高鐵膠接節(jié)段箱梁長短線結(jié)合法匹配預(yù)制施工技術(shù)

張啟才，唐 劍，龔鵬鑫

(1.中交第四公路工程局有限公司，北京 100022; 2.中交路橋華東工程有限公司，上海 201203)

節(jié)段預(yù)制拼裝工法在國外已有幾十年的歷史，但國內(nèi)應(yīng)用時間較短。節(jié)段預(yù)制拼裝工法根據(jù)節(jié)段接縫處理方法不同，可分為干法拼裝和濕接法拼裝[1]。干法拼裝的接縫采用環(huán)氧類樹脂進(jìn)行節(jié)段粘接，減少了現(xiàn)場澆筑節(jié)段混凝土接頭和養(yǎng)護(hù)等強的時間。該法施工速度快、經(jīng)濟(jì)效益好，但它對節(jié)段尺寸和接縫匹配精度要求非常高，因此，針對不同的工程需要，開展干法節(jié)段預(yù)制拼裝研究。

1 工程概況

新建鄭州至萬州鐵路為設(shè)計時速350 km的高速鐵路，在湖北省襄陽市境內(nèi)跨越漢江。漢江特大橋全長28.384 km，其中69#墩至89#墩設(shè)計為20孔單箱單室等高度預(yù)應(yīng)力混凝土簡支箱梁，設(shè)計采用節(jié)段預(yù)制膠接拼裝法施工。

單跨節(jié)段預(yù)制簡支箱梁計算跨徑為47.45 m，兩端懸臂外伸各0.75 m，梁體全長48.95 m，梁高4.585 m。單跨箱梁設(shè)計為11個節(jié)段，共10條膠接縫，預(yù)制段長度有3種規(guī)格，分別為2.9 m、4.53 m和4.87 m。梁節(jié)段間接縫鋼筋不連續(xù)，設(shè)計剪力鍵相互匹配傳遞剪力。接縫面涂刷溶劑型雙組分觸變性環(huán)氧粘接劑后，直接施加臨時預(yù)壓力對接，待接縫環(huán)氧膠完全硬化，并張拉縱向通長永久預(yù)應(yīng)力束后，架橋機(jī)松鉤完成整孔梁的施工。單跨箱梁分節(jié)如圖1所示。

單位：cm

2 梁段預(yù)制方法比選

節(jié)段預(yù)制分長線法和短線法[2]。短線法預(yù)制臺座短，各節(jié)段需匹配拼裝，線形控制復(fù)雜，施工成本低，技術(shù)要求高，匹配精度低，線形控制難度大。長線法預(yù)制臺座占用場地面積大，臺座基礎(chǔ)成本高，但匹配精度高、線形易控制。在二者基礎(chǔ)上集成的長短線結(jié)合法，具有流水化程度高、線形控制較為直觀、測量易于控制，成橋后混凝土收縮徐變對橋梁線形及結(jié)構(gòu)影響小等優(yōu)點，并且節(jié)段預(yù)制形成流水線生產(chǎn)，施工速度快，適合于大規(guī)模工廠化集中生產(chǎn)[3]。3種方法優(yōu)缺點分析見表1。

表1 3種預(yù)制方法對比分析

根據(jù)本工程膠接節(jié)段梁特點，比選節(jié)段預(yù)制方法總體思路是：建設(shè)一個占地面積小但質(zhì)優(yōu)高效的節(jié)段預(yù)制流水生產(chǎn)線[4]。為解決膠接接頭匹配難度大的困難，宜選取長線法，但施工現(xiàn)場場地有限，存梁區(qū)的存梁能力受限，只有加快臺座周轉(zhuǎn)率，故宜選擇短線法。根據(jù)存梁區(qū)存梁能力以及制梁工期，對梁場布置進(jìn)行優(yōu)化，綜合比選采用了長短線相結(jié)合法匹配預(yù)制新工藝[5]。

3 預(yù)制場布置

計劃7個月在預(yù)制場預(yù)制220節(jié)梁段，場地分為制梁區(qū)和存梁區(qū)2個區(qū)域[6]。為了加快預(yù)制速度，制梁區(qū)的鋼筋加工棚、鋼筋臺座、測量觀測塔、短臺座、長臺座按生產(chǎn)工序沿軸線依次布置，組成一條流水預(yù)制生產(chǎn)線，如圖2所示。

單位：mm

生產(chǎn)線前端配置2個鋼筋綁扎胎架，用于綁扎普通節(jié)段整體鋼筋骨架，然后是1條短線臺座和1條長線臺座。其中2.90 m的短線臺座配置一套固定模板，僅用于預(yù)制端節(jié)段。長線臺座段縱向總長51.35 m，配置2套縱向滑動模板，用于整跨預(yù)制普通節(jié)段。長線臺座兩端分別設(shè)置2座觀測塔(GCT1,GCT2)，用于制梁時觀測定位。

沿生產(chǎn)線軸線方向共軌布置1臺20 t和1臺200 t龍門吊。存梁區(qū)布置在制梁區(qū)后，寬度相同，以便龍門吊工作區(qū)域覆蓋整個預(yù)制場，完成所有的起重吊裝轉(zhuǎn)運工作。在滿足9跨節(jié)段梁的儲存量和45 d最短存梁期的前提下，只布置50個存梁臺座，最多一次可存梁100片。

經(jīng)過優(yōu)化布置后，預(yù)制場總占地面積10 666 m2，形成一條機(jī)械化、工廠化程度較高的長短線法預(yù)制流水生產(chǎn)線[7]和100片梁存梁場地。

4 預(yù)制施工步驟

箱梁預(yù)制總體思路是長短臺座相結(jié)合預(yù)制整跨箱梁[8]，在保證節(jié)段接縫匹配精度和整跨預(yù)制箱梁合理反拱值的前提下，組織生產(chǎn)線循環(huán)高速預(yù)制梁節(jié)段。節(jié)段預(yù)制總體施工步驟如下：

1)調(diào)整短線臺座[9]底模板至設(shè)計位置，在短線臺座上立模、綁扎鋼筋、澆筑含端隔墻的1#、11#節(jié)段，如圖3所示。

圖3 在短臺座上預(yù)制端節(jié)

2)利用200 t龍門吊，將達(dá)到強度的1#、11#段吊裝到長線臺座兩端的三維底座上，精確調(diào)整軸線和高程完成就位，如圖4所示。

圖4 吊裝端節(jié)至長臺座兩端就位

3)使用1#段匹配安裝2#段的側(cè)模，整體吊裝2#段鋼筋骨架進(jìn)入模板，安裝內(nèi)模和另一側(cè)滑動端模，澆筑預(yù)制腹板變厚的2#節(jié)段，如圖5所示。以同樣的方法澆筑預(yù)制10#段。

圖5 依靠固定端匹配澆筑腹板變厚節(jié)段

4)以相同的方法匹配預(yù)制3#、9#、4#、8#、5#、7#段，如圖6所示。

圖6 匹配澆筑其他普通節(jié)段

5)利用一套外模和內(nèi)模，以5#和7#段為匹配段預(yù)制6#段，完成整跨簡支梁節(jié)段預(yù)制，如圖7所示。

圖7 匹配澆筑完成整跨箱梁

6)為了加快生產(chǎn)線效率，充分利用長短臺座，采用流水線循環(huán)的生產(chǎn)模式預(yù)制節(jié)段。施工過程中長短線法預(yù)制交錯進(jìn)行，即在長線臺座上預(yù)制節(jié)段時，在短線臺座上繼續(xù)預(yù)制下一孔梁的端節(jié)段，如此循環(huán)施工形成流水線生產(chǎn)，如圖8所示。

圖8 長短臺座相結(jié)合流水循環(huán)預(yù)制示意

5 預(yù)制施工控制要點

5.1 鋼筋施工控制

鋼筋綁扎時，除了1#、11#節(jié)段梁長差異較大，鋼筋骨架[10]需在2.9 m短線臺座上直接綁扎外，2#～10#節(jié)段的鋼筋需在胎具上整體綁扎，然后利用龍門吊整體吊裝滑入調(diào)整好的模板，形成標(biāo)準(zhǔn)化流水生產(chǎn)工藝。

5.2 預(yù)應(yīng)力波紋管控制

預(yù)應(yīng)力孔道采用預(yù)埋塑料波紋管成孔。為預(yù)防波紋管端頭出現(xiàn)進(jìn)漿的現(xiàn)象，在待澆筑節(jié)段波紋管與端模間用單錐形橡膠堵頭封堵，并用螺栓將橡膠堵頭錨固在端模上，采用雙錐型橡膠堵頭將待澆筑節(jié)段與固定匹配節(jié)段波紋管連接起來。

5.3 模板工程控制

模板安裝和拆除的自動化程度是節(jié)段預(yù)制效率的重要影響因素。生產(chǎn)線模板[11]的配置以滿足預(yù)制場節(jié)段預(yù)制流水循環(huán)生產(chǎn)為原則，全部采用液壓調(diào)節(jié)可縱向滑動模板，以加快模板安全和周轉(zhuǎn)效率。

短臺座[7]上設(shè)置端頭段模板1套，包括固定底模、轉(zhuǎn)動側(cè)模、活動內(nèi)模、固定端模和活動端模各1套。

長線臺座設(shè)置全長55.4 m的9個普通節(jié)段的通長固定底模，并在跨中設(shè)置了11.4 mm的設(shè)計反拱值。固定底模兩端各設(shè)置1套三維端節(jié)調(diào)節(jié)底座。長臺座模板配置主要包括可滑動和轉(zhuǎn)動側(cè)模2套，活動內(nèi)模3套(變厚度腹板段1套，中間普通段2套)，滑動端模2套。內(nèi)外模都為配置千斤頂支撐和軌道行走系統(tǒng)的大剛度整體鋼模，有效地解決了模板承重和快速安拆的問題。

5.4 混凝土澆筑、養(yǎng)護(hù)和存梁控制

1)節(jié)段梁單次澆筑最大方量為62.97 m3，一次澆筑時間須控制在6 h或初凝時間內(nèi)。

2)混凝土塌落度控制在140 mm～160 mm。澆筑混凝土?xí)r應(yīng)全面分層連續(xù)進(jìn)行。由于梁體較高，澆筑腹板時速度不宜過快，同時注意保持兩側(cè)基本同步，防止兩側(cè)混凝土面高低懸殊，造成內(nèi)模偏移。

3)混凝土振搗以插入式振搗棒為主、附著式振搗器為輔，配合使用。

4)混凝土梁體高度較大，懸掛土工布保溫養(yǎng)生較困難，除頂面外采用不留死角的自動噴淋系統(tǒng)。

5)箱梁混凝土經(jīng)養(yǎng)護(hù)達(dá)到其設(shè)計強度的75%后，開始拆除模板。

6)用龍門吊吊運至養(yǎng)生臺座，進(jìn)行整修和沖洗隔離劑，并繼續(xù)養(yǎng)生至14 d后，吊運至存梁區(qū)并標(biāo)識。存梁高度不超過2層。

5.5 節(jié)段梁預(yù)制線形控制

節(jié)段梁施工線形控制的目的是按照理論反拱曲線預(yù)制節(jié)段梁，精確控制節(jié)段尺寸，并測量實際預(yù)制線型為拼裝提升數(shù)據(jù)。節(jié)段梁預(yù)制線形的調(diào)整是一個測量、調(diào)整、復(fù)核、再調(diào)整的過程，整個預(yù)制控制過程通過測量塔上的全站儀實現(xiàn)[12]。

1)模板精確測控

長線臺座底模固定不動，預(yù)制節(jié)段兩端分別為固定在已澆筑節(jié)段和移動端模[13]，每次要對其中線、垂直度等進(jìn)行復(fù)核，然后滑入內(nèi)模，包緊外側(cè)模。

在底?？缰性O(shè)置11.4 mm的反拱值[14]，其他點按2次拋物線分配。使用長臺座前，須標(biāo)識每個節(jié)段端模安裝位置。端模調(diào)整時必須保證頂部和底部的中線點位于兩觀測塔連線上，頂部的2個高程點與設(shè)計高程要相同。內(nèi)外模以端模和底模為基準(zhǔn)進(jìn)行安裝，內(nèi)外模安裝完成后，用卷尺測量邊長和對角線來檢查模板的安裝尺寸。

2)預(yù)制拼裝線形的測量

為了在現(xiàn)場拼裝時準(zhǔn)確快速地還原整跨梁在長臺座上預(yù)制時的軸線和標(biāo)高數(shù)據(jù)，在每個節(jié)段混凝土澆筑后需在梁頂面測點埋設(shè)。

測點共設(shè)有6個，如圖9所示，其中2個軸線控制點E、F，4個標(biāo)高控制點A、B、C、D。軸線控制點為U形鋁合金埋件，標(biāo)高點為“十”字頭鍍鋅螺栓。在混凝土終凝后，及時對測點進(jìn)行測量并輸入線形監(jiān)控程序。在所有節(jié)段澆筑完畢后，匯總成整跨梁預(yù)制線形，為現(xiàn)場拼裝提供測點標(biāo)高數(shù)據(jù)。

(a)測點埋設(shè)平面

3)拼裝控制線形的調(diào)整

整跨節(jié)段梁拼裝時使用每個節(jié)段上6個控制點來控制拼裝軸線和相對高程，以完全復(fù)原整跨梁各節(jié)段的預(yù)制線形。待縱向主筋張拉完畢、箱梁起拱并松鉤后，復(fù)測各節(jié)段標(biāo)高控制點高程，驗證是否與設(shè)計計算相符。如果實測起拱值偏差較大時，需調(diào)整預(yù)制長臺座的施工反拱數(shù)值，以獲得符合要求的最終成橋線形[15]。

6 結(jié)束語

經(jīng)過現(xiàn)場實際表明，靈活運用優(yōu)化后，長短線結(jié)合匹配法流水循環(huán)預(yù)制節(jié)段箱梁可達(dá)到1.2節(jié)段/d，220個節(jié)段梁在6個月內(nèi)全部預(yù)制完畢，比原計劃提前1個月。

長短線結(jié)合匹配法流水循環(huán)預(yù)制節(jié)段箱梁，具有場內(nèi)工廠化、機(jī)械化程度高，作業(yè)環(huán)境優(yōu)良，循環(huán)作業(yè)易于管理、混凝土質(zhì)量易控、接縫匹配精度高、預(yù)制施工速度快等優(yōu)點。節(jié)段箱梁預(yù)制線形準(zhǔn)確，為后期現(xiàn)場快速拼裝和成橋線形控制提供了有力的保障，可在相類似橋梁工程中廣泛推廣應(yīng)用。