彭琳琳

(中交第二航务工程局有限公司，湖北 武汉 430040)

0 引言

节段梁预制拼装是将桥梁上部结构主梁划分为若干段，通过预制后运至现场进行组拼，然后施加预应力形成整体[1]。节段预制拼装具有节省材料、减少用工、减少环境污染、可实现流水线施工等优点[2]，如苏通大桥引桥、厦漳大桥引桥、乐清湾大桥引桥、芜湖二桥引桥、秀山大桥引桥等均采用节段预制拼装技术。目前，国内对超高渐变节段梁的预制施工研究相对较少，本文以宁波舟山港主通道项目62.5m跨节段梁为背景，深入研究空间三维扭曲梁在预制过程中的施工及控制要点。

1 工程概况

宁波舟山港主通道项目北侧非通航孔桥为62.5m跨径等高连续箱梁，桥跨布置为(5×62.5+4×62.5)m，9跨左、右分幅，总长562.5m，桥梁起终点桩号为K27+835—K28+397.5。其中，起点至K28+282.542位于直线段，K28+282.542—K28+397.5位于缓和曲线段。62.5m跨箱梁标准横断面及控制点布置如图1所示。

图1 62.5m跨箱梁标准横断面及控制点布置(单位：cm)

节段梁均采用等高度单箱单室斜腹板断面，上、下行分幅布置，除墩顶块二次现浇外，其余均为预制节段。主梁中心梁高3.60m，翼缘悬臂长2.95m，悬臂端厚20cm，根部厚50cm，顶板厚28cm。跨中截面腹板厚45cm，底板厚27cm。梁段长度一般为3.5m，最大预制质量为93.4t。节段梁顶板横坡由节段沿结构顶板顶缘中点旋转形成，坡度主要为2%，部分梁段在缓和曲线段上处于超高段，横坡由2%渐变至-2%，部分横坡由-3%渐变至2%，且任一截面外形均为等截面，形成空间三维扭曲梁。以第2联第4跨节段梁横坡变化为例，左、右幅横坡曲率对比如图2所示。

图2 左、右幅横坡曲率对比

2 空间扭曲梁预制技术

2.1 总体思路

在调研国内项目基础上，制定本项目节段梁预制总体思路。节段梁常用短线法和长线法进行预制，是将梁段空间坐标转换为预制台座局部坐标系后，逐段匹配的施工工艺[3]。短线匹配法施工是循环过程，以即将浇筑的节段为起点(此时，前一节段的匹配节段已定位，且精度符合要求)说明匹配节段定位全过程，具体流程如图3所示。

图3 短线匹配法预制工艺流程

节段梁适用于中小跨径的PC梁桥[4]。短线法预制节段梁易于控制工期、工序衔接紧凑，可专业化、工厂化生产，质量易控制、机械化效率高、对桥下交通影响较小，适用于城市高架桥；但需安装大型专业起重设备，安装荷载偏大、基础设计偏保守，造价偏高。短线匹配测量如图4所示，短线浇筑如图5所示。

图4 短线匹配测量示意

图5 短线浇筑示意

2.2 施工重难点

超高段通过节段梁每个横切面的横坡进行渐变调节，而非常规桥面铺装调整方式，导致该节段内的箱梁结构产生空间扭曲。当节段梁长3.5m时，取梁的截面曲率变化为0.12%，底板高差为6.4mm，翼缘板单侧高差为7.5mm。因此，在预制过程中，模板系统中的底模应具有一定柔度，使刚度在满足常规梁段预制的前提下，可适应变形要求，同时侧模也应具有一定柔度，当节段预制形成空间扭曲状态时，侧模与匹配节段、端模紧密贴合。

2.3 预制关键技术

2.3.1匹配梁调节

匹配节段主要通过6个控制测点实现定位，使用沿节段中心线的2个测点(FH，BH)控制平面位置，使用沿腹板设置的4个测点(FL, FR, BL, BR )控制标高，所有控制测点在新浇筑节段混凝土凝结前，安放在节段顶板上[4]。精确匹配定位前，需采集新浇筑节段测点及固定端模控制点数据，以固定端模作为高程控制基准点计算理论匹配坐标值，并在匹配梁段定位时，使用固定端模高程值作为后视点，分别测量LI1，I1，RI1的高程值，取平均值作为后视读数。匹配梁调节过程中，通过底模台座上的油压装置多次调整趋近4个控制点(FR1，BR1，FL1，BL1)的高程，误差控制在1mm内。

当匹配梁标高调整到位后，开始调整梁段轴线。固定端I1点作为后视定向基准点，完成定向后复核固定端点R1，L1，确保无误后方可调整轴线，否则需先分析解决误差。调整时分别在FH1，BH1上架设强制对中杆，测出y轴坐标值，其中一个与理论值差值为正，另一个为负。通过模板系统底部的液压千斤顶整体平移匹配梁后再扭转高程方向，使梁段处于理论匹配位置，调整时需多次趋近并复核数据。完成匹配梁的标高及平面轴线定位后调整匹配梁段梁长，在点FH1，BH1上架设棱镜，通过全站仪测出x轴坐标值，用液压台车整体平移匹配梁[5]。

2.3.2顺曲面形成过程

节段预制超高渐变段的空间扭曲梁时，通常考虑以折代曲，即让匹配梁与现浇梁模板形成一定夹角(具体角度以实际曲率为准)，使浇筑的2榀相邻梁段存在折角，以代替曲线效果。本项目结合模板大面本身存在的柔性和支撑刚性，在拉杆体系和预偏纠偏体系共同作用下，使受影响较大的外表面呈曲面效果，从而达到设计线形。普通模板与扭曲梁模板如图6所示。

图6 模板示意

1)底模调节(见图7a) 可调节底模主要由刚性支架、调节支撑、面板、侧翼组成。调节支撑以梁长方向中心线为基准，分别对称均匀设置4个可伸缩粗螺杆(伸缩范围10cm)，中间均匀设置3个等高铰接支撑端，两端侧翼分别均匀设置4个可伸缩螺杆和定位销轴。使底模扭曲的操作步骤如下：精确定位匹配梁后，外模下倒角贴合固定端及匹配梁下倒角后，使用液压小车调节底模空间姿态(略低于匹配梁与固定端模2cm)，并伸展固定端侧翼，撑紧丝杆打入销轴后，使底模形成平面。使用液压小车顶升与调节底模，使底模与固定端模密贴(缝隙<1mm)，下放底模支撑，转换受力体系至地面。伸展匹配梁侧翼，同时对匹配梁侧粗螺杆进行适应性调整，使底模与匹配梁密贴。

图7 底模、外模调节示意

2)外模调节(见图7b) 可调节外模由固定外模架、可调节支撑丝杆、倒角斜拉丝杆、面板组成。支撑丝杆梁长方向均匀布置3道，每道设置3处翼缘板及倒角、3处外腹板及下倒角，倒角斜拉丝杆设置于上倒角处，连接翼缘板及外腹板。在单侧翼缘板高差7.5mm的情况下，具体调节步骤如下：①自下而上整体调节外模，距固定端及匹配梁约2cm后调节下倒角处的6根丝杆，使倒角贴合；②自固定端向匹配梁方向，依次调节腹板处3根丝杆、倒角处3根丝杆、翼缘板处6根丝杆；③重复步骤②，使接触面密贴。

综上所述，可保证整个外腹板形成顺曲面。

2.3.3线形控制及保证措施

1)预偏值计算 因浇筑完预制台座后需进行预压及荷载试验，以保证节段梁浇筑过程中的不均匀沉降在可控范围内(此处控制为7m范围，不均匀沉降1mm)，浇筑梁段顶高约5m，故顶板考虑1mm的反向预偏[6]。

2)线形保证措施 混凝土浇筑方式及不同浇筑部位对模板产生不均匀偏移，特别是轴线偏位，主要应对措施为：①进行对称分层浇筑，混凝土分层控制为30cm；②模板下倒角处设置横向拉杆，2个底模间设置纵向拉杆。匹配梁受一定力后发生偏移，特别是顶板处，主要应对措施为在顶部分别设3处对拉拉杆，使匹配梁与固定端形成整体受力。

3)保护层及结构尺寸控制 保护层采用垫块进行控制，入模后保护层尺寸偏差控制为2～3mm(以45mm为例，实际保护层控制为47～48mm)。垫块间隔45cm，呈梅花形均匀布置，原则同底板和翼缘板，使用圆环形垫块，其有效厚度为理论厚度+2mm。使用多点吊具整体吊装钢筋笼，吊点根据计算确定，需受力均匀，使用花篮螺栓进行调节。入模后调整钢筋笼，使钢筋笼与模板外表面完全贴合并检查保护层垫块贴合松紧程度。腹板位置为保护层主要控制区域，使用水平连接筋进行刚性连接，并间隔布置[7]。

3 实施效果

1)节段安装后，外表面呈曲线顺接，无明显折角错台。

2)保护层及结构尺寸检测合格率均>95%。

3)节段梁混凝土浇筑前(匹配完成状态)，测点高程误差为-2.0mm≤Δz≤2.0mm，测点数占本次统计数量的97.1%；节段梁混凝土浇筑后，测点高程误差为-2.0mm≤Δz≤2.0mm，测点数占本次统计数量的95.7%，如图8所示。

图8 节段梁混凝土浇筑前后高程误差

4 结语

1)空间三维扭曲梁预制重点在于模板系统，既应满足刚度需要，又有一定柔度。

2)设计的可调节底模板系统由刚性支架、调节支撑、面板、侧翼缘板组成，采用液压小车调整底模空间姿态，使底模与固定端模密贴。设计的可调节外模系统由固定外模架、可调节支撑丝杆、倒角斜拉丝杆等组成，自上而下整体调节外模，使倒角贴合，再调节腹板丝杆，使接触面密贴，保证外腹板形成顺曲面。

3)为保证预制精度，采取台座沉降定期监测、对称分层浇筑、保护层垫块均匀布置等有效控制措施。

4)节段安装后成型效果良好，外表面呈曲线顺接，无明显折角错台。保护层及结构尺寸经检测，合格率均>95%。节段梁混凝土浇筑前后测点高程误差为-2.0mm≤Δz≤2.0mm，测点数占本次统计数量的95%以上，实施效果良好。