王 勇 劉 澤 何開偉

（中鐵二局集團有限公司，610032，成都∥第一作者，教授級高級工程師）

節(jié)段預制拼裝造橋技術一般是指以縱向為主進行分段預制和拼裝的造橋技術，是將橋梁的梁體沿縱向劃分為節(jié)段，在工廠預制后運輸至橋位進行橋位組拼，即先“化整為零”后“化零為整”，并施加預應力使之成為整體結構物的一種橋梁建造方法。由于工藝要求，其梁體截面一般采用箱形梁，國外也見槽形梁形式。節(jié)段預制拼裝造橋技術本質上和常規(guī)懸臂分段澆筑、節(jié)段預制頂推一樣，是分段建造橋梁的一種，在原理上是由預應力結構、箱梁設計和分段施工法綜合而成［1］。預制節(jié)段拼裝工法在國外較普及，法國工程師E·弗萊西奈在1945—1948年采用預制節(jié)段施工方法建造了5座橋梁，之后逐步在歐美、東南亞廣泛應用。橋梁預制節(jié)段拼裝技術在中國內地起步較晚，隨著預制節(jié)段拼裝施工技術、體外預應力技術和先進架橋設備技術的完善，我國預制節(jié)段拼裝施工技術得到了創(chuàng)新發(fā)展，2001年瀏河大橋體外預應力混凝土簡支梁橋采用預制節(jié)段拼裝施工工藝取得成功［2］，隨后，上海長江大橋引橋、廣州地鐵、東莞市城市快速軌道交通等項目陸續(xù)采用節(jié)段預制拼裝施工工藝［3］。我國在連續(xù)剛構橋節(jié)段預制和拼裝模具裝配化設計和施工方面的創(chuàng)新偏少，本文介紹了結合工程實踐研發(fā)的節(jié)段預制裝配化模具、線形監(jiān)控軟件、連續(xù)剛構節(jié)段拼裝裝配式模具等新技術和新工藝，供類似工程參考和借鑒。

1 工程概況

廣州地鐵14號線一期施工3標土建工程高架區(qū)間位于廣州市從化區(qū)太平鎮(zhèn)、街口鎮(zhèn)，高架橋全長5.8 km。其中采用預制節(jié)段梁拼裝法施工39聯，共113跨，最大跨度40 m，橋梁跨度通過標準節(jié)段數量和墩頂現澆0#塊長度進行調節(jié)。全橋共有12種跨徑組合，包括2× 25 m、2× 30 m、2× 38 m、3× 36 m、3× 38 m、3× 40 m、4× 36 m、4× 38 m、38 m+40 m+38 m、37 m+36 m+36 m、37 m+3 m ×38 m、38 m+3 m×40 m共12種跨徑組合的連續(xù)剛構，連續(xù)剛構橋梁兩跨一聯共10聯，三跨一聯共23聯，四跨一聯共6聯。連續(xù)剛構每聯中墩墩頂為現澆梁段，邊墩墩頂為預制梁段，預制梁段與墩頂現澆0#塊間預留20 cm寬澆濕接縫。節(jié)段拼裝連續(xù)鋼構橋見圖1。

將連續(xù)剛構節(jié)段拼裝橋梁劃分為短節(jié)段箱梁預制，運輸至現場，采用架橋機拼裝架設并完成預應力張拉成整跨梁；然后將整跨梁置于臨時支墩上，待整聯簡支梁施工完成后，通過通長預應力束張拉和混凝土后澆使多跨簡支梁與墩頂現澆0#塊同橋墩連接，形成整聯連續(xù)剛構梁。

圖1 節(jié)段拼裝連續(xù)剛構橋

2 節(jié)段預制裝配式模具

2.1 節(jié)段預制模具

節(jié)段梁分為標準、過渡、端節(jié)段3種類型。標準節(jié)段梁長2.6 m，重36.5 t，截面型式為單箱單室，梁高2 m，梁底寬度2.4 m，頂板寬度10 m，頂板厚0.25～0.55 m，底板厚0.3～0.6 m，腹板厚0.3～0.6 m。每孔梁設4個過渡節(jié)段，長2.4 m，重44.0～47.2 t。端頭節(jié)段長2.4 m，橫隔板與邊墩等厚，內設后澆混凝土與邊墩固接，重41.2 t。節(jié)段梁最大節(jié)段重49 t，最大跨梁重606 t。

根據短線法節(jié)段匹配預制原理、線形控制精度、工程進度要求和模板使用功能、安拆需要，結合梁場生產線布置，配置7套模板，與制梁單元按1:1配置。研制的裝配式預制模板由固定端模、底模、外側模、內模及其滑動支架、底模臺車和液壓控制系統6部分組成。經方案比選，兼顧經濟合理、簡單適用原則，配標準節(jié)段內模4套、過渡節(jié)段內模2套、端節(jié)段內模2套。

底模小車液壓系統由液壓泵站、控制閥組、4個豎向垂直油缸、2個水平油缸等組成，通過4個豎向垂直油缸、2個水平油缸實現底模平臺三維的動態(tài)定位調節(jié)。內模調節(jié)液壓系統由液壓泵站、控制閥組、左右各2組豎向垂直油缸、左右2組下角旋轉油缸、左右2組上角旋轉油缸等組成，通過這幾組油缸實現內模的伸縮就位等動態(tài)定位調節(jié)。節(jié)段預制模板系統見圖2。

圖2 節(jié)段預制模板系統

2.2 節(jié)段鋼筋制作和定位模具

節(jié)段鋼筋籠重約3.5 t，接觸網立柱及端梁鋼筋密集，預埋件多，梁頂預埋豎向吊孔、臨時張拉孔多達48個，腹板、底板有波紋管14條，中部疏散平臺立柱預埋螺栓多達12條。快速、精確地綁扎鋼筋籠以及整體吊裝鋼筋籠并確保不變形是2大難題。開發(fā)的型鋼組合設計專用胎架，通過設U型定位卡、預埋筋和定型定位支架確保波紋管和預埋件位置準確，將頂板支撐槽鋼設置為可抽動形式，設計多點吊具吊裝鋼筋籠。研發(fā)的定位架操作方便，使預留孔定位牢固、準確，有效防止了抽拔管發(fā)生位移，避免了預留孔位置誤差超標，采用普通材料，加工制作成本低，可重復使用。節(jié)段預制裝配化模具見圖3。

2.3 裝配式測量塔

節(jié)段預制線形監(jiān)控是箱梁節(jié)段預制的關鍵環(huán)節(jié)，而線形監(jiān)控的基礎是一套穩(wěn)定、高精度、簡單適用的坐標控制系統。傳統的平面、高程控制系統不能滿足上述特殊要求，為此設計了一種滿足上述要求的測量塔。節(jié)段預制線形監(jiān)控測量塔主要包括測量塔基礎、立柱、支架、觀測平臺、人行扶梯、頂部雨棚和強制對中基座，構件采用裝配式結構，便于安裝和拆除。測量塔基礎采用14 m長φ 400 mm鋼管通過靜壓入土形成，外露4.5 m，埋深9.5 m；制梁單元中軸線與前后測量塔基點連線重合，鋼管內澆筑C30混凝土，頂部預埋強制對中基座代替?zhèn)鹘y腳架，全站儀與基座采用螺母連接。測量塔強制對中和預制臺座控制系統共同組成線形監(jiān)控控制系統，其同一軸線上的兩個測量塔互為目標塔，測量塔同時也是采集平面控制數據的觀測平臺。裝配式測量塔見圖4。

圖3 節(jié)段預制裝配化模具

圖4 裝配式測量塔

3 臨時支墩裝配化設計

針對節(jié)段拼裝連續(xù)剛構橋臨時支墩特點，設計了裝配化的臨時支墩。臨時支墩結構由鋼管支撐立柱、連接桁架、絲桿支撐頂托、分配梁、支座砂箱裝配組合而成，其中邊支墩頂端增設2 m節(jié)的托架結構，用于架橋機架設邊跨及縱移過跨時支撐前支腿、前承重支腿。每個橋墩位置通過2排4組立柱形成框架式主體結構，連接桁架將4組立柱連接形成整體，絲桿頂托支撐于墩身進行加固；分配梁安裝于立柱頂端，用于分配橋梁支撐力和架橋機支腿站位；支座砂箱作為橋梁的4個支撐點，根據節(jié)段梁梁底橫向尺寸安裝于分配梁上；整跨節(jié)段梁落梁在臨時支墩上后，可采取掏出支座砂箱內細砂的方式降低橋梁高度，在分配梁處安裝500 t液壓千斤頂頂升橋梁高度，以調整橋梁標高、控制線性。臨時支墩見圖1。

3.1 臨時支墩設計

臨時支墩立柱采用薄壁空心鋼管，鋼管直徑820 mm，壁厚12 mm，采用Q235鋼。計算采用最高墩身21 m，最大跨度為40 m邊跨作為荷載進行設計和檢算。架橋機在架設交接墩時，由于墩身無支點，架橋機架梁狀態(tài)所有荷載均由臨時支墩支撐。根據文獻[4]計算臨時支墩支撐所承受的荷載，并進行強度計算和壓桿穩(wěn)定性計算。計算結果表明，強度符合要求；壓桿滿足穩(wěn)定性要求，若考慮偏載，偏載在10%范圍內，穩(wěn)定性也可滿足要求。

3.2 托架設計

當架橋機完成連續(xù)梁中跨架設，向邊墩走行時，架橋機2#支腿無支撐位置，故需在支架上設計托架，用于1#支腿支撐倒換至2#支腿。托架縱梁采用300 mm×250 mm×6 mm×8 mm H型鋼，斜撐采用32雙槽鋼并深入立柱內對此立柱做特殊加固處理，分配梁采用支撐混凝土整跨橋的分配梁所構成的三角支撐托架型式。為提高抗傾覆性，該托架與墩身采用抱箍形式并通過機械千斤頂與橋墩剛性支撐，連接使用8.8級M24×50高強螺栓。架橋機與托架位置關系見圖5。

圖5 架橋機和托架位置關系圖

3.3 墩頂現澆0#塊裝配式支架

連續(xù)剛構節(jié)段拼裝中墩頂0#塊現澆數量大，為此設計了墩頂現澆梁0#塊裝配式承重支架體系，由裝配式型鋼支架立柱、立柱連接系、雙拼槽鋼、千斤頂等4大部分組成。立柱分頂節(jié)、標準節(jié)和調節(jié)3種，采用鋼管桁架立柱、分體式設計，左右幅均由4個立柱，水平方向通過螺栓組裝成一個“臨時結構體”，左右“臨時結構體”通過后裝連接系形成一個“拼裝單元”，“拼裝單元”豎向通過高強螺栓拼接形成支架體系。與傳統滿堂支架相比，該支架全部支撐于承臺上，只需安拆“拼裝單元”螺栓及連接系螺栓即可實現整體快速吊裝，流水化作業(yè)。同時，通過調節(jié)千斤頂，可快速、精準調整標高，確保墩頂塊施工質量，具有穩(wěn)定性強、安拆方便、調節(jié)精度高、可重復倒用等優(yōu)點，對矮墩（25 m內）箱型墩頂梁段具有較好的適用性?，F澆墩頂0#塊裝配式支架見圖6。

圖6 現澆墩頂0#快裝配式支架

3.4 墩柱施工裝配式輔助平臺體系

目前橋梁墩柱鋼筋綁扎、模板安拆等輔助施工平臺一般采用扣件式雙排鋼管支撐體系，存在倒用次數多、現場安裝不規(guī)范、檢查驗收工序頻繁等問題。針對上述問題研究設計定型裝配式結構，該結構由多個高1.55 m“標準單元”豎向拼接而成，相鄰“標準單元”骨架豎向通過高強螺栓連接。每個“標準單元”骨架均由鋼管、連接系、防護網、爬梯、操作平臺等5個小件組成，每個小件由工廠統一生產，現場組拼而成，實現設計安裝標準化。裝配式輔助平臺系統見圖7。

4 節(jié)段拼裝裝配式模具

節(jié)段拼裝連續(xù)剛構橋墩柱和0#塊為現澆，節(jié)段梁在預制場集中預制，驗收合格后運輸至現場吊裝，節(jié)段拼裝采用高位張拉、低位落梁施工技術；架橋機天車從兩側端梁向中間標準節(jié)段方向起吊、懸掛；首片端節(jié)段梁需利用天車調平液壓缸將端梁的縱向、橫向均調為水平懸掛狀態(tài)，后續(xù)梁體以此匹配對位；高位張拉后落梁，現澆濕接縫，完成體系轉換，最后施作兩側擋板和橋面系。

圖7 裝配式輔助平臺系統

4.1 節(jié)段拼裝架橋機選型設計

節(jié)段拼裝架橋機按橋型設計采用的拼裝工藝分為逐跨拼裝法和對稱懸拼法；按整機支撐受力方式分為上行式和下行式2種類型；按過跨模式不同分為一次走行到位與分部走行（即兩跨和一跨半模式）。

4.1.1 架橋機的選型設計應考慮的主要因素

（1）滿足不同跨度的節(jié)段拼裝高位張拉、整孔落梁施工工藝要求；

（2）能適應預制節(jié)段在架橋機下方及后方等喂梁拼裝方式；

（3）起重天車起吊能力和架橋機整機承載質量滿足要求，兼具通用性；

（4）支腿能滿足通過既有現澆橋梁的要求，能滿足不同類型橋墩、墩頂現澆0#塊的要求，能滿足在臨時支墩上穩(wěn)定支撐的要求；

（5）能滿足跨既有線等限高要求；

（6）具有良好的整體穩(wěn)定性和適應性；

（7）拼裝架設安全高效。

4.1.2 本工程研制的架橋機特點

根據本工程設計特點及現場施工條件，選用上行式、逐跨拼裝法、大行程油缸整體落梁、一跨半式過跨結構模式，滿足40 m跨700 t預制箱梁節(jié)段拼裝要求。該節(jié)段拼裝架橋機設計特點：①采用大行程油缸整體落梁裝置；②后支腿采用“O”形結構形式，尾部取梁時節(jié)段混凝土梁采用順序吊運拼裝；③架橋機總高可以滿足安全通過既有橋梁、高壓線等限高物；④走行和架梁均通過支腿油缸調節(jié)架橋機坡度；⑤一跨半式結構，后支腿驅動減速機走行；⑥起重天車采用遙控操作全變頻PLC（可編程邏輯控制器）控制技術；⑦前后支腿結構設計能滿足可靠支撐在預先搭設好的各類臨時支墩上；⑧整機可兼容25～40 m跨700 t預制節(jié)段拼裝橋梁施工，便于常規(guī)設計跨度工程兼容使用。架橋機見圖1。

（1）創(chuàng)新設計了高效落梁裝置：一是將8個行程為0.15 m的落梁油缸優(yōu)化為4個行程為1.2 m的大行程落梁油缸，并在油缸兩側備有螺旋保護絲桿；整孔箱梁落梁時，可縮短換油缸行程時間，減少4人操作，既安全，又提高工效。二是在60 t起重天車兩側增設液壓頂升油缸，用于頂升、脫空落梁裝置，同時在落梁裝置底座設置4點馱運機構，用于起重天車“馱著”落梁裝置移動，使落梁裝置能快速、平穩(wěn)整體移至主框架尾部充當過跨配重，節(jié)約過跨的時間。

（2）優(yōu)化了架橋機過跨驅動模式：承重支腿電機托輥滾輪驅動整機前移方式優(yōu)化為縱移液壓油缸驅動整機前移的方式，滾動摩擦優(yōu)化為滑動摩擦，且液壓驅動油缸具有防溜鉤功能，明顯提高架橋機過跨的安全系數。

（3）增設臨時吊裝起重天車：在原設計一臺60 t主天車的基礎上，增設了一臺10 t副天車，有效解決了輔助施工機具吊裝速度慢的問題，優(yōu)化了資源配置，明顯提高了工效。

4.2 濕接縫施工裝配式移動模架

節(jié)段拼裝連續(xù)剛構后澆濕接縫施工是關鍵工序之一，具體工況為梁體已基本成型，每跨簡支梁位于臨時支墩上，待高空原位澆筑后澆帶濕接縫并張拉連續(xù)鋼束后，才完成簡支變連續(xù)的體系轉換。針對節(jié)段拼裝后澆濕接縫數量多（148個）、高空作業(yè)風險高、常規(guī)支架搭設困難等難題，研制了由走行大架、懸吊平臺、中間連接平臺裝配化組裝的現澆濕接縫施工移動模架，將傳統的“支架搭設靜態(tài)模式”創(chuàng)新為“空中懸吊可移動式模式”，解決了現有技術中橋梁后澆濕接縫施工需要現場根據地理環(huán)境搭設簡易支架或平臺時存在的支架或平臺通用性不強和耗時長的問題。

裝配式模架由槽鋼焊接而成，通過螺栓連接成整體，滾輪在橋面行走，底部構件活動式設計可實現“穿越”橋墩和臨時支墩，兩側設有配套防護欄桿，形成了一個安全、封閉、可移動的施工環(huán)境，安全系數和工效明顯提高。裝配式移動模架見圖8。

圖8 裝配式移動模架

4.3 臨時預應力張拉裝置［5］

為滿足節(jié)段梁混凝土表面壓應力≥0.3 MPa，且在大氣溫度下節(jié)段任何截面均不產生拉應力的設計指標要求，經計算，需在節(jié)段梁頂、內箱各設置4根φ 25 mm精扎螺紋鋼進行臨時預應力張拉。節(jié)段梁體分節(jié)吊裝后截面涂膠完成50 min內，為保證兩節(jié)段梁的匹配面緊密接觸，膠體擠出梁縫，確保在簡支鋼束永久預應力張拉前，節(jié)段梁之間不會相對錯動，采用精扎螺紋鋼在節(jié)段梁頂板、底板進行第一次張拉，即臨時預應力張拉。為此，開發(fā)了節(jié)段頂板臨時預應力張拉臺座裝置，由鋼板焊接制作而成，可多次倒用，極大地提高了工效。臨時預應力張拉裝置如圖9所示。

圖9 臨時預應力張拉裝置

4.4 移動式橋梁擋板安裝防護裝置

節(jié)段拼裝連續(xù)鋼構橋面擋板采用預制場集中預制、現場拼裝法，將擋板按照長度2 m分塊集中預制，通過吊裝設備逐塊吊裝臨時固定，擋板與梁面現澆層澆筑固定成型。擋板裝配式施工極大地提高了工效，縮短了工期，但通常城市軌道交通高架橋作業(yè)面受限，橋面翼緣板兩側擋板吊裝期間需要加強防護。為此，研發(fā)移動式橋梁擋板安裝防護裝置，該移動裝置采取縱、橫全對稱設計，由槽鋼焊接成框架結構，通過螺栓與擋板吊裝移動龍門吊剛性接，兩側懸挑鋼結構焊接鋼板實現“兜底”防護，借助底部滾輪與龍門吊同步移動，實現安全防護與擋板吊裝同步。解決了高架橋擋板安裝移動防護的難題，相比固定防護設施成本更低，安拆方便，可重復利用。移動式橋梁擋板安裝防護裝置見圖10。

圖10 移動式橋梁擋板安裝防護裝置

5 結語

城市軌道交通高架橋節(jié)段預制拼裝工藝在減少占道和交通擁堵方面相比支架現澆梁具有明顯的優(yōu)勢，被越來越多的城市軌道交通工程所采用，推動了節(jié)段預制拼裝工藝的發(fā)展和創(chuàng)新。黨的十九大提出“建立健全綠色低碳循環(huán)發(fā)展的經濟體系”，節(jié)段預制拼裝工藝通過創(chuàng)新實現更大的裝配化作業(yè)，研發(fā)更多的裝配式模具，有效地保證施工安全和結構質量，提升施工效率，降低施工成本，提高模具的周轉使用效率，降低能耗，符合國家大力倡導的綠色低碳循環(huán)發(fā)展理念，對于形成節(jié)約資源和保護環(huán)境的產業(yè)結構是有著積極的意義。

（1）節(jié)段預制模具、鋼筋制作和定位裝置、測量塔等應盡可能按裝配式設計，便于循環(huán)利用；

（2）應重點控制節(jié)段預制精度，鼓勵開發(fā)具有自主知識產權的線形監(jiān)控軟件，提高預制節(jié)段匹配精度；

（3）節(jié)段拼裝架橋機的選型設計應充分考慮通用性和兼容性，以及城區(qū)施工特殊限高要求；

（4）節(jié)段拼裝連續(xù)剛構橋施工在墩柱輔助施工平臺、臨時支墩設計、0#塊現澆支架、濕接縫現澆模架、臨時預應力張拉裝置、擋板預制與防護等輔助措施和工藝方面應考慮裝配化、移動式，采用BIM（建筑信息化模型）技術等輔助信息化手段，推動城市軌道交通建設踐行綠色低碳循環(huán)發(fā)展。

參考文獻

［1］（美）小波爾特·波多爾尼，（法）米勒爾·JM.預應力混凝土橋梁分段施工和設計［M］．萬國朝，黃邦本，譯．北京：人民交通出版社，1986.

［2］ 黃芳瑋，劉顯暉，等.預應力新技術在新瀏河大橋中的運用［J］.上海公路，2001（B12）：84.

［3］ 中華人民共和國鐵道部.鐵路橋涵鋼筋混凝土和預應力混凝土結構設計規(guī)范：TB 10002.3—2005［S］.北京：中國鐵道出版社，2005.

［4］ 江正榮.建筑施工計算手冊［M］.3版.中國建筑工業(yè)出版社，2013.

［5］ 中鐵二局股份有限公司.一種臨張拉預應力錨固裝置：中國，ZL201320490208.7［P］.2014-01-29.

［6］ 張立青.節(jié)段預制拼裝法建造橋梁技術綜述［J］.鐵道標準設計，2014，58（12）：63.