康劍鋒

(中鐵第四勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司 湖北武漢 430063)

1 概述

我國高速鐵路發(fā)展迅速，為保證線路平順，大量采用以橋代路，橋梁長度占正線長度比例往往超過60%[1]。其中，預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁在高速鐵路橋梁中得到了廣泛應(yīng)用。連續(xù)梁橋的施工一般采用懸臂澆筑和節(jié)段預(yù)制拼裝法。相較于懸臂澆筑法，節(jié)段預(yù)制拼裝法由于適合標(biāo)準(zhǔn)化、工廠化、機(jī)械化、結(jié)構(gòu)裝配化施工的特點(diǎn)，可以有效提高現(xiàn)場施工效率，有效加快橋梁建設(shè)速度[2]，在歐洲、美國、日本等發(fā)達(dá)國家應(yīng)用較為廣泛，其工程造價(jià)也隨著技術(shù)推廣逐步降低。隨著我國基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)水平不斷提高，預(yù)制工藝、運(yùn)輸能力、吊裝設(shè)備和粘結(jié)材料等材料工藝和設(shè)備不斷得到發(fā)展，也出現(xiàn)不少采用節(jié)段預(yù)制拼裝技術(shù)的實(shí)例[3-11]。

現(xiàn)有的節(jié)段匹配預(yù)制方法主要有短線法和長線法2種[12]。長線法是將主要部件分成半段或整段，并將適當(dāng)?shù)牟考旁诘鬃?，直到半跨形成整段。短線法分段預(yù)制，每段在同一模板中澆注，分段預(yù)制成型。此文以某高速鐵路特大橋主跨(32+48+32)m無砟軌道預(yù)應(yīng)力混凝土雙線連續(xù)梁為工程背景，對(duì)短線法預(yù)制膠結(jié)拼裝技術(shù)的施工工藝展開相關(guān)研究。

2 工程概況

某高速鐵路站前標(biāo)段中的一特大橋跨越大型河流，其中主跨(32+48+32)m連續(xù)梁里程為DK73+512～DK73+625，線路小里程與夾角河流為106°，連續(xù)梁全長113 m，在附近梁場(中心里程DK68+700)進(jìn)行節(jié)段預(yù)制及存放，輪胎式運(yùn)梁車運(yùn)至現(xiàn)場裝配，梁場大型臨時(shí)設(shè)施費(fèi)用為429萬元。

連續(xù)梁梁體截面為單箱單室，底板、腹板及頂板局部逐漸向內(nèi)側(cè)加厚以適應(yīng)不同位置處的受力變化。在連續(xù)梁支座位置附近，設(shè)置橫隔板，并在橫隔板設(shè)有過人洞。橋梁寬12.6 m，橋梁全長113.5 m，計(jì)算跨度為(32+48+32)m，截面中心線處梁高3.035 m，梁底下緣按直線變化。邊支座中心線至兩端0.75 m，梁縫分界線至梁端0.1 m。邊支座橫橋向中心距4.5 m，中支座橫橋向中心距4.5 m。

3 短線法膠結(jié)拼裝方案分析

在考慮交叉作業(yè)及流水施工的條件下，針對(duì)該連續(xù)梁(32 m+48 m+32 m)，將節(jié)段拼裝法與懸臂澆筑法施工工期進(jìn)行對(duì)比(見表1)，可以看出節(jié)段拼裝法施工能有效節(jié)省工期。由于受本項(xiàng)目三年半施工總工期控制，最終確定本工程采用預(yù)制拼裝節(jié)段梁的方案，保證建設(shè)工期。

表1 (32 m+48 m+32 m)連續(xù)梁節(jié)段拼裝法與懸臂澆筑法工期比較

目前，懸臂拼裝法與整孔拼裝法是預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁施工常用的施工方法。兩種施工方法節(jié)段預(yù)制的方法是相同的，但具體采用哪種方法通常根據(jù)橋梁跨度來選擇，其跨度界限為60 m?？紤]到架橋機(jī)自重，跨度大于60 m時(shí)，多采用懸臂法拼裝；跨度小于60 m時(shí)，一般采用整孔拼裝法施工?，F(xiàn)就長線法預(yù)制和短線法預(yù)制方案展開論述。

長線法發(fā)展較快，技術(shù)也比較成熟，但底模的最小長度必須等于橋梁長度的一半。因此，長線法所需的預(yù)制場地較大，難以節(jié)省土地。短線法預(yù)制適合在工廠內(nèi)進(jìn)行節(jié)段預(yù)制，設(shè)備周轉(zhuǎn)率高，生產(chǎn)速度快。目前，我國高速鐵路發(fā)展迅速，并積極拓展海外市場。這就要求橋梁具有良好的施工質(zhì)量，較短的工期及較低的建設(shè)成本。而短線法雖然發(fā)展稍晚，但該方法能夠較好地控制成橋精度及成橋線型，便于模塊化及批量化生產(chǎn)，在高速鐵路建設(shè)中具有廣泛應(yīng)用前景。因此，考慮到橋梁在該項(xiàng)目中所占的重要份額，選擇短線法施工以提高建筑效率。

4 短線法膠結(jié)拼裝施工技術(shù)方案

4.1 預(yù)拼裝方案

短線法膠結(jié)拼裝對(duì)精度的要求較高，需要在梁端膠拼前進(jìn)行試拼裝，以免因各梁段拼接面傾斜度及標(biāo)高不一致而增加涂膠后的梁段位置調(diào)整工作量，從而保證成橋精度。

試拼裝采用專用運(yùn)梁車運(yùn)梁，梁段通過大龍門吊提升。試拼裝要求梁段的拼接面達(dá)到完全匹配，因此在試拼裝過程中，應(yīng)調(diào)整待拼節(jié)段標(biāo)高至上述標(biāo)準(zhǔn)。此時(shí)梁段塊件預(yù)應(yīng)力管道接頭應(yīng)對(duì)位成功，且臨時(shí)預(yù)應(yīng)力鋼筋及張拉設(shè)備滿足要求。

試拼完成后，在不調(diào)整梁段的標(biāo)高和傾斜度的前提下，將梁段縱向平移0.4～0.5m，以便下一步膠拼。

預(yù)拼裝應(yīng)注意控制基礎(chǔ)沉降并實(shí)時(shí)監(jiān)測，不得破壞節(jié)段梁端面及剪力鍵。

4.2 膠結(jié)材料與工藝

4.2.1 涂膠連接

膠結(jié)材料除應(yīng)滿足基本力學(xué)性能，如抗拉、抗壓強(qiáng)度和粘結(jié)能力外，還應(yīng)具備較好的耐久性，特別是在濕熱、高溫環(huán)境下抗老化的能力。此外還應(yīng)具備較好的觸變性，便于施工。環(huán)氧樹脂是目前較為常見的滿足上述要求的粘結(jié)劑。環(huán)氧樹脂粘結(jié)劑一般分為A、B兩種組分，其中A組分為環(huán)氧樹脂，B組分為固化劑，并輔以相關(guān)輔助材料改善性能，其配合比往往根據(jù)現(xiàn)場溫度變化情況進(jìn)行調(diào)整。

環(huán)氧樹脂涂膠材料的拌制應(yīng)在避免與空氣接觸的條件下，以400 r/min的速率攪拌2～3 min，至顏色均勻。涂膠過程中，可以將箱梁截面分為多個(gè)工作面同時(shí)施工，以加快涂膠進(jìn)度。環(huán)氧樹脂厚度為2～3 mm，遇到混凝土有凹凸面的情況，應(yīng)先進(jìn)行修補(bǔ)處理。

在接縫面涂膠前，為保證接縫粘結(jié)質(zhì)量，接縫表面必須潔凈，無污物、油跡、浮漿等。在常溫環(huán)境下，環(huán)氧樹脂的涂抹時(shí)間應(yīng)控制在45 min以內(nèi)，并在90 min內(nèi)進(jìn)行拼接。當(dāng)混凝土的表面溫度低于5℃時(shí)，必須采取適當(dāng)加熱措施。接縫表面必須迅速、均勻地涂膠，遵循自下而上的順序。為確保環(huán)氧樹脂厚度均勻，膠涂工具一般采用鋼制刮刀或類似工具。在單面涂膠時(shí)，涂層的厚度為3 mm；雙面涂膠時(shí)，涂層的厚度為每層2 mm。

在接縫面完全涂膠后，安裝預(yù)應(yīng)力管道密封圈，將待拼梁段進(jìn)行拼接作業(yè)。在環(huán)氧樹脂固化期間，應(yīng)張拉臨時(shí)預(yù)應(yīng)力束，其預(yù)應(yīng)力不應(yīng)小于0.30 MPa。預(yù)壓后接縫寬度應(yīng)保證在0.5～1.0 mm之間，且無缺膠現(xiàn)象。

涂刷施工及拼裝后2 h以內(nèi)，需要嚴(yán)格控制其濕度等相關(guān)指標(biāo)，防止雨水侵入和陽光照射，以確保箱梁能與外界的隔離。

4.2.2 接縫處理

接縫連接時(shí)，膠結(jié)面的處理需要注意以下4個(gè)方面。

(1)所有接合表面均應(yīng)清理干凈且保證干燥，不得含油污和其他雜質(zhì)，混凝土表面應(yīng)盡可能平，去除疏松表面層及附著的水泥。環(huán)氧樹脂涂層施工時(shí)，需要嚴(yán)格控制其濕度等相關(guān)指標(biāo)。

(2)膠層厚度要均勻，并控制在0.5～1.0 mm之間，以確保在接縫處有環(huán)氧樹脂擠出，并且可根據(jù)膠層厚度調(diào)整拼裝時(shí)梁段上翹和低頭現(xiàn)象。

(3)環(huán)氧樹脂初步固化時(shí)間應(yīng)大于2 h，且在24 h時(shí)完成終凝，以保證其粘結(jié)膠結(jié)強(qiáng)度應(yīng)不低于梁體混凝土強(qiáng)度。同時(shí)，涂膠、加壓等工序需在環(huán)氧樹脂固化前完成。膠接縫擠緊的預(yù)應(yīng)力(擠壓)0.20 MPa，擠壓在3 h以內(nèi)完成。

(4)環(huán)氧樹脂固化過程中的壓力不得小于0.30 MPa。

4.3 成橋精度控制

成橋精度控制主要集中體現(xiàn)在兩個(gè)方面:(1)預(yù)制梁段尺寸精度，其通過模板精度來控制；(2)梁段預(yù)制拼裝時(shí)匹配梁段的精確定位。

4.3.1 模板精度控制

控制固定端模的精度是進(jìn)行模板精度控制的核心。固定端模模面須保持豎向垂直并與預(yù)制單元中線成90°，端模上緣須保持水平。端模標(biāo)高應(yīng)根據(jù)靠近腹板處的兩測量控制點(diǎn)進(jìn)行檢查。水平誤差和與中線的垂直度誤差必須控制在2 mm之內(nèi)。

固定端?？刂瓢膫€(gè)控制點(diǎn):兩個(gè)軸線控制點(diǎn)、兩個(gè)水平標(biāo)高及平面位置控制點(diǎn)。兩個(gè)軸線控制點(diǎn)位于固定端模的上表面和內(nèi)腔的底面中心?？赏ㄟ^觀察兩個(gè)點(diǎn)是否與基線重合，以及兩個(gè)點(diǎn)與基點(diǎn)之間的水平距離是否相等。通過控制固定端模豎向垂直度并使其中線居中。通過對(duì)對(duì)稱設(shè)置在腹板位置處的兩個(gè)水平標(biāo)高點(diǎn)兼平面位置控制點(diǎn)到基點(diǎn)的距離以及相對(duì)標(biāo)高的測量，可控制固定端模整個(gè)模面與待澆梁段的中軸線垂直并使其頂面水平。

在每個(gè)梁段澆筑后，下一個(gè)梁段澆筑之前，必須檢查固定端模的精度，合格后才能執(zhí)行下一道工序。

4.3.2 匹配梁段定位

裝配梁段的定位主要通過控制梁段的中心線的兩個(gè)測量點(diǎn)和腹板的四個(gè)測量點(diǎn)來實(shí)現(xiàn)。澆筑梁段時(shí)，所有的控制預(yù)埋件都在砼凝結(jié)前安放在梁段頂板上。匹配梁段定位分為初步定位和精確定位兩個(gè)步驟。

(1)初步定位:匹配梁段的初步定位主要是通過卷揚(yáng)機(jī)和底模臺(tái)車來完成的。定位時(shí)，啟動(dòng)卷揚(yáng)機(jī)，通過導(dǎo)向滑車和底模臺(tái)座端面上的動(dòng)滑車，帶動(dòng)底模臺(tái)車縱向位移，牽引匹配梁移動(dòng)到大致位置。

(2)精確定位:匹配梁段的精確定位主要通過手拉葫蘆和底模臺(tái)車上的8個(gè)油壓千斤頂來完成。其中，手拉葫蘆對(duì)匹配梁縱向距離進(jìn)行微調(diào)，油壓千斤頂對(duì)梁段標(biāo)高和軸線偏角進(jìn)行精確調(diào)整。整個(gè)調(diào)整過程應(yīng)在統(tǒng)一指揮下協(xié)調(diào)進(jìn)行，每一步調(diào)整操作均要求緩慢、細(xì)致。

精確定位后，需對(duì)設(shè)置在梁段頂面上的6個(gè)控制點(diǎn)的測量儀器數(shù)據(jù)進(jìn)行觀測計(jì)算，直至滿足精度要求。

5 結(jié)束語

本項(xiàng)目采用節(jié)段預(yù)制拼裝造橋技術(shù)，按照計(jì)劃工期快速完成了橋梁架設(shè)施工，成橋精度高，滿足設(shè)計(jì)及施工誤差要求，效果明顯。

未來伴隨短線階段預(yù)制拼裝施工的發(fā)展與普及，節(jié)段預(yù)制拼裝的應(yīng)用范圍將不斷增大，相關(guān)大型臨時(shí)設(shè)施的攤銷費(fèi)用將不斷下降，節(jié)段預(yù)制拼裝施工方法的成本優(yōu)勢將不斷顯現(xiàn)出來，這項(xiàng)施工技術(shù)也將承擔(dān)更重要的角色。