短线节段预制拼装影响因素分析

2020-02-15刘秀珍张久明

建材与装饰 2020年28期

刘秀珍，张久明

（中国建筑土木建设有限公司，北京 100000）

0 引言

近些年，为推动经济高速发展，带动多方区域经济联动，我国在基础设施建设上投入了大量资金。桥梁结构作为基础建设中的重要组成部分，担负着跨越各种复杂地形地貌的重任，如何在保证桥梁结构安全的前提下，缩短施工周期，提高施工质量精度，成为一个经久不衰的热点。目前国内变截面连续梁桥多采用悬臂浇筑法施工，此方法虽然简单易操作，但施工精度不高，施工周期长，且对周围环境污染较大。相比悬臂浇筑法，短线法施工具有施工精度高、施工周期短、环保等优点，但短线法施工控制技术复杂，不易掌握。

1 预制节段桥梁研究的背景及必要性

预制节段桥梁是指将桥梁的上部结构进行划分，划分成不同的节段，再在施工现场进行拼装，然后施加预应力让其成为整体的结构，最后形成桥梁的形态。预制节段桥梁可以分为横向和纵向的分段预制法，根据不同情况，采用不同的施工方法，预制节段拼装的施工方式与整体预制架设的施工方式相比，能够更加节省施工材料，降低工程造价，缩短工程的总工期。预制节段桥梁建造技术在20 世纪70 年代开始发展，改革开放后国民经济和交通事业不断进步，在我国，预制节段桥梁也得到更加广泛的应用。

2 预制节段拼装桥梁概述

2.1 预制阶段拼装工艺概述

预制节段式桥梁装配的施工方法是根据装配机器和车辆的具体情况，沿纵轴将桥梁分成适当长度的几个阶段，在工厂预制完成后进行装配。在码头施工完成并确保符合设计强度后，使用重型运输车辆将所需的预制阶段工程运到现场安装，现场安装过程中需要具体的桥接设备，这种桥接设备需要专门设计。预制台装配到位后，按合理步骤进行预应力，形成整个孔梁。预制混凝土箱梁通常用于装配式桥梁的预制阶段，预制阶段包含多段箱梁。这些台阶的长度为2.5～4.0m，是按顺序制作的，保证在施工过程中堆叠、运输、装配前的完美对准。在天气条件允许的情况下，舞台接缝可采用干接缝，或使用薄环氧树脂层，避免对装配线产生不利影响，并可立即对接缝进行预应力，而不需要进行维护。预制阶段常用的装配方法主要有全孔架设法和平衡悬臂法。

2.2 预制节段拼装工艺的优点与不足

（1）装配技术在预制阶段的优势。该技术在桥梁施工中的应用可以减少对交通和周围环境的影响，具有良好的环境保护作用；其重量更轻，尺寸更小，施工时运输更方便，装配更快，有利于缩短施工周期。采用现场混凝土施工，施工质量易于控制。在预制阶段，装配工艺适合于外预应力，因此在施工过程中可以减小梁截面尺寸，从而提高材料的使用效率。它有利于控制正确的几何形状，以确保桥梁施工中混凝土结构具有审美属性。

（2）预制分段装配过程的不足主要体现在以下四个方面：①使用这个过程来制造桥梁需要大型投资项目建设的早期阶段，预制现场施工和运输设备应做好准备；②型材之间需要用干接头连接。如果处理不合理，大气中的水分和酸性成分会渗透，对结构造成破坏，降低耐久性。采用的预应力筋的抗拉性能不能得到充分发挥，梁体的材料指标和经济指标都比较高；③施工过程复杂，技术要求高，技术操作难度大；④桥梁施工的整体组织协调困难。

3 预制节段拼装方法

3.1 长线法预制拼装

在桥梁施工的过程中，长线法是预制节段拼装的方法之一。长线法对于节段拼装的线型控制比较简单，比较容易保证节段的相对尺寸与整体线形。但在实际操作过程中，由于受到底模纵横向预制线型的限制，这种方式只适用于直线桥梁中，虽然长线法可以在底模的结构上进行改进，但是对模板的使用率却比较低。在施工过程中，长线法所使用到的设备比较少，所以在进行预制节段的控制时，会相对比较简单，但这种方式要求台座基础要牢固不能有沉降。长线法预制拼装的预算费用较大，因为修筑的台座不能够重复使用，除非是建设相同的桥梁。

3.2 短线法预制拼装

短线匹配法预制箱梁是指将一孔箱梁分成若干节段，根据节段类型布置若干预制台座。箱梁节段浇注时，除墩顶段采用一端固定端模，另一端活动端模进行浇筑外，其余梁段则采用一端为固定端模，另一端为先浇筑的节段梁（匹配梁），浇筑段的位置不变，通过调整已浇好的匹配段的几何位置可以获得任意规定的平、竖曲线；在路线平曲线超高缓和段，通过预制梁段两个端面相对扭转拟合而成。固定端模及侧模是不移动的，而梁段连同底模则由浇筑位置移至匹配位置，然后与底模脱离运至整修台座。在进行预制节段的操作过程中，可以优化混凝土配合比，使用添加外加剂的高性能混凝土，提高混凝土的早期强度，缩短拆模时间，提高模板周转使用效率。

4 拼接预制法

根据预制方法的不同，一般将拼接预制法分为短线和长线两种。在利用长线预制法进行桥梁施工时，通常需要设置与桥梁长度相当的预制台座，在完成座台的底模安装后一般就不对台座的长度进行调整。在考虑预制桥梁的建设线型时，主要从设计线型和施工各方面影响因素（如施工，收缩徐变，桥梁自重）考虑预拱度。在制作节段侧模时侧模主要随着制作节段的移动在台座两侧进行移动，一般是在浇注后一段时，利用一节段后端面作为后一节段的前端模，对后一段进行浇注，以此类推，预制施工桥梁所有节段。短线法与长线法又有区别，它主要考虑桥梁结构横载、施工横载以及施工时其他载荷（如：风载、徐变、混凝土收缩、预应力筋松弛），在此基础上对各施工阶段的不同挠度和累计值进行精确数值计算，并将施工完结阶段的累积挠度值最为最终的桥梁预拱度，这种精确计算法比长线预制拼接更为准确。预拱度计算出来后，将桥梁划分为若干段并进行空间坐标系转换，在实际施工中，一般在预制场同一位置进行可调整模板逐块浇注，在浇注几段模板之后，利用架桥机对该大段段桥梁进行逐对对称悬拼。拼装时可以利用粘结剂对两段梁端间进行涂抹施工，利用预应力筋张拉锚对连接段进行固后压浆，使整段桥梁形成“T”字形悬臂，从而最终形成多跨连续梁桥。目前利用专业计算机监控软件和数据实行桥梁挠度和累计值计算使短线法预制悬拼技术在外国桥梁施工中广泛应用，在我国，短线预制悬拼技术也在跨越大江大河的大跨度桥梁和海洋桥梁中广泛使用。

5 节段箱梁预制施工工艺

分段装配技术主要有两种：长线法和短线法。在装配施工过程中，应选择合适的装配机床和工具，指定符合施工要求的现场。

5.1 截面箱梁的适用条件

基于分段预制技术，可应用于各种场地、各种跨径桥梁的施工。

5.2 截面箱梁的优点

①质量有保证。在指定预制车间完成各截面梁的预制，可以避免产品受恶劣天气影响，整个过程高度自动化，生产效率显著提高，质量得到有效保证；②安全性和适用性强。分段箱梁拼接施工，在有足够空间的情况下可以缩短支架拆卸环节的时间，此外，架桥机自动化程度高，所需施工人员少，工程安全性较高。设置为变高梁的连续刚构时，既能满足跨径要求，又具有较大的经济跨径。预制段模板设计具有高度的灵活性，能满足几何线形变化的要求，使几何造型更加美观。预制构件在指定的工厂完成。设计强度容易满足要求，截面更轻便，降低了组装难度，缩短了施工时间。

5.3 箱梁预制施工工艺

①长线法匹配预制。与预制工程相匹配的长线法需要在指定的预制车间完成。根据桥的底边曲线，得到具有高稳定性的平台。预制支座底模的长度不同，主要从半跨到断梁长度不等。具体来说，可以将主梁分成几个部分，然后逐个浇筑在平台上，保证砌块之间的连接质量，最终完成整个主梁的施工；②长线法与预制法的优点相匹配。本工程预制底座结构相对简单，线性控制难度较小。由于施工作业时间弹性大，可以避免生产过程中人员的干扰现象，也没有必要在剥离操作后立即将梁段提升到指定的存储区域。虽然在施工过程中会出现偏差，但可以将偏差控制在合理范围内，不需要使用专门的软件进行测量；③预制缺陷采用长线法进行匹配。如果桥太长，长线法会有一定的局限性。在这个阶段，预制模板调整困难，预制时间长。底座所需的楼面面积增加，导致成本增加。在长线支座施工中，工程量过大，且支座不易达到一次性成型的效果。

5.4 箱梁短线预制施工技术

①短线法匹配预制。对于匹配预制的短线法，底模长度为单段长度。每个分段的浇铸施工在同一个模板中进行。施工过程中不需要移动模板。待截面混凝土达到规定的强度标准后，即可进行拆模作业。将匹配的截面梁块放置在特定的存储区域，然后再浇铸。此时，得到的截面梁将是后续的匹配截面；②短线法与预制梁块法的优点相匹配。预制梁截面为流水线生产方式，施工效率高。模板等设备不需要移动，可以满足水平和垂直曲线的基本要求。短线支座对空间的要求更低，轨道长度更短，模板的灵活性更好。