節段梁拼裝施工關鍵工藝的幾點思考

李 晉

(中國鐵路鄭州局集團有限公司，鄭州 450000)

隨著城市交通問題日益突出,市政道路橋梁建設不斷增加,橋梁形式不斷更新、結構復雜化、線形多樣化，各類工程對于施工質量與施工進度都有更高的要求[1].為此,橋梁建設中要不斷地尋找技術新、速度快、施工方便和經濟的施工方法，節段預制拼裝施工技術其以環境適應性高、施工速度快、工廠化程度高、勞動效率高等優點已經成為一種迅速發展的新施工工藝[2]，這種施工工藝降低了橋梁施工對城市交通的影響,提升了高架橋工程的技術水平，在城市高架橋梁施工中采取節段梁拼裝技術應用越來越廣泛[3-4].

基于此,本文以鄭州市四環線及大河路快速化工程中節段拼裝梁施工為工程背景，探討了節段梁預制拼裝的關鍵施工工藝和工藝實施.從節段梁預制,線型控制，1號塊架設，架橋機拼裝，中墩T構膠拼，邊跨梁體架設，合攏段施工七個環節，闡述了節段梁拼裝施工的關鍵工藝,提出了在施工過程中的幾點思考.通過對節段梁預制階段的線型控制、預應力孔道的準確定位、1號塊位置的精確架設、膠拼時拼接膠的厚度和時間的控制、中墩T構的平衡對稱架設、合攏體系轉換等關鍵施工工藝的控制，確保施工質量符合設計要求，對同類節段梁拼裝架設施工質量和施工進度控制具有現實的指導意義.

1 工程背景

鄭州市四環線及大河路快速化工程的總體規劃為城市快速路，是鄭州市為建設國家中心城市而重點推進的重大交通基礎設施項目之一，起到拓寬城市布局，帶動城市快速發展的引領作用.本工點位于鄭州市西四環鄭上路至化工路段，地處中原區及高新區兩區交匯地段，主要工程為1 km的高架節段拼裝橋梁工程.

橋梁結構：高架橋梁基礎采用直徑1.5 m的摩擦樁，橋墩采用雙柱式暗蓋梁橋墩現澆施工，橋跨長度36～46 m不等.梁體采用左右分幅、橋寬為16.5 m的標準節段拼裝梁，梁體為單箱單室鋼筋混凝土結構，采用短線法分節段預制，節段梁間采用密尺型剪力鍵加環氧樹脂接縫連接，現場膠接拼裝架設.節段梁標準預制節段長度2.9 m，頂寬16.5 m，如圖1所示，預制節段梁的最大重量約77 t.

主梁節段劃分：主梁采用節段拼裝梁，中墩和邊墩的0號塊采用現澆施工.根據構造和施工架設需要，46 m跨徑的中跨和邊跨劃分14個預制節段，懸臂預制拼裝節段長度為2.9 m；36 m跨徑的中跨和邊跨劃分12個預制節段，懸臂預制拼裝節段長度為2.4 m.各墩頂設置0號塊，0號塊與標準節段之間預留15 cm濕接縫，標準節段之間采用拼接膠粘結，跨中合攏段采用現澆施工.橋梁整體采用預應力鋼鉸線體系.主線每跨節段梁的劃分形式如圖2所示.

預應力鋼束布置：節段梁采用縱向、橫向雙預應力體系，縱向按照全預應力設計，頂板設置橫向通長預應力束，如圖3所示，預應力鋼束采用張拉力與伸長值雙控.

2 節段梁施工關鍵環節分析

2.1 施工環境及組織安排

本工程位于河南省鄭州市，鄭州市屬北溫帶大陸性季風氣候，冷暖氣團交替頻繁，春夏秋冬四季分明.冬季漫長而干冷，雨雪稀少；春季干燥少雨多春旱，冷暖多變大風多；夏季比較炎熱，降水高度集中；秋季氣候涼爽，時間短促.全年平均氣溫15.6 ℃；8月份最熱，月平均氣溫25.9 ℃；1月份最冷，月平均氣溫2.15 ℃.

本工程為鄭州市城市快速路系統建設工程，在四環地面道路的基礎上進行高架橋梁施工，采用節段梁架設施工工法可以有效的緩解交通壓力，其環境適應性較高. 架設節段梁盡量避開雨期施工，為確保施工工期，根據實際工程量及現場可操作性，項目部成立以項目經理為組長的專業化架梁領導小組，下設一個架橋機架設作業隊，結合施工進度，計劃在9～11月利用架橋機進行節段梁架設作業.預制梁場在鄭州市四環周邊，距離較近，交通運輸較為便利，計劃采用輪胎式運梁車沿市區道路直接將節段梁運輸至待架位置進行架設.

2.2 節段梁拼裝架設的關鍵施工環節

節段預制拼裝施工工藝的原理為將梁體劃分為若干個標準節段，在工廠預制完成后，運輸到現場，再用架橋機、龍門吊等專用拼裝設備按次序逐塊拼接，同時施加預應力，使之成為整體結構[5].

節段梁架設工藝流程：施工準備→節段梁預制→0號塊施工→1號塊架設→架橋機拼裝、檢驗→節段梁吊裝及試拼→節段梁膠拼及預應力束張拉→濕接縫、合攏段澆筑→整孔預應力張拉壓漿→架橋機縱移過孔進行下一孔架設.

2.2.1 節段梁預制

節段梁預制生產流程：固定端模板安裝→活動端模板定位、匹配節段定位→鋼筋吊裝→混凝土澆筑→控制點測量→匹配節段調至修正區→節段梁吊至存梁區[6].

箱梁節段在預制場地采用短線法預制，模板系統示意圖如圖4所示，采用連續澆注進行塊件預制，即依次澆注相鄰塊件，已澆好的塊件為相鄰澆注塊件的端模.梁體豎曲線和平曲線可由高精度的折線擬合形成，通過梁段上、下緣長度不同形成豎曲線或通過左、右長度不同形成平曲線，梁段預制過程中保持一個端面為正交面.

接縫處設計采用環氧樹脂與密覆式剪力鍵齒，如圖5所示，預制箱梁節段時，接縫間隙必須滿涂隔離劑，方便節段脫離.

預制節段應注意模板表面處理，混凝土澆筑完畢，應采取可靠措施及時予以保溫保濕養護，以確保質量.預制節段保濕養護不小于15 d，冬季施工時采取保溫保浸、防風措施以保證混凝土澆注質量[7].

存梁時間應不小于30 d，施工組織時應留出足夠的場地.

2.2.2 節段梁線形控制

節段梁線形控制重點在節段梁預制階段進行控制.節段梁預制階段主要控制點有:1) 模板進場前的檢驗：模板進場前必須在模板加工廠內進行模板的試拼，檢查模板的長度、寬度、方正誤差、垂直度、平整度、板厚度、孔道位置偏差等，各部位的栓接及銷接是否符合設計要求，檢驗后形成《模板出廠前檢驗報告》，檢驗合格允許進場.2) 制梁臺座的平整度：預制臺座的平整度及承載強度對預制梁段線形控制很重要，平整度和承載強度是保證預制梁段在澆筑混凝土后仍然保持底板平整，不出現三條腿，不出現不均勻下沉的關鍵部位[8].因此臺座的基礎尺寸經過承載力計算，并要求臺座的頂面平整度高差互差小于±2 mm，采用水平儀進行檢驗，應在每個梁段安裝底模前測量1次.3) 模板的安裝檢驗測量：首先檢查底模的中線是否與臺座中線重合誤差小于±2 mm，再次采用水平儀測量檢查底模的平整度.底模標高誤差小于±2 mm，端模、側模的垂直度、端模的頂板高程、模板頂面對角線的長度等是模板檢查的重點.4) 澆筑預制段后的測量：待混凝土澆筑完終凝后，在預制梁段頂面上6個點進行三維坐標復測.對比混凝土澆筑前后是否有變化，若有變化分析原因(如混凝土干縮、臺座下沉、模板剛度不夠等)，以便采取有針對性的措施加以整改.通過高程的測量，撐握梁段高差數據，研究處理相鄰梁段的順接問題.拆模后對梁體的外觀進行檢查，進行必要的處理.

2.2.3 1號塊架設

1號塊位于墩頂0號塊兩側，0號塊采用現澆施工，模板支撐體系采用鋼管立柱支架結合方木竹膠板進行支撐.

節段梁運輸采用輪胎式運梁車將節段梁運至現場，運至現場的1號塊停放于梁體側方，采用汽車吊進行安裝，其余標準塊運至梁正下方，由架橋機吊裝架設.

1號塊節段梁地基基礎采用20 cm厚三七灰土換填，壓實系數不小于95%，地基承載力不小于200 kpa；三七灰土頂面采用20 cm厚C30混凝土硬化，鋼管柱直徑42.6 cm，其基礎采用1.2 m×1.2 m×0.35 m的素混凝土，鋼管柱支架搭設完畢后，安放4個三向千斤頂和4個砂箱，撐在節段梁四個角上，具體布置圖如圖6所示.

粗調：1號塊吊至支架上方，如圖7所示，確保梁體整體落在三向千斤頂的上方.1號塊落位時控制好箱梁縱橫軸線標記與0號安裝控制線是否對齊，進行梁段粗調就位，待粗調三維精度達到位置偏差1 cm誤差范圍內以后再進行精調.

精調：精調時需要調節6個坐標點，如圖8所示，使其標高、平面位置均在允許范圍內.待精調完畢后，用砂箱支撐住1號塊，卸壓三向千斤頂，將梁體支撐在砂箱上.然后利用手動葫蘆將0號塊預埋鋼板與1號塊鋼齒坎連接在一起進行鎖定，如圖9所示，防止在濕接縫施工過程中破壞已調整好的1號塊坐標，從而確保節段梁不發生位移.

0號塊和1號塊之間濕接縫寬度為15 cm，首先將濕接縫兩側的節段梁端部進行鑿毛處理，連接好兩端波紋管，采用C60自密實高性能細石混凝土直立澆筑，并選擇在一天氣溫最低時一次澆筑完成.

2.2.4 架橋機拼裝

架橋機進場后委派專業人員對各個組件的安全、質量進行檢查，對檢查不合格的架橋機組件給予退場更換處理.

架橋機拼裝前向地方質量技術監督機構申報安裝告知書，受理后再進行安裝調試.

架橋機或其他拼裝設備，在安裝、調試完成后，必須進行荷載試驗.提升節段的起吊設備應提升不小于最大節段重量1.25倍的荷載[9].應檢查起重設備的荷載顯示裝置、剎車裝置、鋼絲繩纏繞裝置、限位裝置是否正常工作.

架橋機的起吊裝置必須具備過載保護裝置、卷揚機的過纏繞和欠纏繞保護裝置、限位及緩沖裝置、風速報警裝置、避雷裝置等.

架橋機安裝完畢自檢合格后，報地方質量技術監督機構進行檢測，檢驗合格后頒發《特種設備質量檢驗合格證》，報地方安全監督管理機構備案后，方可正式開始試架梁施工，在完成一個T構及邊跨試架成功后即可開展后續梁體架設施工.

2.2.5 中墩“T”構梁段膠拼

中墩“T”構節段梁的架設方法：利用架橋機采取平衡“T”構對稱懸臂拼裝法進行施工，如圖10～11所示.其主要施工內容包括：節段梁預拼裝、施加梁端拼接膠、節段梁對位及臨時預應力施工、頂板預應力束張拉壓漿施工、梁段數據采集及拼裝指令下達、節段梁外觀修整.

1) 節段梁預拼裝

為保證兩節段拼接面標高，傾斜度一致，減少涂膠后的節段位置調節時間，節段梁在膠拼前需要起吊到與0號塊相同高度后進行試拼裝作業.

節段梁經起重天車起吊至與已拼裝梁段相同高度后停止，緩慢將天車向已拼梁段靠攏，用專門緩沖裝置或在兩梁段接縫間臨時塞墊木楔，防止梁段撞傷.等梁段穩定后，通過吊具的三向調整功能對起吊梁段的位置進行調整，使其與已拼梁段端面匹配.

到位后，預緊部分頂、底板縱向臨時預應力，觀察上、下接縫是否嚴密，有無錯臺，預留的預留孔道是否對位準確，節段拼接面是否完全匹配，消除或降低存在的偏差，在頂板、底板、腹板顯著位置用油性筆劃騎縫線標記，便于后續涂膠后快速對位[10].

試拼完成后，將梁體水平移開40～50 cm，節段梁的標高和傾斜度保持不變.

2) 施加梁端拼接膠

節段梁接縫的粘結劑采用專用橋梁拼接膠，保證梁段拼裝質量和拼裝進度.拼接膠使用前需用攪拌槍在約380 r/min狀態下攪拌2～3 min，直至攪拌均勻為止[11].

涂膠時梁體表面溫度不宜低于5 ℃，否則須采取加溫措施.涂膠時應取2組試件，與梁體膠拼面同條件養護.

涂膠作業采用刮刀配合托盤涂抹，安排熟練工人快速作業，并在拼接膠涂抹完畢后，用刮尺檢查涂膠質量，將涂膠面上多余的膠體刮出，厚度不足的再一次進行施膠，保證涂膠厚度，涂膠厚度控制在2～3 mm.根據對膠體時間-強度關系進行試驗得到，不同季節及溫度情況下的膠體時間-強度關系如圖12～13所示，夏季可施膠時間均控制在45 min以內，冬季可施膠時間控制在60 min以內，待膠體固化抗拉強度達到1.5 Mpa后進行頂板永久預應力張拉，強度與時間對應關系[12]如表1～2所列.

表1 夏季配方不同溫度下時間及強度關系表

表2 冬季配方不同溫度下時間及強度關系表

涂膠完成后用起重天車將梁段緩慢靠攏已拼節段梁，利用預拼時所做騎縫線標記快速、精確對位.

3) 預應力張拉

梁段拼接完成后及時安裝臨時預應力筋，并用穿心式液壓千斤頂按設計要求荷載張拉力張拉到位，使膠拼面產生0.3 MPa的壓應力.

臨時預應力筋張拉后，立即用通孔器通順無鋼束的預應力孔道，以免擠出的膠體堵塞孔道，梁體外表面擠出的多余膠體需及時刮除清理干凈[13].

完成臨時預應力張拉后，立即開始懸拼預應力束的穿索施工，待拼接膠強度達到1.5 Mpa后，張拉頂板預應力束.鋼絞線張拉后切除余量，隨即開始下一對節段梁的膠拼.

2.2.6 邊跨梁段架設

邊跨節段采用架橋機吊裝，鋼管柱支架體系配合，施工工藝與膠接拼裝中墩T構相同.地基及鋼管柱支架體系同1號塊地基及支架體系相同.取典型最不利斷面進行支架預壓，消除非彈性變形，預壓重量不小于節段梁恒重和模板重量之和的1.1倍.典型支架縱向斷面如圖14所示.

2.2.7 合攏段施工

待梁體全部拼接完畢后進行中跨合攏段施工.中跨合攏段為鋼筋混凝土，采用勁性骨架“鎖定”兩側梁體，中跨合攏段勁性骨架安裝示意圖如圖15所示,勁性定位骨架按圖紙由40C槽鋼及鋼板焊接而成，選擇在一天氣溫最低時進行混凝土澆筑[14].

合攏段合攏時必須滿足設計要求，合攏時單側懸臂端箱梁軸線高程及軸線平面的允許偏差為±15 mm，合攏段兩側軸線相對偏差為±15 mm，兩側翼緣端部高差±15 mm.合攏前對節段的標高及軸線進行聯測，并連續觀測氣溫變化及梁體相對標高的變化和軸線偏移量，觀測合攏段在溫度的影響下的梁體長度變化.連續觀測時間不少于48 h，觀測間隔取3 h觀測一次，并將結果上報監理單位，測量結果符合設計要求后進行梁體混凝土澆筑.

合攏前清除T構上不必要的施工荷載，使每個T構處于相對平衡狀態.

合攏溫度選擇在一天中溫度最低的時段進行.合攏時間宜選在日照溫差小的陰天或溫度變化幅度較平穩的時間段進行.

合攏段混凝土澆注完畢后，養生至強度達到設計要求強度，按設計順序張拉通長束及底板預應力束并錨固.拆除該跨臨時支架，完成該聯的體系轉換.

本聯節段梁架設完畢后，架橋機縱向過孔，進入下一聯節段梁架設.

3 節段梁拼裝施工過程中的幾點思考

在節段梁預制階段采取措施控制線形.節段梁實際外形尺寸與橋梁平面線型、橫坡變化、預制順序以及施過程中匹配段定位有關，施工時應充分了解短線預制生產流程及技術特點，對模板進行預驗收，加強過程中三維坐標控制，提前掌握澆筑節段外形尺寸以指導鋼筋綁扎，混凝土澆筑等[15].

加強對端模處預應力孔道定位.預制時應考慮預應力束的實際空間線形，施工時應根據設計文件中預應力大樣形狀對預應力孔道精確放樣，準確定位.

確保1號塊架設精度.1號塊及邊跨支架地基必須處理好，支撐體系要有一定的剛度.控制網要與鄰標聯測，測量儀器采用強制對中，強制對中墩設置在橋面上，且盡量減小俯仰角，設站時采用多點設站，換手復測，保證1號塊架設精度控制在2 mm以內.1號塊調整至架設坐標后必須及時進行臨時鎖定，避免破壞已調整好的1號塊坐標，影響架設線形.

試拼時編制專項試拼方案，試拼縫寬控制在3 mm左右，對于拼裝時因操作不當剪力鍵被擠破的應進行清除，并采用環氧樹脂砂漿進行修補.

對于拼接膠攪拌時間不夠導致膠體流掛現象嚴重的，影響相鄰節段間的粘結性能，施工時按設計要求嚴格控制拼接膠的性能指標，按廠家要求及指導進行施工，確保配比正確，攪拌時間符合規定，拼接膠廠家應以書面形式確認完成了對施工人員的技術培訓，專人、專崗佩戴明顯標識進行拌膠、抹膠，作業人員名單應報各監理，采用專用刮刀施膠.同時控制涂膠時間及厚度，根據膠體的時間-強度關系，采用刮刀配合托盤涂抹膠體，涂膠時間控制在60 min以內，涂抹厚度保證在2～3 mm左右，待膠體固化抗拉強度達到1.5 Mpa時方可進行永久預應力張拉.

T構架設時必須平衡對稱架設，確保施工中懸臂兩側最大不平衡力應滿足設計規定[16]，且為避免梁體壓應力不足，建議臨時預應力滯后頂板預應力兩個節段拆除，邊跨節段臨時預應力和中墩“T”構最后兩個懸拼節段臨時預應力需待張拉合攏束后方能拆除.

合攏施工前應對兩端懸臂節段的軸線和節段的偏移值進行觀測，并應根據實際觀測值進行合攏施工的計算，確定合攏程序和調整參數.預應力鋼筋管道連接應在合攏施工前進行，并應封堵波紋管與節段間縫隙；合攏完成后應按設計文件規定的程序完成體系轉換.

4 結論

綜上所述，節段梁預制拼裝架設施工技術是較為先進的施工工藝，作為河南省首例在大型城市單體工程建設中采用預制節段梁拼裝施工的工程，具有綠色環保、生產與架設同步進行、梁體工廠化生產等優點，這是橋梁建設工業化3.0在河南省得到推廣的杰作.本文闡述了節段梁拼裝施工的關鍵工藝,提出了在施工過程中的幾點思考.通過對節段梁預制階段的線型控制、預應力孔道的準確定位、1號塊位置的精確架設、膠拼時拼接膠的厚度和時間的控制、中墩T構的平衡對稱架設、合攏體系轉換等關鍵施工工藝的控制，確保施工質量符合設計要求，對同類節段梁拼裝架設施工質量和施工進度控制具有現實的指導意義，同時也為類似節段梁施工提供寶貴參考經驗.