節段橋梁施工技術在我國的應用

1預制節段拼裝施工的優缺點預制節段裝配施工包括將橋梁體劃分為節段，并在工廠或車間進行預制構件，并將預測值用作一般結構的方法。預制節段橋梁結構于上個世紀50年代在歐洲開始使用,現在已在世界范圍內廣泛使用。隨著時代的進步和工程環境的變化,施工時制約條件越來越嚴格,快速施工的必要性越來越大,在國內由于國情的特殊,現在占主導的施工方法仍為現澆法,預制節段拼裝施工較少。但是隨對結構物構件的質量將有更高的要求,預計預制節段橋梁在國內將有長足的發展。預制節段拼裝施工相對于就地澆筑混凝土的方法來制造主梁具有以下優點:(1)上部結構分為制造與架設,上部結構的架設工期可以大為縮短。(2)由于設備完整的工廠或場地上制梁的關系,質量容易管理和得到保證。(3)由于主梁的制造在工廠或場地上連續進行,可以采用機械化達到省力的目的。(4)在多跨橋梁的截面形式相同時,模板的倒用次數增多可以取得經濟的效果。(5)主梁節段的質量管理與試驗可在進入架設作業之前來實施。(6)節段如有足夠的存放期,可減少架設后的收縮與徐變。2大沙溝大橋修復工程2.1大沙溝特大橋工程概況新建大準至朔黃鐵路聯絡線,線路位于內蒙古中部及山西省北部,新建線路全長179.862km,其中大沙溝特大橋為重點控制性工程。本橋橋跨結構為10-32m簡支T梁+2聯(60+3×100+60)m剛構連續梁+8-64m+2-48簡支箱梁,橋梁全長1834.08m。2.2梁方案2.2.1墩頂原位成梁造橋機進行梁部拼接施工時,先將造橋機拖拉至需要拼接梁部的墩跨間,再將從制梁場運來的預制梁段吊運至造橋機腹內,以吊桿支承為依托,按一定的順序擺放、調整就位,然后穿放鋼絞線、支立模板、澆筑接縫混凝土,待混凝土強度達到預定設計值后進行張拉,即可完成墩頂原位成梁作業。2.2.2梁段吊裝順序預應力混凝土箱形簡支梁采用專用移動支架式造橋機在墩頂原位建造,其施工步驟如下:(1)安裝走行裝置、拼裝造橋機。(2)梁段的運輸、吊裝和調位。①準備工作造橋機拖拉到位后,應馬上開始各種測量及準備工作:b.檢查并復核橋墩的縱橫向中心線。c.檢查支承墊石上錨栓孔位置及深度。d.擺正支座位置。e.檢查回轉天車、運梁平車的安全使用性能。②梁段移出存梁場地200t大龍門吊將梁段吊出直接放到運梁平車上。③梁段組拼順序梁段組拼順序是根據支架本身的構造情況和施工的快捷方便而定的,吊裝順序依次為:后1#、前1#、前2#、前3#、前4#、前5#、前6#、7#、8#(中間)、后7#、后6#、后5#、后2#、后3#、后4#段(前和后分別指造橋機前進方向的前面梁段和后面梁段,此為64m架設吊裝順序,48m吊裝順序相同,只是去掉2個6#段2個7#段)。④梁段的吊裝梁段運至造橋機尾部回轉天車的下部,回轉天車吊具通過精軋螺紋鋼和楔形墊塊起吊梁段。⑤梁段的初步就位回轉天車通過下降、旋轉、縱移將節段預制箱梁按一定的順序(梁段在造橋機上設計位置處)擺放懸掛在懸吊系統上。⑥梁段的精確就位精確就位是指梁段縱向、橫向和豎向3個方向的調位?？v向和橫向利用回轉天車走行和橫移油缸來調節,以線路的中心線為基準,即要求線路中心線和梁體中心線重合;縱向兩端的1#梁段支座錨栓對正支座預留孔,考慮預應力張拉后及后期徐變引起梁跨收縮,梁段在擺放時,縱向收縮量以設計梁圖為準。梁段間距按60cm(架設48m時除去1#段和2#段間間距為60cm外均為77.5cm)間距布置;豎向按二次拋物線設置反拱度。由于每一個梁段均懸吊在4根精軋螺紋鋼上,并且每個懸吊點都有3個自由度,這3個自由度相互制約,調整其中1個必將影響其余2個。所以梁段調位是一個反復調整,逐漸趨近的過程,故在施工中按先縱向調整→橫向調整→豎向調整→縱向調整→橫向調整→豎向調整的次序反復循環調整,直至達到設計要求。2.3濕縫施工、預拉和砂漿壓頭的準備2.3.1拉孔道或鋼絞線穿束為了提高穿鋼絞線的效率,采用人工和機械牽引相結合的方式穿鋼絞線。即先用人工在各張拉孔道中穿上“引線”,再將一個孔道中所要穿放的全部鋼絞線綁焊在引線周圍而成為一整束,然后利用造橋機上的3t卷揚機將整束鋼絞線通過引線牽引穿入各張拉孔道。2.3.2梁段濕溝施工(1)準備工作梁段在從存梁場地移至支架上之前,將梁段的濕接端鑿毛,外伸鋼筋理順調直,各種構造筋放在所在位置,波紋管插入預留孔道。(2)梁段腹板鋼筋綁扎濕接縫鋼筋綁扎按常規方法進行。由于箱梁腹板薄、鋼筋密和波紋管多、濕接縫混凝土又采用振動棒配合振搗,為保證波紋管在施工中不被破壞,要求梁段腹板接茬鋼筋要上下排列綁扎,以增大振動空間。(3)合理模件的安裝模板采用1.2cm厚竹膠板做面板,5cm×10cm方木做肋板制作而成。模板周邊貼上薄海綿條,以防止漏漿。立模的順序依次為底模、側模和內模。底模由對拉桿拉伸,使其與梁底密帖;外側模和內側模用對拉螺桿拉緊與梁段密貼。(4)濕嫁接的和振搗由于所有的荷載均由造橋機承托,隨著灌筑的進行,支架必將產生一定的撓度變形,如灌筑次序不當且隨著混凝土的凝固將影響到整孔梁的線形。箱梁的濕接縫要對稱灌筑,依次從兩端向中間進行。整孔梁所有濕接縫必須一次灌筑完畢,中間不得停頓。每一個濕接縫的灌筑順序依次為底板、兩側腹板和頂板,混凝土灌筑也必須連續進行,中間不得停頓,以免留下施工薄弱層。采用插入式振搗棒振搗,移動距離不宜大于振搗棒作用半徑的1.5倍,且插入深度宜為50～100mm,與側模保持50～100mm的距離。每一振點持續時間20～30s,以混凝土不再沉沒、不出現氣泡、表面呈現浮漿為度,防止過振、漏振。(5)按水壓直排水,確定底板控制養生采用外包保溫覆蓋層,箱梁表面澆水,要將箱內底板灌水,深度為5～10cm。底板的兩端部1.5cm內,用濕麻袋覆蓋,預防底板混凝土開裂。(6)拉螺栓,控制安裝濕接縫混凝土初凝以后,微擰內外模板之間的對拉螺栓,以免螺栓與混凝土凝固在一起而拔不出來。當混凝土強度達到70%設計強度后,開始拔出對拉螺栓,拆模順序依次為外側模、底模和內模。2.3.3伸長值的計算梁部設計為后張法預應力混凝土箱梁。張拉按設計要求進行張拉。(1)張拉設備的按相關規范要求都檢測單位進行標定,張拉時采取兩端對稱同步張拉(有4臺張拉千斤頂同時工作),以控制張拉力為主,伸長量為輔的雙控法進行。張拉順序是:張拉初始應力(10%設計值)→第二次張拉噸位(20%設半值)→設計值(100%設計值)→持荷五分鐘→回油至零。把3次的伸長值都記錄下來,計算最終伸長量。(2)梁段支撐的調節箱梁在第1階段預應力鋼束張拉前,梁的全部重量多支點彈性支承在造橋機主梁上。每個梁段由4根精軋螺紋鋼承受,用作高程的調整。當預應力鋼束開始張拉后,隨著張拉的進行,部分自重將轉為由梁體自身承受,同時造橋機承受的梁段重量將逐漸減輕,主梁反彈上托力發生變化。隨著預應力鋼束逐步張拉,箱梁自承能力越來越大,最后梁的重量由造橋機主梁承受轉為箱梁承受。為防止上托力過大而頂裂梁體,在張拉過程中要及時調整懸吊精軋螺紋鋼長度,以減少造橋機的上托力。2.3.4預應力壓漿及壓漿處理當預應力鋼束張拉后,對預應力孔道應及時進行壓漿處理。按設計要求,壓漿用水泥標號不低于梁體的水泥標號,一般采用42.5#普通硅酸鹽水泥。水灰比不大于0.45。(2)封鎖邊緣在所有孔道壓漿完成之后,對箱梁端部進行清理,綁扎封端鋼筋,立封端模板,灌筑混凝土。3施工期間，信息監控和線性調整的措施3.1施工設備監測整個節段拼裝施工過程處于一個動態中,在整個過程中應對各主要施工階段進行詳細的監測監控,掌握施工結構的實時狀態,主要從以下方面進行監測監控:(1)造橋機安裝時主梁應力監測;(2)造橋機形式試驗時的主梁、天車、導梁、托架以及托架對拉精軋螺紋鋼的結構響應監測;(3)節段滿掛時各關鍵點的結構響應監測;(4)濕接縫混凝土澆筑時各關鍵部位點的結構響應監測;(5)預應力張拉時各關鍵部位的結構響應監測;(6)解除吊桿落梁時主鋼箱梁和吊桿的監測。各階段具體的監測對象根據結構重要性進行確定,造橋機是用于48m跨簡支箱梁預制節段塊整孔組拼、濕接縫施工、整體張拉成梁的施工設備,各主要構件每跨承重時間近半個月,所以應對各主要承重構件進行監測,監測內容:①主梁結構監測;②導梁結構檢測;③前支腿結構監測;④整機主梁撓度監測;⑤托架結構監測。墩旁托架及立柱是主要承載部件,施工中所有荷載最終由托架經承剪梁傳遞給立柱后最終傳至承臺表面,托架上部由6根φ32的精軋螺紋鋼筋對拉,下部由2根φ32精軋螺紋鋼對拉,且上下均設有頂緊支座,工作中先預緊精軋螺紋鋼,讓托架始終緊抱橋墩,提供工作中所需的縱向支反力和水平反力。考慮到精軋螺紋鋼受力的均勻性要求,所以應對對拉拉桿進行拉力監測,監測內容如下:(l)托架上部5根精軋螺紋鋼筋拉力監測;(2)托架下部2根精軋螺紋鋼筋拉力監測(見圖1)。節段支撐橫梁吊桿是聯系造橋機與混凝土箱梁之間的紐帶,其工作狀態直接決定著混凝土箱梁的安全性,通過對吊桿的實時監測能夠清楚地掌握混凝土箱梁與造橋機之間的關系,主要監測混凝土施工階段和養生階段以及鋼絞線預應力張拉時各吊桿的拉力變化情況,尤其注意監測靠支座節段的8根吊桿受力變化情況,監測內容主要是節段支撐橫梁精制螺桿拉力的實時監測。混凝土箱梁是施工的最終成果,混凝土箱梁成孔質量的好壞是決定施工是否成功的決定性標準,在整個過程中,由于造橋機鋼箱梁處于彈性變形階段,對靜荷載的增加以及對天車的行走震動,甚至外界的風荷載都會有相應的響應,混凝土箱梁涉及較多的受力變化,尤為明顯的3個階段體現在:(1)濕接縫澆筑過程;(2)濕接縫澆筑完成后的預應力張拉過程;(3)預應力張拉完成后解除造橋機約束過程。其中最主要的是后兩個過程,在后兩個過程中對混凝土箱梁的反拱和造橋機鋼箱梁的回彈分別進行監測,結合吊桿監測數據進行合理的調整,保證混凝土箱梁的施工質量。所有的監測過程根據實際情況采用不同的數據采集方式,便于人工操作采集的同時不影響采集精度。使用人工連接信號線進行數據采集,處于高空且臨邊點采用無線采集數據的方式。3.2梁段調節設計箱梁節段全部支撐懸掛于造橋機主鋼箱梁上,均需進行準確的三維位置定位調節,在調節中主要的困難:(1)節段濕接縫預留鋼筋50cm長,節段塊預留鋼筋之間掛扯嚴重,節段塊線形調整極不方便,尤其需要微調時很困難;(2)節段塊通過四根直徑140mm的立柱支撐于節段支撐橫梁上,天車起吊節段時的鋼絲繩剛度與混凝土箱梁縱橫向剛度差異太大,進行節段調節時天車動但節段塊卻未動,造成節段縱橫向位置難以調節到位;(3)節段三維位置調節時需考慮濕接縫重量引起的造橋機下撓變形量預留,從而保證成橋線形,需要進行反復調節。梁段調節主要遵循以下幾個方面的原則及順序:小里程端節段→大里程端節段→端節段位置作為其他節段定位參考使用→跨中節段調節(兩邊往中間進行)。(1)端節段的安裝及調節首先安裝小里程方向端節段,梁段吊運到位后進行梁段橫向端頭的設計里程的調節,調節到位后再進行高程的調節,最后進行軸線位置調節,三維位置調節到位后進行支座的灌漿。(2)非端節段塊的調節,原則同端節段的調整原則。(3)在端節梁段調整好后,每調整好一段就和前一已調節梁段進行少量的鋼筋焊接,盡可能防止其有位移(同時做好吊架的防滑移措施),在砼箱梁和鋼箱梁之間設置好橫向螺旋可調支撐。(4)箱梁在完成濕接縫澆筑后橋面成形要求無下撓,故根據橋機荷載試驗數據進行梁段預拱設置(按二次拋物線進行分配)。4混凝土箱梁的反弧和稀釋4.1預應力筋張拉及解除約束箱梁反拱值的測定采用精密水準儀和全站儀配合進行,首先采用全站儀對箱梁進行斷面劃分,確定準確的測量參考點;在支座完成節段調節后測量一次支座中心線高程h1;完成濕接縫澆筑后測一次支座中心線及跨中高程h2并和相應的設計高程對比;張拉完成后測一次支座中心線及跨中高程h3;解除約束后測一次支座中心線及跨中高程h4。張拉完成后反拱值f1=h3-h2,解除約束后混凝土反拱值f2=h4-h2。鐵路行車要求線路具有高平順性,對橋梁預應力張拉反拱值較為敏感,隨機抽取的此跨混凝土箱梁反拱值實測為39mm,根據鋼箱梁在張拉后的下撓變形量看出鋼箱梁的回彈量就是此時混凝土的起拱量,但是此時混凝土箱梁仍然受鋼箱梁支撐作用,施工時一旦解除鋼箱梁的支撐后混凝土箱梁的反拱值會大大減小而達不到設計要求(設計要求完成兩次張拉后反拱值為14～17mm),在實際操作中預應力張拉解除約束后的累計反拱值在9～17mm之間,加上二期張拉反拱稍微偏大。4.2端節段邊吊桿的解除預應力張拉完成后混凝土箱梁能夠承受自重,并且能夠承受造橋機過孔荷載,此時解除造橋機與混凝土箱梁之間的聯系進行成孔落梁工序施工。成孔落梁的關鍵工序是節段吊桿的解除,混凝土箱梁經過預應力張拉后產生反拱,同時引起梁端產生轉角位移,端節段的邊吊桿受力增大,此時解除端節段邊吊桿時危險性增大。經過實際操作,在解除端節段的邊吊桿時千斤頂幾乎滿負載工作,這樣在實際操作中非常危險,經過分析后認為,端節段的邊吊桿作用軸線位于支座中心線外側,也即是位于計算跨