高铁胶接节段箱梁长短线结合法匹配预制施工技术

张启才，唐 剑，龚鹏鑫

(1.中交第四公路工程局有限公司，北京 100022; 2.中交路桥华东工程有限公司，上海 201203)

节段预制拼装工法在国外已有几十年的历史，但国内应用时间较短。节段预制拼装工法根据节段接缝处理方法不同，可分为干法拼装和湿接法拼装[1]。干法拼装的接缝采用环氧类树脂进行节段粘接，减少了现场浇筑节段混凝土接头和养护等强的时间。该法施工速度快、经济效益好，但它对节段尺寸和接缝匹配精度要求非常高，因此，针对不同的工程需要，开展干法节段预制拼装研究。

新建郑州至万州铁路为设计时速350 km的高速铁路，在湖北省襄阳市境内跨越汉江。汉江特大桥全长28.384 km，其中69#墩至89#墩设计为20孔单箱单室等高度预应力混凝土简支箱梁，设计采用节段预制胶接拼装法施工。

单跨节段预制简支箱梁计算跨径为47.45 m，两端悬臂外伸各0.75 m，梁体全长48.95 m，梁高4.585 m。单跨箱梁设计为11个节段，共10条胶接缝，预制段长度有3种规格，分别为2.9 m、4.53 m和4.87 m。梁节段间接缝钢筋不连续，设计剪力键相互匹配传递剪力。接缝面涂刷溶剂型双组分触变性环氧粘接剂后，直接施加临时预压力对接，待接缝环氧胶完全硬化，并张拉纵向通长永久预应力束后，架桥机松钩完成整孔梁的施工。单跨箱梁分节如图1所示。

单位：cm

节段预制分长线法和短线法[2]。短线法预制台座短，各节段需匹配拼装，线形控制复杂，施工成本低，技术要求高，匹配精度低，线形控制难度大。长线法预制台座占用场地面积大，台座基础成本高，但匹配精度高、线形易控制。在二者基础上集成的长短线结合法，具有流水化程度高、线形控制较为直观、测量易于控制，成桥后混凝土收缩徐变对桥梁线形及结构影响小等优点，并且节段预制形成流水线生产，施工速度快，适合于大规模工厂化集中生产[3]。3种方法优缺点分析见表1。

表1 3种预制方法对比分析

根据本工程胶接节段梁特点，比选节段预制方法总体思路是：建设一个占地面积小但质优高效的节段预制流水生产线[4]。为解决胶接接头匹配难度大的困难，宜选取长线法，但施工现场场地有限，存梁区的存梁能力受限，只有加快台座周转率，故宜选择短线法。根据存梁区存梁能力以及制梁工期，对梁场布置进行优化，综合比选采用了长短线相结合法匹配预制新工艺[5]。

计划7个月在预制场预制220节梁段，场地分为制梁区和存梁区2个区域[6]。为了加快预制速度，制梁区的钢筋加工棚、钢筋台座、测量观测塔、短台座、长台座按生产工序沿轴线依次布置，组成一条流水预制生产线，如图2所示。

单位：mm

生产线前端配置2个钢筋绑扎胎架，用于绑扎普通节段整体钢筋骨架，然后是1条短线台座和1条长线台座。其中2.90 m的短线台座配置一套固定模板，仅用于预制端节段。长线台座段纵向总长51.35 m，配置2套纵向滑动模板，用于整跨预制普通节段。长线台座两端分别设置2座观测塔(GCT1,GCT2)，用于制梁时观测定位。

沿生产线轴线方向共轨布置1台20 t和1台200 t龙门吊。存梁区布置在制梁区后，宽度相同，以便龙门吊工作区域覆盖整个预制场，完成所有的起重吊装转运工作。在满足9跨节段梁的储存量和45 d最短存梁期的前提下，只布置50个存梁台座，最多一次可存梁100片。

经过优化布置后，预制场总占地面积10 666 m2，形成一条机械化、工厂化程度较高的长短线法预制流水生产线[7]和100片梁存梁场地。

箱梁预制总体思路是长短台座相结合预制整跨箱梁[8]，在保证节段接缝匹配精度和整跨预制箱梁合理反拱值的前提下，组织生产线循环高速预制梁节段。节段预制总体施工步骤如下：

1)调整短线台座[9]底模板至设计位置，在短线台座上立模、绑扎钢筋、浇筑含端隔墙的1#、11#节段，如图3所示。

图3 在短台座上预制端节

2)利用200 t龙门吊，将达到强度的1#、11#段吊装到长线台座两端的三维底座上，精确调整轴线和高程完成就位，如图4所示。

图4 吊装端节至长台座两端就位

3)使用1#段匹配安装2#段的侧模，整体吊装2#段钢筋骨架进入模板，安装内模和另一侧滑动端模，浇筑预制腹板变厚的2#节段，如图5所示。以同样的方法浇筑预制10#段。

图5 依靠固定端匹配浇筑腹板变厚节段

4)以相同的方法匹配预制3#、9#、4#、8#、5#、7#段，如图6所示。

图6 匹配浇筑其他普通节段

5)利用一套外模和内模，以5#和7#段为匹配段预制6#段，完成整跨简支梁节段预制，如图7所示。

图7 匹配浇筑完成整跨箱梁

6)为了加快生产线效率，充分利用长短台座，采用流水线循环的生产模式预制节段。施工过程中长短线法预制交错进行，即在长线台座上预制节段时，在短线台座上继续预制下一孔梁的端节段，如此循环施工形成流水线生产，如图8所示。

图8 长短台座相结合流水循环预制示意

钢筋绑扎时，除了1#、11#节段梁长差异较大，钢筋骨架[10]需在2.9 m短线台座上直接绑扎外，2#～10#节段的钢筋需在胎具上整体绑扎，然后利用龙门吊整体吊装滑入调整好的模板，形成标准化流水生产工艺。

预应力孔道采用预埋塑料波纹管成孔。为预防波纹管端头出现进浆的现象，在待浇筑节段波纹管与端模间用单锥形橡胶堵头封堵，并用螺栓将橡胶堵头锚固在端模上，采用双锥型橡胶堵头将待浇筑节段与固定匹配节段波纹管连接起来。

模板安装和拆除的自动化程度是节段预制效率的重要影响因素。生产线模板[11]的配置以满足预制场节段预制流水循环生产为原则，全部采用液压调节可纵向滑动模板，以加快模板安全和周转效率。

短台座[7]上设置端头段模板1套，包括固定底模、转动侧模、活动内模、固定端模和活动端模各1套。

长线台座设置全长55.4 m的9个普通节段的通长固定底模，并在跨中设置了11.4 mm的设计反拱值。固定底模两端各设置1套三维端节调节底座。长台座模板配置主要包括可滑动和转动侧模2套，活动内模3套(变厚度腹板段1套，中间普通段2套)，滑动端模2套。内外模都为配置千斤顶支撑和轨道行走系统的大刚度整体钢模，有效地解决了模板承重和快速安拆的问题。

1)节段梁单次浇筑最大方量为62.97 m3，一次浇筑时间须控制在6 h或初凝时间内。

2)混凝土塌落度控制在140 mm～160 mm。浇筑混凝土时应全面分层连续进行。由于梁体较高，浇筑腹板时速度不宜过快，同时注意保持两侧基本同步，防止两侧混凝土面高低悬殊，造成内模偏移。

3)混凝土振捣以插入式振捣棒为主、附着式振捣器为辅，配合使用。

4)混凝土梁体高度较大，悬挂土工布保温养生较困难，除顶面外采用不留死角的自动喷淋系统。

5)箱梁混凝土经养护达到其设计强度的75%后，开始拆除模板。

6)用龙门吊吊运至养生台座，进行整修和冲洗隔离剂，并继续养生至14 d后，吊运至存梁区并标识。存梁高度不超过2层。

节段梁施工线形控制的目的是按照理论反拱曲线预制节段梁，精确控制节段尺寸，并测量实际预制线型为拼装提升数据。节段梁预制线形的调整是一个测量、调整、复核、再调整的过程，整个预制控制过程通过测量塔上的全站仪实现[12]。

1)模板精确测控

长线台座底模固定不动，预制节段两端分别为固定在已浇筑节段和移动端模[13]，每次要对其中线、垂直度等进行复核，然后滑入内模，包紧外侧模。

在底模跨中设置11.4 mm的反拱值[14]，其他点按2次抛物线分配。使用长台座前，须标识每个节段端模安装位置。端模调整时必须保证顶部和底部的中线点位于两观测塔连线上，顶部的2个高程点与设计高程要相同。内外模以端模和底模为基准进行安装，内外模安装完成后，用卷尺测量边长和对角线来检查模板的安装尺寸。

2)预制拼装线形的测量

为了在现场拼装时准确快速地还原整跨梁在长台座上预制时的轴线和标高数据，在每个节段混凝土浇筑后需在梁顶面测点埋设。

测点共设有6个，如图9所示，其中2个轴线控制点E、F，4个标高控制点A、B、C、D。轴线控制点为U形铝合金埋件，标高点为“十”字头镀锌螺栓。在混凝土终凝后，及时对测点进行测量并输入线形监控程序。在所有节段浇筑完毕后，汇总成整跨梁预制线形，为现场拼装提供测点标高数据。

(a)测点埋设平面

3)拼装控制线形的调整

整跨节段梁拼装时使用每个节段上6个控制点来控制拼装轴线和相对高程，以完全复原整跨梁各节段的预制线形。待纵向主筋张拉完毕、箱梁起拱并松钩后，复测各节段标高控制点高程，验证是否与设计计算相符。如果实测起拱值偏差较大时，需调整预制长台座的施工反拱数值，以获得符合要求的最终成桥线形[15]。

经过现场实际表明，灵活运用优化后，长短线结合匹配法流水循环预制节段箱梁可达到1.2节段/d，220个节段梁在6个月内全部预制完毕，比原计划提前1个月。

长短线结合匹配法流水循环预制节段箱梁，具有场内工厂化、机械化程度高，作业环境优良，循环作业易于管理、混凝土质量易控、接缝匹配精度高、预制施工速度快等优点。节段箱梁预制线形准确，为后期现场快速拼装和成桥线形控制提供了有力的保障，可在相类似桥梁工程中广泛推广应用。