’#节段梁，这3个节段为首节段，其余节段与9#、0#、6’#匹配预制。

预制台座两端有观测塔，上面设置梁轴线强制定位基准点和高程定位基准点，调节控制节段梁模板的纵、横轴线和标高[9]，实现节段梁的预制匹配定位。节段梁混凝土浇筑、养生完成后，用门式起重机吊运存放至存梁场。

变截面节段箱梁预制流程步骤如下：

第一步，调整长线台座底模线型到设计位置，预制首节段9#、0#、6’#段。

第二步，用9#作为匹配段预制8#段，用0#段作为匹配段预制1’#段，用6’#段作为匹配段预制5’#段。

第三步，匹配预制7#、2’#、4’#段。

第四步，渐变段模板移至边跨侧，以2’#和4’#段为匹配段预制3’#段；边跨侧匹配预制6#和1# 段；提走9#段和6’#段。

第五步，匹配预制5#、4#和2#段；提走8#、7#、5’#、4’#段；将主跨侧模移到边跨侧，预制下一联9#段。

第六步，匹配预制8#段；以4#和2#段为匹配段预制3#段。

第七步，匹配预制7#段；提走1#～5#段；进行0#和6’#段的预制。

第八步，重复以上步骤，直至梁段全部预制完成。

节段箱梁预制步骤见图4所示。

图4 节段箱梁预制步骤简图

8 预制精度控制

严格依据施工工艺流程，在不同工况下测量控制节段箱梁的精度。测控总体程序有：①首节段的测量定位，②浇筑后的测量及分析，③待浇段的匹配测量定位，④放置架梁测控点，并采集数据。要求遵循测量、调整、复核、再调整的测量检查过程。

8.1 建立预制测量控制网

分别在预制台座两端各设置1座观测塔，保证梁段预制精度。观测塔采用φ377钢管，内灌注混凝土，混凝土顶面预埋强制对中螺旋，GCT1采用强制对中装置，GCT2采用固定觇标装置，长线台座的纵向轴线必须与两观测塔中心点的连线相重合。为减少因振动造成钢管颤动，钢管周围浇筑4m高混凝土台。观测塔是实施节段测量控制的固定测控位置，观测塔的高度要能满足测量过程中两个中心点的通视，一般观测塔中心点的高度比端模中心高50cm即可。

平面测量控制网，根据预制节段连续梁测量需要，在预制场地内布设四个控制点，有2个点为场内观测塔中心点[10]，2个点在台座两侧不受施工干扰且通视良好的地方设置。制梁施工中定期对控制网进行复核一次。

高程测量控制网，测量梁顶四点控制点高程，采用二等闭合线路高程控测量制网，预制过程中，测量控制网定期进行复核校准[11]，发现点位有偏差，立即分析原因，重新定位控制网。

整个预制节段的空间几何位置通过观测塔测控。

8.2 台座底模预拱度控制

先计算连续梁的压缩量形成的挠度，底模上设置反拱度[12]，每片节段梁的底模设置了4个高程点和2个轴线点，根据抛物线y=ax2+b计算反拱数值。每一孔连续梁节段预制完毕进行反拱度复核。

8.3 箱梁线形控制

在节段预制过程中，预制厂根据线路的设计参数在待安装节段顶面预埋的轴线控制点、标高控制点等六个点的坐标有三种，分别为设计的六点坐标、预制理论坐标和预制的实际六点坐标，其中设计的六点坐标为最终成桥坐标。预制的理论坐标是预制厂根据设计坐标和预制分段计算出每节段的六点坐标。在预制过程中，为保证最终成桥坐标符合设计的六点坐标，后续节段须根据前一节段的预制误差进行修正，这便是预制的实际六点坐标。预制实际六点坐标是架梁单位实施桥梁拼装线形控制的测点。

0#节段浇筑：0#节段浇筑前要严格控制模板精度，浇筑完成后，埋设4个高程控制点和2个中线控制点标识，采集数据。

匹配节段定位：匹配梁段精确就位，一要保证2个中线控制点位于基线上，二要保证4个高程控制点绝对标高，三要控制两个0#节段纵向位置。

其他节段浇筑：以前一节段为匹配面，浇筑前要严格控制模板精度，浇筑完成后，埋设4个高程控制点和2个中线控制点标识，采集数据。

8.4 数据采集与分析

数据采集时，各控制点实测二遍，当第二遍数据测出来后，对同一控制点的二组数据进行比较，比较是否有差异，如果发现有差异，该差异值超过±2mm，原先测出的两组数据应作废，重新测出两组新的数据，直至两组数据之间的差异在允许范围之内。此时应按以下原则取定最终的测量数据:差异为2mm(例如:4mm和6mm)，将两个数据平均，取5mm；差异为1mm(例如:5mm和6mm)，取两者之小者，取5mm。

9 节段浇筑

9.1 端头节段定位浇筑

首节段在长线台座上直接预制，其定位是通过两块端模的标高控制和中心线的测设实现的，首节段为0#、9#、6’号梁段，按设计图纸要求加工定型端模[13]，用两块端模定位节段梁的浇筑位置。安装前复核底模的线形，用精密水准仪测量，采用观测塔上的精密水准控制网测量，测点为模板四角和轴线两点，这几个点高差控制在1mm范围内，端模的两侧标高(取相对标高)误差控制在1mm内。端模的几何中心定位在底模的中心位置上，用全站仪定位测量。

模板安装时用垂球检查垂直度，并进行顶部和底部纵向长度和对角线的控制(保持各部位纵向长度值一致，两对角线长度值一致，复核以确保端模的垂直度)，从而完成端头段的定位[14]。端模的标高和中心点应准确定位。

选择华登牌作为箱梁预制脱模剂。施工时按照厂家说明书25/kg 用量进行涂刷，涂刷要求模板清洁干净且涂刷均匀。浇筑前要严格控制模板精度。

波纹管连接，待浇段预应力孔道一端用单锥形橡胶塞与活动端模连接，一端用双锥形橡胶塞与匹配节段孔道连接。

9.2 其他节段定位浇筑

当首节段的测量数据符合要求后，进行待浇段的预制，预制顺序由两头逐个向中间预制，最后预制3#和3’#梁段。各道工序的测量方法按照首节段和浇筑后的测量控制执行。

匹配段混凝土强度达到拆模强度要求后，拆除模板，后面节段将利用一侧端模和另一侧在匹配段(先前浇筑完成作为匹配)。

为了使节段梁连接面和剪力键的形状符合设计要求和表面光洁，必须在匹配段端面涂刷隔离剂，选择的是精面粉+双飞粉+水按照124的比例配制而成。涂刷时要求均匀涂刷两遍，并在钢筋骨架入模前完成并检查，对涂刷不均匀处或较薄处及时进行补刷。在梁段脱开后，及时用钢丝刷和清水清理干净。该节段端面作为端模匹配下一节段梁，来完成浇筑。

9.3 梁面测量控制点布置

每一节段梁顶面设置A、B、C、D、E、F共6个测量控制点，A、B和C、D为高程测量控制点；E、F为轴线控制点[11]。节段箱梁面控制点分布见下图5。

图5 节段箱梁面控制点分布图

浇筑完成后，埋设4个高程控制点(A、B、C、D)和2个中线控制点(E、F)标识，采集数据，为以后箱梁节段拼装架设使用。

10 结束语

节段预制拼装胶接简支箱梁的施工新工艺，适合铁路桥梁建设工期短、工程量大、施工质量要求高的需求，能够达到“优质、高速、安全”修建混凝土桥梁。主要有以下几方面的特点： ①利于提高工程质量。节段采用工厂化预制，能保证混凝土质量；养护时间长，混凝土收缩徐变小，能实际控制线型误差在0.5mm以内，节段外观美； ②利于提高施工效率。节段预制可与下部同时施工，模板利用率和拼装架设效率高，劳动强度较低，目前可达到64米8天/孔，比湿接缝提高近1倍；③利于环境保护。废弃物少，施工噪音小。 ④受环境温度影响小，在-10℃以上施工，不需采取冬季施工措施。

图6 预制完成节段梁正面

节段拼装桥梁建造技术，箱梁节段工厂化集中预制，是一种快速高效高质量的工程技术，改善了混凝土箱梁浇筑和养护环境，提高结构耐久性，也是国家推广的施工方法，尤其在土地和空间缺乏的地方，能发挥更大作用。降低了作业人员的劳动强度，提高了生产效率，降低桥梁施工对当地环境的影响，施工设备周转使用，节省社会资源，且胶接拼装技术更加高效环保。此次建造变截面节段胶拼装连续梁，是在高速铁路上首次采用。