高速鐵路56 m節段拼裝箱梁短線單獨預制法施工技術研究

劉保成

（中鐵二十二局集團第四工程有限公司 天津 301700）

1 引言

節段拼裝箱梁施工技術可將整個箱梁在縱向分成若干個節段，采用工廠化預制后運輸至相應橋位組裝、拼接并整體施加預應力后形成箱梁結構［1］。這種施工技術的橋梁跨度適應范圍廣、對周邊環境和交通影響小、機械化程度高、安全性和經濟效益好［2］。節段預制技術是節段拼裝箱梁拼裝的基礎［3］，本文通過56 m節段拼裝簡支箱梁施工對節段梁體單獨預制法施工技術進行研究。

2 工程概況

橋址區位于黃土溝壑區，兩側溝壑區地形破碎，起伏較大，高程在940～1 050 m，相對高差110 m。56 m混凝土簡支箱梁采用單箱單室、等高度、變截面結構。箱梁頂寬12.6 m，底寬6.7 m，梁體預制混凝土等級為C55，單片箱梁由13個預制節段濕接法組成。箱梁架設采用龍門吊及運梁小車配合造橋機整孔組拼施工。

3 短線單獨預制法施工工藝

短線單獨預制施工工藝與常用的長線法或短線法節段預制工藝有明顯的區別，節段塊由定型模板單獨預制，相互不影響，由節段塊預制引起的線形誤差通過混凝土濕接縫調整可滿足梁體之間匹配精度要求［4］。具有節段預制速度快、生產成本低、場地適應性強等典型優勢［5］。

3．1 節段預制梁場布置

節段預制梁場設置在特大橋右側，場內分鋼筋加工區、制梁區、箱梁養護區、存梁區、造橋機拼裝區等。預制場內設置數個制梁臺座和養護臺座，制梁臺座分為端部節段預制臺座、過渡節段預制臺座和標準節段預制臺座三種；養護臺座兼做整修臺座，臺座周圍設噴淋系統。

3．2 預制塊線形控制

單獨預制法施工相鄰預制塊之間的匹配精度誤差可由拼裝濕接縫進行調節，因此在預制期間對箱梁的縱向坡度和預拱度的精準度要求不高［6］，但是在保證幾何尺寸滿足要求的基礎上節段塊頂底面必須保持水平狀態，以方便后期預制塊的拼裝調整［7］。

箱梁模板的準確定位是保證箱梁幾何尺寸滿足要求的基礎。節段塊預制施工前必須建立箱梁局部坐標系［8］，計算出節段塊控制點的坐標值。在預制場地現場坐標的基礎上，準確定位出模板位置后方可進行節段的預制［9］。

4 節段塊預制施工工藝

56 m節段拼裝簡支箱梁節段分為端頭節段、過渡節段和中間節段三種。節段塊采用流水預制法施工模式，主要涉及模板、鋼筋、混凝土澆筑和養護、預應力孔道施工、節段吊移等內容。

4．1 模板施工

根據流水施工速度和勞動力配置，制梁區配置端頭節段模板一套、過渡節段模板1套、標準節模板2套。單個節段塊預制模板可分成外模板和內模板兩部分，外模板采用定型鋼模板，分為底模板、側模板和端頭模板三種；內模板為拼裝式液壓模板，配有專門的平移軌道。模板連接處設橡膠條，增加模板的密封效果。底模板和側模板均由鋼面板和支撐骨架焊接而成，端模板設鋼筋和管道的預留孔。為方便對箱梁模板的定位調整，底模板與制梁臺座的預埋件焊接固定在一起，側模板采用固定弧形模板，通過絲杠調整其高程和平面位置。

臺座的地基承載力及模板強度、剛度、穩定性滿足設計要求，幾何尺寸和平整度經驗收合格后方可在制梁臺座上安裝使用。為方便模板定位，提高模板安裝效率，制梁臺座外圍設置模板安裝卡位器。模板安裝前在表面均勻涂抹脫模劑，底模板安裝時不設預拱度，端模板必須處于垂直狀態，且模板連接處要緊密，相鄰模板間無漏漿問題。

4．2 鋼筋施工

端頭節段和過渡節段因箱梁內部尺寸變化明顯，加強筋布置較多，宜在制梁臺座上直接綁扎成型；標準節段的鋼筋幾何尺寸相對固定，適宜在鋼筋加工區綁扎臺座上整體綁扎。

1#端頭節段和3#過渡節段采用制梁臺座上綁扎方式，在臺座上安裝節段塊底模板、側模板和端模板，通過測量定位放線，人工調整底模的平整度、端模板的垂直度、側模板的線形及節段塊整體的標高和幾何形狀，模板精度符合要求后緊固模板調節絲杠和連接螺栓以固定模板。鋼筋綁扎時首先使用鋼筋定位卡具綁扎底板和腹板鋼筋，利用定位網片定位預應力管道的位置，腹板鋼筋綁扎過程中穿入預應力管道。內模板通過軌道滑入，與端模板連接固定后綁扎頂板鋼筋并安裝預埋件。

5#和7#節段塊為標準節，鋼筋在加工區鋼筋綁扎臺座上整體綁扎成型。鋼筋綁扎完成并驗收合格后采用機械吊入制梁臺座已調整并固定好的節段塊外模板內，滑入內模，再次檢查調整模板并連接固定后，測量定位安裝預埋件。

4．3 混凝土澆筑

預制塊采用C55混凝土現澆施工。砼采用高強度水泥、級配良好的中粗砂和碎石，由砼拌和站集中拌和。砂石料使用前用清水沖洗干凈，拌和前根據原材料的含水率及時調整施工配合比，坍落度控制在180～200 mm之間，運輸時間不超過30 min。

混凝土澆筑總原則：“水平分層，從一端向另一端連續澆筑、一次成型”。箱梁混凝土采用泵送或龍門吊垂直入模，施工前專人負責檢查箱梁模板、鋼筋、預應力管道、預埋件尺寸及位置等隱蔽工序施工質量。砼澆筑前用清水將模板沖洗干凈。

混凝土澆筑時保持兩側腹板同步施工，澆筑面高差不大于30 cm，防止內模偏移。混凝土采用插入式振搗棒和附著式振動器組合振搗工藝，振搗棒移動距離控制在工作半徑的1.5倍以內，與模板和預應力孔道間距保持在10 cm左右。頂板采用提漿整平機整平，初凝前后由人工收面，防止箱梁表面出現細微裂隙。

養護作業人員必須保證24 h不間斷養護。節段梁養護時不得直接用水沖向混凝土表面，以免增大混凝土芯部和表面的溫差；拆模后應及時覆蓋土工布，不得使混凝土外露面長時間暴露在陽光下，以免混凝土產生干裂。

4．4 混凝土養護

砼收面完成后頂板和底板外露面采用塑料薄膜覆蓋、鋪設雙層濕潤土工布、噴淋灑水保濕養護方式，不得直接將水灑在箱梁表面，大氣溫度過低時采用蒸汽養護方式。養護以砼表面充分濕潤為度，養護時間不小于14 d，空氣濕度低于40%或溫度較低時，養護時間延長至21 d。夏季施工時，在箱梁模板外表面用透水土工布架空覆蓋，防止箱梁溫差裂縫的產生。節段塊拆模后吊至養護區，砼表面噴涂養護液，并繼續養護。

4．5 預應力管道施工

節段塊內部預應力孔道采用橡膠抽拔棒成孔，橡膠管用定位網固定。定位網在專用的胎卡具上焊接成型，沿線路方向50 cm布置一道并與骨架鋼筋焊接牢固。在橡膠管內穿入直徑12 mm的支撐鋼筋，確保管道定位準確、線形流暢、平順無死彎、弧度滿足要求。

混凝土強度達到2 MPa后，先抽出橡膠管內的支撐鋼筋，按照“先下層，后上層”的原則從一端用卷揚機抽拔橡膠管，通過觀察已抽出橡膠管外表面的混凝土附著色，驗證抽拔時間的準確性，若橡膠管表面為灰白色，說明抽拔時間過早，應適當延后。

4．6 節段吊移

節段塊在梁段頂板翼部預埋吊裝套管，周圍設螺旋筋加固。吊裝套管用吊裝孔限位架來保證吊孔的垂直度及位置準確，以保證提升吊桿與承載面垂直受力。

混凝土強度達到吊裝要求后可轉運至養護區。采用200 t龍門吊配合四根φ40精軋螺紋鋼將節段塊整體吊起。起吊和吊裝過程中始終保持吊梁頂托的平整性，防止因拉力不均對梁體造成損壞。

存梁臺座頂部設橡膠墊，臺座頂面標高及平整度經測量符合要求后方可將節段梁體緩慢放置在橡膠墊上。現場工作人員對節段的編號、方向、生產日期、養護、幾何尺寸、外觀質量等基本信息進行登記并掛牌公示，對存在表面缺陷的節段塊及時采取修補措施。節段塊采用兩層堆放，上下層支墊位置必須對齊，測量人員定期對存梁臺座沉降、橡膠墊壓縮情況進行檢查，防止節段塊損壞。

5 節段塊預制線形控制措施

節段塊預制期間，節段預制線形控制主要是對節段梁的幾何斷面進行控制，如節段塊的幾何尺寸、軸線、垂向、水平控制等基本參數［10］。在制梁場內設置坐標控制網，提高模板拼裝、預留孔洞、中線控制等方面的精度，保證節段塊線形的控制精度。

5．1 建立節段塊局部坐標系

因各節段塊的外表面尺寸相對比較規整，在預制過程中對每個預制塊建立獨立的局部坐標系，以節段塊大里程端斷面底板中心點為原點0，以大里程方向箱梁中心線為x軸，節段塊大里程端斷面左側為y軸線，節段塊大里程端斷面頂底中心點連接線為z軸。在局部坐標系內部計算節段塊各控制點的坐標，并以此為基礎，進行測量放樣，準確定位出模板的空間位置。

節段塊預制期間在箱梁中心線上設置兩個中線控制點a和b，腹板頂端設置四個高程控制點c、d、e、f。在預制過程中不間斷測量并記錄數據，方便后期節段塊拼裝過程中及時調整［11］。

5．2 應用測量觀測塔

以預制臺座中心線為基準，在前后兩側設置測量觀測塔。測量控制塔中心點連線與節段塊縱向中心線、制梁臺座中心線在同一直線上，保證梁體中線不發生偏移。節段塊兩側端模板保持豎直狀態，兩端模中心點的連接線與觀測塔中心控制線保持重合，側模板上邊緣保持在同一水平面內。

測量控制塔監測制梁臺座的沉降變形、模板變形和箱梁中心線的偏差［12］。預制過程中通過監測a、b觀測點的數據變化確定梁體中心線的偏移數據，另在節段塊兩側端模板上各設置四個固定觀測點，監控臺座沉降和模板變形。

6 施工效果分析

（1）節段塊預制施工速度

本工程預制塊的四套模板首次組拼時間為36 d。端頭節段鋼筋在制梁臺座上直接綁扎成型速度為2.5 d／孔；標準節段在鋼筋綁扎臺座整體綁扎速度為1 d／孔，正常條件下預制速度為22塊／月。適當優化施工工藝，提高作業人員素質和技術水平后節段塊的預制速度可達到25塊／月，節段塊的預制工序對整個節段拼裝箱梁工程工期的影響較小。

（2）預制塊施工質量分析

節段拼裝箱梁的節段塊體積小，定型鋼模板強度高，節段塊的幾何尺寸和變形量易于控制［13］。通過對已完工的52塊節段塊的預制質量統計分析數據表明：節段塊成品的端部垂直度誤差在6 mm以內，梁體中心線位置偏差在5 mm以內，預應力孔道位置偏差最大為11 mm，節段塊的整體幾何尺寸誤差在10 mm以內，線形控制效果符合設計要求［14］。

節段塊混凝土的澆筑振搗和養生是施工質量控制的關鍵環節。采用制梁場工廠化預制法，砼施工全過程易于控制，砼養護施工方便及時，整個預制作業條件明顯優于梁體原位現澆。節段塊的砼強度增長速度較快，拆模后外觀質量較好，可以確保節段塊的施工質量。