高速鐵路連續梁短線法膠結拼裝施工技術

康劍鋒

(中鐵第四勘察設計院集團有限公司 湖北武漢 430063)

1 概述

我國高速鐵路發展迅速，為保證線路平順，大量采用以橋代路，橋梁長度占正線長度比例往往超過60%[1]。其中，預應力混凝土連續梁在高速鐵路橋梁中得到了廣泛應用。連續梁橋的施工一般采用懸臂澆筑和節段預制拼裝法。相較于懸臂澆筑法，節段預制拼裝法由于適合標準化、工廠化、機械化、結構裝配化施工的特點，可以有效提高現場施工效率，有效加快橋梁建設速度[2]，在歐洲、美國、日本等發達國家應用較為廣泛，其工程造價也隨著技術推廣逐步降低。隨著我國基礎設施建設水平不斷提高，預制工藝、運輸能力、吊裝設備和粘結材料等材料工藝和設備不斷得到發展，也出現不少采用節段預制拼裝技術的實例[3-11]。

現有的節段匹配預制方法主要有短線法和長線法2種[12]。長線法是將主要部件分成半段或整段，并將適當的部件放在底座上，直到半跨形成整段。短線法分段預制，每段在同一模板中澆注，分段預制成型。此文以某高速鐵路特大橋主跨(32+48+32)m無砟軌道預應力混凝土雙線連續梁為工程背景，對短線法預制膠結拼裝技術的施工工藝展開相關研究。

2 工程概況

某高速鐵路站前標段中的一特大橋跨越大型河流，其中主跨(32+48+32)m連續梁里程為DK73+512～DK73+625，線路小里程與夾角河流為106°，連續梁全長113 m，在附近梁場(中心里程DK68+700)進行節段預制及存放，輪胎式運梁車運至現場裝配，梁場大型臨時設施費用為429萬元。

連續梁梁體截面為單箱單室，底板、腹板及頂板局部逐漸向內側加厚以適應不同位置處的受力變化。在連續梁支座位置附近，設置橫隔板，并在橫隔板設有過人洞。橋梁寬12.6 m，橋梁全長113.5 m，計算跨度為(32+48+32)m，截面中心線處梁高3.035 m，梁底下緣按直線變化。邊支座中心線至兩端0.75 m，梁縫分界線至梁端0.1 m。邊支座橫橋向中心距4.5 m，中支座橫橋向中心距4.5 m。

3 短線法膠結拼裝方案分析

在考慮交叉作業及流水施工的條件下，針對該連續梁(32 m+48 m+32 m)，將節段拼裝法與懸臂澆筑法施工工期進行對比(見表1)，可以看出節段拼裝法施工能有效節省工期。由于受本項目三年半施工總工期控制，最終確定本工程采用預制拼裝節段梁的方案，保證建設工期。

表1 (32 m+48 m+32 m)連續梁節段拼裝法與懸臂澆筑法工期比較

目前，懸臂拼裝法與整孔拼裝法是預應力混凝土箱梁施工常用的施工方法。兩種施工方法節段預制的方法是相同的，但具體采用哪種方法通常根據橋梁跨度來選擇，其跨度界限為60 m。考慮到架橋機自重，跨度大于60 m時，多采用懸臂法拼裝；跨度小于60 m時，一般采用整孔拼裝法施工。現就長線法預制和短線法預制方案展開論述。

長線法發展較快，技術也比較成熟，但底模的最小長度必須等于橋梁長度的一半。因此，長線法所需的預制場地較大，難以節省土地。短線法預制適合在工廠內進行節段預制，設備周轉率高，生產速度快。目前，我國高速鐵路發展迅速，并積極拓展海外市場。這就要求橋梁具有良好的施工質量，較短的工期及較低的建設成本。而短線法雖然發展稍晚，但該方法能夠較好地控制成橋精度及成橋線型，便于模塊化及批量化生產，在高速鐵路建設中具有廣泛應用前景。因此，考慮到橋梁在該項目中所占的重要份額，選擇短線法施工以提高建筑效率。

4 短線法膠結拼裝施工技術方案

4.1 預拼裝方案

短線法膠結拼裝對精度的要求較高，需要在梁端膠拼前進行試拼裝，以免因各梁段拼接面傾斜度及標高不一致而增加涂膠后的梁段位置調整工作量，從而保證成橋精度。

試拼裝采用專用運梁車運梁，梁段通過大龍門吊提升。試拼裝要求梁段的拼接面達到完全匹配，因此在試拼裝過程中，應調整待拼節段標高至上述標準。此時梁段塊件預應力管道接頭應對位成功，且臨時預應力鋼筋及張拉設備滿足要求。

試拼完成后，在不調整梁段的標高和傾斜度的前提下，將梁段縱向平移0.4～0.5m，以便下一步膠拼。

預拼裝應注意控制基礎沉降并實時監測，不得破壞節段梁端面及剪力鍵。

4.2 膠結材料與工藝

4.2.1 涂膠連接

膠結材料除應滿足基本力學性能，如抗拉、抗壓強度和粘結能力外，還應具備較好的耐久性，特別是在濕熱、高溫環境下抗老化的能力。此外還應具備較好的觸變性，便于施工。環氧樹脂是目前較為常見的滿足上述要求的粘結劑。環氧樹脂粘結劑一般分為A、B兩種組分，其中A組分為環氧樹脂，B組分為固化劑，并輔以相關輔助材料改善性能，其配合比往往根據現場溫度變化情況進行調整。

環氧樹脂涂膠材料的拌制應在避免與空氣接觸的條件下，以400 r/min的速率攪拌2～3 min，至顏色均勻。涂膠過程中，可以將箱梁截面分為多個工作面同時施工，以加快涂膠進度。環氧樹脂厚度為2～3 mm，遇到混凝土有凹凸面的情況，應先進行修補處理。

在接縫面涂膠前，為保證接縫粘結質量，接縫表面必須潔凈，無污物、油跡、浮漿等。在常溫環境下，環氧樹脂的涂抹時間應控制在45 min以內，并在90 min內進行拼接。當混凝土的表面溫度低于5℃時，必須采取適當加熱措施。接縫表面必須迅速、均勻地涂膠，遵循自下而上的順序。為確保環氧樹脂厚度均勻，膠涂工具一般采用鋼制刮刀或類似工具。在單面涂膠時，涂層的厚度為3 mm；雙面涂膠時，涂層的厚度為每層2 mm。

在接縫面完全涂膠后，安裝預應力管道密封圈，將待拼梁段進行拼接作業。在環氧樹脂固化期間，應張拉臨時預應力束，其預應力不應小于0.30 MPa。預壓后接縫寬度應保證在0.5～1.0 mm之間，且無缺膠現象。

涂刷施工及拼裝后2 h以內，需要嚴格控制其濕度等相關指標，防止雨水侵入和陽光照射，以確保箱梁能與外界的隔離。

4.2.2 接縫處理

接縫連接時，膠結面的處理需要注意以下4個方面。

(1)所有接合表面均應清理干凈且保證干燥，不得含油污和其他雜質，混凝土表面應盡可能平，去除疏松表面層及附著的水泥。環氧樹脂涂層施工時，需要嚴格控制其濕度等相關指標。

(2)膠層厚度要均勻，并控制在0.5～1.0 mm之間，以確保在接縫處有環氧樹脂擠出，并且可根據膠層厚度調整拼裝時梁段上翹和低頭現象。

(3)環氧樹脂初步固化時間應大于2 h，且在24 h時完成終凝，以保證其粘結膠結強度應不低于梁體混凝土強度。同時，涂膠、加壓等工序需在環氧樹脂固化前完成。膠接縫擠緊的預應力(擠壓)0.20 MPa，擠壓在3 h以內完成。

(4)環氧樹脂固化過程中的壓力不得小于0.30 MPa。

4.3 成橋精度控制

成橋精度控制主要集中體現在兩個方面:(1)預制梁段尺寸精度，其通過模板精度來控制；(2)梁段預制拼裝時匹配梁段的精確定位。

4.3.1 模板精度控制

控制固定端模的精度是進行模板精度控制的核心。固定端模模面須保持豎向垂直并與預制單元中線成90°，端模上緣須保持水平。端模標高應根據靠近腹板處的兩測量控制點進行檢查。水平誤差和與中線的垂直度誤差必須控制在2 mm之內。

固定端模控制包含四個控制點:兩個軸線控制點、兩個水平標高及平面位置控制點。兩個軸線控制點位于固定端模的上表面和內腔的底面中心。可通過觀察兩個點是否與基線重合，以及兩個點與基點之間的水平距離是否相等。通過控制固定端模豎向垂直度并使其中線居中。通過對對稱設置在腹板位置處的兩個水平標高點兼平面位置控制點到基點的距離以及相對標高的測量，可控制固定端模整個模面與待澆梁段的中軸線垂直并使其頂面水平。

在每個梁段澆筑后，下一個梁段澆筑之前，必須檢查固定端模的精度，合格后才能執行下一道工序。

4.3.2 匹配梁段定位

裝配梁段的定位主要通過控制梁段的中心線的兩個測量點和腹板的四個測量點來實現。澆筑梁段時，所有的控制預埋件都在砼凝結前安放在梁段頂板上。匹配梁段定位分為初步定位和精確定位兩個步驟。

(1)初步定位:匹配梁段的初步定位主要是通過卷揚機和底模臺車來完成的。定位時，啟動卷揚機，通過導向滑車和底模臺座端面上的動滑車，帶動底模臺車縱向位移，牽引匹配梁移動到大致位置。

(2)精確定位:匹配梁段的精確定位主要通過手拉葫蘆和底模臺車上的8個油壓千斤頂來完成。其中，手拉葫蘆對匹配梁縱向距離進行微調，油壓千斤頂對梁段標高和軸線偏角進行精確調整。整個調整過程應在統一指揮下協調進行，每一步調整操作均要求緩慢、細致。

精確定位后，需對設置在梁段頂面上的6個控制點的測量儀器數據進行觀測計算，直至滿足精度要求。

5 結束語

本項目采用節段預制拼裝造橋技術，按照計劃工期快速完成了橋梁架設施工，成橋精度高，滿足設計及施工誤差要求，效果明顯。

未來伴隨短線階段預制拼裝施工的發展與普及，節段預制拼裝的應用范圍將不斷增大，相關大型臨時設施的攤銷費用將不斷下降，節段預制拼裝施工方法的成本優勢將不斷顯現出來，這項施工技術也將承擔更重要的角色。