城市橋梁40 m 曲線斜交箱梁預(yù)制及架設(shè)施工技術(shù)研究

葛慶賀,劉曉飛,趙艷磊,劉 慶,張 樂

（中國建筑土木建設(shè)有限公司，北京 100071）

引言

伴隨著城市建設(shè)、人民生活水平的提高，城市交通的爆發(fā)性增長，城市橋梁設(shè)計建造理念發(fā)生了改變，橋梁不再僅僅是交通功能，它越來越成為城市景觀、城市標(biāo)志性建筑的重要體現(xiàn)，為城市創(chuàng)造了亮麗的風(fēng)景線。本研究重點(diǎn)闡述城市曲線斜交箱梁配模安裝技術(shù)、曲線段線型控制、多角度端模設(shè)計，同時對于曲線段預(yù)制箱梁全幅整孔架設(shè)技術(shù)，有效解決曲線段箱梁架設(shè)效率低、就位安裝困難等問題。通過對曲線箱梁預(yù)制到架設(shè)過程關(guān)鍵技術(shù)研究，實現(xiàn)曲線斜交箱梁高質(zhì)量、更安全的快速建造施工。對于其他類似項目形成引領(lǐng)，同時對進(jìn)一步開拓和占領(lǐng)市場方面起到非常大的促進(jìn)作用[1]。

1 項目工程概況

1.1 項目背景

雄安新區(qū)是繼深圳、上海經(jīng)濟(jì)特區(qū)后又一具有全國意義的新區(qū)，為解決首都大城市病、平衡南北經(jīng)濟(jì)格局、打造京津冀世界級現(xiàn)代化超一線城市，具有“千年大計、國家大事”超里程碑式意義。本工程位于雄安新區(qū)雄東片區(qū)，是雄安新區(qū)五個外圍組團(tuán)中雄縣組團(tuán)的重要組成部分，是新區(qū)先行啟動的建設(shè)區(qū)域，是保障高鐵樞紐周邊居民征遷安置的重點(diǎn)地區(qū)，肩負(fù)著淀東片區(qū)城市功能塑造的重要職能，某路為A社區(qū)對外聯(lián)系的主要道路。

1.2 工程概況

雄東片區(qū)A 社區(qū)對外某道路（一期）項目擬建主線橋全長1.9 km，根據(jù)本項目河中段及部分堤外段采用預(yù)制裝配箱梁，其中預(yù)制裝配式箱梁共計408 榀（曲線段箱梁約360 榀），主要采用3 跨一聯(lián)，先簡支后連續(xù)，2 跨及4 跨一聯(lián)輔助布跨。橋梁設(shè)計根據(jù)不同部位、不同跨路角度、河道流場線角度采用斜交布置，橋梁整體為“S”型雙曲線設(shè)計。本橋梁道路線性復(fù)雜，預(yù)制梁跨度、斜度、邊梁翼緣變化多，預(yù)制箱梁制造、現(xiàn)場安裝質(zhì)量要求高[2]。

2 施工技術(shù)要點(diǎn)

本工程在借鑒公路橋梁及鐵路橋梁施工經(jīng)驗的前提下，充分結(jié)合現(xiàn)有工程實際情況，通過技術(shù)攻關(guān)力求解決現(xiàn)場實際問題，優(yōu)化現(xiàn)場施工工藝、改良施工方法，提高施工質(zhì)量及施工效率。本研究重點(diǎn)研究城市曲線斜交箱梁配模安裝技術(shù)、曲線段線型控制、多角度端模設(shè)計等曲線箱梁預(yù)制過程關(guān)鍵技術(shù)點(diǎn)，同時針對曲線段預(yù)制箱梁全幅整孔架設(shè)技術(shù)研究，解決曲線段箱梁架設(shè)效率低、就位安裝困難等問題。通過對曲線箱梁預(yù)制到架設(shè)過程關(guān)鍵技術(shù)研究，實現(xiàn)曲線斜交箱梁高質(zhì)量、更安全的快速建造施工[3]。

2.1 曲線多角度箱梁模板施工技術(shù)

2.1.1 曲線箱梁BIM配模技術(shù)研究

曲線段預(yù)制箱梁相比直線段預(yù)制箱梁角度種類多、預(yù)制梁長各不同，具有“一跨一角度、同跨各不同”特點(diǎn)。本工程預(yù)制箱梁圖紙設(shè)計尺寸主要包含30 m、35 m、37 m、30～37 m、40 m 等不同尺寸箱梁，其中40 m 箱梁為標(biāo)準(zhǔn)梁長尺寸，其余長度為曲線段箱梁搭配設(shè)計。根據(jù)預(yù)制箱梁不同尺寸進(jìn)行BIM技術(shù)配模設(shè)計，標(biāo)準(zhǔn)節(jié)模塊采用3 500 mm 長度（見圖1），其它不同箱梁尺寸將模板配模按照現(xiàn)場使用率及同規(guī)格尺寸箱梁榀數(shù)配置，預(yù)制箱梁模板采用鋼模板，模板設(shè)計需針對結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)尺寸，考慮定型模板特殊板塊的使用率、固定模板對穿螺栓的間距及預(yù)埋件位置，設(shè)計出滿足施工要求最為便捷、經(jīng)濟(jì)的模板方案[4]。利用BIM技術(shù)對箱梁模板進(jìn)行試配模，對于不同梁長尺寸通過不同尺寸模塊進(jìn)行模板調(diào)配使用，并通過配模圖指導(dǎo)現(xiàn)場模板拼裝施工，提高模板拼裝效率。箱梁外模標(biāo)準(zhǔn)模塊采用3 500 mm 長度，其余通過制作少量2 000 mm、1 000 mm、500 mm等調(diào)節(jié)塊用于調(diào)整梁長搭配使用。預(yù)制箱梁橫隔梁根據(jù)使用部位不同分為端橫梁與中橫隔梁，端橫梁及橫隔板正交標(biāo)準(zhǔn)模板尺寸見圖2，同時橫隔梁會隨著箱梁角度變化出現(xiàn)角度不同情況，中橫隔梁位置模板角度調(diào)整節(jié)單塊寬度850 mm，端橫梁模板角度調(diào)整節(jié)單塊寬度為950 mm，橫隔梁標(biāo)準(zhǔn)模板長度為2 000 mm，兩側(cè)根據(jù)梁長尺寸制作相應(yīng)調(diào)節(jié)塊控制整體箱梁尺寸。

圖1 箱梁外模標(biāo)準(zhǔn)模塊示意

圖2 橫隔梁標(biāo)準(zhǔn)模塊示意圖

2.1.2 箱梁多角度端模設(shè)計及安裝技術(shù)

預(yù)制箱梁端部包含連續(xù)端和非連續(xù)段，曲線段箱梁每跨角度不同，端模角度各不同。端模采用分體式拼裝設(shè)計施工，將底板、腹板、頂板、翼板等位置拆分，通過背楞預(yù)留孔螺栓連接固定，箱梁端模板分體形式見圖3。

圖3 端模拆解拼裝示意

考慮曲線段箱梁端模角度不同，對每種角度制作相應(yīng)角度模板。梁端部設(shè)有預(yù)應(yīng)力張拉孔，整個預(yù)應(yīng)力張拉過程必須保證錨具與梁端結(jié)構(gòu)面垂直，不應(yīng)存在夾角。對曲線段箱梁端模板預(yù)應(yīng)力孔道對應(yīng)位置制作角度調(diào)節(jié)塊，通過調(diào)節(jié)塊進(jìn)行角度轉(zhuǎn)換，實現(xiàn)梁端張拉孔錨具角度垂直，避免張拉過程結(jié)構(gòu)受損。曲線段端模安裝時，應(yīng)注意端模板安裝位置，在外模拼裝完成后根據(jù)預(yù)制梁長將箱梁中線在制梁臺座進(jìn)行標(biāo)記，同時根據(jù)曲線段端模角度計算左右偏移量并在腹板位置進(jìn)行標(biāo)記，端模組拼完成后根據(jù)梁長中線位置及角度偏移量進(jìn)行安裝，保證曲線段箱梁端模安裝位置準(zhǔn)確。

2.1.3 曲線箱梁翼緣板弧線控制技術(shù)

曲線段箱梁角度變化多，尤其是箱梁翼緣板位置弧線難以控制。針對預(yù)制箱梁曲線段翼板弧線線型問題，將曲線段翼板位置模板進(jìn)行分割2 m 一個模塊單元進(jìn)行分節(jié)拼裝，通過調(diào)整每個單元模塊位置調(diào)節(jié)翼板弧線線型。翼板模板采用L 型梳齒狀鋼模板，曲線段采用單節(jié)2 m 長，分節(jié)進(jìn)行拼裝；梳齒板后部安裝滑動桿，滑動桿通過滑動槽調(diào)節(jié)進(jìn)行梳齒板位置固定?；瑒訔U采用Ф22 mm 圓鋼，在滑動槽位置安裝固定卡環(huán)，滑動桿滑動過程將固定卡環(huán)松解調(diào)整到位后上緊卡環(huán)，此過程方便快捷，減少人工投入，同時有效解決曲線段箱梁翼板弧線圓順問題，翼緣板L 型梳齒板示意圖見圖4。

圖4 曲線段翼緣板L型梳齒板調(diào)節(jié)示意

2.2 曲線段橫隔梁線型控制施工技術(shù)

2.2.1 橫隔梁結(jié)構(gòu)設(shè)計技術(shù)研究

圖紙設(shè)計橫隔梁與箱梁腹板相交位置存在夾角，曲線段箱梁角度難以控制且存在夾角不利于拆模，易造成拆模過程混凝土外觀破損。通過在橫隔梁與腹板相交位置設(shè)置腋角，對橫隔梁根部加寬設(shè)置，便于隔梁位置模板拆除。曲線段箱梁角度多，隔梁位置難以控制，為避免箱梁架設(shè)后橫隔梁發(fā)生錯位無法對齊問題，對橫隔梁進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，縮短橫隔梁預(yù)制尺寸，將預(yù)制部分改為現(xiàn)澆施工，通過后期調(diào)整預(yù)埋鋼筋位置避免橫隔板錯位難以對齊。

2.2.2 曲線段橫隔梁多角度優(yōu)化技術(shù)

曲線段預(yù)制箱梁角度種類多，本工程曲線段箱梁角度共有5°、9°、13°、16°、19°、20°、90°七種，為減少相應(yīng)模板種類投入，將箱梁橫隔板位置角度進(jìn)行劃分角度區(qū)間、多角度進(jìn)行合并，從而減少角度類別，降低模板種類。角度劃分詳見表1。曲線段箱梁橫隔梁位置模板調(diào)節(jié)塊通過角度合并制作不同角度模塊，各類角度模塊見圖5。不同角度箱梁預(yù)制施工時，模板拼裝過程只需將不同角度調(diào)節(jié)塊模塊進(jìn)行替換，施工較為便捷；同時該部位模塊通過兩側(cè)不同長度模板調(diào)整節(jié)控制整體箱梁尺寸及橫隔板位置，為后期箱梁架設(shè)提供保障。

表1 曲線段箱梁合并角度劃分區(qū)間

圖5 不同角度橫隔板調(diào)節(jié)模塊

2.2.3 曲線段橫隔梁預(yù)埋鋼筋施工技術(shù)

曲線段橫隔梁預(yù)制優(yōu)化改為現(xiàn)澆后，橫隔梁部位預(yù)埋鋼筋外露長度過長，且存在角度不一多變，在混凝土澆筑過程極易造成鋼筋位置偏移，影響后期鋼筋連接的質(zhì)量。通過研制一種可調(diào)節(jié)預(yù)制梁橫隔梁鋼筋高度定位裝置并成功申報專利一項，解決了曲線段橫隔梁預(yù)埋鋼筋固定問題，根據(jù)曲線段預(yù)埋鋼筋位置通過該裝置進(jìn)行鋼筋定位固定，提高橫隔梁鋼筋的整體預(yù)埋效果，便于后期對橫隔梁預(yù)埋鋼筋進(jìn)行搭接焊接。

2.3 曲線段箱梁全幅整孔架設(shè)技術(shù)

2.3.1 全幅軌道橫移拼裝技術(shù)

本工程橋梁斷面總寬度為40.5 m，預(yù)制箱梁采用架橋機(jī)架設(shè)，曲線段部位箱梁傳統(tǒng)采用汽車吊及履帶吊進(jìn)行架設(shè)[5]。通過對架橋機(jī)軌道研究，對曲線段箱梁架設(shè)采用左右幅整孔架設(shè)；設(shè)計了一種用于架設(shè)橋梁且能夠調(diào)整寬度的架橋機(jī)主框架結(jié)構(gòu)，根據(jù)曲線段不同角度曲率計算，采用全幅架設(shè)需對架橋機(jī)軌道延長拼接，經(jīng)計算最大曲率部位架橋機(jī)軌道長度需達(dá)到49.5 m，故橫移軌道采用14 m+3*12 m 四節(jié)軌道進(jìn)行拼裝使用，實現(xiàn)曲線段箱梁左右幅整孔架設(shè)。解決了傳統(tǒng)架設(shè)方法對場地要求高、架設(shè)安全隱患多。采用架橋機(jī)半幅架設(shè)效率慢，工期長，預(yù)制與架設(shè)無法實現(xiàn)流水作業(yè)，導(dǎo)致工效降低的難題。通過研究一種架橋機(jī)中支腿簡易可拆卸輔助托架，具有支撐穩(wěn)固和支撐高度可調(diào)的優(yōu)點(diǎn)，解決了現(xiàn)有的架橋機(jī)中支腿上縱移行走輪在自由狀態(tài)下，對移動支腳的高度進(jìn)行調(diào)節(jié)，即可達(dá)到支撐穩(wěn)固和支撐高度可調(diào)的目的。軌道拼裝過程通過下方制動裝置，人工輔助，就位后進(jìn)行連接固定。將軌道延長拼接實現(xiàn)架橋機(jī)曲線段全幅架設(shè)，提高架設(shè)效率同時縮短工期。

2.3.2 曲線段箱梁架設(shè)施工技術(shù)

曲線段箱梁角度多變，其中首夾角與尾夾角也各有不同，采用架橋機(jī)架設(shè)過程應(yīng)對箱梁做好標(biāo)識，防止箱梁位置安裝錯誤。箱梁落位前應(yīng)對支座中心線和箱梁中心線進(jìn)行明顯標(biāo)識，在落位過程根據(jù)支座中心線及箱梁中心線進(jìn)行對應(yīng)，確保箱梁落位準(zhǔn)確，箱梁落向支座時必須水平以防支座傾斜、變形；嚴(yán)格控制跨與跨之間的間距（特別是有伸縮縫處）以蓋梁上中心線參照。對前后橫移軌道每10 cm做好刻度標(biāo)記，以便觀察前后支腿是否同步。曲線段箱梁在喂梁過程根據(jù)不同梁長確定吊點(diǎn)位置，確保就位準(zhǔn)確。通過蓋梁上支座預(yù)埋鋼板和支座標(biāo)縱向中心線與橫向中心線，支座按照墊石上縱橫支座軸線安放就位，按此軸線對應(yīng)安放箱梁，再適度調(diào)整橫隔板位置使橫隔板對齊，箱梁就位后兩頭用方木打撐使梁體穩(wěn)固，完成兩片箱梁后焊接橫隔板鋼筋。內(nèi)外邊梁線型要控制好，且要保證橋面坡度。在圓曲線緩和曲線上架設(shè)邊梁時，調(diào)整前后橫移導(dǎo)軌的位置或架橋機(jī)的位置，使邊梁能順利架設(shè)到位。

3 結(jié)論

雖然橋梁施工技術(shù)日趨成熟，但城市橋梁建設(shè)在追求實用性的同時對橋梁的線性建設(shè)及美觀度要求更高，景觀橋梁建設(shè)成為以后橋梁領(lǐng)域主流。市政道路橋梁建設(shè)對我國的發(fā)展有著重要的貢獻(xiàn)，積極推動著國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。本研究通過現(xiàn)場施工總結(jié)提煉，形成曲線斜交橋梁預(yù)制及架設(shè)相關(guān)技術(shù)成果，為類似工程提供借鑒意義。