铁路节段预制拼装桥梁施工关键技术及质量管理要点

摘要：以许昌市界-许昌东站高架线节段预制拼装桥梁为例，详细阐述了预制厂设立、节段梁制作、节段梁现场吊装等方面的节段预制拼装施工关键技术，强调了测量控制、剪力键、节段长度、干接缝、环氧树脂接缝、配合比设计与梁体养护等方面的节段预制拼装施工的质量管控要点，为节段预制拼装桥梁施工项目提供参考。

关键词：铁路桥梁工程；预制拼装；关键技术；节段长度；现场吊装

0 引言

节段预制拼装技术把梁体分成若干个节段，在预制厂内预先加工出节段，随后运送到施工现场指定位置进行拼装，完成预制梁施工任务[1]。节段预制拼装施工具有效率高、污染少等优势，体现出良好的经济和社会效益。本文结合桥梁工程项目施工经验，总结节段预制拼装施工关键技术，为节段预制拼装桥梁施工项目提供参考。

1 工程概况

郑州至许昌铁路线的许昌市界-许昌东站，其里程为K49+521.305～K83+221.630，共计33.70km，其中高架线长度为28.736km，共746孔/8844榀节段预制梁。在746孔节段预制拼装梁中，有76孔长度为25m的节段预制拼装梁、648孔长度为30m的节段预制拼装梁、22孔长度为35m的节段预制拼装梁。该节段预制拼装梁的拼装工程，具有施工线路长，梁体运输量大、控制重点多、施工工期紧张等特点。

2 节段预制拼装施工关键技术

2.1 预制厂设立

经过对该高架线桥梁工程项目施工线路区域的地形、地质、交通、地面建筑等情况进行实地调查和综合分析，决定在施工线路的临近位置设立预制厂，以缩短原材料和节段梁的运输时间、降低运输费用。预制厂设置原材料堆放区、混凝土搅拌站、钢筋加工gxHqTy4g1bMwUOdIs/q2oA==区、制梁区和存梁区等。其中制梁区共计设置5条生产线，每条生产线配备12个制梁台座，每2个制梁台座之间布置一个测量塔。

2.2 节段梁制作

2.2.1 节段梁制作工艺流程

节段梁梁段制作的主要施工工艺流程[2]如下：模板制作→台座制作→底模线形调整→测量检查及模板调整→模板刷脱模剂→钢筋骨架吊装→设置波纹管→钢绞线穿束→安装端模→安装内模→安装外模→安装预埋件→检查测量各部位尺寸→浇筑梁段混凝土→布置测量控制点→养护→拆模→提梁、检查、整修→梁段移入存梁区。

2.2.2 吊装钢筋骨架和设置波纹管

在制梁台座上设置梁段底模，在将底模线形完成调整、经测量检查确认合格，并在底模上涂刷脱模剂后，吊装预制好的钢筋骨架，经调整定位后，保持钢筋骨架位置的准确性和整体的牢固性。使用金属波纹管作为节段梁的预应力钢绞线束管道。安装波纹管之前，要有专人测量、计算波纹管布设空间，为后续波纹管的定位提供依据。安装波纹管时，要保证其安装位置、角度精准无误，波纹管接缝处密封严密，防止混凝土浇筑时出现漏浆或堵塞等异常状况。Ø8mm钢筋有强度高、韧性足、可塑性好等特点，因此使用Ø8mm钢筋焊接成定位网，将波纹管固定在节段梁主筋上。

2.2.3 预应力钢绞线穿束

按照设计图纸要求的性能指标选用钢绞线、制成钢绞线束。按序将钢绞线牢固地绑扎成束，防止穿束时出现松动现象。下料时采用机械切割法，不仅能确保材料切割的高精准度，还能节省工时。穿束前使用胶布缠绑端部，或绑成锥形套头，这种样态能降低钢绞线束端部与波纹管之间的阻力。采用人工手动方式进行钢绞线穿束。

2.2.4 模板安装

在钢筋绑扎及钢丝束穿均满足设计要求后，就可以组织模板安装。在模板安装前对其表面做清洁处理，并在其接缝处粘贴厚度为5mm的橡胶带。模板安装时要有专人在局部设置数量、直径大小适宜的预留孔。模板安装时的质量控制要点主要有3个：一是各接缝处严实，二是保护层厚度达到标准，三是随时检查测量底模的反拱及平整度，特别是要确保四个支座位置的误差都在允许范围内。经测量确认钢筋绑扎方位角合理后，使用螺杆将模板进行连接固定。

2.2.5 混凝土浇筑与拆模

选择龙门起重机作为主要设备辅助现场浇筑施工。预制梁的浇筑顺序是先两侧后中间，要一次性完成，中间不可停顿。浇筑全过程要有专人保护预埋件，以防局部受损。使用插入式振捣棒振捣，振捣时遵循快插慢拔的原则，插入深度至混凝土浇筑表面往下0.5m左右为宜。根据振捣棒振捣作用半径的1.5倍设置振捣点间距，振捣要做到力度适中且全面，整个振捣过程不可触碰波纹管，同时反复检查模板状态。当混凝土表层再无气泡溢出、或没有沉降现象时，则表明其密实度达到了设计要求，可停止振捣。

混凝土浇筑完成后，在其表面覆盖一层麻袋，定时洒水养护。当判断出梁段混凝土强度达到设计强度的60%后，可出具梁段拆模通知单。遇到气温骤变或大风天气，应延期拆模。拆模后对模板表面进行清洁处理，均匀地涂一层脱模剂进行养护。

2.2.6 预应力张拉施工

在预制梁段张拉之前，将液压泵、千斤顶、液压表等张拉设备送至检测部门鉴定，经鉴定合格后方可使用。张拉前还需对梁体混凝土试块进行试压，测得其强度达到设计强度的90%时，才可对梁体进行预应力张拉施工。

梁体左、右两端同时做张拉准备。清理锚垫板下面的水泥浆，把每根钢绞线对准孔穿进锚环内。安装工作锚夹片，并使用钢管打紧整个工作锚夹片。安装环节一定要确保工作锚落进锚垫板止口内，且和孔道轴线做到同心。准确安装工作锚后，安装张拉限位板及千斤顶对位。确认对位好后，将工作锚安装在千斤顶后端的工具锚后方。

经检查确认锚具、千斤顶、孔道三者轴心同心，保证千斤顶受力且与梁端锚面成角90°后，向千斤顶输送压力油。当伸长值达到10%σcon后暂停张拉，两端测量并记录千斤顶外伸量（即钢绞线伸长量）及夹片外露量，记录好后两端同时发出继续张拉信号。当伸长值达到20%σcon时停止张拉，两端继续测量并记录千斤顶外伸量。其余的拉伸量待拼装梁进行整体拼装时一同进行张拉。

2.2.7 管道压浆和封端

按照由下至上的顺序进行预应力钢绞线张拉后的波纹管内压浆，可使用真空辅助压浆，明确要求要在终张拉后2天内完成压浆。正式压浆前，控制波纹管内的真空度在-0.09～-0.06MPa之间。在整个波纹管被浆液灌满后，判断出浆和进浆浓度持平时，在0.5～0.6MPa条件下连续持压3min以上，然后封闭相应的管道。只有在进口与出口端密封性达标后，才可进入到封闭工序。完成管道压浆和封端后，即完成了节段梁的预制施工。此时可通过龙门起重机吊装方式，将预制节段梁临时运送到存梁区。

2.3 节段梁现场吊装

2.3.1 施工准备

本文以30m节段预制拼装梁为例，阐述其现场吊装施工流程及施工方法。该30m节段预制拼装梁共分为12段，平均每段长度为2.5m。在施工现场的桥梁墩柱顶部预先组装好架桥机[3]。根据架桥施工工序要求，使用运梁车将12段预制的节段梁按吊装顺序运送到架桥机的尾部。按照架桥方向，各梁段顺序编号依次是1#～12#梁段。将起吊天车移动到架桥机的尾部，做好拼装准备。

2.3.2 节段梁拼装步骤

2.3.2.1 节段梁临时组合

使用架桥机起重天车提起1#梁段，移动到设定位置，校准1#梁段方位并进行有效固定。为了避免预应力波纹管压浆液外漏问题，对接缝面预应力管道接头进行密封处理。密封方法是密封垫圈+涂胶方式，接缝表面无需开槽，直接对接两接缝面。选用闭孔发泡聚乙烯材料作为密封材料，垫圈密封圈环宽度为10mm，内环直径比预应力孔道直径大出5mm，厚度为5mm。在1#梁段与2#梁段之间结合面上涂刷适量环氧树脂，然后密贴两节段梁，并用精轧螺纹钢在顶板和底板上施加临时预应力，在环氧树脂固化之前确保接缝间的压应力≥0.35MPa。

按照上述方法将30m拼装梁的其余各梁段临时组合在一起。在节段梁临时组合过程中，要始终把两个滑道之间吊装的高度差控制在0.5m以内，控制梁体起落的横向倾斜＜2%，保证梁体能平稳移动。

2.3.2.2 拼装梁整体张拉

在节段梁临时组合后，开始钢绞线穿束。此时要按照张拉步骤精准安装锚具、张拉钢绞线和封锚处理。本项目选用抗拉强度标准值为1860MPa的高强度、低松弛度钢绞线，公称直径为15.2mm。预应力张拉严格按照设计要求，采用两端同步张拉法进行张拉。预应力运用张拉力与伸长量双控措施。预应力值以油压表读数为主，以钢绞线伸长量进行校核[4]。张拉过程中应保持两端的伸长量基本一致，其误差控制在5.0%范围内。

2.3.2.3 拼装梁正式吊装

放松架桥机上的2#～11#吊杆，将节段预制拼装梁移动到设计落梁处上方，安装支座并将其标高调整到设计位置，灌注支座灌浆料用于固定支座。当观测到支座灌浆料固化后，放松1#与12#梁段的吊杆完成落梁，操纵架桥机过孔，开始进入到下一孔梁的安装工序。架桥机架设节段预制拼装梁的施工情况如图1所示。

3 节段预制拼装施工的质量管控要点

3.1 测量控制

测量控制的原理较为简单，主要是根据预制成型节段的观测值计算观测点的坐标。根据现场观测数据计算梁体收缩徐变量，后续桥梁拼装施工过程中能更加系统、全面地分析出各类干扰因素及其带来的影响。本项目在各个梁段上都设置了6个控制观测点，轴线、标高的控制点分别有2个、4个。严格测量待浇筑混凝土平面及高程数据，将其作为下一道节段梁拼接控制的参考依据。若经对比发现线形发展趋势不符合设计精度要求，则技术人员要及时优化调整相应的线形，比如调整临时预应力张拉的先后顺序、加设环氧树脂垫片或进行压重等[5]。

3.2 剪力键布置

在节段预制结构内，通常会将接缝之间的剪力键布置在腹板、顶底板或两者相结合区域。现实中剪力键有单键与多键之分，前者适合布置在局部；而多键分布在接合面各个位置，规格较小。现已有很多研究证实，多键在预制节段拼接项目中的使用效果更好。

3.3 节段长度控制

关于桥梁预制节段长度的控制问题，主要受实际运输及拼装能力水平两大因素的影响。如果节段梁码放场与其施工现场相距较远、且运输时必须经过交通要道，应将节段梁的长度控制在2.5m以内。本项目所在地路网较为发达，施工时可利用，故可以考虑增加节段梁长度。

3.4 干接缝设置

若预制节段梁之间的接缝采用干接缝，适用于冰冻温度环境或运用体外预应力条件，其最大的优势是在不使用环氧接缝的条件下能增加整个结构的可靠性，并且现场施工简单。但是节段预制过程中设置接缝时，很难达到完全水密封要求，会对后续压浆质量造成一定影响，导致很难获得理想的质量效果。正因为如此，通常不推荐使用干裂缝。

3.5 环氧树脂接缝应用

环氧树脂接缝具有质地坚韧、强度高、耐磨损、防腐及后期维护费用低等诸多优势，近些年在国内预制节段梁工程施工中得到了广泛应用。特别是在体内预应力系统施工中表现出良好的效能，不仅能使节段拼装过程中获得一定的润滑，也确保了整个接缝的密封性，限制了湿气渗入，在体内压浆环节对接缝位置发挥出了良好的密封作用。

3.6 配合比设计与梁体养护

在混凝土拌制和施工过程中，要严控其强度水平，避免其表面产生收缩裂缝。重点工作是合理设计配合比及加强养护，保证骨料级配科学合理，加强水泥水化热的控制。掺拌粉煤灰以减少水泥实际用量，但是粉煤灰用量不可超过水泥总用量的15%，合理确定最终配合比。现场吊装到存梁区后要及时对梁体混凝土进行洒水、覆盖等养护，养护时间不可短于14d。

4 结束语

采用节段预制拼装技术辅助铁路桥梁建设，能显著加快施工进度，减少施工现场带来的污染，实现低碳、环保化建设，并且其施工操作简单、施工效率高，能充分应用多种资源，经济性优良，未来具有很大发展潜力。通过归纳总结节段预制拼装桥梁施工关键技术，明确该项技术要点及质量管理方法，有针对性地完善施工工艺，加强质量控制力度，能显著提升桥梁施工水平。

参考文献

[1] 李旭.基于装配式技术的节段预制拼装桥梁施工方案探讨[J].价值工程，2022，41（5）：105-108.

[2] 黄跃.小半径大横坡宽幅箱梁节段预制拼装施工关键技术[J].中外公路，2021，41（2）：225-228.

[3] 杨继光，耿庆祥.高速铁路连续梁节段预制拼装施工关键技术研究[J].江西建材，2019，85（10）：158-162.

[4] 赵旭利.逐跨拼装预制节段预应力混凝土桥梁施工技术研究[J].建筑技术开发，2018，45（23）：58-59.

[5] 富华.逐跨拼装预制节段预应力混凝土桥梁施工技术[J].交通世界，2017，47（12）：140-141.