鐵路連續(xù)梁節(jié)段裝配關(guān)鍵施工技術(shù)

丁衛(wèi)林

（中鐵北京工程局集團(tuán)第五工程有限公司，杭州 311215）

1 引言

連續(xù)梁節(jié)段懸臂拼裝施工最早出現(xiàn)在20 世紀(jì)60 年代的歐洲，70 年代該技術(shù)流傳到美國(guó)，80 年代末該技術(shù)逐漸成熟，并由歐美傳入中國(guó)[1-3]。隨著我國(guó)高速鐵路工程建設(shè)的快速發(fā)展，橋梁建設(shè)不斷向西部、山區(qū)、高原挺進(jìn)；跨公路、河流、山谷等大跨度連續(xù)梁橋占比不斷提高[4]。傳統(tǒng)的大跨度連續(xù)梁橋施工主要以掛籃懸臂現(xiàn)澆施工為主，但是，該工法施工周期長(zhǎng)、功效低，而且混凝土收縮徐變周期長(zhǎng)，影響了混凝土質(zhì)量和橋梁的線性控制；同時(shí)，較長(zhǎng)的施工周期也增加了施工安全風(fēng)險(xiǎn)。為此，尋求施工周期短、施工質(zhì)量便于控制的連續(xù)梁橋施工工法是高速鐵路橋梁施工進(jìn)步的關(guān)鍵。

2 工程概況

中鐵北京工程局集團(tuán)承建的連徐鐵路項(xiàng)目位于江蘇省徐州市新沂市雙塘鎮(zhèn)，與G2 京滬高速相交，其中跨大沙河962#～965#墩連續(xù)梁橋（32 m+48 m+32 m）共40 個(gè)節(jié)段，線路小里程與河流夾角為106°，連續(xù)梁全長(zhǎng)113.5 m，節(jié)段箱梁平均高3.052 m，寬12.6 m，節(jié)段長(zhǎng)度為2.4～3.25 m 不等，單塊節(jié)段箱梁最輕為74.8 t，最重為143.3 t。

3 節(jié)段拼裝的優(yōu)勢(shì)

3.1 施工速度快

節(jié)段箱梁預(yù)制拼裝架設(shè)技術(shù)最顯著的優(yōu)勢(shì)莫過(guò)于可大幅縮短橋梁施工工期，降低勞動(dòng)成本，節(jié)段加工速率快，并可以多處分別施工，不會(huì)因橋梁節(jié)點(diǎn)或隧道貫通等問(wèn)題而相互影響，節(jié)段生產(chǎn)和施工可單獨(dú)開展，互不影響，縮短工期。

3.2 安全、質(zhì)量高、耐久性高

1）連續(xù)梁節(jié)段懸臂拼裝施工工序簡(jiǎn)單，安全快捷。節(jié)段預(yù)制和安裝可分開進(jìn)行，互不干擾，安全可控。

2）標(biāo)準(zhǔn)化及機(jī)械化作業(yè)程度高，質(zhì)量易保證。該工法在鐵路工程中大規(guī)模推廣將提高橋梁規(guī)范化、智能化、統(tǒng)一化施工，保證橋梁安全和工人的生產(chǎn)安全。

3）梁體節(jié)段養(yǎng)護(hù)時(shí)間長(zhǎng)，合龍后混凝土收縮情況少。此工法將大體積梁體分割成多個(gè)節(jié)段，不僅減少了大體積梁體的很多常見施工問(wèn)題，而且混凝土養(yǎng)護(hù)周期長(zhǎng)，梁體收縮徐變小，使橋梁整體線形更加明顯。

3.3 工法適應(yīng)性強(qiáng)

1）不受地理?xiàng)l件限制，跨河谷、高山施工時(shí)，安全性相對(duì)大大提高。節(jié)段預(yù)制梁不受場(chǎng)地大小、橋墩高度、是否有河流和山谷以及墩跨間基礎(chǔ)好壞影響。

2）工程所在地全年溫差大，降水豐富，根據(jù)溫濕變化選取節(jié)段橋梁拼接結(jié)構(gòu)膠。其溫度區(qū)間可覆蓋-10～45 ℃，適應(yīng)春夏秋冬不同季節(jié)不間斷施工，同時(shí)雨季可在混凝土未完全干燥下施工。

3.4 經(jīng)濟(jì)性強(qiáng)

該工法可提高環(huán)保性、減少占地面積、減少施工垃圾。以32 m+45 m+32 m 連續(xù)橋梁為例，對(duì)鐵路連續(xù)梁掛籃、支架現(xiàn)澆、架橋機(jī)懸拼、橋面吊懸拼等工法，從工期、利潤(rùn)、質(zhì)量、環(huán)保方面進(jìn)行對(duì)比分析（見表1），從表1 可知，架橋機(jī)對(duì)稱懸拼和橋面吊懸拼工法更具優(yōu)勢(shì)。

表1 不同工法經(jīng)濟(jì)對(duì)比表

4 拼裝設(shè)備對(duì)比

依照跨大沙河連續(xù)梁橋的實(shí)際情況推薦的3 種設(shè)備為節(jié)段拼裝架橋機(jī)、橋面吊、門吊。對(duì)這3 種拼裝設(shè)備的綜合特性進(jìn)行對(duì)比，如表2 所示。

表2 節(jié)段拼裝設(shè)備綜合特性對(duì)比

5 拼裝工法對(duì)比

根據(jù)不同的實(shí)際工程特點(diǎn)選擇架設(shè)方案，根據(jù)其規(guī)律大體可以分為逐跨裝配工法和懸臂平衡裝配工法。

5.1 逐跨裝配工法

該種工法為預(yù)制節(jié)塊裝配工法中縮短工期較為明顯的施工形式也是使用最頻繁的作業(yè)形式，一般適用于跨徑24～60 m的橋梁。

5.2 懸臂平衡拼裝工法

懸臂平衡裝配法是以一個(gè)墩身為參考，平衡并依次拼裝節(jié)段的橋梁施工方法。平衡懸臂法施工橋梁的每一節(jié)段與已施工完成的節(jié)段連成一體，并作為下一施工節(jié)段的拼裝前提。較橋梁懸臂結(jié)構(gòu)而言，使用張拉工藝使梁體節(jié)段中的預(yù)應(yīng)力鋼絞線去除預(yù)應(yīng)力來(lái)保證其質(zhì)量和牢固性。

以跨大沙河（32 m+48 m+32 m）連續(xù)梁橋?yàn)槔M(jìn)行研究分析，開展架設(shè)設(shè)備以及架設(shè)工法研究。下方?jīng)]有存梁位置，不便于提梁，因此，選用架橋機(jī)針對(duì)架設(shè)提出以下幾種方案。

5.2.1 半聯(lián)整體膠拼施工

采用架橋機(jī)進(jìn)行箱梁節(jié)段裝配施工，在962#～965#墩跨間拼裝臨時(shí)支墩，吊裝0#塊與963#墩錨固，安裝低中支腿，后支腿與964#墩錨固，在支腿及臨時(shí)支墩上直接進(jìn)行架橋機(jī)拼裝，架橋機(jī)采用原位拼裝方式。架橋機(jī)具備架梁條件后，再將由制梁場(chǎng)運(yùn)來(lái)的預(yù)制梁段運(yùn)至架橋機(jī)指定位置，以架橋機(jī)承重梁為依托，以0#塊為中心向兩側(cè)吊裝，依次半聯(lián)后調(diào)整就位，整體涂膠裝配，穿放鋼絞線、一次張拉，即可完成墩頂原位成梁作業(yè)。

5.2.2 單T 構(gòu)過(guò)孔膠拼施工

在963#、964#墩大里程側(cè)設(shè)置臨時(shí)支墩，原位拼裝架橋機(jī)，后支限支立在喂梁平臺(tái)上，使用架橋機(jī)兩個(gè)回轉(zhuǎn)天車把0#塊分別吊裝到963#、964#墩上并進(jìn)行豎向錨固。吊裝兩個(gè)主支腿分別安裝至963#、964#墩上與0#塊進(jìn)行錨固，與架橋機(jī)主梁進(jìn)行連接，同時(shí)拆除兩處臨時(shí)支墩。

架橋機(jī)具備架梁條件后，再將由制梁場(chǎng)運(yùn)來(lái)的節(jié)段梁段運(yùn)至架橋機(jī)指定位置，以架橋機(jī)承重梁為依托，以963#墩、0#塊為中心依次向兩側(cè)逐節(jié)裝配，對(duì)稱懸拼24 m，調(diào)整就位，涂膠裝配，然后穿鋼絞線、張拉。962#～963#墩間剩余3 個(gè)節(jié)段逐節(jié)起吊、懸掛于架橋機(jī)上，進(jìn)行一次性膠拼張拉。

利用主支腿動(dòng)力系統(tǒng)，架橋機(jī)向965#墩移動(dòng)，在965#墩大里程側(cè)搭設(shè)臨時(shí)支墩，在臨時(shí)支墩上設(shè)置架橋機(jī)前輔助支腿。964#墩和0#段兩側(cè)對(duì)稱懸拼24 m，步驟與963#墩相同，合龍跨中濕接頭。

5.2.3 三跨式雙T 構(gòu)同步膠拼施工

由于該連續(xù)梁橫跨大沙河，且處在溝塹里，高差較大，雙向喂梁需要修出高標(biāo)準(zhǔn)便道或者棧橋，所以，不考慮橋面吊架梁。連續(xù)梁節(jié)段裝配施工采用滿跨上行式架橋機(jī)進(jìn)行節(jié)段裝配。架橋機(jī)具備架梁條件后，再將由制梁場(chǎng)運(yùn)來(lái)的節(jié)段梁段運(yùn)至架橋機(jī)指定位置，以架橋機(jī)承重梁為依托，以0#塊為中心依次向兩側(cè)逐節(jié)裝配，調(diào)整就位，涂膠裝配，然后穿鋼絞線、張拉，即可完成墩頂原位成梁作業(yè)，節(jié)段裝配過(guò)程中，兩個(gè)T 構(gòu)循環(huán)同步施工，可大大縮短工期。

綜上所述，選用上行式架橋機(jī)作為本項(xiàng)目的節(jié)段拼裝設(shè)備。

6 節(jié)段拼裝關(guān)鍵技術(shù)

6.1 0#塊定位及錨固

0#段梁位于連續(xù)墩主墩963#、964#墩墩頂，節(jié)段梁長(zhǎng)3.0 m，底寬5.5 m，頂寬12.6 m，節(jié)段梁全重143.3 t。采取三維精調(diào)裝置調(diào)整將0#節(jié)段梁精確定位，0#段安裝調(diào)整好空間姿態(tài)后，進(jìn)行臨時(shí)固結(jié)灌漿，等其強(qiáng)度達(dá)到要求后進(jìn)行臨時(shí)張拉錨固。

其主要施工內(nèi)容有：（1）墩頂操作平臺(tái)安裝；（2）臨時(shí)支座施工與支座安裝；（3）墩頂臨時(shí)支撐、調(diào)梁系統(tǒng)布置；（4）0#塊就位與精調(diào)（見圖1）；（5）永久支座及臨時(shí)支座灌漿；（6）0#塊豎向錨固。

圖1 0#塊安裝

6.2 墩頂操作平臺(tái)安裝

墩頂操作平臺(tái)主要用于墩頂施工作業(yè)，包括支座安裝、墩頂0#塊安裝就位操作、臨時(shí)錨固的安裝與拆除等。墩頂平臺(tái)采用小型鋼組焊成塊，采用銷軸進(jìn)行連接，便于安裝和拆除。安裝時(shí)采用天車安裝與拆除。

6.3 臨時(shí)支座施工與永久支座安裝

錨固用臨時(shí)支座采用長(zhǎng)2.6 m，寬0.6 m 的現(xiàn)澆C40 混凝土塊，中部灌注10 cm 厚的40 號(hào)硫黃砂漿，臨時(shí)支撐澆筑時(shí)注意4 個(gè)點(diǎn)頂面高程達(dá)到預(yù)設(shè)高程且位于同一平面。臨時(shí)支座在完成體系轉(zhuǎn)換后及時(shí)鑿除，布置位置如圖2 所示。節(jié)段縱移到位后，及時(shí)使用全站儀復(fù)測(cè)墊石高程；并對(duì)墊石施工質(zhì)量全面檢查；檢查完成后再進(jìn)行支座吊裝作業(yè)。并將永久支座安裝于0#段梁底。

圖2 臨時(shí)支座布置示意圖

6.4 墩頂臨時(shí)支撐、調(diào)梁系統(tǒng)布置

6.4.1 臨時(shí)支撐施工

設(shè)置臨時(shí)支撐墊塊是為了避免節(jié)段落梁時(shí)直接落在千斤頂上形成機(jī)械設(shè)備的損傷。臨時(shí)支撐為厚度18 mm 鋼板焊接而成，主要受壓、受拉部位增設(shè)加勁板；所有臨時(shí)支撐，加工完成后需在壓力機(jī)上進(jìn)行荷載試驗(yàn)，保證承壓能力不低于1 000 kN；支撐梁段時(shí)，需在楔塊頂部墊設(shè)膠皮，保證梁體不被磕碰。

6.4.2 三向調(diào)節(jié)千斤頂布置

墩頂塊的調(diào)位采用4 臺(tái)手持式三向坐標(biāo)橫移鎬（以下簡(jiǎn)稱調(diào)位千斤頂），布置與墩頂四角位置，千斤頂泵站為小型手持式的泵站。圖3 所示為三向千斤頂調(diào)節(jié)裝置。

圖3 三向千斤頂調(diào)節(jié)裝置

6.5 0#塊就位與精調(diào)

精調(diào)原理：如圖4 所示，依照生產(chǎn)梁時(shí)預(yù)埋在兩側(cè)的控制點(diǎn)E、F 來(lái)安排梁段軸線，使E、F 與平分中失軸線折疊，參考梁頂高程水準(zhǔn)點(diǎn)（B、C、D）相對(duì)于A 點(diǎn)的高差從而調(diào)整梁頂高程。最后觀測(cè)E、F 點(diǎn)有沒(méi)有發(fā)生移動(dòng)，如果不與平分中失軸線折疊，再次反復(fù)以上過(guò)程，使中線誤差控制在0.5 mm 以內(nèi)，相對(duì)高程誤差在1 mm 以內(nèi)，則以完成精調(diào)就位。

圖4 梁體測(cè)量定位點(diǎn)

精調(diào)流程如下。

1）墩旁托架安裝、形成墩頂作業(yè)平臺(tái)后，在墩頂布置臨時(shí)支撐及三向千斤頂。

2）用回轉(zhuǎn)天車將0#段就位。

3）0#段根據(jù)墊石十字線與梁段的縱、橫軸線將節(jié)段粗略就位，支座板錨栓套入墊石預(yù)埋螺栓孔時(shí)（可掛線鉈輔助），落梁于臨時(shí)支撐的千斤頂上，完成節(jié)段的初定位。

4）調(diào)整三向調(diào)位千斤頂，使豎向油缸與梁底相接，均衡起升使梁體遠(yuǎn)離臨時(shí)支撐，利用縱、橫移動(dòng)油缸進(jìn)行平面方位操作，豎向油頂進(jìn)行高程的調(diào)整。

5）測(cè)量0#段頂面水準(zhǔn)點(diǎn)坐標(biāo)，將檢索的記錄與監(jiān)控命令比較，反算出梁段移動(dòng)記錄，利用4 臺(tái)調(diào)位千斤頂，對(duì)梁段高程、方位循環(huán)調(diào)整，直到到達(dá)指令條件，結(jié)束精調(diào)過(guò)程。

6）精調(diào)完成后將三向千斤頂鎖定，使之承受梁段重量，對(duì)梁段空間姿態(tài)鎖定，并采集最終目標(biāo)數(shù)據(jù)。

6.6 永久支座灌漿

采取先安裝支座，后灌漿的施工方法，具體步驟如下：（1）梁段精調(diào)到位并鎖定；（2）檢查支撐墊石質(zhì)量是否滿足羅梁要求；（3）施工支座灌漿模板；（4）拌制支座灌漿料。采用將原材料吊至墩頂進(jìn)行機(jī)械拌制；（5）在高強(qiáng)灌漿料固化后，再次旋緊地腳螺栓。

6.7 臨時(shí)支座灌漿

為使臨時(shí)支座與墩頂0#段間密貼，確保受力均勻，臨時(shí)支座在墩頂現(xiàn)澆時(shí)即比梁底設(shè)計(jì)標(biāo)高略低3 cm，該部分間隙在完成墩頂梁段的調(diào)位、鎖定后，通過(guò)梁底預(yù)留孔進(jìn)行支座灌漿料灌漿銜接。其灌漿施工步驟與支座灌漿一致。在臨時(shí)支座灌漿料強(qiáng)度達(dá)到70%后，拆除臨時(shí)支撐墊塊上的三向調(diào)位千斤頂，轉(zhuǎn)由永久支座、臨時(shí)支座承擔(dān)后期墩頂塊傳遞的荷載[5]。

7 架梁線形控制

節(jié)段在加工廠內(nèi)制作時(shí)，加工場(chǎng)依據(jù)線路的給定數(shù)據(jù)在待加工節(jié)段的頂面預(yù)埋軸線基準(zhǔn)點(diǎn)、高程加密點(diǎn)等6 個(gè)點(diǎn)的坐標(biāo)。

7.1 起始節(jié)段量測(cè)調(diào)整

操作全站儀調(diào)整使其6 個(gè)控制點(diǎn)符合參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)，并用限位連接裝置使節(jié)段與混凝土成橋、墩身相接，使其成為整體結(jié)構(gòu)。

7.2 其他節(jié)段操縱

以往經(jīng)驗(yàn)來(lái)講，起始節(jié)段梁的位置可準(zhǔn)確就位，并架設(shè)在永久支座上，而后續(xù)節(jié)段的調(diào)整均以此為參照。

7.3 整體箱梁量測(cè)控制

當(dāng)梁體結(jié)束永久預(yù)應(yīng)力束張拉后，用對(duì)該跨的軸線和標(biāo)高進(jìn)行復(fù)核，如若標(biāo)高與軸線與設(shè)計(jì)值偏差不滿足小于10 mm時(shí)，則需重新對(duì)軸線和標(biāo)高調(diào)整復(fù)核。

預(yù)拱度的精確建立是在作業(yè)過(guò)程中調(diào)整梁體高差使得梁體在橋梁充分完成混凝土收縮和徐變后的最終線形與基準(zhǔn)線形保持一致。

8 梁端拼接結(jié)構(gòu)膠的質(zhì)量控制及選取

環(huán)氧樹脂膠的抗拉強(qiáng)度、抗剪強(qiáng)度、濕熱老化（90 d）等各項(xiàng)性能指標(biāo)通過(guò)第三方試驗(yàn)，均符合設(shè)計(jì)和GB 50367—2013《混凝土結(jié)構(gòu)加固設(shè)計(jì)規(guī)范》有關(guān)規(guī)定。

連徐鐵路項(xiàng)目試驗(yàn)人員在常規(guī)溫度條件下（15～35℃），將拌制好的環(huán)氧樹脂膠在20 min 內(nèi)涂刷完畢，從開始抹膠計(jì)，60 min內(nèi)拼裝完成，溫度與可操作時(shí)間的對(duì)應(yīng)關(guān)系如表3 所示。

表3 環(huán)氧樹脂膠的試驗(yàn)結(jié)論

梁端拼接結(jié)構(gòu)膠選?。菏忻嫔铣Ｒ姷墓?jié)段梁拼接結(jié)構(gòu)膠主要有PolyconTM-PJ10 型預(yù)制構(gòu)件拼接膠、卡本CBMR-AB橋梁拼接專用膠以及JGN808 懸拼架橋結(jié)構(gòu)膠。

根據(jù)各種節(jié)段梁拼接結(jié)構(gòu)膠的技術(shù)說(shuō)明，結(jié)構(gòu)膠的可操作時(shí)間（工作時(shí)間）對(duì)環(huán)境溫度的依賴非常大，同時(shí)混凝土基面未完全干燥條件下施工，會(huì)對(duì)界面黏結(jié)強(qiáng)度產(chǎn)生很大影響。據(jù)統(tǒng)計(jì)近9 年來(lái)徐州天氣可知，徐州的氣溫區(qū)間在-10～40 ℃，平均月降水占1/3，很難保證施工前后24 h 內(nèi)無(wú)降雨。3 種拼接結(jié)構(gòu)膠的主要參數(shù)對(duì)比見表4。

表4 拼接結(jié)構(gòu)膠技術(shù)參數(shù)對(duì)比

可以看出，PolyconTM-PJ10 節(jié)段梁拼接結(jié)構(gòu)膠性能優(yōu)異，更適用于該工程。

9 臨時(shí)張拉及質(zhì)量控制

臨時(shí)張拉采用可安拆鋼構(gòu)件移動(dòng)臺(tái)座，移動(dòng)臺(tái)座通過(guò)布置在梁板上的預(yù)埋件和螺栓與梁體進(jìn)行連接，采用10 根φ32 mm 精扎螺紋鋼進(jìn)行對(duì)拉，頂板6 根，底板4 根，臨時(shí)張拉力根據(jù)接縫面最小壓應(yīng)力進(jìn)行確定，設(shè)計(jì)要求不小于0.32 MPa。臨時(shí)張拉對(duì)稱同步進(jìn)行，張拉完成后及時(shí)做好清理工作，防止膠液進(jìn)入孔道造成孔道堵塞，此工序極其重要。

10 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)技術(shù)創(chuàng)新，依托連徐鐵路項(xiàng)目特大橋962#～965#墩連續(xù)梁項(xiàng)目，總結(jié)出一套針對(duì)鐵路橋梁的節(jié)段拼裝施工方法，該施工方法在應(yīng)用中具有諸多優(yōu)勢(shì)：

1）提高工程施工效率，并保證工程質(zhì)量，同時(shí)可縮短工期，降低企業(yè)勞動(dòng)成本；

2）改善現(xiàn)場(chǎng)施工條件，提高工程安全保障，促進(jìn)工程向精細(xì)化、標(biāo)準(zhǔn)化方向發(fā)展；

3）符合國(guó)家提倡的綠色施工，施工中盡可能地降低對(duì)周圍生態(tài)環(huán)境的干擾，營(yíng)造出一個(gè)現(xiàn)代綠色資源節(jié)約型的建筑環(huán)境。