高墩簡支箱梁節(jié)段膠接匹配架設施工技術

趙立財

摘 要：通過架橋機天車提升與松放吊掛對梁段的平面位置與高程進行粗調(diào)，在梁底支座的兩側(cè)縱向、橫向分別設置精調(diào)錨固裝置以及豎向支撐螺旋千斤頂，梁面設置傾角儀傳感器系統(tǒng)來完成梁段的定位與錨固，使各梁段匹配整個過程工序簡單化。研究表明，永久預應力張拉及松放吊掛匹配技術，能夠合理確定預應力張拉時間、張拉力大小與松放吊掛時間的匹配，調(diào)整匹配梁段標高和軸線偏角，確保箱梁匹配節(jié)段與首節(jié)箱梁節(jié)段膠接的匹配精度，解決了箱梁節(jié)段膠接拼裝架設過程周期長的技術問題;提高了梁體拼接匹配精度與線型質(zhì)量以及接縫面剪力鍵與膠接組合工藝，實現(xiàn)各節(jié)段梁體之間的壓力和剪力的傳遞，有效保證橋梁結(jié)構(gòu)的抗力作用，確保梁體具備良好的防滲水性能。

關鍵詞：節(jié)段梁;膠接拼裝;剪力鍵;精調(diào);三維定位;施工技術

中圖分類號：TQ436+.1;U445.4?????? 文獻標識碼：A文章編號：1001-5922（2022）01-0001-07

Construction technology of gluing and matching erectionof high pier simply supported box girder segments

ZHAO Licai1，2

（1.Department of Civil and Construction Engineering，National Taiwan University of Scienceand Technology，Taipei 106，China;

2.China Railway 19th Bureau 3rd Co.，Ltd.，Shenyang 110136，China）

Abstract：Through the bridge locomotive lifting and loose hanging on the beam segment of the plane position and elevation of rough adjustment，in the beam base support on both sides of the vertical，horizontal set up fine anchoring device and vertical support spiral jack，beam surface set inclination sensor system to complete the positioning and anchoring of the beam segment，so that each beam segment matching the entire process of simplification.The research shows that the permanent pre-stress tension and loose hanging matching technology can reasonably determine the matching degree of pre-stress tension time，tension size and loose hanging time，adjust the matching beam segment elevation and axis angle，and ensure that the box beam matching section and the first box beam section The matching precision of segment bonding solves the technical problem of long assembly cycle in the process of box beam joint stitching and assembly，based on the angler sensor measurement matching method，improves the precision and line quality of beam splicing match，and the seam surface shear key and seam glue combination process.The pressure and shear transfer between the beams in each section can be realized，which can effectively guarantee the resistance of the bridge structure and ensure that the beams have good water impermeability.

Key words：segment beam;glued assembly;shear key reinforcement;fine adjustment;three-dimensional positioning

預制節(jié)段拼裝工藝是將梁體分為若干節(jié)段，在工廠預制后運至橋位進行組拼，通過施加預應力將節(jié)段整體拼裝成橋的施工工藝。預制節(jié)段橋梁拼裝法可分為干接、濕接以及膠接3種拼裝工藝。其中膠接是利用在連接面上產(chǎn)生的機械結(jié)合力、物理吸附力和化學鍵合力而使兩個膠接件連接起來的工藝方法。節(jié)段膠接拼裝架設施工中，梁體節(jié)段均由工廠預制成型，可大幅度縮短施工工期，且節(jié)段質(zhì)量輕、尺寸小、運輸方便，質(zhì)量穩(wěn)定可靠，大大降低安裝及成橋后混凝土收縮徐變，使得橋梁幾何形狀控制得當，外形美觀性提高[1-2]。目前，我國預制梁膠接拼裝架設的相關施工技術的應用與研究成果較少，有較多的關鍵技術未能得到有效解決[3]。膠接拼裝架設施工工藝即是將整個梁體分為若干節(jié)段，在工廠預制后運至橋位進行組拼;施工過程中，首節(jié)段梁作為節(jié)段預制膠接拼裝簡支箱梁拼裝的起點，其線型定位直接控制整孔梁的線型。采用節(jié)段精準定位及錨固技術，利用精軋螺紋鋼、螺旋千斤頂進行對首節(jié)段縱向精準調(diào)節(jié)，三角架與墩頂墊石之間用精軋螺紋鋼錨固[4]。通過預應力張拉與吊掛松落間不同工況的組合，來驗證節(jié)段梁間上緣、下緣的受力情況，來確定最佳的松吊掛時間，確保整孔梁的線型滿足設計要求[5]。

1 工程概況

新建鹽城至南通鐵路長江大橋南引橋全長17.297 km，每跨梁長度為49.10 m，每孔箱梁共計11個節(jié)段，10個膠接縫。預制節(jié)段長度分為3.45、4.3和4.8 m三種，梁高4.086 m，梁頂寬12.2 m，梁底寬6.2 m，跨中截面頂板厚32 cm，底板厚35 cm，腹板厚50 cm。采用單箱單室等高度預應力混凝土結(jié)構(gòu)形式，箱梁節(jié)段接縫采用環(huán)氧密封膠進行膠接，接縫面按梯形形式布置剪力鍵[6]。箱梁兩端支座處的橫隔板設置過人洞，橫隔板厚130 cm。

2 關鍵技術

2.1 架橋機拼裝就位

節(jié)段膠接拼裝架設采用上行式桁架式節(jié)段拼裝造橋機，其結(jié)構(gòu)形式如下：

（1）桁架結(jié)構(gòu)。包括導梁，主梁，后尾梁，前、中、后支腿，梁段懸吊體系，回轉(zhuǎn)天車。兩片桁架上方通過上平聯(lián)連接，下方通過下托梁連接;

（2）桁吊臺車。負責將節(jié)段吊裝到腹內(nèi)天車上，天車在下托梁縱梁上走行，使用天車自帶的橫移油缸、頂升油缸及旋轉(zhuǎn)油缸進行節(jié)段三維調(diào)整;

（3）墩頂支腿。在節(jié)段拼裝過程中，移動支架通過支腿將重量傳遞到橋墩;在移動支架縱移過孔過程中，通過支腿位置的變化，來引導移動支架前移;

（4）下托梁。下托梁通過牛腿懸掛在桁架下弦桿，設于主梁下部，其上安裝軌道，可行走腹內(nèi)三維運梁天車，用以運輸并承托混凝土節(jié)段。

架橋機在27#～29#墩之間進行拼裝。首先拼裝29#墩的墩旁支架，用于支撐架橋機3#支腿。然后用260 t履帶吊（主臂長度90 m）拼裝架橋機2#支腿，架橋機主梁地面組裝完成后，使用200 t提升站及260 t履帶吊吊裝主梁，最后使用履帶吊安裝1#、4#支腿及主、副天車[7]。架橋機支腿吊裝如圖1所示，架橋機主梁吊裝如圖2所示。

2.2 預制節(jié)段運至架橋機尾部提梁

梁場提梁機將節(jié)段梁裝至地面運梁車上，運梁車將節(jié)段梁運至提梁機下。提梁機將節(jié)段梁提至架橋機主梁上方，架橋機上的天車橫移使節(jié)段梁到達架橋機兩根主梁之間，然后落梁至主梁下方旋轉(zhuǎn)90°，使用精軋螺紋鋼將節(jié)段梁臨時吊掛在主梁上[8]。運節(jié)段梁至提升站如圖3所示;提升站提節(jié)段梁至架橋機上方如圖4所示。

2.3 梁段定位

2.3.1 首節(jié)梁段精調(diào)及定位技術

首節(jié)梁段作為節(jié)段預制膠接拼裝簡支箱梁拼裝的起點，其定位精度直接控制整孔箱梁的線型。首先，采用架橋機的天車對梁段的平面位置與高程進行粗調(diào)[9]。然后在梁底支座的兩側(cè)縱向、橫向分別設置精調(diào)錨固裝置以及支撐螺旋千斤頂，梁面設置傾角儀傳感器系統(tǒng)來完成首節(jié)段的定位與錨固，使各梁段匹配整個過程工序簡單化，可大幅提高節(jié)段拼接質(zhì)量。三維定位順橋向布置如圖5所示，三維定位橫橋向布置如圖6所示。

在前孔梁腹板中設置Ф40精軋螺紋鋼、支座旁側(cè)的錨固裝置以實現(xiàn)梁段的縱向粗調(diào)與錨固，然后利用千斤頂、旋動螺母對梁段進行縱向精調(diào)。在首節(jié)段梁底利用防落梁的預埋螺栓孔來安裝精調(diào)錨固裝置，然后用Ф25精軋螺紋鋼穿過2個三角錨固裝置對梁體實現(xiàn)橫向粗調(diào)，通過墩頂絲杠的旋出并頂住支座墊石側(cè)面來實現(xiàn)節(jié)段梁的橫向精調(diào)，同時需與豎向精調(diào)操作同步匹配合。使用吊掛、主梁精軋螺紋鋼以及千斤頂進行梁體豎向精調(diào)，同時需與橫、縱向精調(diào)相配合，將首節(jié)梁段調(diào)節(jié)至安裝位置。

首節(jié)梁段架設的軸線偏差小于等于1 mm，梁體高程偏差小于等于2 mm，以減少對其余節(jié)段梁架設的誤差。梁段豎向精調(diào)錨固裝置如圖7所示，縱向精調(diào)錨固裝置如圖8所示，橫向精調(diào)錨固裝置如圖9所示。

2.3.2 其余節(jié)段箱梁定位

其余節(jié)段箱梁定位均以首個節(jié)段為基準，利用首個節(jié)段的坐標進行控制。節(jié)段梁標高通過調(diào)整長度來控制，軸線原則上不調(diào)整，以拼接縫密貼為準。節(jié)段箱梁直接支承于支座上并進行錨固，防止拼裝過程中產(chǎn)生位移。其余節(jié)段箱梁匹配采用架橋機提升或松放吊掛以及縱向、豎向、橫向錨固裝置來調(diào)整待匹配梁段的位置，直至高程偏差小于等于2 mm，使其與已安裝梁段連接端口位置處于同一標高，即完成其余節(jié)段箱梁匹配。

2.4 涂膠

節(jié)段拼接膠采用A、B雙組分環(huán)氧樹脂類膠粘劑，其膠體性能在12 h時，其抗壓強度大于等于25 MPa，7 d的抗壓強度大于等于75 MPa;膠體粘接能力在7 d時，其抗剪強度大于等于155 MPa。該材料具有高強、高觸變性的優(yōu)良性能。同時，接縫膠可起到潤滑、鉚栓、防水的作用，能夠傳遞應力，通過對壓力和剪力的傳遞參加橋梁結(jié)構(gòu)的抗力作用，防水作用能夠起防潮密封以防止預應力索的銹蝕，以保證今后梁體可以具備良好的防滲水性能。在接縫面涂膠之前，需清除接縫混凝土面上的污物、油跡、浮漿，對接縫面進行打磨處理，并在接縫面呈梯形布置剪力鍵;然后在梁體涂膠范圍四周粘貼1.5 mm厚環(huán)氧樹脂墊片;最后將混合后的膠涂抹在雙側(cè)待粘接面上，使用自制涂膠工具將混合后的膠涂抹于結(jié)構(gòu)表面，使其與環(huán)氧樹脂墊片持平，涂刷密貼。接縫面涂膠作業(yè)如圖10所示。

節(jié)段拼接膠層厚度控制在3 mm，不得漏涂，以保證有多余節(jié)段拼接膠從接縫中被擠出，由于膠層厚度的不同在調(diào)整拼裝時上翹和低頭現(xiàn)象。環(huán)氧樹脂接縫在節(jié)段拼接膠尚未凝固之前，要在接縫保持一個最小臨時壓應力，不小于0.30 MPa，通過臨時鋼束來施壓。梁段架設時必須在接縫完全閉合后才能施加臨時預應力。

2.5 施加臨時預應力

臨時預應力的布置是節(jié)段箱梁拼裝過程中極其重要的一個工序環(huán)節(jié)，對后續(xù)工作影響較大。在全截面節(jié)段拼接膠涂刷完畢，移動待拼節(jié)段梁段進行對位拼接。節(jié)段拼接時采用精軋螺紋鋼筋予以施加臨時預應力，確保施工任何階段主梁接縫處膠體固化時需滿足：0.30 MPa≤膠體壓應力≤0.60 MPa，臨時預應力在節(jié)段梁縱向預應力張拉完成后方可拆除。臨時預應力筋安裝如圖11所示。張拉臨時預應力時，需保證梁段擠膠后的膠縫寬度控制在0.6～1.2 mm，以保證有多余的膠體由接縫中擠出，不允許出現(xiàn)缺膠現(xiàn)象，擠出多余的拼接膠及時刮除;如膠縫寬度不滿足設計要求，可適當增加張拉力。臨時預應力張拉如圖12所示，張拉過程中擠膠并清理如圖13所示。

2.6 永久預應力張拉及松吊掛匹配技術

節(jié)段預制拼裝橋梁施工過程中，若張拉預應力過少，拆除吊桿后會產(chǎn)生安全事故;若張拉預應力過多，由于架橋機變形較大，張拉梁體預應力后梁體上拱量較小，張拉預應力后，吊桿力不能全部卸載，可能造成梁體上緣開裂，對橋梁的后期正常使用和耐久性造成影響;節(jié)段梁體懸吊過程中吊桿和預應力共同作用，使得梁體受力復雜，吊桿拆除時以及預應力張拉的工序?qū)τ跇蛄赫w受力和成橋線形影響很大。預應力張拉與松吊掛是否匹配，將對節(jié)段梁最終線型控制產(chǎn)生決定性的影響。

2.6.1 未拆吊桿情況下梁體截面上緣應力控制

考慮自重完全由吊桿承擔，此時吊桿拉力和自重處于平衡狀態(tài)，此時可視為梁體只受永久預應力作用。根據(jù)預應力的張拉順序依次對鋼束張拉，對比分析每張拉一對鋼束后的梁體應力狀態(tài)找到合適的張拉力。上緣壓應力為4.5 MPa，最大拉應力為0.000 4 MPa;下緣最大壓應力為9.37 MPa，拉應力為0 MPa;豎向位移為9 mm。

2.6.2 拆除吊桿情況下梁體截面上緣應力控制

不考慮吊桿的支撐作用，梁體自重完全由梁體張拉的一部分鋼束承擔，此時需觀察張拉一部分預應力鋼束后結(jié)構(gòu)的抗剪、抗彎強度，并校核截面下緣應力。上緣最大壓應力為2.36 MPa，上緣最大拉應力為0.57 MPa;下緣最大壓應力為10.94 MPa，下緣拉應力為0 MPa。

長江大橋南引橋使用C60混凝土，根據(jù)《橋涵鋼筋混凝土和預應力混凝土結(jié)構(gòu)設計規(guī)范》（TB10002.3—2005）規(guī)定，混凝土最大拉應力不得超過0.7fct=0.7×3.5=2.45 MPa，最大壓應力不得超過0.75fc=0.75×40=30 MPa。在未拆吊桿工況下以及在拆除吊桿工況下，橋梁最大壓應力以及最大拉應力，均滿足混凝土最大拉壓應力的規(guī)范要求。

2.6.3 永久預應力張拉與吊掛匹配施工技術

節(jié)段拼裝箱梁設置最大預拱度值為1 cm。待架橋機主梁下降達到原先主梁最大起拱值后停止落梁;然后開始永久預應力張拉，張拉的過程中同步下放梁段的吊桿，直至所有鋼束張拉完畢。同束鋼絞線應由兩端對稱同步張拉，千斤頂升、降壓速度相近。張拉完畢后，架橋機前、主支腿油缸降低，消除架橋機主梁彈性撓度，解除吊桿，完成體系轉(zhuǎn)換。永久預應力張拉如圖14所示。

根據(jù)節(jié)段箱梁上臨時吊點與架橋機提升吊繩的相對位置，在實施永久預應力張拉的過程中同步進行匹配精確定位，以保證匹配梁上的臨時吊點、架橋機吊繩、架橋機吊掛三者保持垂直受力狀態(tài)。首先，啟動架橋機提升系統(tǒng)，將吊裝梁段緩慢靠近已裝梁段;然后，通過吊具自身液壓系統(tǒng)以及兩臺吊機的提升高度進行縱、橫相對位置的調(diào)整，箱梁匹配節(jié)段至與已安裝好的箱梁節(jié)段相接觸并實現(xiàn)膠接后立即鎖定預應力鋼絞線;最后，開啟架橋機提升系統(tǒng)下降吊繩，待吊繩不受力時拔出吊掛上銷子，再次提升架橋機吊繩，使其吊掛與箱梁臨時吊點之間完全分離，即完成架橋機松吊掛作業(yè)。架橋機松吊掛如圖15所示。

2.7 膠接拼裝線型控制方法

利用對準塔強制對中基座進行水準儀與全站儀建站，匹配梁段的定位是通過梁面設置傾角儀傳感器、全站儀、水準儀與各梁段間的位置關系，測量梁段間相對夾角。在梁段匹配過程中，控制懸臂安裝線型的平順性，即控制梁段間夾角，使其保持為無應力制造線型中的角度。平面與高程控制點預埋件必須在匹配梁段作為澆筑梁段時，混凝土凝結(jié)前安放在梁段頂板上。在拼裝過程中，每個梁段頂板前端橫隔板位置設置控制點，若相鄰3個梁段控制點坐標分別為（x1，z1）、（x2，z2）、（x3，z3），各梁段控制點水準尺讀數(shù)分別為 W1、W2、W3，相鄰梁段控制點間水平距離分別為 d1、d2，相鄰梁段控制點連線與水平線間夾角分別為γ、β，相鄰梁段控制點連線間夾角為ε。梁段匹配示意如圖16所示。

則有：

γ=arctanz1-z2d1，β=arctanz3-z2d2（1）

在梁段匹配過程中，控制梁段安裝過程線型的平順性，即控制夾角ε，使其保持為無應力制造線型中的角度。則有：

γ+β=ω2-ω1d1+ω2-ω3d2（2）

將傾角儀傳感器安裝在已安裝梁段頂面，并將夾角數(shù)據(jù)歸零，將歸零后的傾角儀傳感器安裝在待安裝梁段上，傾角儀傳感器采集的夾角數(shù)據(jù)為角α，傾角儀傳感器兩次安裝的距離為L，則傾角傳感器安裝點相對于已安裝梁段的相對高程數(shù)據(jù)Δh=L×sin α。

中央控制器是傾角儀傳感器通訊連接，以接收待安裝梁段的夾角數(shù)據(jù)，并將夾角數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為傾角儀傳感器安裝點的高程數(shù)據(jù)xi。無線數(shù)據(jù)接收模塊用于接收夾角數(shù)據(jù)并傳輸給梁段位置分析模塊，梁段位置分析模塊將夾角數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為傾角儀傳感器安裝點相對于已安裝梁段的相對高程數(shù)據(jù)Δh，設定已安裝梁段的高程數(shù)據(jù)為h2，則傾角儀傳感器安裝點的高程數(shù)據(jù)xi=Δh+h2。自動算出匹待安裝配梁段的位置偏差。在每個待安裝梁段上沿橋梁縱向中心線兩側(cè)分別安裝一個傾角儀傳感器，待安裝梁段傾角儀傳感器安裝位置如圖17所示;傾角儀傳感器如圖18所示。

梁段匹配安裝控制系統(tǒng)包括：傾角儀傳感器，其設置在待安裝梁段的前端，用于采集待安裝梁段與已安裝梁段間的夾角數(shù)據(jù);中央控制器，其與傾角儀傳感器通訊連接;然后，將夾角數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為傾角儀傳感器安裝點的高程數(shù)據(jù)xi;其中，中央控制器判斷安裝點的高程數(shù)據(jù)xi與待安裝梁段位于安裝點處的理論安裝高度h1的高度差Δy是否大于2 mm，若是中央控制器向橋面吊機發(fā)出啟動信號，進行待安裝梁段調(diào)整。

調(diào)整方式為：設定上游傾角儀傳感器安裝點的高程數(shù)據(jù)為x1，得高度差y1，下游傾角儀傳感器安裝點的高程數(shù)據(jù)為x2，得高度差y2。若y1>2 mm或y2>2 mm，則中央控制器會向橋面吊機發(fā)出啟動信號，通過橋面吊機調(diào)整待安裝梁段的位置。若y1>2 mm，y2>2 mm時，開啟橋面架橋機提升或松放吊掛以及縱向、豎向、橫向錨固裝置來調(diào)整待匹配梁段的位置，直至y1≤2 mm，y2≤2 mm。使其與已安裝梁段連接端口位置處于同一標高上，即完成節(jié)段箱梁匹配。

2.8 架橋機走行過孔

造橋機縱移過孔，前支腿立在鋼管柱上，進入下一梁連續(xù)梁的架設狀態(tài)。采用液壓邁步式走行系統(tǒng)進行橋機整體移位過孔，通過整套液壓系統(tǒng)與橋機結(jié)構(gòu)系統(tǒng)組成一邁步一頂進的循環(huán)步履。頂進過孔時采用一套液壓供油系統(tǒng)，同時控制頂進速度，結(jié)構(gòu)整體協(xié)調(diào)同步移位。整孔箱梁拼裝完成效果如圖19所示。

3 結(jié)語

通過架橋機天車提升與松放吊掛對梁段的平面位置與高程進行粗調(diào)，利用傾角儀傳感器定位技術、永久預應力張拉及松吊掛匹配技術對梁段進行精調(diào)，成功解決了臨江、高墩、大風等不利條件對拼接作業(yè)的影響，并得出以下研究結(jié)論：

（1）首節(jié)段箱梁采用防落梁預埋套筒進行梁體橫向精調(diào)，與傳統(tǒng)在墩頂預埋套筒相比，避免了墩柱預埋套筒及加強鋼筋，有利于降低成本;

（2）利用橋面架橋機提升或松放吊掛匹配技術，可調(diào)整匹配梁段標高和軸線偏角，確保箱梁匹配節(jié)段與已首節(jié)箱梁節(jié)段膠接的匹配精度;

（3）節(jié)段膠接拼接接縫面的剪力鍵與接縫膠，可實現(xiàn)各節(jié)段梁體之間的壓力和剪力的傳遞，有效保證橋梁結(jié)構(gòu)的抗力作用，防止預應力索的銹蝕，建成的橋梁外觀質(zhì)量好，線型更好、更美觀;

（4）提出了基于傾角儀傳感器測量匹配方法，提高匹配精度，使梁段匹配整個過程工序簡單化，解決了簡支箱梁節(jié)段膠接拼裝過程中梁體節(jié)段定位精度低、拼裝周期長、線型控制難等技術問題。

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