墩梁一體化架橋設備和施工技術研究

禚峰

(中鐵十四局集團第一工程發展有限公司，山東 濰坊 276827)

1 工程概況

沈陽至海口國家高速公路汕尾陸豐至深圳龍崗段是國家高速公路網規劃“2 縱”G15 沈陽至海口國家高速公路的一段，同時也是廣東省“十縱五橫兩環”高速公路主骨架中第五條橫線的一段，是聯系粵東地區與珠三角核心區的交通大動脈。深汕西高速改擴建TJ9合同段位于汕尾市海豐縣梅隴鎮228國道左側圍湖村附近，梅隴互通主線橋為左右分離式橋梁，全長1648.2m，起止樁號為：K46+977.9～K48+626.1(右線)，K46+978.4～K48+626.6(左線)，下部結構型式分為兩種：一種為φ600mm預制管樁基礎+現澆承臺+預制拼裝墩柱、蓋梁，另一種形式為鉆孔樁+現澆墩柱、蓋梁，上部結構為25m/30m預應力小箱梁。

梅隴互通主線橋施工是一個復雜而困難的過程，需要跨越道路、河流或其他障礙物，施工空間有限。此外，因為長時間的施工可能會對交通流暢性、商業活動和居民生活造成嚴重影響，在有限的時間內和空間內完成高質量的施工工作成為一個重大挑戰。為此，墩梁一體機施工方式被引入，以有效提高施工效率。墩梁一體機是一種先進的施工設備，它能夠將預制的墩柱、蓋梁和箱梁進行拼接，避免了現澆墩柱和更換機具花費的時間，大大提高了施工效率[1-2]。

2 墩梁一體設備

如圖1所示，墩梁一體機的設計采用雙主梁、四支腿、兩主天車和輔助天車的結構形式。四條支腿支撐主梁，前、后輔助支腿(最前面和最后面的支腿)與主梁固定連接，前、后支腿(中間的兩條支腿)通過縱移托輥輪箱支撐主梁。前、后主支腿通過電機減速機輪軌驅動主梁帶著前后輔助支腿縱移過孔，前后主支腿通過電機減速機驅動吊掛輪箱，吊掛在主梁上自行過孔，可實現墩柱、蓋梁架設和雙T梁架設作業[3]。

1 -主梁 2-前輔助支腿 3-前支腿 4-后支腿 5-后輔助支腿 6-天車 7-橫移軌道 8-液壓系統 9-電氣系統 10-附屬結構 11-蓋梁擋漿抱箍及蓋梁支撐支架 12-立柱安裝牛腿 13-10t輔助小車

天車縱、橫移均設置兩套驅動機構，由電機減速機驅動正常速度走行，縱、橫移油缸驅動微速走行。一體機三個作業面同時施工，可滿足前方安裝墩柱、蓋梁的同時，后方架設預制梁，且一體機具備墩柱支撐牛腿(臨時支撐、調整、固定墩柱用)、蓋梁擋漿抱箍(模板)、蓋梁支撐支架(臨時支撐蓋梁用)的吊裝、定位、安裝功能。表1給出了墩梁已提及的具體運行參數，其適用于30m 跨徑及以下小箱梁的架設、安裝，同時適用于40m跨徑160t普通公路梁架設。

表1 墩梁一體機設計參數

3 墩梁一體化施工方案

3.1 預制墩柱安裝

預制拼裝法施工的墩柱與承臺之間，采用榫槽對位、鋼筋錯位承插，超高強混凝土UHPC連接的形式。預制墩柱安裝工藝流程如圖2所示，通過GPS導航初定位系統對天車運行導航，使立柱進入激光精定位范圍，由激光精定位系統引導墩柱和蓋梁精確就位，天車正常速度走行時，由電機減速機驅動車輪沿軌道走行，天車微動走行時，由縱移及橫移油缸驅動完成。承臺混凝土強度達到100%后，方可進行立柱拼裝作業。承臺頂設調節墊塊，墊塊控制標高、垂直度、墊層厚度，下層為不銹鋼板，上層為橡膠層，總厚度20mm。

圖2 預制墩柱安裝工藝流程

如圖3所示，在預制立柱吊裝作業前，使用由柜式空壓機、儲氣罐、氣動鑿毛機等設備組成氣動成套設備對承臺及立柱接觸面進行鑿毛，再使用高壓水槍將鑿毛面清塵及濕潤，最后使用高壓氣管清除多余積水。安裝擋漿板、千斤頂，立柱四周安裝支撐牛腿[4]。設置8個支撐牛腿，牛腿下面四周放置擋漿板和頂推絲杠，用于對墩柱位置進行微小調整，每個牛腿上設置有1臺手動千斤頂，用于支撐墩柱和調整墩柱姿態。

(a)承臺表面鑿毛

一體機天車將立柱緩慢放置到承臺頂面鋼板上，通過激光精定位系統來引導墩柱在承臺上方就位，通過承臺頂面放置的2cm厚鋼板、2mm薄鋼板和立柱四周八臺千斤頂來調整立柱的偏位、垂直度及標高。初步調試到位后將立柱吊起，準備開始鋪設砂漿墊層。

在砂漿墊層完成后立即進行立柱安裝工作。立柱就位吊裝時將柱底外漏鋼筋對準承臺外露鋼筋間隙緩緩下落，立柱沿四周倒角限位板下放，并通過激光定位系統復測下口中線。中心墊塊未受力前可再次進行微調；中心墊塊受力后，分級卸力，復測立柱上口中線，微調千斤頂，行最終精調工作。利用在四柱的四周安置的八臺千斤頂校正立柱的垂直度。立柱對位完成后，對承臺與立柱間濕接縫進行澆筑UHPC超高性能混凝土。

3.2 蓋梁安裝

預制拼裝法施工的墩柱與蓋梁之間，采用榫槽對位、鋼筋錯位承插，超高強混凝土UHPC連接的形式。預制蓋梁的安裝工藝流程如圖4所示，通過GPS導航初定位系統對天車運行導航，使蓋梁進入激光精定位范圍，由激光精定位系統引導蓋梁精確就位，天車正常速度走行時，由電機減速機驅動車輪沿軌道走行，天車微動走行時，由縱移及橫移油缸驅動完成。施工前先將與混凝土接觸面進行鑿毛清理，將其表面浮塵、油污、松動顆粒等清理干凈，并用水充分潤濕，但不得存在積水。

圖4 預制蓋梁安裝工藝流程

墩梁一體機架橋設備的蓋梁安裝是施工過程中的關鍵環節之一。在蓋梁試吊階段，主要是對蓋梁外露鋼筋和立柱頂部預埋鋼筋之間的定位精度進行初步檢測，以確保滿足設計要求。同時，還需要對蓋梁的軸線和標高進行初步調整。為了實現蓋梁與墩柱之間的精確定位安裝，可以利用激光精確定位系統。該系統通過激光技術實現對蓋梁的精確定位，從而保證蓋梁的軸線和標高的準確性。在安裝過程中，蓋梁的軸線可以通過吊具進行調整，確保其精確下落。而蓋梁的外側端部標高則可以通過手動千斤頂進行微調糾正。

當蓋梁就位進行吊裝時，需要將蓋梁的外露鋼筋對準柱頂的外露鋼筋間隙，緩慢地使蓋梁下降。同時，需要復測蓋梁的軸線、標高、垂直度等數據，以確保安裝的準確性。在中心墊塊未受力之前，還可以進行蓋梁的微調。但是一旦中心墊塊受力后，就需要進行分級卸力，使抱箍逐步受力。此時，蓋梁的垂直度和標高的控制將由激光精確定位系統來完成。當蓋梁安裝就位后，現場可以使用攪拌機攪拌UHPC超高性能混凝土。通過天車+料斗的方式進行澆筑，這將有助于實現預制蓋梁的施工。施工圖5給出了部分預制蓋梁的施工示意。

(a)墊層抹漿

3.3 梁板安裝

架橋機采用尾部喂梁方式，吊梁前應檢查鋼絲繩和吊具的磨損情況。使用后后支腿撐起主梁尾部，然后用運梁車將預制梁喂到架橋機的內部，配合提升小車將預制梁吊起，提升高度高于中支腿橫聯約10cm后停止，具體安裝工藝流程如圖6所示。

墩梁一體機架橋設備中喂梁時應注意以下事項：在梁片進入架橋機之前，應仔細檢查機器上是否存在任何妨礙梁片前進的障礙物，嚴禁梁片與任何物體碰撞。其次，支撐支腿必須牢固，兩側支腿需要平衡調整，以確保整個架橋機水平穩定，支墊需要堅實，特別是在喂梁過程中，以防止尾端下沉現象的發生。在提梁過程中，要仔細檢查起重卷揚機的繩索和制動器情況，以確保其可靠性，只有在條件可靠的情況下才能進行后續操作。在喂梁過程中，應有專人負責指揮和觀察，一旦發現異常情況，應立即停止操作并進行檢查和排查。此外，兩個吊點與梁片端點的距離應相等，以避免卷揚機受力不均，造成超載現象。最后，在使用炮車喂梁時，請注意：1)運梁炮車應將方向盤設置在左右側，而不是居中位置，以避免與預制梁相互干涉；2)運梁炮車的高度應滿足橋機喂梁和提梁的需求。在架橋機后部提梁喂梁時，后支腿必須支撐在橋面(地面)上，以確保安全穩定。對于墩梁一體機架橋設備中的喂梁過程，應遵循以上注意事項，以保證施工的順利進行。

如圖7所示，在確認架梁機處于良好狀態后，緩慢運梁前移。移動時檢查架梁機的順橋向剎車是否工作正常，確認工作正常后再將梁向前移動，前移到位后，可根據測量放位用天車將梁板橫移至落點上方。用運梁車將梁運到橋機尾部，并將預制梁喂到架橋機的內部，配合提升小車將預制梁吊起，提升高度高于中支腿橫聯約10cm后停止。提升小車提著預制梁縱向喂梁到位。將預制梁下落距蓋梁支座墊石4～5cm位置停下。架橋機提升小車橫移縱移微調，將預制梁放在要求的位置。

(a)起吊

對于有伸縮縫位置，應設4cm泡沫板控制好伸縮縫寬度，梁與梁間縫安裝時應控制均勻，梁安裝后應無松動，與支座間應無空隙，否則應用鍥形鋼板墊平。墊平后支座應無松動、無移位，否則預制梁應重新安裝。

3.4 過孔流程

墩梁一體機架橋設備的過孔流程如下。

在過孔流程中，首先將架橋機退回至線路中心，同時將天車退回到后支腿上方。接著進行后輔助支腿的支撐，使后支腿脫離地面。然后進行后支腿的前縱移一跨。接下來進行后支腿的支撐，并使前支腿向前縱移一跨但未支撐。然后前支腿開始支撐，同時前輔助支腿脫離地面。在下一步中，通過前后支腿的驅動，使主梁向前縱移12.5m，同時將天車向后縱移至后支腿后方8.5m的位置。后輔助支腿脫離地面，向前行駛一跨進行支撐。繼續向前移動，整機向前縱移至位，同時前輔助支腿進行支撐。在最后的步驟中，后天車進行蓋梁安裝支架的吊裝，將其安裝至立柱上方。隨后按順序安裝蓋梁安裝支架、擋漿模板和千斤頂等組件，完成過孔流程。墩梁一體機架橋設備的過孔流程按照以上步驟依次進行，保證了施工過程的安全和準確性。該流程經過實踐驗證，可為墩梁一體機架橋設備的過孔工程提供指導和參考(見圖8)。

圖8 墩梁一體機過孔完成示意圖

4 結語

墩梁一體化架橋設備在高架橋施工中展現出了明顯的優勢。采用墩梁一體化設備能夠顯著提高施工效率。相較于傳統施工方式，墩梁一體化設備能夠同時完成墩和梁的建造，無需分階段施工，從而縮短了工期。同時，墩梁一體化設備配備先進的技術和自動化設施，大大減少了人力投入，提高了施工效率。墩梁一體化設備具備機械化操作的特點，通過使用該設備，施工人員可以在保持安全的前提下完成復雜的架橋任務。墩梁一體化設備搭載了各種先進的工程機械，可以在不同的地形和環境條件下靈活操作，并且適應性強。這種機械化操作不僅提高了工作效率，還降低了操作風險，確保了施工的穩定性和質量。