迪拜Shindagha滨海大道高架桥梁短线法节段预制施工技术

李 波，程千里，魏传海，巩立辉

(中建中东有限责任公司， 阿联酋 迪拜)

0 引言

随着预应力混凝土连续梁桥线形控制技术及预制技术、安装技术、成套装备技术的不断发展，城市空间、环境、交通状况受限地区的高架桥梁施工，运用节段预制拼装技术有明显优势。与采用现浇施工技术相比，预制节段拼装施工技术可在建造基础及下部结构的同时预制上部结构桥梁节段，待下部结构完成即可进行预制节段安装，快速完成上部结构施工，特别是在城市交通拥堵地区，可将施工对现有交通的影响降至最低。本文依托阿联酋迪拜重点工程建设项目Shindagha滨海大道高架桥梁工程，从线形控制技术、短线法节段预制技术、节段拼装技术、现浇湿接缝施工工艺、预应力设计和施工技术等方面进行系统介绍，项目各环节紧密衔接配合，创造了单一模床1.0d预制1个节段、架桥机2.5d安装1跨桥梁的施工纪录。

1 工程概况

1.1 工程简介

迪拜Shindagha滨海大道高架桥梁工程，连接从Deira(德拉)区域跨迪拜河Infinity大桥至Al Khaleej街道，上跨Corniche街道和DM(迪拜市政)码头的城市桥梁通道，是迪拜重大交通工程和重点民生工程，对完善区域路网结构和促进区域发展有重要意义。项目全长约1 200m，桥梁交通断面为双向12车道，箱梁结构形式为4幅单箱单室截面。

高架桥梁主体结构共包括24座连续梁桥，其中3座为现浇连续箱梁，其余21座为预制节段拼装桥梁，共计1 901片节段梁，主线桥梁部分为13m宽节段梁共1 170片，匝道桥梁部分为8.2～ 11.7m宽节段梁共计731片，除部分变宽段采用现浇施工工法外，其余主线桥梁及匝道桥梁均采用节段预制拼装工法成型。

1.2 本项目桥梁上部结构预制架设施工控制重点与技术难点

1)复杂桥梁结构条件下短线法预制模板研制。

2)多幅箱梁+门形墩&T形墩桥梁结构的线形控制技术。

3)满足半平衡悬臂对称安装+逐跨安装结合的上部结构特殊成型工艺要求的配套架桥机研制。

4)T形墩的荷载平衡控制。

5)上部结构施工荷载控制。

6)节段拼装施工期间动态道路交通导改。

7)城市复杂路况条件下预制节段长距离运输。

2 预制场设置

预制场的选址及占地面积要充分考虑节段运输距离、运输路线、产能需求等因素。预制场总体规划需综合考虑预制场的预制效率及施工现场的架设效率。本项目预制节段数量为1 901片，预制工期为13.5个月，要求1个月学习期后正常产能为预制160片/月节段梁。

2.1 预制场总体经济指标

考虑到迪拜建筑市场混凝土供应及相关试验、钢筋半成品加工均有完善的外部供应，在预制场选址面积受到制约的情况下，混凝土拌合、钢筋半成品加工、材料试验等均考虑外协，根据预制及架设工期需要，预制场总体经济技术指标为：占地面积 38 000 m2； 场区建设工期3个月；存梁能力≥240节段，每日浇筑混凝土方量≥225m3，日用电量约930kW·h，日用水量约180m3。

2.2 预制场总体规划

预制场按区域划分为生产区和存梁区。存梁区分为单层存梁区和双层存梁区。单层存梁区用以存放质量较大的中墩墩顶节段(以下简称PSP)和边墩墩顶节段(以下简称ESP)，如图1所示，双层存梁区用以存放质量较小的悬拼节段(以下简称CSP)和跨中节段(以下简称SSP)，如图1所示，总存放节段数量为399榀(包括全场的预制台座、修饰与养护台座)。

图1 存梁区布置

根据各类节段的结构特性及预制效率，各类模板的配置比例为PSP∶ESP∶CSP∶SSP=1∶1∶6∶8, 共计16套模板，其中PSP，ESP为1套模板对应2个台座。

生产区按节段类型划分为4条生产线。每条生产线按功能分为钢筋绑扎区、节段浇筑区、节段养护和吊装区。

SSP生产区设置12个钢筋台座、8套短线预制模板、4台15t/18m跨的门式起重机用于已完成的钢筋笼起吊、转运及入模、1台100t/42m跨的门式起重机用于节段起吊和转运，如图2所示。

图2 SSP节段生产区规划

其他类型节段生产区设置10个钢筋台座、2台15t/18m跨、2台20t/18m跨的门式起重机用于已完成的钢筋笼起吊、转运及入模、2套PSP模板、2套ESP模板、4套CSP短线预制模板、1台160t/42m跨的门式起重机用于节段起吊和转运，如图3所示。

图3 其他类型节段生产区规划

3 节段梁预制

3.1 节段梁预制总体工艺流程(见图4)

图4 节段梁预制总体工艺流程

3.2 半平衡悬臂+逐跨法拼装桥梁的节段分类(见图5)

图5 节段梁类型及分布

节段根据所处位置不同分为中墩墩顶节段(Pier Segment-PSP)、边墩墩顶节段(End Segment-ESP)、悬拼节段(Cantilever Segment-CSP)和跨中节段(Span Segment-SSP)，各类节段质量及数量如表1所示。

表1 各类节段质量及数量

PSP，ESP节段为单独浇筑，CSP，SSP节段采用短线匹配法浇筑。

3.3 节段匹配浇筑施工工艺

匹配浇筑的思路为将已浇筑好的相邻节段端面作为待浇筑节段的端模，从而实现拼接缝完美贴合。1个标准的匹配浇筑流程如表2所示。

3.4 节段混凝土浇筑与养护

钢筋笼吊装至模板内并经监理工程师检验合格后，即可进行混凝土浇筑。本项目节段梁采用的是C65/20高强度等级混凝土，对于混凝土的浇筑和养护，需遵循以下原则。

3.4.1混凝土浇筑原则

1)混凝土应分层浇筑，每层厚度≤400mm。

2) 混凝土下落高度≤1.2m，除非特殊状况下被管道限制。

3)浇筑过程中必要的振捣工作。混凝土浇筑过程中中断时间不得超过30min。

混凝土初凝前应将6个精控测钉埋到指定位置并进行数据采集。

3.4.2混凝土养护原则

1)浇筑完成后应立刻进行养护工作。

2)MasterKure 106养护剂必须在浇筑后前3d使用，之后直至14d的养护期用水养护。顶板顶面应始终进行水养护。

3)水养护必须用湿麻布和塑料膜进行覆盖。

4)脱模前混凝土抗压强度≥15MPa。

5)预制节段标识号、浇筑日期和里程递增箭头必须标记在节段上。

6)节段吊装前混凝土抗压强度≥33MPa。

4 节段梁运输

节段梁转运需考虑节段几何尺寸及城市道路限高、限宽要求，选用合适的运输车辆进行转运(迪拜道路限高为5.5m)。除几何尺寸的考虑外，节段质量也是运输的关键因素，受限于转运车辆载重能力及转运路线所需经过城市老旧桥梁的限重要求。

迪拜Shindagha滨海大桥项目节段最大尺寸为13m(桥宽)×3.8m(桥长方向)×2.5m(梁高)，最大质量为155t。节段运输布置如图6所示。

图6 节段运输方式

5 节段拼装施工

5.1 节段拼装施工顺序

总体拼装步骤与说明如表3所示。

表3 总体拼装步骤与说明

5.2 预制节段吊装

预制节段吊装主要工作内容可分为PSP和ESP节段吊装及锚固、CSP和SSP节段吊装与胶拼。

5.2.1PSP和ESP节段吊装及锚固

PSP和ESP节段的吊装与锚固方式基本相同。吊装前在墩顶提前放置液压千斤顶(用于节段三维精调)和螺旋千斤顶(用于架设过程中支撑节段及承受不平衡荷载)，其标准布置如图7所示。

图7 墩顶调梁及支撑锚固设施布置

用大型起重机吊装墩顶块就位，随后采用液压调整机构进行节段三维精确调整，待调整精度满足要求后，墩顶螺旋千斤顶顶升承托墩顶节段，液压千斤顶卸载，接长墩顶预埋的竖向精轧螺纹钢筋并张拉至设计吨位，即实现了墩顶节段的临时锚固(见图8)。

图8 PSP与ESP节段临时锚固示意

5.2.2CSP和SSP节段吊装

CSP和SSP节段吊装由架桥机完成。每个预制节段配备1组悬挂梁，架桥机起重天车下方悬挂专用吊具，该专用吊具可与悬挂梁连接。预制节段由车辆运输至架设现场后，首先采用起重机或叉车安装悬挂梁，然后车辆将节段运输至桥跨下方，架桥机起重天车移动至节段停靠位置，吊具下落与悬挂梁相接，将节段提升至架桥机主桁下方指定位置，以精轧螺纹钢连接悬挂梁，将节段悬挂在架桥机主桁下方，解除专用吊具与悬挂梁的连接，架桥机起重天车继续提升并悬挂下一个节段。

对于CSP，起吊顺序为PSP前后平衡交替提升直至6个CSP全部悬挂在架桥机主桁下方，再按前后交替顺序逐一胶拼。

对于SSP，节段提升、悬挂顺序可根据节段数量、地面喂梁空间等因素灵活调整，但胶拼顺序和方向需遵循与预制顺序和方向一致的原则。

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5.3 节段环氧胶拼

每跨2个湿接缝间的节段拼缝均为胶接缝。环氧胶材料分为夏季胶和冬季胶，夏季胶型号为MasterBrace ADH 1441S，适用气温25～50℃；冬季胶型号为MasterBrace ADH 1441W，适用气温5～30℃。按项目规范和材料要求，相匹配的2个面上均需涂抹环氧胶，涂抹厚度为1.5mm，并在粘接完成后立刻施加临时预应力。操作时间从开始抹胶至临时预应力张拉完成为30min，根据项目规范要求，胶拼缝断面内平均压应力为0.28MPa，最小压应力必须达到0.21MPa，从而保证节段拼缝贴合良好，以及环氧结构胶在特定压力条件下固化。

5.4 临时预应力设计与施工

5.4.1临时预应力计算

以13m的标准梁段截面为例，其临时预应力计算如下。

设计考虑采用6根T36精扎螺纹钢作为临时预应力，如图9所示，精扎螺纹钢等级为950/1 050MPa。 顶板设置4根且每根施加300kN预拉力，底板设置2根且每根施加450kN预拉力。

图9 临时预应力布置断面示意

节段断面面积为A=6 921 735.56mm2，节段截面模量为W=3 934 659 670mm3，总施加预拉力为F=30t×9.8×4+45t×9.8×2=2 058kN。

节段间的平均压应力为：

σ=F/A=2 058×1 000/6 921 735 356=0.297MPa > 0.28MPa

通过由临时预应力合力中心与箱梁截面形心不重合所产生的弯曲应力为：

f=M/W=(30×9.8×4×1 000×1 017-45×

9.8×2×1 000×1 142)/3 934 659 670=0.048MPa

节段间的最小压应力为：

p=F/A-M/W=0.297-0.048=0.249MPa>0.21MPa

通过临时预应力设计还包括底板和顶板临时预应力齿块的结构设计内容，除提供精轧螺纹钢锚固功能外，还须保证在空间上与其他设施如节段悬挂梁、架桥机主支腿等不发生干涉。

5.4.2临时预应力施工

在环氧胶涂抹完毕后将待安装节段与上一节段进行匹配，随即进行临时预应力施工。临时预应力张拉施工按先底板后顶板、由外到内、左右对称的原则进行。

在临时张拉完毕后，环氧胶将从匹配面接缝挤出，在胶体固结前需将挤出的环氧胶刮除。环氧胶的全断面均匀挤出现象也可证明抹胶均匀、预应力施加到位。

5.5 现浇湿接缝施工

作为半平衡悬臂法和逐跨法的结合体系，每桥跨有2道现浇湿接缝，按施工顺序，SSP节段胶拼结束后，进行湿接缝钢筋、模板、预应力管道等安装定位，随后浇筑湿接缝混凝土并进行养护，待湿接缝混凝土达到指定强度后，进行整跨永久预应力张拉。

5.5.1起始节段定位

边跨分为靠近边墩ESP的湿接缝(后湿接缝)和靠近CSP的湿接缝(前湿接缝)，中跨2个湿接缝均在悬臂段末端，则按施工顺序将大里程方向前悬臂位置的称为前湿接缝。

后湿接缝不论是位于边跨或中跨位置，为保证架设顺序与预制方向一致，其前方的第1个节段都是作为该跨SSP节段拼装的起始节段，必须严格按精控数据及规范要求的精度对该起始节段进行定位，因起始节段的任何偏差将会在后续节段拼装过程中累积，从而影响SSP节段的整体线形。起始节段定位可采用现浇混凝土定位块，或采用可调节的钢结构支撑来限制起始节段的位置，再通过跨过后湿接缝的纵向临时预应力施拉一定的预力，从而保证起始节段的可靠定位，防止在后续SSP节段拼装过程中发生变位。

5.5.2湿接缝模板设计与实施

为提高施工效率，湿接缝钢筋笼预先在地面进行绑扎，起吊到位置后，再将专门设计的轻型悬吊式湿接缝模板起吊固定，进行湿接缝施工。

湿接缝模板设计以花钢梁和对拉螺杆为主支撑，配合方木、工字木和斜撑，可满足宽度在200～500mm范围的接缝浇筑，质量小便于起吊，且可重复周转使用，安拆效率高，如图10所示。

图10 湿接缝模板设计

5.5.3湿接缝浇筑及养护

湿接缝采用与节段相同强度等级的C65混凝土并添加早强剂和膨胀剂，浇筑必须在当天温度最低时段进行，以防止温差过大造成施工缝位置的收缩开裂。湿接缝浇筑完毕后进行常规的覆盖养护。

6 永久预应力施工

湿接缝混凝土达到设计要求的强度后，即可进行永久预应力工作。按批复的施工图及张拉顺序依次进行穿束、张拉，按要求进行张拉过程中张拉力、伸长量等的记录。张拉过程中，根据预应力束锚固位置并结合张拉次序，适时解除墩顶节段的锚固设施，以便梁体自由收缩(见图11)。

图11 预应力布置

整跨永久预应力张拉结束后，即可解除临时预应力、架桥机卸载并推进至下一跨。

7 结语

迪拜Shindagha滨海大道高架桥项目共投入2台架桥机，架设预制节段1 901块，架设工期10个月，平均架设效率为3.5d/跨，最高达2.5d/跨。该工法对周围环境污染低，道路交通影响小，施工优势明显。通过该项目的成功实施，极大地推进了当地建筑工业化水平，同时作为桥梁工业化推广的成功典范，得到了阿联酋社会各界的高度评价。