城市核心區高架橋梁懸臂拼裝施工關鍵技術

周 浩

[中交三航第一工程（上海）有限公司，上海市201315]

0 引 言

交通是影響一個城市形成與發展的必要條件，尤其是對于人流量大、建筑物密集且街道又難于拓寬的城市核心區而言，良好的道路交通愈發重要。為避免與城市現有公路、鐵路、軌道等線路平面交叉，高架橋已然成為城市核心區疏散交通密度、提高通行效率的重要選擇。節段梁預制懸臂拼裝施工技術是將梁體沿縱橋向劃分為若干節段，在預制場預制節段后運送至橋位處，利用起重設備逐節段地將預制塊起吊并安裝就位，然后用環氧樹脂膠粘劑或混凝土進行節段的接縫處理并施加預應力，使各梁段連成一個整體的施工方法[1]。該施工方法因具有工效高、作業面少、施工安全、環境污染小以及對城市既有道路交通影響小等優點，而被廣泛應用于城市高架橋梁的建設中。

近年來，節段梁預制懸臂拼裝技術一直是學界研究的熱點，學者們圍繞該技術做了大量研究。曹虹等主要闡述了復雜工況下大跨度連續梁的懸臂拼裝關鍵技術，創造性地提出了單T構懸臂拼裝工藝[2]。曾雷等通過分析線形控制的計算公式，提出計算預測和3D圖形預測相結合的控制線形的方法[3]。魏雪萍等提出基于組合賦權的灰色聚類綜合評價模型，用于評價懸臂拼裝中的安全風險[4]。這些研究大多圍繞懸臂拼裝施工中的關鍵技術以及施工中的風險評價展開，為本研究提供了豐富的借鑒成果。但該技術相對復雜，對具體的施工實踐要求較高，尤其是針對城市核心區的施工實踐研究涉及較少。鑒于此，本文以DASH高架橋項目為背景，針對節段懸臂拼裝的線形控制、接縫處理、架設輔助裝置選擇等問題，提出契合城市核心區建設要求的施工工藝。

1 工程概況

DASH高架橋項目位于馬來西亞雪蘭莪州八打靈再也市，距離吉隆坡市區20 min車程，是馬來西亞陸路交通局為改善日益增長的車流量所導致的交通擁堵現狀而實施的重要工程。該項目是在城市現有的三層立交上方加建兩層，共計七條匝道的大型互通立交，最終完成五層六向二十條道路的地標性大型互通立交。線路總長度為4.1 km。A和D匝道主跨均采用預制箱梁懸臂拼裝結構，見圖1。

圖1 全橋梁段示意圖

圖2 A匝道預制箱梁標準塊段三維圖

2 拼裝線形控制

箱梁施工空間線形和姿態控制的重點在于節段預制的精度及未預制梁段的糾偏，由于預制和拼裝的誤差使得已安裝節段實際空間線形和姿態與設計存在一定偏差。因此，應對已架梁段的實際坐標及高程進行測量，然后結合計算機軟件進行計算，通過對未預制節段修正使箱梁空間線形和姿態得到有效控制。

2.1 控制點的布置及應用

在實際施工過程中，為有效測量待澆梁段并匹配梁段的平面位置和高程，每一預制梁段均須設置6個控制測觀測點，其中4個為高程控制點，2個為中軸線控制點。沿節段中心線的2個測點（FH，BH）用來控制節段平面位置,而沿橫橋方向設置的4個測點（FL，FB，BL，BR）用以控制節段高程，見圖3。在節段預制時,需要將絕對坐標轉換成預制場局部坐標，通過預埋的控制點形成左、中、右3條控制線,在安裝過程中也利用這3條控制線來實際控制橋梁成橋后的橫坡、中線偏位、高程等相關施工參數。

圖3 測量控制點布置圖

2.2 節段誤差的修正方法

在實際施工過程中，平面和高程的誤差可以通過實際計算，由下一個即將預制的節段進行糾偏，具體糾偏方法可采取三次樣條曲線法修正，通過1、2、i、k等節點模擬出一條理論三次樣條曲線,并保證邊界節點和理論控制線有相同的切線斜率，用修正后的三次樣條曲線進行替代，修正夾角β1得到改善后的β1′，但是任何糾偏都不允許超過規范要求的βmax，如果超過則證明一個節段無法完全達到糾偏目的，需要通過后續幾個節段進行平差來解決該問題，見圖4。

圖4 平面誤差控制示意圖

節段懸臂拼裝幾何控制的過程就是檢驗預制幾何控制精度的過程,主要通過試拼、測量、驗證等方法檢測,必要時采取糾偏措施以保證目標線形的順利實現。

3 接縫類型的比選

通常，預制節段拼裝橋梁不同部位有不同的接縫類型，0號塊和1號塊之間采用鋼筋混凝土濕接縫，其他節段之間采用干或者膠接縫，見圖5。

圖5 三種常用接縫類型圖

0號塊和1號塊之間采用鋼筋混凝土濕接縫已經成為行業共識，但是節段之間采用干接縫還是膠接縫至今仍存在相當大的爭議，兩種接縫從設計角度來講都是滿足要求的。但是在《AASHTO GSCB for the Design and Construction of Segemental Concrete Bridge》規定，干接縫嚴禁用于滲水可能產生凍漲的位置。此外，該規范的規定僅允許在帶有體外預應力鋼束的結構中使用干接縫，因為在穿過接縫的位置存在滲水腐蝕內部預應力鋼束的風險。相較于膠接縫，干接縫可以節約環氧樹脂材料和臨時張拉設備的成本，也不受天氣和溫度的限制，從而節約工期。膠接縫的使用有助于預制節段的對齊，還可以填充小空隙，從而消除應力集中位置的高接觸壓力。內部有預應力鋼束的橋梁應當使用膠接縫，以保護預應力鋼束不受水和其他腐蝕劑的侵入，從而提高橋梁的耐久性。

綜合考慮馬來西亞常年高溫多雨的氣候條件以及落水管在內部的橋梁結構，為防止可能出現的滲水導致預應力鋼束被銹蝕對橋梁整體耐久性的影響，DASH高架橋項目采用組合剪力鍵+AB混合型環氧樹脂的接縫處理，并在施工過程中采用精軋螺紋鋼施加臨時預應力。

4 懸臂拼裝設備創新

DASH高架橋項目地處城市核心區，施工作業需要在多條既有道路的上方進行，但每天僅有3～4 h的封路時間，導致有效施工時間大大受限。地面可作業范圍內管線眾多，嚴重影響了大型設備的停放位置，無法采用滿堂支架或專用架橋機進行施工。綜合考慮施工安全、環境保護等問題，項目開發了一種原理類似于現澆連續梁掛籃的可前后、左右、上下六坐標制動的吊裝輔助裝置，來實現1號節段懸空精調、固定、濕接縫三位一體施工，見圖6、圖7。該吊裝輔助裝置的應用既減少了大型汽車吊使用臺班數，又降低了對城市既有道路交通的影響，具有良好的社會效益和經濟效益。

圖6 吊裝輔助裝置示意圖

圖7 吊裝輔助裝置現場安裝圖

加之上文所述預制、安裝線形控制的重要性，可以看出后續匹配梁段的安裝累計誤差大小及合攏精度很大程度上取決于1號塊吊裝的精度，而不管是汽車吊或者專用架橋機都很難實現六向毫米級誤差精調及固定。

肝腎生理功能失調還可導致多種內分泌問題，如腎精不足，小兒會出現生長發育遲緩、身材矮小、智力低下、骨骼痿軟等。對成人來說，腎陽虛衰常見男子陽痿、早泄、滑精，女子宮寒不孕；腎陰虧虛可導致女子月經失調，男子陽強易舉、遺精等。若肝的疏泄失常，可出現精神抑郁、煩躁、頸部癭瘤，女性月經不調、乳房脹痛等癥狀，多見于甲狀腺疾病、乳腺增生、更年期綜合征等內分泌疾病。

4.1 吊裝輔助裝置的使用原理

采用吊裝輔助裝置吊裝1號塊，不僅可以提高1號塊吊裝的精度，也可以消除現澆0號塊和預制1號塊之間的誤差，為后續匹配梁段安裝精度提供有力保證。通過汽車吊吊裝及吊裝輔助裝置上千斤頂和伸縮桿的相互配合，可將塊段吊裝在正確位置并加以固定?？s減了大型吊裝設備在現場的停放時間，避免因長時間停放大型設備導致的交通擁堵。

吊裝輔助裝置的精確定位主要通過橫向伸縮桿和豎向千斤頂來實現（見圖8、圖9）?？傮w順序是：粗調橫向位置→精調豎向位置→再精調橫向位置，最終實現塊段的精確定位。在正式吊裝前，先將水平伸縮桿調節到預定位置，塊段起吊到適當位置時，通過豎向精軋螺紋鋼將塊段與吊梁連接。伸縮桿的可調節范圍為0～23 cm，精調范圍為0～4 cm。

圖8 橫向調節機構（單位：mm）

圖9 豎向調節機構

4.2 1號塊吊裝施工步驟

步驟一：現澆0號塊在澆筑混凝土之前，在圖紙指定位置預留吊裝輔助裝置后錨固精軋螺紋鋼套管。根據線形控制需要，在順橋向中軸線兩側各埋置2根套管，預埋套管孔徑一般為精軋螺紋鋼直徑的3 d，以便于安裝吊裝輔助裝置時對平面位置進行微調。

步驟二：0號塊澆筑完成后，將事先拼裝好的吊裝輔助裝置整體提吊至0號塊上，并將鋼墊片安裝就位。鋼墊片為箱型加筋結構，上下留8個橢圓孔，目的是為調節鋼墊片與0號塊預埋螺栓及鋼墊片與吊梁主體的連接位置，吊梁至準確位置。

步驟三：1號塊在預制時應在梁頂預留鋼吊架的預埋孔。將1號塊從預制場運輸到現場后，通過汽車吊先在梁頂安裝鋼吊架，所有準備工作完備后，通過汽車吊將1號塊喂送至吊裝輔助裝置的懸臂下方約半米處，工人利用10 t手拉葫蘆進行橫坡粗調，然后將吊裝輔助裝置懸臂處下吊的4根精軋螺紋鋼與1號塊梁頂的鋼吊架連接鎖緊，此時1號塊和梁墩形成受力體系轉換，汽車吊可以緩緩降低吊重直至最后松鉤。同理，平衡反吊另一側的1號塊，形成平衡重。吊裝正視、斷面見圖10、圖11。

圖10 吊裝正視圖（單位：mm）

圖11 吊裝斷面圖（單位：mm）

步驟四：考慮到封路時間限制，一般在當天晚上完成吊裝后即立刻解除封路，減少對現有交通的影響。夜間施工也不利于1號塊的精確對位，一般在次日白天安排專人進行精調。通過水平伸縮桿拉緊到設計位置，保證0號塊與1號塊之間的濕接縫寬度在150～200 mm之間。匝道橋處于緩和曲線處，既有縱坡又有橫坡，塊段橫縱坡通過吊裝輔助裝置上不同點位的液壓千斤頂調節精軋螺紋鋼來實現塊段空間扭曲，從而將塊段的橫縱坡調整到設計要求。由于調節了塊段的橫縱坡，濕接縫的寬度會隨著橫縱坡的調整而產生細微偏位，此時可通過再次微調橫向伸縮桿將塊段調整到位。最后張拉2根頂部、2根底部精軋螺紋鋼，張拉力分別為65 t、35 t。

步驟五：立模板，澆筑濕澆帶混凝土，養生至設計強度。

步驟六：待濕澆帶混凝土達到設計強度后，對預應力鋼束放張及張拉，放張、張拉要注意先后順序，逐個、分階段進行放張、張拉。

預應力張拉順序見表1。

表1 預應力張拉順序

5 結語

本文分析了DASH高架橋項目箱梁節段拼裝過程中的施工重難點，并圍繞線形控制、接縫選型、機械吊籃使用等方面展開重點研究，通過理論計劃、BIM建模、有限元分析法得出以下結論：

（1）位于緩和曲線段的小曲率半徑的箱梁節段拼裝，借助三次樣條曲線法和調整0號塊與1號塊之間的濕接縫寬度，可以達到很好的糾偏效果。

（2）東南亞高溫多雨的氣候條件下，應該使用環氧樹脂形式的膠接縫，剪力鍵與結構本體一起澆筑，既可以提高接縫的抗剪能力，又有利于懸拼過程中的對齊。在施工過程中，結構在靜力系統、支承、荷載和體外預應力大小等方面會發生變化；在恒載和活載下，整個截面保持不壓縮。

（3）相較于常規的架設方案，該項目六向坐標靈活調節的新型吊裝輔助裝置更加契合城市核心區的施工需求，既有助于線形控制，又大大降低了既有道路交通對施工作業的限制，具有良好的社會效益和經濟效益。