节段梁拼装施工关键工艺的几点思考

李 晋

(中国铁路郑州局集团有限公司，郑州 450000)

随着城市交通问题日益突出,市政道路桥梁建设不断增加,桥梁形式不断更新、结构复杂化、线形多样化，各类工程对于施工质量与施工进度都有更高的要求[1].为此,桥梁建设中要不断地寻找技术新、速度快、施工方便和经济的施工方法，节段预制拼装施工技术其以环境适应性高、施工速度快、工厂化程度高、劳动效率高等优点已经成为一种迅速发展的新施工工艺[2]，这种施工工艺降低了桥梁施工对城市交通的影响,提升了高架桥工程的技术水平，在城市高架桥梁施工中采取节段梁拼装技术应用越来越广泛[3-4].

基于此,本文以郑州市四环线及大河路快速化工程中节段拼装梁施工为工程背景，探讨了节段梁预制拼装的关键施工工艺和工艺实施.从节段梁预制,线型控制，1号块架设，架桥机拼装，中墩T构胶拼，边跨梁体架设，合拢段施工七个环节，阐述了节段梁拼装施工的关键工艺,提出了在施工过程中的几点思考.通过对节段梁预制阶段的线型控制、预应力孔道的准确定位、1号块位置的精确架设、胶拼时拼接胶的厚度和时间的控制、中墩T构的平衡对称架设、合拢体系转换等关键施工工艺的控制，确保施工质量符合设计要求，对同类节段梁拼装架设施工质量和施工进度控制具有现实的指导意义.

1 工程背景

郑州市四环线及大河路快速化工程的总体规划为城市快速路，是郑州市为建设国家中心城市而重点推进的重大交通基础设施项目之一，起到拓宽城市布局，带动城市快速发展的引领作用.本工点位于郑州市西四环郑上路至化工路段，地处中原区及高新区两区交汇地段，主要工程为1 km的高架节段拼装桥梁工程.

桥梁结构：高架桥梁基础采用直径1.5 m的摩擦桩，桥墩采用双柱式暗盖梁桥墩现浇施工，桥跨长度36～46 m不等.梁体采用左右分幅、桥宽为16.5 m的标准节段拼装梁，梁体为单箱单室钢筋混凝土结构，采用短线法分节段预制，节段梁间采用密尺型剪力键加环氧树脂接缝连接，现场胶接拼装架设.节段梁标准预制节段长度2.9 m，顶宽16.5 m，如图1所示，预制节段梁的最大重量约77 t.

主梁节段划分：主梁采用节段拼装梁，中墩和边墩的0号块采用现浇施工.根据构造和施工架设需要，46 m跨径的中跨和边跨划分14个预制节段，悬臂预制拼装节段长度为2.9 m；36 m跨径的中跨和边跨划分12个预制节段，悬臂预制拼装节段长度为2.4 m.各墩顶设置0号块，0号块与标准节段之间预留15 cm湿接缝，标准节段之间采用拼接胶粘结，跨中合拢段采用现浇施工.桥梁整体采用预应力钢铰线体系.主线每跨节段梁的划分形式如图2所示.

预应力钢束布置：节段梁采用纵向、横向双预应力体系，纵向按照全预应力设计，顶板设置横向通长预应力束，如图3所示，预应力钢束采用张拉力与伸长值双控.

2 节段梁施工关键环节分析

2.1 施工环境及组织安排

本工程位于河南省郑州市，郑州市属北温带大陆性季风气候，冷暖气团交替频繁，春夏秋冬四季分明.冬季漫长而干冷，雨雪稀少；春季干燥少雨多春旱，冷暖多变大风多；夏季比较炎热，降水高度集中；秋季气候凉爽，时间短促.全年平均气温15.6 ℃；8月份最热，月平均气温25.9 ℃；1月份最冷，月平均气温2.15 ℃.

本工程为郑州市城市快速路系统建设工程，在四环地面道路的基础上进行高架桥梁施工，采用节段梁架设施工工法可以有效的缓解交通压力，其环境适应性较高. 架设节段梁尽量避开雨期施工，为确保施工工期，根据实际工程量及现场可操作性，项目部成立以项目经理为组长的专业化架梁领导小组，下设一个架桥机架设作业队，结合施工进度，计划在9～11月利用架桥机进行节段梁架设作业.预制梁场在郑州市四环周边，距离较近，交通运输较为便利，计划采用轮胎式运梁车沿市区道路直接将节段梁运输至待架位置进行架设.

2.2 节段梁拼装架设的关键施工环节

节段预制拼装施工工艺的原理为将梁体划分为若干个标准节段，在工厂预制完成后，运输到现场，再用架桥机、龙门吊等专用拼装设备按次序逐块拼接，同时施加预应力，使之成为整体结构[5].

节段梁架设工艺流程：施工准备→节段梁预制→0号块施工→1号块架设→架桥机拼装、检验→节段梁吊装及试拼→节段梁胶拼及预应力束张拉→湿接缝、合拢段浇筑→整孔预应力张拉压浆→架桥机纵移过孔进行下一孔架设.

2.2.1 节段梁预制

节段梁预制生产流程：固定端模板安装→活动端模板定位、匹配节段定位→钢筋吊装→混凝土浇筑→控制点测量→匹配节段调至修正区→节段梁吊至存梁区[6].

箱梁节段在预制场地采用短线法预制，模板系统示意图如图4所示，采用连续浇注进行块件预制，即依次浇注相邻块件，已浇好的块件为相邻浇注块件的端模.梁体竖曲线和平曲线可由高精度的折线拟合形成，通过梁段上、下缘长度不同形成竖曲线或通过左、右长度不同形成平曲线，梁段预制过程中保持一个端面为正交面.

接缝处设计采用环氧树脂与密覆式剪力键齿，如图5所示，预制箱梁节段时，接缝间隙必须满涂隔离剂，方便节段脱离.

预制节段应注意模板表面处理，混凝土浇筑完毕，应采取可靠措施及时予以保温保湿养护，以确保质量.预制节段保湿养护不小于15 d，冬季施工时采取保温保浸、防风措施以保证混凝土浇注质量[7].

存梁时间应不小于30 d，施工组织时应留出足够的场地.

2.2.2 节段梁线形控制

节段梁线形控制重点在节段梁预制阶段进行控制.节段梁预制阶段主要控制点有:1) 模板进场前的检验：模板进场前必须在模板加工厂内进行模板的试拼，检查模板的长度、宽度、方正误差、垂直度、平整度、板厚度、孔道位置偏差等，各部位的栓接及销接是否符合设计要求，检验后形成《模板出厂前检验报告》，检验合格允许进场.2) 制梁台座的平整度：预制台座的平整度及承载强度对预制梁段线形控制很重要，平整度和承载强度是保证预制梁段在浇筑混凝土后仍然保持底板平整，不出现三条腿，不出现不均匀下沉的关键部位[8].因此台座的基础尺寸经过承载力计算，并要求台座的顶面平整度高差互差小于±2 mm，采用水平仪进行检验，应在每个梁段安装底模前测量1次.3) 模板的安装检验测量：首先检查底模的中线是否与台座中线重合误差小于±2 mm，再次采用水平仪测量检查底模的平整度.底模标高误差小于±2 mm，端模、侧模的垂直度、端模的顶板高程、模板顶面对角线的长度等是模板检查的重点.4) 浇筑预制段后的测量：待混凝土浇筑完终凝后，在预制梁段顶面上6个点进行三维坐标复测.对比混凝土浇筑前后是否有变化，若有变化分析原因(如混凝土干缩、台座下沉、模板刚度不够等)，以便采取有针对性的措施加以整改.通过高程的测量，撑握梁段高差数据，研究处理相邻梁段的顺接问题.拆模后对梁体的外观进行检查，进行必要的处理.

2.2.3 1号块架设

1号块位于墩顶0号块两侧，0号块采用现浇施工，模板支撑体系采用钢管立柱支架结合方木竹胶板进行支撑.

节段梁运输采用轮胎式运梁车将节段梁运至现场，运至现场的1号块停放于梁体侧方，采用汽车吊进行安装，其余标准块运至梁正下方，由架桥机吊装架设.

1号块节段梁地基基础采用20 cm厚三七灰土换填，压实系数不小于95%，地基承载力不小于200 kpa；三七灰土顶面采用20 cm厚C30混凝土硬化，钢管柱直径42.6 cm，其基础采用1.2 m×1.2 m×0.35 m的素混凝土，钢管柱支架搭设完毕后，安放4个三向千斤顶和4个砂箱，撑在节段梁四个角上，具体布置图如图6所示.

粗调：1号块吊至支架上方，如图7所示，确保梁体整体落在三向千斤顶的上方.1号块落位时控制好箱梁纵横轴线标记与0号安装控制线是否对齐，进行梁段粗调就位，待粗调三维精度达到位置偏差1 cm误差范围内以后再进行精调.

精调：精调时需要调节6个坐标点，如图8所示，使其标高、平面位置均在允许范围内.待精调完毕后，用砂箱支撑住1号块，卸压三向千斤顶，将梁体支撑在砂箱上.然后利用手动葫芦将0号块预埋钢板与1号块钢齿坎连接在一起进行锁定，如图9所示，防止在湿接缝施工过程中破坏已调整好的1号块坐标，从而确保节段梁不发生位移.

0号块和1号块之间湿接缝宽度为15 cm，首先将湿接缝两侧的节段梁端部进行凿毛处理，连接好两端波纹管，采用C60自密实高性能细石混凝土直立浇筑，并选择在一天气温最低时一次浇筑完成.

2.2.4 架桥机拼装

架桥机进场后委派专业人员对各个组件的安全、质量进行检查，对检查不合格的架桥机组件给予退场更换处理.

架桥机拼装前向地方质量技术监督机构申报安装告知书，受理后再进行安装调试.

架桥机或其他拼装设备，在安装、调试完成后，必须进行荷载试验.提升节段的起吊设备应提升不小于最大节段重量1.25倍的荷载[9].应检查起重设备的荷载显示装置、刹车装置、钢丝绳缠绕装置、限位装置是否正常工作.

架桥机的起吊装置必须具备过载保护装置、卷扬机的过缠绕和欠缠绕保护装置、限位及缓冲装置、风速报警装置、避雷装置等.

架桥机安装完毕自检合格后，报地方质量技术监督机构进行检测，检验合格后颁发《特种设备质量检验合格证》，报地方安全监督管理机构备案后，方可正式开始试架梁施工，在完成一个T构及边跨试架成功后即可开展后续梁体架设施工.

2.2.5 中墩“T”构梁段胶拼

中墩“T”构节段梁的架设方法：利用架桥机采取平衡“T”构对称悬臂拼装法进行施工，如图10～11所示.其主要施工内容包括：节段梁预拼装、施加梁端拼接胶、节段梁对位及临时预应力施工、顶板预应力束张拉压浆施工、梁段数据采集及拼装指令下达、节段梁外观修整.

1) 节段梁预拼装

为保证两节段拼接面标高，倾斜度一致，减少涂胶后的节段位置调节时间，节段梁在胶拼前需要起吊到与0号块相同高度后进行试拼装作业.

节段梁经起重天车起吊至与已拼装梁段相同高度后停止，缓慢将天车向已拼梁段靠拢，用专门缓冲装置或在两梁段接缝间临时塞垫木楔，防止梁段撞伤.等梁段稳定后，通过吊具的三向调整功能对起吊梁段的位置进行调整，使其与已拼梁段端面匹配.

到位后，预紧部分顶、底板纵向临时预应力，观察上、下接缝是否严密，有无错台，预留的预留孔道是否对位准确，节段拼接面是否完全匹配，消除或降低存在的偏差，在顶板、底板、腹板显著位置用油性笔划骑缝线标记，便于后续涂胶后快速对位[10].

试拼完成后，将梁体水平移开40～50 cm，节段梁的标高和倾斜度保持不变.

2) 施加梁端拼接胶

节段梁接缝的粘结剂采用专用桥梁拼接胶，保证梁段拼装质量和拼装进度.拼接胶使用前需用搅拌枪在约380 r/min状态下搅拌2～3 min，直至搅拌均匀为止[11].

涂胶时梁体表面温度不宜低于5 ℃，否则须采取加温措施.涂胶时应取2组试件，与梁体胶拼面同条件养护.

涂胶作业采用刮刀配合托盘涂抹，安排熟练工人快速作业，并在拼接胶涂抹完毕后，用刮尺检查涂胶质量，将涂胶面上多余的胶体刮出，厚度不足的再一次进行施胶，保证涂胶厚度，涂胶厚度控制在2～3 mm.根据对胶体时间-强度关系进行试验得到，不同季节及温度情况下的胶体时间-强度关系如图12～13所示，夏季可施胶时间均控制在45 min以内，冬季可施胶时间控制在60 min以内，待胶体固化抗拉强度达到1.5 Mpa后进行顶板永久预应力张拉，强度与时间对应关系[12]如表1～2所列.

表1 夏季配方不同温度下时间及强度关系表

表2 冬季配方不同温度下时间及强度关系表

涂胶完成后用起重天车将梁段缓慢靠拢已拼节段梁，利用预拼时所做骑缝线标记快速、精确对位.

3) 预应力张拉

梁段拼接完成后及时安装临时预应力筋，并用穿心式液压千斤顶按设计要求荷载张拉力张拉到位，使胶拼面产生0.3 MPa的压应力.

临时预应力筋张拉后，立即用通孔器通顺无钢束的预应力孔道，以免挤出的胶体堵塞孔道，梁体外表面挤出的多余胶体需及时刮除清理干净[13].

完成临时预应力张拉后，立即开始悬拼预应力束的穿索施工，待拼接胶强度达到1.5 Mpa后，张拉顶板预应力束.钢绞线张拉后切除余量，随即开始下一对节段梁的胶拼.

2.2.6 边跨梁段架设

边跨节段采用架桥机吊装，钢管柱支架体系配合，施工工艺与胶接拼装中墩T构相同.地基及钢管柱支架体系同1号块地基及支架体系相同.取典型最不利断面进行支架预压，消除非弹性变形，预压重量不小于节段梁恒重和模板重量之和的1.1倍.典型支架纵向断面如图14所示.

2.2.7 合拢段施工

待梁体全部拼接完毕后进行中跨合拢段施工.中跨合拢段为钢筋混凝土，采用劲性骨架“锁定”两侧梁体，中跨合拢段劲性骨架安装示意图如图15所示,劲性定位骨架按图纸由40C槽钢及钢板焊接而成，选择在一天气温最低时进行混凝土浇筑[14].

合拢段合拢时必须满足设计要求，合拢时单侧悬臂端箱梁轴线高程及轴线平面的允许偏差为±15 mm，合拢段两侧轴线相对偏差为±15 mm，两侧翼缘端部高差±15 mm.合拢前对节段的标高及轴线进行联测，并连续观测气温变化及梁体相对标高的变化和轴线偏移量，观测合拢段在温度的影响下的梁体长度变化.连续观测时间不少于48 h，观测间隔取3 h观测一次，并将结果上报监理单位，测量结果符合设计要求后进行梁体混凝土浇筑.

合拢前清除T构上不必要的施工荷载，使每个T构处于相对平衡状态.

合拢温度选择在一天中温度最低的时段进行.合拢时间宜选在日照温差小的阴天或温度变化幅度较平稳的时间段进行.

合拢段混凝土浇注完毕后，养生至强度达到设计要求强度，按设计顺序张拉通长束及底板预应力束并锚固.拆除该跨临时支架，完成该联的体系转换.

本联节段梁架设完毕后，架桥机纵向过孔，进入下一联节段梁架设.

3 节段梁拼装施工过程中的几点思考

在节段梁预制阶段采取措施控制线形.节段梁实际外形尺寸与桥梁平面线型、横坡变化、预制顺序以及施过程中匹配段定位有关，施工时应充分了解短线预制生产流程及技术特点，对模板进行预验收，加强过程中三维坐标控制，提前掌握浇筑节段外形尺寸以指导钢筋绑扎，混凝土浇筑等[15].

加强对端模处预应力孔道定位.预制时应考虑预应力束的实际空间线形，施工时应根据设计文件中预应力大样形状对预应力孔道精确放样，准确定位.

确保1号块架设精度.1号块及边跨支架地基必须处理好，支撑体系要有一定的刚度.控制网要与邻标联测，测量仪器采用强制对中，强制对中墩设置在桥面上，且尽量减小俯仰角，设站时采用多点设站，换手复测，保证1号块架设精度控制在2 mm以内.1号块调整至架设坐标后必须及时进行临时锁定，避免破坏已调整好的1号块坐标，影响架设线形.

试拼时编制专项试拼方案，试拼缝宽控制在3 mm左右，对于拼装时因操作不当剪力键被挤破的应进行清除，并采用环氧树脂砂浆进行修补.

对于拼接胶搅拌时间不够导致胶体流挂现象严重的，影响相邻节段间的粘结性能，施工时按设计要求严格控制拼接胶的性能指标，按厂家要求及指导进行施工，确保配比正确，搅拌时间符合规定，拼接胶厂家应以书面形式确认完成了对施工人员的技术培训，专人、专岗佩戴明显标识进行拌胶、抹胶，作业人员名单应报各监理，采用专用刮刀施胶.同时控制涂胶时间及厚度，根据胶体的时间-强度关系，采用刮刀配合托盘涂抹胶体，涂胶时间控制在60 min以内，涂抹厚度保证在2～3 mm左右，待胶体固化抗拉强度达到1.5 Mpa时方可进行永久预应力张拉.

T构架设时必须平衡对称架设，确保施工中悬臂两侧最大不平衡力应满足设计规定[16]，且为避免梁体压应力不足，建议临时预应力滞后顶板预应力两个节段拆除，边跨节段临时预应力和中墩“T”构最后两个悬拼节段临时预应力需待张拉合拢束后方能拆除.

合拢施工前应对两端悬臂节段的轴线和节段的偏移值进行观测，并应根据实际观测值进行合拢施工的计算，确定合拢程序和调整参数.预应力钢筋管道连接应在合拢施工前进行，并应封堵波纹管与节段间缝隙；合拢完成后应按设计文件规定的程序完成体系转换.

4 结论

综上所述，节段梁预制拼装架设施工技术是较为先进的施工工艺，作为河南省首例在大型城市单体工程建设中采用预制节段梁拼装施工的工程，具有绿色环保、生产与架设同步进行、梁体工厂化生产等优点，这是桥梁建设工业化3.0在河南省得到推广的杰作.本文阐述了节段梁拼装施工的关键工艺,提出了在施工过程中的几点思考.通过对节段梁预制阶段的线型控制、预应力孔道的准确定位、1号块位置的精确架设、胶拼时拼接胶的厚度和时间的控制、中墩T构的平衡对称架设、合拢体系转换等关键施工工艺的控制，确保施工质量符合设计要求，对同类节段梁拼装架设施工质量和施工进度控制具有现实的指导意义，同时也为类似节段梁施工提供宝贵参考经验.