预制盖梁节段安装施工技术研究

雷洋波* 全异

（1、中交路桥建设有限公司，北京 100027 2、中国路桥工程有限责任公司，北京 100081）

装配式是指以预制构件为主要受力构件，经过装配和连接而形成的混凝土构件。预制装配桥梁的主要特点是构件在工厂制作，然后运送到现场，以机械为主、人工为辅的方式进行安装。装配式桥梁由于具有生产标准化程度高、现场安装快速便捷、可减少对周围环境和道路交通的影响、工程质量易保障等优良特性，符合现代工业化、智能化建设发展理念，是绿色施工、环保施工的建设代表。

肯尼亚内罗毕快速路是中国路桥工程责任有限公司在非洲投资开发的第一条BOT 公路项目，项目主线全长27.131Km，穿越首都内罗毕核心区，为肯尼亚国道A 级公路。受城市道路交通影响大、安全风险高，项目工期紧张，采用装配式桥梁设计。桥梁下部结构按照桥墩类型，可以分为双柱墩、独柱墩、框架墩、门式墩等六种，其中双柱墩和独柱墩用于中分带宽度合适的主线位置；框架墩适用于主线接匝道出入口处，与匝道共用墩；门式墩用于主线跨越障碍物较复杂或中分带宽度较窄处。

装配式桥梁施工分配预制和安装两大块，预制施工在预制场进行，桥梁节段预制完成后，运输至施工现场进行安装。预制拼装工艺可以将大量的工作转移到后场预制场进行，预制场场地空间充足，资源投入集中，施工质量易控制，不受施工现场环境干扰，预制施工功效高，可以有效缓解现场交通拥堵、场地受限、进度压力大的问题。

1 工程概况

本项目桥梁下部结构按照桥墩类型，可以分为双柱墩、独柱墩、框架墩、门式墩等六种。

图1 桥墩盖梁类型

由于盖梁重量和长度较大，整体预制安装难度较大，因此拟采用分段预制拼装工艺，设计根据项目起重设备的吊装能力、结合盖梁结构形式、上部荷载、受力状态等对盖梁进行分节段设计，分节长度控制在13m 以内，分节重量控制在150t 以内。盖梁与立柱之间采用灌浆套筒连接，盖梁节段之间采用湿接缝连接。

表1 盖梁分块类型及数量最大重量表

2 盖梁安装工艺工法

2.1 独柱墩盖梁安装

独柱墩盖梁节段由3 部分组成，墩顶段和两端悬臂段。悬臂段与墩顶段之间设计有齿键，以增强节段间抗剪能力。节段间连接采用后浇湿接缝的形式，节段钢筋之间连接采用双螺纹套筒（图2）。

图2 独柱墩盖梁结构

2.1.1 墩顶段安装

独柱墩墩顶段盖梁节段采用350t 履带吊，提吊至墩顶进行安装，墩顶段与墩柱之间钢筋连接采用球墨铸铁灌浆套筒，盖梁节段与墩柱混凝土接触面设置座浆层连接，钢筋与灌浆套筒对接准确、连接好后，向灌浆套筒内灌高强度专用灌浆料。

2.1.2 悬臂端安装（图3）

图3 墩柱墩盖梁悬臂端安装结构图

悬臂段盖梁通过在盖梁顶部设置的抗剪和对拉系统实现无支架拼装。悬臂段重量最大重量为61.1t。盖梁预制时在顶面预埋2 根φ10cm 的PVC 管作为预留销棒孔，采用钢板加工抗剪工装，悬臂端盖梁节段通过2 根φ8cm 销棒与抗剪工装连接，平衡悬臂段重量；对拉反力架采用20mm 钢板焊接在预埋件上，悬臂段利用抗剪工装加劲，墩顶段焊接16mm三角板加劲，在反力架两侧预留孔，采用精轧螺纹钢形成对拉系统。

履带吊提吊悬臂段盖梁，从上方缓慢下放，直至抗剪工装搭在墩顶段盖梁上，安装对拉系统，将悬臂段盖梁缓慢拉向墩顶段，直至齿键对接闭合，完成悬臂段锚固，然后连接盖梁钢筋，盖梁钢筋采用双螺套连接，顶底面主筋连接完成后，履带吊即可松钩。吊装锚固完成后，进行湿接缝浇筑，使盖梁节段之间连接形成整体。

2.1.3 抗剪工装计算及仿真分析

采用有限元软件对抗剪工装进行建模，根据施工实际情况，建立荷载工况，添加边界约束，施加上部荷载，对抗剪工装进行计算及仿真分析（图4-5）。

图4 抗剪工装有限元模型图

对抗剪工装的主应力、剪应力、等效应力、变形等进行仿真分析，结果如表2 所示。

表2 抗剪工装仿真计算结果

2.2 双柱墩安装

履带吊吊装盖梁到达墩柱钢筋上方，缓慢下落，柱底距离预埋钢筋约10cm 时，通过人工辅助调整盖梁平面位置，使钢筋对准灌浆套筒底口。对位后，盖梁继续下放。接近橡胶垫块时停止下放，调节限位板螺杆，微调盖梁平面位置，使盖梁中心线与立柱中心线重合（图6）。

图6 双柱墩盖梁节段吊装示意图

图5 抗剪工装应力图

双柱墩盖梁节段悬臂端长度较长，盖梁节段重心位置不在墩柱范围，需要设置临时锚固措施，确保节段安装稳定。

盖梁重心位于墩柱外侧，产生倾覆力矩，需要在另一端进行反拉。反拉采用精轧螺纹钢，底端锚固在承台、扩大基础反力架上，顶端通过盖梁内设置的竖向预埋管道锚固在盖梁顶面。临时锚固完成后，履带吊松勾，连接盖梁节段之间的钢筋，进行湿接缝的浇筑。

2.3 门式墩、框架墩盖梁安装

对于门式墩盖梁和框架墩盖梁边墩侧部分，内侧最大悬出长度超出10m，外侧悬出长度仅为30cm，若采用精轧钢反拉，一方面是所需反拉力非常大，另一方面是盖梁拼装应力非常大，拟采用落地钢管支架辅助拼装。

图7 门式墩盖梁节段吊装

2.3.1 盖梁节段安装

两端悬臂段采用落地钢管支撑预制盖梁节段，落地钢管采用4 根φ300*8mm 钢管形成一组，支架上方设置双肢I40工字钢承受盖梁荷载，承重梁与盖梁节段之间放置橡胶垫板，以适应盖梁横坡、增大受力面积、较少成品盖梁节段的磨损。支架与盖梁之间设置50t 千斤顶，用来调整节段安装位置、横坡，确保安装精度。中间盖梁节段安装采用扁担梁辅助吊装，CB07 节段盖梁在预制时，竖向预埋4 根φ50 钢管，作为穿蹬筋的预留孔道。扁担梁与盖梁节段之间通过4 根φ40 精轧螺纹钢连接，连接固定后，履带吊吊起扁担梁提吊盖梁上升，扁担梁放置于两端CB18 盖梁节段之上，扁担梁与两端CB18 节段间设置千斤顶，提调整盖梁安装位置、横坡及安装精度。中间段盖梁安装完成后，采用双螺纹套筒连接湿接缝钢筋，进行湿接缝混凝土浇筑。

2.3.2 扁担梁工装计算及仿真分析

扁担梁采用I610 工字钢、I25 工字钢加工而成，设置加劲板进行补强，增加横梁刚度。采用有限元软件对扁担梁工装进行建模，根据施工实际情况，建立荷载工况，添加边界约束，施加上部荷载，对扁担梁工装进行计算及仿真分析。

图8 扁担梁吊架工装设计图

吊装分为两个施工阶段：第一阶段为起吊阶段，第二阶段为落梁阶段。起吊阶段：350t 履带吊通过双主梁桁架工装起吊跨中段盖梁节段至吊装位置。落梁阶段：预制盖梁节段吊装调整完毕，进行盖梁钢筋双螺套连接，钢筋全部连接完成后，履带吊松勾、落梁，预制盖梁节段通过工装悬挂在两端已安装好的盖梁节段之上。

图9 起吊阶段及落梁阶段模型图

图10 起吊阶段及落梁阶段应力图

对扁担梁工装的主应力、剪应力、等效应力、变形等进行仿真分析，结果如表3 所示。

表3 扁担梁工装仿真计算结果

3 结论

装配式桥梁是一种新型建筑，预制拼装施工工艺是一种新型工艺、绿色工艺，在解决城市桥梁受交通影响因素大、工期压力大、外观质量要求高等方面有着独特的优势，在城市桥梁建设中有着广泛的适用性，主要优势有以下几个方面:

3.1 环境污染少。桥梁主要构件均在预制厂生产，现场工作量小，极大减少了现场施工产生的建筑垃圾、粉尘、噪音等污染问题。

3.2 对交通影响小。现场工作量少，工作面占用时间短，工序转换快，对交通的影响较传统现浇工艺小。

3.3 施工工期短。各构件可在工厂提前预制生产，基础施工后即可快速安装，极大缩短施工工期。

3.4 施工质量易保证。预制构件标准化程度高，混凝土养护条件好、构件质量能够保证。

3.5 受气候影响小。各构件在工厂生产、养护，仅拼装在现场进行，气候因素对施工影响小。

3.6 劳动力投入低。标准化程度高，工厂统一预制，现场机械设备安装，有效降低劳动力成本。

本文依托肯尼亚内罗毕快速路项目，提出了一种预制盖梁安装施工工艺，设计了盖梁节段安装工装，该工装的特点是减少落地支架，减少交通占道，减少对交通的影响，通过计算仿真分析，确定工装的可行性、安全性，为预制盖梁节段安装提高了一套可行的解决方案，在城市装配式桥梁施工中有着可推广、可借鉴意义。