公路施工：异形复合变高截面悬拼节段梁短线匹配预制施工工法

- 1 - 异形复合变高截面悬拼节段梁短线匹配预制施工工法异形复合变高截面悬拼节段梁短线匹配预制施工工法 1 前言前言 节段梁是将桥梁上部结构划分为若干标准节段， 在工厂内逐块预制完成后， 运输到施工现场逐块 拼装而成的桥梁。由于施工方法不同，预制方式有长线法和短线法之分，预应力施加方式有体外张拉 和体内张拉。 节段梁施工方法有许多好处，第一是单块重量轻，运输方便 ； 第二是现场占用时间少，施工速度 快；第三是工厂化预制，质量得到保证；第四是施工设备简单，没有大面积围挡支护结构；第五是梁 施工时无噪音、 无粉尘， 最大程度的减少了对周边居民的影响。 因此， 对于交通压力巨大的城市建设， 节段梁施工方法无疑缓解日益突出的城市交通拥堵问题。 节段梁施工技术是一项成熟的施工技术。20 世纪 60 年代早期，欧洲首先出现了节段预制拼装的 钢筋混凝土箱梁的施工技术。该技术在 70 年代传到美洲，由于该技术有着较好的经济效益和美观效 果，逐渐推广到世界各地。这种施工技术在 80 年代被引入亚洲，结构型式呈现复杂多样化的趋势。 于 2001 年建成的上海浏河大桥为国内首次采用节段预制拼装施工方法的大桥，之后建成的江苏苏通 大桥， 厦门集美大桥和厦门快速公交系统 BRT 等工程都采用了此施工工艺。 从已知的桥梁外观外形看， 主要是等截面箱型结构梁。本工法研究的是异形截面梁，其结构特征是上部为双线 U 型结构，下部为 单箱双室变截面结构，梁底按 1.8 次方抛物线变化。其特点是桥梁总体重量较轻，外观美，兼顾了安 全挡护和声屏障功能，是城市轨道交通专用桥梁。从已知的施工技术看，该种结构类型尚没有先例， 因此，施工方法和施工设备是其研究的重点。 针对异形截面节段梁施工难度较大的特点， 中铁二十三局集团有限公司申报中国铁建股份公司重 难点课题 “异形复合截面变高悬拼节段梁短线匹配预制施工技术研究” 进行科技攻关， 该技术于 2016 年 8 月 29 日经专家评审鉴定，达到国际先进水平。查新报告结论为关键技术具有新颖性和创新性。 关键技术申请两项国家专利“异形截面悬拼节段梁短线匹配法施工方法及装置（201610729412.8）” 和“异形截面节段梁短线台位匹配法线形控制方法及装置（201610729414.7）” 。该工法已成功应用 于上海轨道交通 17 号线的朱泖河桥、东后浦河桥、跨沪青平公路桥等 20 座节段悬拼连续梁桥，取得 了较好的经济效益和社会效益。 2 工法特点工法特点 2.1 高效节能的特点 采用三维软件设计模型，将模型分解为上下两部分，上部结构共用，下部结构单做，突破传统一 梁一模做法，提高了模型利用率，降低了模型生产费用。变高底模共用、连续周转，充分发挥了模板 的效能，使模板高效循环流转，大大降低模板制造成本。在结构非常复杂的情况下，模板周转效率不 第 1 页 共 22 页 - 2 - 低于传统等截面节段梁短线法工艺， 平均模板周转速度达到 2.5 天一周转。 同时相比传统现浇施工方 式，工厂化流水作业，所耗人工和材料少。 2.2 高精度线形控制的特点 在节段预制线形控制中，采用一对强制对中墩控制模板轴线，采用与轴线正交、铅垂的固定端模 控制节段端面，采用 1″级高精度徕卡全站仪控制固定端模上基准点及梁面六个控制点，系统误差控 制在轴线误差、标高误差均为 1mm 以内。采用有限元计算软件，对桥梁结构进行复核验算并模拟施工 阶段，计算出适合的预拱度，结合设计平曲线和竖曲线，拟合出桥梁预制线形。 采用线形监控软件，实时分析已预制节段（同一座桥或同一 T 构）的误差，利用反向补偿原理， 提供下一节段预制的纠偏指令，动态修正制造误差，实现系统高精度。 2.3 安全、节能环保的特点 节段梁采用工厂化预制施工作业，施工场地占用少，对环境影响小。梁体的预制与桥梁下部结构 施工可平行作业，大大缩短建桥工期；节段梁混凝土收缩徐变小，竣工后梁体线形变化不大；工厂化 的节段梁预制生产，便于生产组织和整体施工质量的控制 ； 节段梁集中预制生产，利于保护周边生态 环境， 使得工程带来的不良影响达到最小程度， 并在降低施工难度的同时， 能够保证施工的高度安全。 3 适用范围适用范围 本工法适用于大跨度拼装式连续梁桥施工。 4 工艺原理工艺原理 4.1 桥梁结构及模型原理 本工法桥梁设计为大跨度双线连续梁桥， 结构特征为上部双线 U 型结构， 下部单箱双室变截面结 构，桥跨正立面如图 4.1-1 所示，梁横截面图如图 4.1-2 所示。因为梁底按 1.8 次方抛物线变化，每 段底模弧度变化不同，因此技术上计划采用单独加工底模的方案。在施工方法上，上部 U 型模型固定 不动，下部底模安装在移动小车上，通过液压支撑和机械锁定的方式定位。难点是线形控制和在重力 作用下模型变形。 由于梁底箱型部分抛物线变化，所以每个底模的弧度和高度均不同，为了保证桥梁的线形，本项 目采用更换底模方案，以 55 米跨桥为例，半个 T 构由 7 个节段组成，一个生产台位配制两套底模供 周转使用，三个台位共配置 6～7 套底模。 本工程异形截面节段梁模板设计考虑如下原则 （1）通过侧模包底模、调节底模高度，兼容 50/55/70 米桥。 第 2 页 共 22 页 - 3 - （2）通过固定端模不动，纵向调节侧模，兼容 2.5-3.5 米不同长度节段。 （3）通过换不同高度底模，兼容 2.25-4.2 米不同梁高节段。 （4）通过调节匹配梁姿态，适应平曲线、竖曲线变化。 图 4.1-1 全桥正立面图 1上部 U 型截面构造；2下部单箱双室箱型截面构造；3剪力键；4预应力钢束张拉孔 图 4.1-2 异形截面变高悬拼节段梁截面图 4.2 节段短线匹配预制原理 异形截面短线匹配法节段预制施工技术是将连续梁按照“T”构形式划分为若干节段，在预制工 厂的预制台座上，利用循环使用的模板系统逐段匹配、流水预制，待梁段达到设计强度要求，将其运 至施工现场组拼成桥。具体做法是每个节段梁的灌注均在同一特殊的模板内进行,其一端为一个固定 的端模， 另一端为已浇梁段,待灌注梁的位置不变,通过调整已灌注匹配梁的几何位置获得任意规定的 平、纵曲线的一种施工方法。浇筑时，每半 T 构梁段预制起始梁段采用一端固定端模，一端活动端模 进行浇筑外，其余梁段则采用一端为固定端模，另一端为已浇的前一梁段做匹配梁段进行浇注，确保 了相邻梁段匹配接缝的拼接精度，当新浇梁段初步养生、拆模后，匹配梁段即运走存放，而把新浇梁 段转移到该位置上作为新匹配梁段， 完成下一梁段的预制， 并依此循环完成半 T 构梁段的预制。 双 U 箱型变高复合截面悬拼节段梁短线匹配法预制工艺示意图如图 4.2 所示。 第 3 页 共 22 页 - 4 - 图 4.2 异形截面悬拼节段梁短线匹配预制施工工艺图 5 施工工艺流程及操作要点施工工艺流程及操作要点 5.1 梁段预制施工工艺流程图见图 5.1，操作步骤示意如表 5 所示。 移除前一节段 安装本段底模 钢筋骨架吊装 安装内模 固定端模复测 混凝土浇筑、养护 拆除模板 匹配梁段转运存放 新浇梁段移至匹配梁位置 测量控制 钢筋绑扎、波纹管及预埋件安装 混