短線法預(yù)制節(jié)段橋梁施工工藝研究

蘇顯峰

（中交第四公路工程局有限公司,北京 100022）

0 引言

短線法節(jié)段預(yù)制技術(shù)屬于節(jié)段預(yù)制技術(shù)的一種，具有占地小、規(guī)?；?、精度高、成橋線型好等優(yōu)點(diǎn)。我國早期工程一般采用的是長線法，但伴隨著大跨徑變截面橋梁的不斷涌現(xiàn)以及節(jié)段箱梁預(yù)制拼裝技術(shù)的不斷發(fā)展，短線法預(yù)制技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)開始凸顯并得到業(yè)界認(rèn)可，在工程上逐漸被廣泛使用[1,2]。相比于長線法，短線法占地小，模板調(diào)整靈活，精度高，能夠滿足橋梁幾何線型變化的要求，成橋線型更美觀。

1 工程概況

某高速公路大型橋梁，全長1 320.8 m，采用預(yù)應(yīng)力連續(xù)梁結(jié)構(gòu)，45#-49#墩位于路線圓曲線上，圓曲線半徑R=8 000 m，橋梁縱坡2.5%，跨度組合為（35+48+48+35）m。預(yù)制梁場位于K21+400～K21+700 路基段，長度300 m，寬度45 m，由于變截面箱梁比較多，根據(jù)施工組織計(jì)劃預(yù)制方法采用短線法，預(yù)制完成后采用上行式自平衡架橋機(jī)拼接成橋。

2 短線法節(jié)段箱梁預(yù)制工藝原理

2.1 標(biāo)準(zhǔn)截面節(jié)段預(yù)制

標(biāo)準(zhǔn)截面是相對于變截面而言，同一標(biāo)準(zhǔn)截面結(jié)構(gòu)尺寸相對固定，為提高箱梁預(yù)制進(jìn)度及施工效率，可多臺(tái)座同時(shí)作業(yè)。為保證預(yù)制尺寸及精度滿足要求，所有箱梁節(jié)段必須需在事先確定好的臺(tái)座上進(jìn)行澆筑，通過調(diào)整模板來匹配箱梁的空間位置。預(yù)制過程中，以已經(jīng)澆筑完成的節(jié)段為端模，在待澆節(jié)段另一端設(shè)固定端模來確保相鄰節(jié)段之間的拼接精度。當(dāng)前節(jié)段預(yù)制完成后把上一節(jié)段箱梁移走，然后把當(dāng)前節(jié)段箱梁前移作為下一節(jié)段的端模，每個(gè)節(jié)段都按照此流程循環(huán)往復(fù)施工，直至全部箱梁預(yù)制完成[3]。

2.2 變截面節(jié)段預(yù)制

變截面主梁截面復(fù)雜、多變，通常呈漸變過渡，節(jié)段高差變化比較大，因此必須按高差變化對模板進(jìn)行合理分區(qū)設(shè)計(jì)，分區(qū)使得同一模板分區(qū)的節(jié)段高差變化緩和，不至于高差過大導(dǎo)致施工困難，同時(shí)提高了模板重復(fù)利用率，避免節(jié)段高差過大產(chǎn)生的相鄰節(jié)段精度降低現(xiàn)象。通過模板分區(qū)設(shè)計(jì)能夠有效提高成橋線型精度，有利于合理控制工程質(zhì)量、工程進(jìn)度及工程成本[4]。圖1為模塊分區(qū)示意圖。

圖1 模板分區(qū)示意圖

3 短線法節(jié)段預(yù)制施工技術(shù)

3.1 模板工程

模板對于預(yù)制箱梁尺寸精度具有決定性作用。模板必須選擇性能優(yōu)異的鋼板，鋼板厚度需要滿足計(jì)算要求。為滿足施工需求，臺(tái)座固定端的模板既要在混凝土澆筑過程中保持固定不動(dòng)，還要在調(diào)整梁段方位時(shí)為施工提供便捷。梁體方位的改變通常通過在端膜上設(shè)置剪力鍵來實(shí)現(xiàn)，其余固定措施為螺絲固定。為提高預(yù)制精度，便于線型控制，需要沿端模豎向軸線方向在上下兩個(gè)面上各設(shè)置一個(gè)測量控制點(diǎn)。端模需支撐牢靠，避免產(chǎn)生位移，同時(shí)必須有足夠的剛度來抵抗變形。在水平方向端模須與擬澆筑的箱梁節(jié)段軸線保持垂直，垂直方向端模保持豎直。

側(cè)模主要通過設(shè)置在支架上的螺旋進(jìn)行調(diào)整，通過螺旋的不斷調(diào)整矯正直至模板能夠符合水平平行及豎向垂直偏移的需要。

3.2 鋼筋綁扎

在施工組織中鋼筋綁扎與模板安裝為兩道互不干涉的工序，為提高作業(yè)效率，可采用平行作業(yè)方式同步施工。

綁扎在綁扎臺(tái)座上完成，首先需要嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)尺寸進(jìn)行鋼筋下料，然后按設(shè)計(jì)圖紙要求確定鋼筋、預(yù)應(yīng)力波紋管位置。為保證預(yù)應(yīng)力張拉后梁體各部位受力合理，原則上預(yù)應(yīng)力波紋管必須綁扎在設(shè)計(jì)位置上，施工時(shí)不可避免存在誤差，但誤差應(yīng)處于允許范圍內(nèi)。綁扎過程中若構(gòu)件之間存在位置沖突，按預(yù)應(yīng)力波紋管、縱向主筋、橫向主筋、構(gòu)造鋼筋的順序優(yōu)先采用設(shè)計(jì)位置。為防止?jié)仓^程中混凝土漿液流入預(yù)應(yīng)力波紋管造成堵塞，須提前將波紋管兩側(cè)端口采用適當(dāng)措施進(jìn)行封堵。梁體保護(hù)層厚度采用C50 細(xì)石混凝土預(yù)制塊來保障，預(yù)制塊用細(xì)鋼絲按每間隔1 m 設(shè)置兩塊的要求綁扎。

3.3 混凝土澆筑

該項(xiàng)目箱梁采用C50 高強(qiáng)混凝土，采用PO.42.5 低堿水泥，添加劑為Sika3301 超高效減水劑，緩凝時(shí)間不小于6 h。為提高工程質(zhì)量，混凝土的攪拌必須采用強(qiáng)制式攪拌機(jī)，混凝土運(yùn)至現(xiàn)場后進(jìn)行塌落度試驗(yàn)檢測合格后采用梁場專用吊機(jī)將混凝土放入模板內(nèi)。

為保證箱梁混凝土質(zhì)量，箱梁底板及腹板采用水平分層法進(jìn)行對稱澆筑，每層厚度25 cm。底板采用振搗棒進(jìn)行人工振搗，振搗棒作用半徑0.5 m，振搗時(shí)合理控制振搗時(shí)間，振搗棒要避免與模板接觸，防止造成模板偏移、變形。腹板主要采用附著于側(cè)模上的振搗器進(jìn)行振搗，振搗器要布置均勻，可配備人員進(jìn)行輔助振搗，頂板采用振搗棒一次澆筑成型。箱梁鋼筋十分密集，施工人員要仔細(xì)觀察振搗效果，適當(dāng)進(jìn)行加密振搗，避免產(chǎn)生空洞等質(zhì)量問題。

3.4 混凝土養(yǎng)護(hù)

箱梁為大體積混凝土結(jié)構(gòu)，在凝結(jié)過程中會(huì)釋放大量的熱量，因此制定合理的養(yǎng)生方案、采用適當(dāng)養(yǎng)生措施對保證混凝土的質(zhì)量至關(guān)重要。氣候寒冷地區(qū)冬季采用蒸汽養(yǎng)生可以取得良好的效果，溫暖氣候條件下通常采用灑水養(yǎng)生。標(biāo)準(zhǔn)化的預(yù)制梁場一般在模板外側(cè)配置自動(dòng)噴淋裝置，可按設(shè)定好的程序進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)，提高養(yǎng)生效果。

3.5 模板拆除

模板拆除應(yīng)當(dāng)按照先拆除內(nèi)模再拆外模的順序進(jìn)行，底模的拆除實(shí)際上是混凝土強(qiáng)度滿足拆模要求后用吊機(jī)將節(jié)段梁體移走的過程。模板拆除過程中要避免出現(xiàn)混凝土棱角掉塊、表面剝離、裂紋等質(zhì)量問題，不允許暴力拆模，梁體移走后調(diào)整位置，作為下一梁段預(yù)制的匹配梁。

3.6 梁段起吊移存

梁場應(yīng)設(shè)置合理完善的存梁區(qū)，為橋梁拼裝施工方便，存梁區(qū)位置選擇在距離橋梁較近且進(jìn)出便捷的位置。節(jié)段梁體做為端模將下節(jié)段預(yù)制完成且在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件下混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度80%后通過梁場軌道式龍門吊機(jī)移至存梁區(qū)存放。龍門吊機(jī)具有水平縱橫移位及豎向移位功能，承載能力以最重節(jié)段梁體重量的1.2 倍為宜。在梁體側(cè)面及端頭用方木進(jìn)行支撐，防止在特殊情況下失穩(wěn)，提高整體穩(wěn)定性。梁體存放期間同樣要注意定期養(yǎng)生[5]。

4 預(yù)制線型控制

4.1 模板系統(tǒng)精度控制

節(jié)段箱梁模板包含端模、底模小車、側(cè)模三部分，其中端模由固定端模和節(jié)段匹配段兩部分組成。模板系統(tǒng)精度直接影響節(jié)段梁的質(zhì)量，甚至?xí)绊懻麄€(gè)橋梁的成橋線型。端模的精度控制至關(guān)重要，直接影響下一節(jié)段的匹配度；其次是底模和外側(cè)模的精度控制。模板系統(tǒng)誤差指標(biāo)具體見表1 所示。

表1 模板系統(tǒng)誤差指標(biāo)

4.2 預(yù)制線型控制的實(shí)現(xiàn)

短線法預(yù)制線型控制是在制梁臺(tái)座上通過調(diào)整模板位置得以實(shí)現(xiàn)。預(yù)制當(dāng)前節(jié)段箱梁時(shí)以上一節(jié)段箱梁為端模進(jìn)行“匹配”。根據(jù)橋梁所處的平面線型及豎向線型，共分為直線梁體（?。?、平曲線梁體（ⅱ）、豎曲線梁體（ⅲ）三種類型，見圖2，具體控制方法如下：

圖2 線型控制方法

（?。┲本€梁體，N+1 節(jié)段預(yù)制完成后平移適當(dāng)距離作為端模進(jìn)行N 節(jié)段預(yù)制，N 節(jié)段尺寸采用標(biāo)準(zhǔn)尺寸。

（ⅱ）平曲線梁體，N+1 節(jié)段預(yù)制完成后平移適當(dāng)距離，按照平曲線轉(zhuǎn)角的角度進(jìn)行精確水平旋轉(zhuǎn)，以旋轉(zhuǎn)后的截面空間位置為端?？刂芅 節(jié)段梁體尺寸，達(dá)到控制平面線型的目的。

（ⅲ）豎曲線梁體，N+1 節(jié)段預(yù)制完成后平移適當(dāng)距離，按照豎曲線角度通過調(diào)整模板在豎直方向進(jìn)行精確旋轉(zhuǎn)，以旋轉(zhuǎn)后的截面空間位置為端模控制N 節(jié)段梁體尺寸，達(dá)到控制豎向線型的目的。

4.3 預(yù)制線型誤差調(diào)整辦法

短線法預(yù)制節(jié)段箱梁過程中不可避免地會(huì)產(chǎn)生系統(tǒng)誤差、施工誤差，由于采用上節(jié)段箱梁作為匹配端模逐段預(yù)制，所以上節(jié)段箱梁已經(jīng)存在誤差并且無法修正的情況下為避免誤差累積必須在下節(jié)段預(yù)制過程中進(jìn)行誤差修正，保證梁體線型偏差僅存在于相鄰兩節(jié)段箱梁上而不會(huì)對第三節(jié)段產(chǎn)生干擾?；诙叹€法的預(yù)制理念及技術(shù)方法，施工中可能存在的誤差可分為三種情況：①長度準(zhǔn)確、角度偏差；②角度準(zhǔn)確、長度偏差；③長度偏差、角度偏差。就誤差修正原理而言，第③中情況可歸納到①②之中，箱梁長度偏差修正簡單，節(jié)段箱梁線型誤差調(diào)整的重點(diǎn)及難點(diǎn)在于角度誤差，下面對角度誤差調(diào)整進(jìn)行研究：

假定以n-1#節(jié)段作為端模預(yù)制第n#節(jié)段時(shí)，第n-1#節(jié)段產(chǎn)生了角度偏移，則n#節(jié)段實(shí)際線型與理論線型就產(chǎn)生了角度誤差，如圖3 所示，為了保證第n#節(jié)段的誤差不會(huì)對n+1#節(jié)段產(chǎn)生影響，在預(yù)制過程中需通過調(diào)整模板來修正n#節(jié)段線型，由于n+1#節(jié)段以n#節(jié)段i 端為端模，所以n#節(jié)段i 端需采用正確位置，對n#節(jié)段線型的調(diào)整就必須在j 端完成。這樣處理后n-1#節(jié)段產(chǎn)生的誤差在n#節(jié)段就全部修正完成，避免了誤差繼續(xù)累積對n+1#節(jié)段造成不利影響。雖然個(gè)別節(jié)段在預(yù)制時(shí)出現(xiàn)了誤差，但通過修正后箱梁整體線型仍然合格，如圖4所示。

圖3 節(jié)段誤差示意圖

圖4 誤差調(diào)整示意圖

5 結(jié)語

（1）同懸臂澆筑技術(shù)相比，短線法具有室內(nèi)地面作業(yè)、不受天氣影響、工業(yè)化標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)、上下部結(jié)構(gòu)同時(shí)施工、節(jié)省工期等優(yōu)點(diǎn)。

（2）同長線法節(jié)段預(yù)制技術(shù)相比，短線法具有占地小、預(yù)制轉(zhuǎn)運(yùn)方便、精度高、成橋線型好、模板利用率高、能更好適應(yīng)平曲線及豎曲線等曲線段線型等優(yōu)點(diǎn)。

（3）國內(nèi)橋梁建設(shè)采用懸臂澆筑、長線法節(jié)段預(yù)制方法較多，對短線法及應(yīng)用及研究偏少，主要原因短線法節(jié)段預(yù)制過程中的線型控制技術(shù)、監(jiān)測技術(shù)、誤差調(diào)整技術(shù)要求非常高，工藝較為復(fù)雜，現(xiàn)代化的預(yù)制場中通常需要應(yīng)用專業(yè)軟件進(jìn)行分析調(diào)整。在一些大型橋梁建設(shè)中短線法應(yīng)用了非常先進(jìn)的線型控制及誤差調(diào)整技術(shù)，取得了非常好的效果。

（4）短線法具有很多其他施工技術(shù)無法替代的優(yōu)點(diǎn)，隨著人們對橋梁結(jié)構(gòu)安全性的重視程度的提高，以及線型控制、誤差分析技術(shù)的進(jìn)步，短線法將被更廣泛地應(yīng)用到橋梁結(jié)構(gòu)預(yù)制中，提高工程質(zhì)量，創(chuàng)造社會(huì)效益。