短線節(jié)段預(yù)制拼裝影響因素分析

劉秀珍，張久明

（中國(guó)建筑土木建設(shè)有限公司，北京 100000）

0 引言

近些年，為推動(dòng)經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展，帶動(dòng)多方區(qū)域經(jīng)濟(jì)聯(lián)動(dòng)，我國(guó)在基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)上投入了大量資金。橋梁結(jié)構(gòu)作為基礎(chǔ)建設(shè)中的重要組成部分，擔(dān)負(fù)著跨越各種復(fù)雜地形地貌的重任，如何在保證橋梁結(jié)構(gòu)安全的前提下，縮短施工周期，提高施工質(zhì)量精度，成為一個(gè)經(jīng)久不衰的熱點(diǎn)。目前國(guó)內(nèi)變截面連續(xù)梁橋多采用懸臂澆筑法施工，此方法雖然簡(jiǎn)單易操作，但施工精度不高，施工周期長(zhǎng)，且對(duì)周?chē)h(huán)境污染較大。相比懸臂澆筑法，短線法施工具有施工精度高、施工周期短、環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，但短線法施工控制技術(shù)復(fù)雜，不易掌握。

1 預(yù)制節(jié)段橋梁研究的背景及必要性

預(yù)制節(jié)段橋梁是指將橋梁的上部結(jié)構(gòu)進(jìn)行劃分，劃分成不同的節(jié)段，再在施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行拼裝，然后施加預(yù)應(yīng)力讓其成為整體的結(jié)構(gòu)，最后形成橋梁的形態(tài)。預(yù)制節(jié)段橋梁可以分為橫向和縱向的分段預(yù)制法，根據(jù)不同情況，采用不同的施工方法，預(yù)制節(jié)段拼裝的施工方式與整體預(yù)制架設(shè)的施工方式相比，能夠更加節(jié)省施工材料，降低工程造價(jià)，縮短工程的總工期。預(yù)制節(jié)段橋梁建造技術(shù)在20 世紀(jì)70 年代開(kāi)始發(fā)展，改革開(kāi)放后國(guó)民經(jīng)濟(jì)和交通事業(yè)不斷進(jìn)步，在我國(guó)，預(yù)制節(jié)段橋梁也得到更加廣泛的應(yīng)用。

2 預(yù)制節(jié)段拼裝橋梁概述

2.1 預(yù)制階段拼裝工藝概述

預(yù)制節(jié)段式橋梁裝配的施工方法是根據(jù)裝配機(jī)器和車(chē)輛的具體情況，沿縱軸將橋梁分成適當(dāng)長(zhǎng)度的幾個(gè)階段，在工廠預(yù)制完成后進(jìn)行裝配。在碼頭施工完成并確保符合設(shè)計(jì)強(qiáng)度后，使用重型運(yùn)輸車(chē)輛將所需的預(yù)制階段工程運(yùn)到現(xiàn)場(chǎng)安裝，現(xiàn)場(chǎng)安裝過(guò)程中需要具體的橋接設(shè)備，這種橋接設(shè)備需要專門(mén)設(shè)計(jì)。預(yù)制臺(tái)裝配到位后，按合理步驟進(jìn)行預(yù)應(yīng)力，形成整個(gè)孔梁。預(yù)制混凝土箱梁通常用于裝配式橋梁的預(yù)制階段，預(yù)制階段包含多段箱梁。這些臺(tái)階的長(zhǎng)度為2.5～4.0m，是按順序制作的，保證在施工過(guò)程中堆疊、運(yùn)輸、裝配前的完美對(duì)準(zhǔn)。在天氣條件允許的情況下，舞臺(tái)接縫可采用干接縫，或使用薄環(huán)氧樹(shù)脂層，避免對(duì)裝配線產(chǎn)生不利影響，并可立即對(duì)接縫進(jìn)行預(yù)應(yīng)力，而不需要進(jìn)行維護(hù)。預(yù)制階段常用的裝配方法主要有全孔架設(shè)法和平衡懸臂法。

2.2 預(yù)制節(jié)段拼裝工藝的優(yōu)點(diǎn)與不足

（1）裝配技術(shù)在預(yù)制階段的優(yōu)勢(shì)。該技術(shù)在橋梁施工中的應(yīng)用可以減少對(duì)交通和周?chē)h(huán)境的影響，具有良好的環(huán)境保護(hù)作用；其重量更輕，尺寸更小，施工時(shí)運(yùn)輸更方便，裝配更快，有利于縮短施工周期。采用現(xiàn)場(chǎng)混凝土施工，施工質(zhì)量易于控制。在預(yù)制階段，裝配工藝適合于外預(yù)應(yīng)力，因此在施工過(guò)程中可以減小梁截面尺寸，從而提高材料的使用效率。它有利于控制正確的幾何形狀，以確保橋梁施工中混凝土結(jié)構(gòu)具有審美屬性。

（2）預(yù)制分段裝配過(guò)程的不足主要體現(xiàn)在以下四個(gè)方面：①使用這個(gè)過(guò)程來(lái)制造橋梁需要大型投資項(xiàng)目建設(shè)的早期階段，預(yù)制現(xiàn)場(chǎng)施工和運(yùn)輸設(shè)備應(yīng)做好準(zhǔn)備；②型材之間需要用干接頭連接。如果處理不合理，大氣中的水分和酸性成分會(huì)滲透，對(duì)結(jié)構(gòu)造成破壞，降低耐久性。采用的預(yù)應(yīng)力筋的抗拉性能不能得到充分發(fā)揮，梁體的材料指標(biāo)和經(jīng)濟(jì)指標(biāo)都比較高；③施工過(guò)程復(fù)雜，技術(shù)要求高，技術(shù)操作難度大；④橋梁施工的整體組織協(xié)調(diào)困難。

3 預(yù)制節(jié)段拼裝方法

3.1 長(zhǎng)線法預(yù)制拼裝

在橋梁施工的過(guò)程中，長(zhǎng)線法是預(yù)制節(jié)段拼裝的方法之一。長(zhǎng)線法對(duì)于節(jié)段拼裝的線型控制比較簡(jiǎn)單，比較容易保證節(jié)段的相對(duì)尺寸與整體線形。但在實(shí)際操作過(guò)程中，由于受到底?？v橫向預(yù)制線型的限制，這種方式只適用于直線橋梁中，雖然長(zhǎng)線法可以在底模的結(jié)構(gòu)上進(jìn)行改進(jìn)，但是對(duì)模板的使用率卻比較低。在施工過(guò)程中，長(zhǎng)線法所使用到的設(shè)備比較少，所以在進(jìn)行預(yù)制節(jié)段的控制時(shí)，會(huì)相對(duì)比較簡(jiǎn)單，但這種方式要求臺(tái)座基礎(chǔ)要牢固不能有沉降。長(zhǎng)線法預(yù)制拼裝的預(yù)算費(fèi)用較大，因?yàn)樾拗呐_(tái)座不能夠重復(fù)使用，除非是建設(shè)相同的橋梁。

3.2 短線法預(yù)制拼裝

短線匹配法預(yù)制箱梁是指將一孔箱梁分成若干節(jié)段，根據(jù)節(jié)段類型布置若干預(yù)制臺(tái)座。箱梁節(jié)段澆注時(shí)，除墩頂段采用一端固定端模，另一端活動(dòng)端模進(jìn)行澆筑外，其余梁段則采用一端為固定端模，另一端為先澆筑的節(jié)段梁（匹配梁），澆筑段的位置不變，通過(guò)調(diào)整已澆好的匹配段的幾何位置可以獲得任意規(guī)定的平、豎曲線；在路線平曲線超高緩和段，通過(guò)預(yù)制梁段兩個(gè)端面相對(duì)扭轉(zhuǎn)擬合而成。固定端模及側(cè)模是不移動(dòng)的，而梁段連同底模則由澆筑位置移至匹配位置，然后與底模脫離運(yùn)至整修臺(tái)座。在進(jìn)行預(yù)制節(jié)段的操作過(guò)程中，可以優(yōu)化混凝土配合比，使用添加外加劑的高性能混凝土，提高混凝土的早期強(qiáng)度，縮短拆模時(shí)間，提高模板周轉(zhuǎn)使用效率。

4 拼接預(yù)制法

根據(jù)預(yù)制方法的不同，一般將拼接預(yù)制法分為短線和長(zhǎng)線兩種。在利用長(zhǎng)線預(yù)制法進(jìn)行橋梁施工時(shí)，通常需要設(shè)置與橋梁長(zhǎng)度相當(dāng)?shù)念A(yù)制臺(tái)座，在完成座臺(tái)的底模安裝后一般就不對(duì)臺(tái)座的長(zhǎng)度進(jìn)行調(diào)整。在考慮預(yù)制橋梁的建設(shè)線型時(shí)，主要從設(shè)計(jì)線型和施工各方面影響因素（如施工，收縮徐變，橋梁自重）考慮預(yù)拱度。在制作節(jié)段側(cè)模時(shí)側(cè)模主要隨著制作節(jié)段的移動(dòng)在臺(tái)座兩側(cè)進(jìn)行移動(dòng)，一般是在澆注后一段時(shí)，利用一節(jié)段后端面作為后一節(jié)段的前端模，對(duì)后一段進(jìn)行澆注，以此類推，預(yù)制施工橋梁所有節(jié)段。短線法與長(zhǎng)線法又有區(qū)別，它主要考慮橋梁結(jié)構(gòu)橫載、施工橫載以及施工時(shí)其他載荷（如：風(fēng)載、徐變、混凝土收縮、預(yù)應(yīng)力筋松弛），在此基礎(chǔ)上對(duì)各施工階段的不同撓度和累計(jì)值進(jìn)行精確數(shù)值計(jì)算，并將施工完結(jié)階段的累積撓度值最為最終的橋梁預(yù)拱度，這種精確計(jì)算法比長(zhǎng)線預(yù)制拼接更為準(zhǔn)確。預(yù)拱度計(jì)算出來(lái)后，將橋梁劃分為若干段并進(jìn)行空間坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換，在實(shí)際施工中，一般在預(yù)制場(chǎng)同一位置進(jìn)行可調(diào)整模板逐塊澆注，在澆注幾段模板之后，利用架橋機(jī)對(duì)該大段段橋梁進(jìn)行逐對(duì)對(duì)稱懸拼。拼裝時(shí)可以利用粘結(jié)劑對(duì)兩段梁端間進(jìn)行涂抹施工，利用預(yù)應(yīng)力筋張拉錨對(duì)連接段進(jìn)行固后壓漿，使整段橋梁形成“T”字形懸臂，從而最終形成多跨連續(xù)梁橋。目前利用專業(yè)計(jì)算機(jī)監(jiān)控軟件和數(shù)據(jù)實(shí)行橋梁撓度和累計(jì)值計(jì)算使短線法預(yù)制懸拼技術(shù)在外國(guó)橋梁施工中廣泛應(yīng)用，在我國(guó)，短線預(yù)制懸拼技術(shù)也在跨越大江大河的大跨度橋梁和海洋橋梁中廣泛使用。

5 節(jié)段箱梁預(yù)制施工工藝

分段裝配技術(shù)主要有兩種：長(zhǎng)線法和短線法。在裝配施工過(guò)程中，應(yīng)選擇合適的裝配機(jī)床和工具，指定符合施工要求的現(xiàn)場(chǎng)。

5.1 截面箱梁的適用條件

基于分段預(yù)制技術(shù)，可應(yīng)用于各種場(chǎng)地、各種跨徑橋梁的施工。

5.2 截面箱梁的優(yōu)點(diǎn)

①質(zhì)量有保證。在指定預(yù)制車(chē)間完成各截面梁的預(yù)制，可以避免產(chǎn)品受惡劣天氣影響，整個(gè)過(guò)程高度自動(dòng)化，生產(chǎn)效率顯著提高，質(zhì)量得到有效保證；②安全性和適用性強(qiáng)。分段箱梁拼接施工，在有足夠空間的情況下可以縮短支架拆卸環(huán)節(jié)的時(shí)間，此外，架橋機(jī)自動(dòng)化程度高，所需施工人員少，工程安全性較高。設(shè)置為變高梁的連續(xù)剛構(gòu)時(shí)，既能滿足跨徑要求，又具有較大的經(jīng)濟(jì)跨徑。預(yù)制段模板設(shè)計(jì)具有高度的靈活性，能滿足幾何線形變化的要求，使幾何造型更加美觀。預(yù)制構(gòu)件在指定的工廠完成。設(shè)計(jì)強(qiáng)度容易滿足要求，截面更輕便，降低了組裝難度，縮短了施工時(shí)間。

5.3 箱梁預(yù)制施工工藝

①長(zhǎng)線法匹配預(yù)制。與預(yù)制工程相匹配的長(zhǎng)線法需要在指定的預(yù)制車(chē)間完成。根據(jù)橋的底邊曲線，得到具有高穩(wěn)定性的平臺(tái)。預(yù)制支座底模的長(zhǎng)度不同，主要從半跨到斷梁長(zhǎng)度不等。具體來(lái)說(shuō)，可以將主梁分成幾個(gè)部分，然后逐個(gè)澆筑在平臺(tái)上，保證砌塊之間的連接質(zhì)量，最終完成整個(gè)主梁的施工；②長(zhǎng)線法與預(yù)制法的優(yōu)點(diǎn)相匹配。本工程預(yù)制底座結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，線性控制難度較小。由于施工作業(yè)時(shí)間彈性大，可以避免生產(chǎn)過(guò)程中人員的干擾現(xiàn)象，也沒(méi)有必要在剝離操作后立即將梁段提升到指定的存儲(chǔ)區(qū)域。雖然在施工過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)偏差，但可以將偏差控制在合理范圍內(nèi)，不需要使用專門(mén)的軟件進(jìn)行測(cè)量；③預(yù)制缺陷采用長(zhǎng)線法進(jìn)行匹配。如果橋太長(zhǎng)，長(zhǎng)線法會(huì)有一定的局限性。在這個(gè)階段，預(yù)制模板調(diào)整困難，預(yù)制時(shí)間長(zhǎng)。底座所需的樓面面積增加，導(dǎo)致成本增加。在長(zhǎng)線支座施工中，工程量過(guò)大，且支座不易達(dá)到一次性成型的效果。

5.4 箱梁短線預(yù)制施工技術(shù)

①短線法匹配預(yù)制。對(duì)于匹配預(yù)制的短線法，底模長(zhǎng)度為單段長(zhǎng)度。每個(gè)分段的澆鑄施工在同一個(gè)模板中進(jìn)行。施工過(guò)程中不需要移動(dòng)模板。待截面混凝土達(dá)到規(guī)定的強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)后，即可進(jìn)行拆模作業(yè)。將匹配的截面梁塊放置在特定的存儲(chǔ)區(qū)域，然后再澆鑄。此時(shí)，得到的截面梁將是后續(xù)的匹配截面；②短線法與預(yù)制梁塊法的優(yōu)點(diǎn)相匹配。預(yù)制梁截面為流水線生產(chǎn)方式，施工效率高。模板等設(shè)備不需要移動(dòng)，可以滿足水平和垂直曲線的基本要求。短線支座對(duì)空間的要求更低，軌道長(zhǎng)度更短，模板的靈活性更好。

6 結(jié)語(yǔ)

在橋梁工程中，短線法階段梁預(yù)制拼裝技術(shù)的應(yīng)用具有良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。實(shí)踐證實(shí)：該工藝適合在工廠內(nèi)預(yù)制，設(shè)備可周轉(zhuǎn)使用，加快了生產(chǎn)速度；梁段拼裝過(guò)程中，不會(huì)出現(xiàn)收縮、預(yù)應(yīng)力損失問(wèn)題，可實(shí)現(xiàn)線形控制目標(biāo)；而且工藝簡(jiǎn)單，施工進(jìn)度和安全容易控制，希望為類似工程提供借鑒。