節段預制拼裝簡支箱梁拼裝施工技術分析

劉彧

（中鐵十一局集團第四工程有限公司 湖北武漢 430074）

引言

在現今高速鐵路橋梁工程中，預制簡支箱梁的應用隨著經濟的發展與時代的進步得到了廣泛的應用，節段預制拼裝簡支箱梁預制拼裝的施工技術對高速鐵路的發展具有至關重要的作用，本文主要結合新建呼準鐵路黃河特大橋項目，系統分析了節段預制拼裝簡支箱梁拼裝施工的相關技術。

本文研究的節段預制拼裝簡支箱梁的施工工藝與現澆法及整孔預制相比具有很大的優勢。主要體現在以下幾個方面：可不搭支架，適宜交通繁忙地段，施工過程可不中斷交通；對環境影響小，具有環保優勢。大大縮短工期；預制可與下部施工同步，每孔拼裝時間遠小于現澆等待拆模時間；節段梁分節進行預制，滿足長途運輸的要求，因此預制場可靈活設置，相應要求的預制場地范圍也較小。此外，對于曲線橋線形，節段法通過短線匹配預制法比整孔預制架設法橋梁線形處理得更為圓順、平滑。

1 工程概況

新建呼準鐵路黃河特大橋項目起止里程為DK60+200～DK72+041.91（短鏈197.783m），線路總長度11.644km；黃河特大橋起止里程為：DK67+131.54～DK72+041.91，全長 4910.37 延米長。

黃河橋43～69#墩之間共設置26孔48m節段拼裝簡支箱梁。黃河橋48m節段拼裝簡支箱梁范圍內線路平曲線半徑為2800m，豎曲線半徑為0；線間距由4.2m變化至4.66m，43～69#墩身高度介于49～66m之間，其中43#墩身62m高、44#墩身64m高、68#墩身53m高、69#墩身49m高。

2 架橋機工作原理及主要參數簡算

2.1 架橋機工作原理

TP48J節段拼裝架橋機是用于簡支雙線鐵路箱梁預制節段塊整孔組拼、輔助濕接縫施工、然后整體張拉成梁的施工設備，其工作原理主要表現在以下幾個方面：

2.1.1 架橋機的安裝就位

在正常工作狀態下，架橋機的前后導梁呈懸臂，主框架通過前、后支承托架支承在前后墩頂上。架橋機的自重和全部外部荷載由前、后支承托架傳遞作用到前后墩上。

2.1.2 節段塊的吊裝、初步就位和精確定位

運梁平車尾部喂梁，起重天車走行到后導梁上，將節段塊通過支撐橫梁從前到后逐節支撐在主框架兩側的箱梁上。節段塊初步就位主要是由天車縱向點動走行來實現節段塊縱向放置位置；豎向標高和橫、縱坡的精確定位是通過四個螺旋撐桿來實現的。整個工作流程為：運梁車尾部（下部）喂梁→起吊→初就位并臨時支撐固定（縱向位置定位）→吊裝所有節段塊并初對位→精定位→支撐固定→安裝濕接縫模板→施工濕接縫混凝土→預應力鋼束初張拉。節段塊調整是一個反復調整，逐漸趨近的過程，故在施工中按先縱向調整→橫向調整→豎向調整的次序反復循環調整，直至達到設計要求。

2.1.3 濕接縫模板的拆裝

整跨箱梁共有12個寬60cm的濕接縫，濕接縫施工模板為塊狀的散模，其拆裝依靠支撐橫梁來完成的。為加快施工速度，整機共配置了10組支撐橫梁。支撐橫梁吊掛于主框架鋼箱梁下蓋板翼緣上，從梁中心線處可分成左右兩部分，便于拆裝、過孔。

2.1.4 架橋機縱移過孔

①跨越式倒腿；②步履式縱移。架橋機縱移過孔關鍵問題是倒換托架臺車。TP48J采用跨越式倒腿，即利用起重天車將安裝在后墩上的后支承托架臺車整體拆開、吊運到超前墩上安裝。然后在前后支承臺車的縱移油缸的共同頂推作用下，實現架橋機的整機過孔，且可通過裝在支承臺車和墩旁托架間的橫移機構調整架橋機前進時在水平曲線上的推進。過孔的步驟具體為：過孔前準備→拆除濕接縫外模板→整機卸載→打開節段支撐橫梁→打開后活動橫聯→縱移過孔至三點支撐狀態→頂升前、后輔助支腿→倒運托架及臺車→打開后輔助支腿→整機縱移到位，并調整整機縱向及橫向姿態，合攏后活動橫聯→整機頂升到位并調整整機豎向姿態。

圖1 架橋機組成圖

2.2 架橋機主要參數簡算

圖2

（1）前支腿計算

①前支腿橫梁的計算：

挑梁的高度H=1400mm梁的寬度B=600mm。

蓋板t=16mm腹板t=10mm挑梁截面面積A=42160mm2。

挑梁的截面慣性矩：I=11331192543mm4。

截面質心位置：Y1=733mm，Y2=671mm。

截面最大彎應力：σ=M·Y1I=192MPa。

截面剪應力：τ=Pc1400mm×10mm×2=38MPa。

②伸縮套的計算：

單個伸縮套受力約為：F前=110t（含支腿自重）。

伸縮套的截面面積：A伸縮套=21950mm2。

伸縮套最大壓應力：σ=F前A伸縮套=50MPa故滿足應力要求。

伸縮套采用φ80的圓柱銷，材質為45#。

最大擠壓面積：A銷子=2×30×80=4800mm2。

（2）臺車計算

臺車計算有倒運支腿工況和縱向走行工況兩工況。

縱移滑板計算：

縱移滑板靜載受力最大為倒運支腿工況：

σ=F/S=200×104N/（180mm×570mm）=19.5MPa采用MGE材質，滿足要求！

臺車移油缸計算：

架橋機上部結構自重約：600t天車自重約：100t。

則架橋機需橫移時最大載荷為：600t×0.9+100t=640t。

則架橋機單側橫移時載荷為：320t橫移力F=320t×0.1=32t。

橫移油缸采用2個φ140/φ80油缸：

則拉力為 F=ps=2×28MPa×10367mm2=2×29t=58t滿足要求！

臺車主體結構：σ=F/S=32×104N/（30mm×1000mm）=10.6MPa滿足要求！

（3）起重天車計算

TP48J起重天車主要技術參數如下：

①t=9800NE＝2.06×105MPa 額定起重量：Q=180t工作級別：A4

起升速度：v1＝2m/min 大車走行速度：v2＝28m/min。

最大工作風壓：q＝250N/m2重力加速度：g＝9.8m/s2。

②載荷系數

a.起升自重沖擊系數：φ1＝1.05；

③材料及許用應力

主要結構采用 Q345B 鋼材，其屈服極限 δs－1＝345MPa，安全系數 n＝1.48。

④起升機構鋼絲繩選擇

單個卷筒選擇起升倍率：m1＝8，取單個滑輪組效率為：k1＝0.98

選取鋼絲繩4T-φ26最大破段拉力S0＝623KN直徑

（4）節段支撐橫梁計算

節段橫梁的高度：H=1400mm上蓋板寬度：B1=160mm整體寬度：B=1360mm；

蓋板：t1=12mm腹板：t2=10mm梁的截面面積：A=31328mm2；

梁的截面慣性矩：I=4020599468mm4截面質心位置：Y=700mm。

工況A截面應力計算：

通過計算得出：Mmax=536kN·m，QA=-500kN；

最大剪應力：τ＝QA（1400mm－2×12）×10mm=36MPa。

工況B截面應力計算：

通過計算得出：Mmax=636kN·m，QB=-702kN；

（5）縱向穩定性簡算（架橋機過孔最大懸臂）

P1=100t（天車自重），q1=6.3t/m（主梁+支撐+模板均重）P2=7.35t（后支腿自重），P3=7.34t（前支腿自重）q2=2.1t/m（導梁均重）；

M 穩=100×50.12＋7.35×50.12＋2.1×26×41＋6.3×56×1/2×14=10088.6t·m；

M 傾=7.34×50.12＋2.1×26×41＋6.3×56×1/2×14=5076.1t·m；

K=M穩/M傾=2 滿足要求！

3 節段預制拼裝簡支箱梁拼裝施工技術

3.1 節段拼裝準備工作

①測量兩橋墩間距離、高程、支承墊石位置及高度；②檢查并復核橋墩的縱橫向中心線；③檢查支承墊石上螺栓孔位置及深度；④利用墨線將支座位置標記；⑤檢查主箱梁各支點的支承安全情況和起重天車的安全使用性能。

3.2 架橋機安裝及預壓

3.2.1 架橋機安裝

①分別在70#、71#和72#橋墩安裝提升站托架、托架A和托架B及臺車；②將“前導梁+一半的前支腿+前主梁節段一”安裝在71～72#墩之間，并頂推縱移到位；③將前主梁節段二吊裝起來，高空與前主梁節段一對接，并頂推縱移到位；④將“后主梁節段二+后主梁節段一”吊裝起來，高空與前主梁節段二對接，并頂推縱移到位；⑤安裝起重天車（分3步）到主梁天車軌道上，已安裝主梁和前導梁頂推縱移到位；⑥將后導梁節段I吊裝起來，高空與后主梁節段一對接，并頂推縱移；⑦利用履帶吊倒運72#墩上的托架B及臺車到69#墩上安裝，并頂推縱移；⑧將后導梁節段II吊裝起來，高空與后導梁節段I對接，并頂推縱移；⑨利用履帶吊倒運70#墩上的托架A及臺車到68#墩上安裝，并頂推縱移；⑩待縱移到首跨施工位69#～68#墩之間后，利用起重天車安裝節段支撐橫梁及濕接縫施工平臺，再安裝其他重要輔件，并調試準備首跨施工。

3.2.2 架橋機預壓

按規范要求和保證施工安全，架橋機拼裝完畢后進行預壓。采用已預制的節段箱梁塊和小型混凝土預塊或鋼筋進行配重，利用架橋機的提梁設備安放在架橋機上，預壓重量為成榀箱梁重量的1.2倍。預壓按40%-80%-100%-120%的箱梁重量分級加載，卸載過程與加載過程相反。

3.3 節段支撐橫聯標高調整

架橋機姿態調整完成后，預留3個節段支撐橫聯處于打開狀態，供吊裝端部節段，結合預壓得出的主梁中部最大下沉量，濕接縫澆筑完跨中最大下沉量，跨中最大反拱值，通過二次拋物線法計算出支撐橫聯桿頂標高。

3.4 節段塊的初步就位

（1）首孔箱梁節段吊裝

墩柱各項參數再次復核無誤后，利用梁場內200t龍門吊將待架節段移至運梁車上，運輸至橋下，起重天車直接從橋下取梁，架設在架橋機上。節段塊安裝按 1-1’-2-2’-3-3’-4-4’-5-5’-6-6’-7 順序布置在架橋機上；支撐在調節支撐上；結合起重天車起重曲線，考慮到1#和7#節段梁體自重大，采用起重天車在主梁中部提梁，其它中間段在前導梁部位提梁。

圖3 運梁車運至橋下

（2）其余孔跨箱梁節段吊裝

運梁車自預制場將節段箱梁運至首孔箱梁位置，利用架橋機的提升設備（安裝在節段拼裝起點69#墩左側）將節段箱梁提升到首孔箱梁頂的運梁車上，通過橋上運梁車運至架橋機主梁吊梁位置進行喂梁。

3.5 節段塊的精確就位

節段塊的精確就位是指節段塊橫向、縱向和豎向三個方向的調位。橫向以線路中心線為基準，即要求線路中心線和梁體中心線重合；節段塊在擺放時，縱向按設計預留出60cm濕接縫。

圖4 起重天車主梁中部提升

圖5 起重天車前導梁部位提升

圖6 提升站提梁

（1）墩頂復核無誤后，利用全站儀將支座中心線放樣、彈出控制線。

圖7 墩頂測量放樣控制示意圖

（2）對端部節段1和1’已安裝好的支座下鋼板進行分中、劃線，就位時對應支座墊石軸線、標高控制點，此過程一定要控制準確。

（3）利用已就位兩個端部節段作為控制基準，離翼板邊緣3～5cm處，分別牽引一根直徑2mm的鋼絲繩。

（4）其它節段就位時，縱向以鋼絲繩作為基準，按順序吊裝、就位。

（5）所有梁段全部就位后，將起重天車停放于墩頂位置，對梁面標高進行復核。

（6）對橋面標高復核有誤的節段，利用起重天車將梁段重新吊起，通過調節每片梁段相對應的4個支撐旋桿，直至橋面標高達到設計要求，此過程中，需注意梁段的縱、橫向平面位置，避免二次調節。

（7）將天車停放于墩頂位置，再次復核，各項參數無誤后，進入下道工序施工。

（8）節段塊就位是一個反復調整，逐漸趨近的過程，故在施工中按豎向調整→橫向調整→縱向調整→豎向調整→橫向調整→縱向調整的次序反復循環調整，直至達到設計要求。

圖8 起重天車節段塊精調

圖9 節段箱梁頂標高控制點布置

3.6 綁扎預應力波紋管和鋼筋

梁段精調完成后，即可進行波紋管安裝。波紋管單根下料長度為1m，滿足伸入預制梁段不少于0.2m的要求，采用中間對接、用膠帶包裹的方法安裝波紋管。鋼筋在預制場鋼筋棚加工，濕接縫鋼筋放置于節段塊上，隨梁體一起提升上橋，現場綁扎。

3.7 濕接縫模板結構

以架橋機液壓翼式平臺作為濕接縫施工作業平臺，濕接縫外模為小塊鋼模，內模采用竹膠板，通過螺栓進行連接組拼。拆模后，外模固定在翼式平臺和架橋機主梁上。

圖10 節段預制箱梁濕接頭模板構造圖

3.8 混凝土澆筑及養護

濕接縫混凝土澆筑選擇在當天氣溫最低條件下進行。混凝土入模前，測定混凝土的溫度、坍落度和含氣量等工作性能；當拌和物的各項性能符合技術條件要求方可入模澆筑。濕接縫混凝土澆筑采用混凝土罐車運輸至橋下，地泵泵送上橋，溜槽入模，連續澆筑，一次成型。

混凝土養護分為蒸汽養護和自然養護。夏季外界環境溫度較高，晝夜溫差較小，主要采用自然養護為主，最后一次收光后，立即采用塑料薄膜和棉布雙層覆蓋灑水保濕養護，使混凝土保持濕潤狀態，養生時間為期14d。當進入冬季施工時，濕接縫必須采用蒸汽養護，防止混凝土受凍，保證混凝土強度，蒸養時間5～7d。

3.9 預應力施工

節段梁預應力采用一次張拉，在濕接縫混凝土強度達到設計強度的100%且彈模達到設計值后進行。雙端同步張拉，并左右對稱進行。預應力筋張拉采用張拉力與伸長量雙控，以張拉力為主，實際伸長量與計算伸長量差值控在±6%以內。對伸長量不足的查明原因，采取補張拉措施，并觀察有無滑絲、斷絲現象，作好張拉記錄。

預應力管道壓漿采用不低于設計等級的水泥漿，并按規定比例加入符合要求的膨脹劑。施工中采用真空壓漿工藝，使得管道水泥漿更密實。縱、橫向預應力管道由一端向另一端壓漿。

3.10 架橋機過孔

解除橫聯→旋轉打開濕接縫工作平臺→解除整機縱向約束→打開前導梁后支腿→主梁支撐橫移→縱向油缸推動主梁前移→前導梁支腿支撐在超前墩支座上→起重天車后移至主梁后支墩→解除后支腿約束→縱向油缸推動主梁前移→整機錨固→安全檢查。

3.11 節段拼裝箱梁質量控制

主控項目：移動支架架橋機組拼預制梁段，接縫表面處理、接縫方法、材料及梁體預拱度必須符合設計要求；濕接頭的預應力孔道應圓順、順暢、接頭牢固不漏漿。

表1 預制梁段整孔組拼允許偏差和檢驗方法

4 結束語

隨著交通事業的快速發展，我國對高速鐵路的需求日益增加，在追求高速鐵路數量的同時也要注重加強施工技術，以確保高速鐵路的安全性和正常性。節段預制拼裝簡支箱梁施工技術作為高速鐵路橋梁施工中一項非常重要的技術，因此，需要不斷提升節段預制拼裝簡支箱梁施工技術，實現高速鐵路的安全運行。

[1]陳開御.節段預制拼裝式橋梁在鐵路客運專線上運用的探討[J].橋梁建設，2007（5）：52～54.

[2]李國平.干接縫節段式預應力混凝土橋梁的優勢與缺陷[J].中國市政工程，2007（2）：54～55.

[3]高哲凝.預制節段拼裝架設橋梁的耐久性分析[J].中國水運，2007（10）：70～73.