預(yù)制蓋梁節(jié)段安裝施工技術(shù)研究

雷洋波* 全異

（1、中交路橋建設(shè)有限公司，北京 100027 2、中國(guó)路橋工程有限責(zé)任公司，北京 100081）

裝配式是指以預(yù)制構(gòu)件為主要受力構(gòu)件，經(jīng)過裝配和連接而形成的混凝土構(gòu)件。預(yù)制裝配橋梁的主要特點(diǎn)是構(gòu)件在工廠制作，然后運(yùn)送到現(xiàn)場(chǎng)，以機(jī)械為主、人工為輔的方式進(jìn)行安裝。裝配式橋梁由于具有生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)化程度高、現(xiàn)場(chǎng)安裝快速便捷、可減少對(duì)周圍環(huán)境和道路交通的影響、工程質(zhì)量易保障等優(yōu)良特性，符合現(xiàn)代工業(yè)化、智能化建設(shè)發(fā)展理念，是綠色施工、環(huán)保施工的建設(shè)代表。

肯尼亞內(nèi)羅畢快速路是中國(guó)路橋工程責(zé)任有限公司在非洲投資開發(fā)的第一條BOT 公路項(xiàng)目，項(xiàng)目主線全長(zhǎng)27.131Km，穿越首都內(nèi)羅畢核心區(qū)，為肯尼亞國(guó)道A 級(jí)公路。受城市道路交通影響大、安全風(fēng)險(xiǎn)高，項(xiàng)目工期緊張，采用裝配式橋梁設(shè)計(jì)。橋梁下部結(jié)構(gòu)按照橋墩類型，可以分為雙柱墩、獨(dú)柱墩、框架墩、門式墩等六種，其中雙柱墩和獨(dú)柱墩用于中分帶寬度合適的主線位置；框架墩適用于主線接匝道出入口處，與匝道共用墩；門式墩用于主線跨越障礙物較復(fù)雜或中分帶寬度較窄處。

裝配式橋梁施工分配預(yù)制和安裝兩大塊，預(yù)制施工在預(yù)制場(chǎng)進(jìn)行，橋梁節(jié)段預(yù)制完成后，運(yùn)輸至施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行安裝。預(yù)制拼裝工藝可以將大量的工作轉(zhuǎn)移到后場(chǎng)預(yù)制場(chǎng)進(jìn)行，預(yù)制場(chǎng)場(chǎng)地空間充足，資源投入集中，施工質(zhì)量易控制，不受施工現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境干擾，預(yù)制施工功效高，可以有效緩解現(xiàn)場(chǎng)交通擁堵、場(chǎng)地受限、進(jìn)度壓力大的問題。

1 工程概況

本項(xiàng)目橋梁下部結(jié)構(gòu)按照橋墩類型，可以分為雙柱墩、獨(dú)柱墩、框架墩、門式墩等六種。

圖1 橋墩蓋梁類型

由于蓋梁重量和長(zhǎng)度較大，整體預(yù)制安裝難度較大，因此擬采用分段預(yù)制拼裝工藝，設(shè)計(jì)根據(jù)項(xiàng)目起重設(shè)備的吊裝能力、結(jié)合蓋梁結(jié)構(gòu)形式、上部荷載、受力狀態(tài)等對(duì)蓋梁進(jìn)行分節(jié)段設(shè)計(jì)，分節(jié)長(zhǎng)度控制在13m 以內(nèi)，分節(jié)重量控制在150t 以內(nèi)。蓋梁與立柱之間采用灌漿套筒連接，蓋梁節(jié)段之間采用濕接縫連接。

表1 蓋梁分塊類型及數(shù)量最大重量表

2 蓋梁安裝工藝工法

2.1 獨(dú)柱墩蓋梁安裝

獨(dú)柱墩蓋梁節(jié)段由3 部分組成，墩頂段和兩端懸臂段。懸臂段與墩頂段之間設(shè)計(jì)有齒鍵，以增強(qiáng)節(jié)段間抗剪能力。節(jié)段間連接采用后澆濕接縫的形式，節(jié)段鋼筋之間連接采用雙螺紋套筒（圖2）。

圖2 獨(dú)柱墩蓋梁結(jié)構(gòu)

2.1.1 墩頂段安裝

獨(dú)柱墩墩頂段蓋梁節(jié)段采用350t 履帶吊，提吊至墩頂進(jìn)行安裝，墩頂段與墩柱之間鋼筋連接采用球墨鑄鐵灌漿套筒，蓋梁節(jié)段與墩柱混凝土接觸面設(shè)置座漿層連接，鋼筋與灌漿套筒對(duì)接準(zhǔn)確、連接好后，向灌漿套筒內(nèi)灌高強(qiáng)度專用灌漿料。

2.1.2 懸臂端安裝（圖3）

圖3 墩柱墩蓋梁懸臂端安裝結(jié)構(gòu)圖

懸臂段蓋梁通過在蓋梁頂部設(shè)置的抗剪和對(duì)拉系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)無支架拼裝。懸臂段重量最大重量為61.1t。蓋梁預(yù)制時(shí)在頂面預(yù)埋2 根φ10cm 的PVC 管作為預(yù)留銷棒孔，采用鋼板加工抗剪工裝，懸臂端蓋梁節(jié)段通過2 根φ8cm 銷棒與抗剪工裝連接，平衡懸臂段重量；對(duì)拉反力架采用20mm 鋼板焊接在預(yù)埋件上，懸臂段利用抗剪工裝加勁，墩頂段焊接16mm三角板加勁，在反力架兩側(cè)預(yù)留孔，采用精軋螺紋鋼形成對(duì)拉系統(tǒng)。

履帶吊提吊懸臂段蓋梁，從上方緩慢下放，直至抗剪工裝搭在墩頂段蓋梁上，安裝對(duì)拉系統(tǒng)，將懸臂段蓋梁緩慢拉向墩頂段，直至齒鍵對(duì)接閉合，完成懸臂段錨固，然后連接蓋梁鋼筋，蓋梁鋼筋采用雙螺套連接，頂?shù)酌嬷鹘钸B接完成后，履帶吊即可松鉤。吊裝錨固完成后，進(jìn)行濕接縫澆筑，使蓋梁節(jié)段之間連接形成整體。

2.1.3 抗剪工裝計(jì)算及仿真分析

采用有限元軟件對(duì)抗剪工裝進(jìn)行建模，根據(jù)施工實(shí)際情況，建立荷載工況，添加邊界約束，施加上部荷載，對(duì)抗剪工裝進(jìn)行計(jì)算及仿真分析（圖4-5）。

圖4 抗剪工裝有限元模型圖

對(duì)抗剪工裝的主應(yīng)力、剪應(yīng)力、等效應(yīng)力、變形等進(jìn)行仿真分析，結(jié)果如表2 所示。

表2 抗剪工裝仿真計(jì)算結(jié)果

2.2 雙柱墩安裝

履帶吊吊裝蓋梁到達(dá)墩柱鋼筋上方，緩慢下落，柱底距離預(yù)埋鋼筋約10cm 時(shí)，通過人工輔助調(diào)整蓋梁平面位置，使鋼筋對(duì)準(zhǔn)灌漿套筒底口。對(duì)位后，蓋梁繼續(xù)下放。接近橡膠墊塊時(shí)停止下放，調(diào)節(jié)限位板螺桿，微調(diào)蓋梁平面位置，使蓋梁中心線與立柱中心線重合（圖6）。

圖6 雙柱墩蓋梁節(jié)段吊裝示意圖

圖5 抗剪工裝應(yīng)力圖

雙柱墩蓋梁節(jié)段懸臂端長(zhǎng)度較長(zhǎng)，蓋梁節(jié)段重心位置不在墩柱范圍，需要設(shè)置臨時(shí)錨固措施，確保節(jié)段安裝穩(wěn)定。

蓋梁重心位于墩柱外側(cè)，產(chǎn)生傾覆力矩，需要在另一端進(jìn)行反拉。反拉采用精軋螺紋鋼，底端錨固在承臺(tái)、擴(kuò)大基礎(chǔ)反力架上，頂端通過蓋梁內(nèi)設(shè)置的豎向預(yù)埋管道錨固在蓋梁頂面。臨時(shí)錨固完成后，履帶吊松勾，連接蓋梁節(jié)段之間的鋼筋，進(jìn)行濕接縫的澆筑。

2.3 門式墩、框架墩蓋梁安裝

對(duì)于門式墩蓋梁和框架墩蓋梁邊墩側(cè)部分，內(nèi)側(cè)最大懸出長(zhǎng)度超出10m，外側(cè)懸出長(zhǎng)度僅為30cm，若采用精軋鋼反拉，一方面是所需反拉力非常大，另一方面是蓋梁拼裝應(yīng)力非常大，擬采用落地鋼管支架輔助拼裝。

圖7 門式墩蓋梁節(jié)段吊裝

2.3.1 蓋梁節(jié)段安裝

兩端懸臂段采用落地鋼管支撐預(yù)制蓋梁節(jié)段，落地鋼管采用4 根φ300*8mm 鋼管形成一組，支架上方設(shè)置雙肢I(xiàn)40工字鋼承受蓋梁荷載，承重梁與蓋梁節(jié)段之間放置橡膠墊板，以適應(yīng)蓋梁橫坡、增大受力面積、較少成品蓋梁節(jié)段的磨損。支架與蓋梁之間設(shè)置50t 千斤頂，用來調(diào)整節(jié)段安裝位置、橫坡，確保安裝精度。中間蓋梁節(jié)段安裝采用扁擔(dān)梁輔助吊裝，CB07 節(jié)段蓋梁在預(yù)制時(shí)，豎向預(yù)埋4 根φ50 鋼管，作為穿蹬筋的預(yù)留孔道。扁擔(dān)梁與蓋梁節(jié)段之間通過4 根φ40 精軋螺紋鋼連接，連接固定后，履帶吊吊起扁擔(dān)梁提吊蓋梁上升，扁擔(dān)梁放置于兩端CB18 蓋梁節(jié)段之上，扁擔(dān)梁與兩端CB18 節(jié)段間設(shè)置千斤頂，提調(diào)整蓋梁安裝位置、橫坡及安裝精度。中間段蓋梁安裝完成后，采用雙螺紋套筒連接濕接縫鋼筋，進(jìn)行濕接縫混凝土澆筑。

2.3.2 扁擔(dān)梁工裝計(jì)算及仿真分析

扁擔(dān)梁采用I610 工字鋼、I25 工字鋼加工而成，設(shè)置加勁板進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)，增加橫梁剛度。采用有限元軟件對(duì)扁擔(dān)梁工裝進(jìn)行建模，根據(jù)施工實(shí)際情況，建立荷載工況，添加邊界約束，施加上部荷載，對(duì)扁擔(dān)梁工裝進(jìn)行計(jì)算及仿真分析。

圖8 扁擔(dān)梁吊架工裝設(shè)計(jì)圖

吊裝分為兩個(gè)施工階段：第一階段為起吊階段，第二階段為落梁階段。起吊階段：350t 履帶吊通過雙主梁桁架工裝起吊跨中段蓋梁節(jié)段至吊裝位置。落梁階段：預(yù)制蓋梁節(jié)段吊裝調(diào)整完畢，進(jìn)行蓋梁鋼筋雙螺套連接，鋼筋全部連接完成后，履帶吊松勾、落梁，預(yù)制蓋梁節(jié)段通過工裝懸掛在兩端已安裝好的蓋梁節(jié)段之上。

圖9 起吊階段及落梁階段模型圖

圖10 起吊階段及落梁階段應(yīng)力圖

對(duì)扁擔(dān)梁工裝的主應(yīng)力、剪應(yīng)力、等效應(yīng)力、變形等進(jìn)行仿真分析，結(jié)果如表3 所示。

表3 扁擔(dān)梁工裝仿真計(jì)算結(jié)果

3 結(jié)論

裝配式橋梁是一種新型建筑，預(yù)制拼裝施工工藝是一種新型工藝、綠色工藝，在解決城市橋梁受交通影響因素大、工期壓力大、外觀質(zhì)量要求高等方面有著獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，在城市橋梁建設(shè)中有著廣泛的適用性，主要優(yōu)勢(shì)有以下幾個(gè)方面:

3.1 環(huán)境污染少。橋梁主要構(gòu)件均在預(yù)制廠生產(chǎn)，現(xiàn)場(chǎng)工作量小，極大減少了現(xiàn)場(chǎng)施工產(chǎn)生的建筑垃圾、粉塵、噪音等污染問題。

3.2 對(duì)交通影響小。現(xiàn)場(chǎng)工作量少，工作面占用時(shí)間短，工序轉(zhuǎn)換快，對(duì)交通的影響較傳統(tǒng)現(xiàn)澆工藝小。

3.3 施工工期短。各構(gòu)件可在工廠提前預(yù)制生產(chǎn)，基礎(chǔ)施工后即可快速安裝，極大縮短施工工期。

3.4 施工質(zhì)量易保證。預(yù)制構(gòu)件標(biāo)準(zhǔn)化程度高，混凝土養(yǎng)護(hù)條件好、構(gòu)件質(zhì)量能夠保證。

3.5 受氣候影響小。各構(gòu)件在工廠生產(chǎn)、養(yǎng)護(hù)，僅拼裝在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行，氣候因素對(duì)施工影響小。

3.6 勞動(dòng)力投入低。標(biāo)準(zhǔn)化程度高，工廠統(tǒng)一預(yù)制，現(xiàn)場(chǎng)機(jī)械設(shè)備安裝，有效降低勞動(dòng)力成本。

本文依托肯尼亞內(nèi)羅畢快速路項(xiàng)目，提出了一種預(yù)制蓋梁安裝施工工藝，設(shè)計(jì)了蓋梁節(jié)段安裝工裝，該工裝的特點(diǎn)是減少落地支架，減少交通占道，減少對(duì)交通的影響，通過計(jì)算仿真分析，確定工裝的可行性、安全性，為預(yù)制蓋梁節(jié)段安裝提高了一套可行的解決方案，在城市裝配式橋梁施工中有著可推廣、可借鑒意義。