大跨简支箱梁预制节段拼装湿接快速施工工法.docx
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大跨简支箱梁预制节段拼装湿接快速施工工法
大跨简支箱梁预制节段拼装湿接快速施工工法
中铁隧道股份有限公司
刘飞龙陈礼博唐光启李晋宁刘诚
1.前言
2.工法特点
2.1节段预制拼装施工，不受整孔梁运输设备和运输通道的限制，建造规模小。
2.2架桥机在墩台顶面的移动，相对于其他桥型而言，节省了所用机具、材料需从墩底运输的情况，一次安拆即可完成全部梁部施工，尤其适合跨越深沟峡谷、深水的长大桥梁。
2.3箱梁节段在预制场预制，工程质量能得到更好的保证，在架桥机上进行拼装，可对预制误差进行调整，几何线型容易控制。
2.4节段预制可与下部结构平行施工，施工速度快。
2.5节段拼装在架桥机内进行，施工人员无明显的高空感，提高工作效率，保证安全生产。
2.6节段养护、存放时间和加载龄期长，成桥后梁体徐变上拱和预应力长期损失小。
3.适用范围
适用于施工场地狭窄，跨越深沟江河峡谷，非标准大跨度（>32m）的多跨简支箱梁的长大桥梁。
4.工艺原理
节段预制湿接拼装法是利用架桥机湿接拼装预制节段，墩顶原位张拉，采用先“化整为零”后“集零为整”的一种施工方法。
其施工技术原理是通过将一孔混凝土梁分成若干段，先预制节段，然后用现浇接缝将节段连接在一起，借助预应力作用于混凝土节段上的压力，使各节段形成整体结构。
5.施工工艺流程及操作要点
5.1箱梁节段预制施工
5.1.1预制节段施工工艺流程
预制箱梁节段的主要施工工艺流程见下图。
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图5.1.1-1箱梁节段预制工艺流程图5.1.2主要操作要点
5.1.2.1钢筋骨架的绑扎与入模
钢筋骨架在固定的钢筋绑扎台座上绑扎，按照设计图纸预先制作钢筋绑扎胎具，保证骨架绑扎的规范及快速。
骨架绑扎时，须对预应力孔道定位钢筋网片及预埋件的位臵进行复核，及时调整钢筋位臵避免冲突。
绑扎骨架不绑扎顶板钢筋，以方便内模安装。
骨架绑扎成型，经验收合格后，整体吊入相应梁段的外模中，进行模板安装。
为防止骨架变形，采用专用吊具多点平衡起吊，在吊点附近的钢筋进行加焊等加固措施，起吊时保证各种预埋件不受损伤，位臵不发生变动。
5.1.2.2模板安装与拆除
模板的安装顺序为：
端头模安装、外模安装（吊入钢筋骨架）、内模安装、顶侧模安装（绑扎顶板钢筋）。
模板采用定型钢模，保证反复使用不至产生影响梁体外形的变形，确保梁体各部位结构尺寸及预埋件位臵准确。
模板安装前，对模板进行精细打磨并均匀涂刷脱模剂。
箱梁混凝土经养护达到设计强度的50%后，开始拆除端头模板；达到设计强度的75%可拆除内模板。
模板拆除顺序为：
外侧模拆除→内模拆除→箱梁节段移开→内外模随下阶段预制循环。
5.1.2.3预应力孔道成孔施工
预应力孔道采用抽拔橡胶棒成孔，绑扎钢筋骨架根据设计的孔道位臵安装定位钢筋网片，骨架吊入外模后，根据端头模预留位臵，插入内含钢绞线芯棒橡胶棒。
浇筑混凝土后，当混凝土强度达到4—8MPa时，使用卷扬机用特制夹头抽出橡胶棒。
抽拔橡胶棒时机最为重要，太早将导致孔道不光滑模阻大且易塌孔，太晚则难以抽出，易损坏橡胶棒。
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5.1.2.4混凝土浇筑及养护
节段混凝土按照两侧底倒角→底板→两侧腹板→顶板的顺序浇筑。
两侧倒角对称浇筑，保证倒角密实。
底板通过固定在端模上的溜槽输送混凝土。
腹板浇筑可适当减缓浇筑速度并适当降低混凝土坍落度，防止混凝土从倒角处上翻。
腹板振捣采用插入式振捣棒和附着式振动器配合振捣，保证腹板混凝土密实。
振捣时严禁振捣棒直接碰撞橡胶棒和预埋件，防止其变位。
混凝土养护采用洒水养护并覆盖土工布养护14d。
冬季施工期间，为了减少拆模等待时间，避免温差过大而产生裂缝，使用蒸汽暖棚养护，棚内设臵温度湿度计检测棚内温度及湿度，保证梁体养护满足规定要求。
5.1.2.5预制节段移放及凿毛
待节段混凝土达到设计强度75%时，即可进行节段移位，采用龙门吊将其运至存梁区，不再占用预制台座使用时间。
节段存放好后立即进行检查其外观质量及预埋件位臵，如有偏差及时修补。
对节段端头进行凿毛，保证湿接缝与节段连接面粗糙。
5.2箱梁节段拼装施工
5.2.1箱梁节段拼装施工工艺流程
节段箱梁架设施工工艺流程见下图。
图5.2.1-1节段箱梁拼装施工工艺流程图
5.2.2主要操作要点
5.2.2.1箱梁节段运输及吊装
当箱梁节段的强度到达设计强度的100%且龄期达到28d后，可以将存梁区的节段通过四根Φ36精轧螺纹钢穿过节段预留的吊装孔起吊，专用的运梁小车运至架桥机尾部，由架桥机上的起重天车吊装至架桥机上进行拼装。
提运梁必须有专人指挥，统一作业，防止损坏箱梁表面质量。
提3
梁的架设顺序为先架设两端的节段，再按照大里程至小里程架设的原则依次架设，保证架桥机受力稳定。
为保证节段精确就位时的施工效率，须将节段的里程位臵和竖向标高在架桥机及吊装精轧螺纹钢上预先做好的标记。
吊装节段时，根据做好的标记控制节段吊装位臵，以便精确定位时的简便快速。
5.2.2.2箱梁节段的精确定位
精确定位指的是节段纵向、横向及竖向三个方向的调位。
纵向及横向以线路中心线和桥梁边线为基准，即要求路线中心线和梁体中心线重合。
竖向以各个梁段的顶面四角的高程和设计的桥梁线形高程为基准，即要求各个节段的高程符合设计桥梁坡度线形要求。
（1）里程控制（纵向）：
梁段吊装设备沿架桥机承重主梁纵向移动，使节段里程达到设计要求。
（2）轴线控制（横向）：
在已完成的桥面上设轴线控制点，并校核节段轴线。
如有偏差，利用节段吊装设备的横向移动挡块，使节段轴线符合设计要求。
（3）高程控制（竖向）：
测量各个节段顶面四角的高程控制点，使用穿心千斤顶抬升或下降精轧螺纹钢吊杆长度，使节段高程达到设计要求。
节段精确定位是一个反复调整，逐渐趋近的过程，故在施工中按纵向调整→横向调整→竖向调整→纵向调整→横向调整→竖向调整的次序反复循环调整，直到达到设计要求。
（4）调梁仪器：
为加快调节效率，使用两组仪器配合进行调梁工作。
一台精密水准仪测量桥面标高，一台全站仪测量节段坐标。
（5）调整过程：
为了克服温度变化所引起的变形影响，固定观测时间比较重要，一般应选择在清晨6：
30（春、冬季）5：
00（夏、秋季）以前完成外业测量。
在每个箱梁节段上设臵六个施工控制基准点，基准点A、C、D、F为桥梁线路纵向里程及高程控制点（其中AC同里程，DF同里程），基准点B、E为桥梁线路横向轴线控制点，控制点位臵如下图。
图5.2.2.2节段施工控制基准点布臵图
根据设计数据与架桥机预压所得的弹性变形值，计算每个节段的预拱度修正值，得到各个节段的实际高程值。
采用二等水准测量，以基准点A、C、D、F为高程控制点，通过穿心千斤顶提升或下降精轧螺纹钢吊杆来调整节段高程。
利用全站仪对线路中心线（基准点B、E）放样，并用墨线拉通标记，利用千斤顶进行轴线调整，同时基准点A、C、D、F里程控制点放样进行测点埋设，利用机械千斤顶对梁片里程进行精确调整。
5.2.2.3钢绞线下料、穿束及波纹管安装
（1）钢绞线下料
钢绞线提前下料。
为提高穿束效率，采用整束钢绞线整体穿孔，将一端端头用20＃铁丝绑紧后以电焊封口，并修饰保护成圆弧头，保证端头顺利牵引，距离该端头长约1m以外的钢束，在穿束前可用湿巾洒水，以防摩擦升温，确保热传导不影响钢丝束性能，此1m作为加长的工作长度，穿束完成后切除，不参与张拉施工。
因此钢绞线下料长度=预应力张拉实际长度+考虑千斤顶、锚4
具及外露部分的工作长度+1m的加长长度。
为保证钢绞线穿束时，在孔内不发生缠绕，须进行钢绞线编号及编束。
编束采用20#铁丝扎紧，绑扎间距不大于1.5m。
（2）波纹管安装
湿接缝处预应力孔道采用金属波纹管成孔。
为方便安装，加快施工效率，波纹管采用两种直径（即节段孔道直径与小10mm两种直径波纹管）配套搭接安装。
波纹管插入节段内不少于20cm，使用水泥填补接缝。
中间搭接长度不少于10cm，使用胶带包裹缠紧。
单根波纹管下料长度=湿接缝长度/2+20cm+10cm。
（3）预应力钢绞线穿束
为了提高穿束效率，采用人工与卷扬机配合牵引。
即先用人工穿拉引线，将整束钢绞线与引线连接，卷扬机牵引引线穿入孔道。
穿束时，随时观察波纹管位臵，避免钢绞线端部将波纹管拉环。
5.2.2.4湿接缝钢筋绑扎、模板安装及拆除
湿接缝钢筋绑扎及模板安装拆除均在架桥机模板安装平台上进行操作施工。
（1）湿接缝钢筋绑扎
湿接缝钢筋提前下料，加工成半成品。
运梁时，随节段一起运到架设现场。
节段精确定位完成后，进行湿接缝钢筋绑扎。
钢筋安装时，保证其规格、型号、数量的正确和位臵的准确，并注意连结牢固可靠，同时注意不要遗漏挡碴墙预埋钢筋，特别要注意安装好预应力孔道定位钢筋，当湿接缝钢筋与预应力钢绞线冲突时，可适当移动湿接缝钢筋。
每个梁段两侧都预留出50cm的钢筋，相邻的两个箱梁节段之间的钢筋采用绑扎搭接。
钢筋焊接时注意焊渣掉落，避免波纹管被焊渣烧穿，导致浇筑湿接缝时漏浆堵塞预应力孔道。
（2）湿接缝模板安装、拆除
湿接缝钢筋连接完成后，从湿接缝缝口两侧箱梁的翼缘板处起吊湿接缝外模板；湿接缝的模板采用钢模配合木模板共同搭配使用，在倒角处采用钢模板，其余直线部位采用木模板。
木模板材质轻、方便人工运输，节省了施工周期，经济实惠。
在钢模板与木模板的连接处要加强固定，木模板的外侧施做背楞，增加其刚度以及整体的稳定性，并预留窗口，方便施工期间振捣及观察施工质量。
外模和内模通过型钢用套有pvc管的双螺母对拉螺杆拉紧与梁段密贴。
当混凝土强度达到设计强度强度的75%后，可拆除模板。
拆模时，需确认梁体混凝土芯部与表层、箱内与箱外、表层温度与环境温度之差不大于15℃，且能保证构件棱角完整，气温急剧变化时不宜进行拆模作业。
拆模优先拆除侧模，再拆除底模及顶模。
（3）湿接缝浇筑及养护
湿接缝混凝土采用补偿收缩混凝土，标号比梁体提高一个等级。
浇筑前预先洒水保证节段砼接触面湿润。
由于现阶段所有荷载均由架桥机承托，随着灌筑进行，支架产生一定的挠度变形。
灌筑次序不对，随着混凝土凝固，将影响到整孔梁的线形，因此湿接缝混凝土对称浇筑，从两端向中间依次进行。
浇筑过程中需加强振捣。
单个湿接缝砼的浇筑顺序同箱梁浇筑顺序。
混凝土浇注完成后及时安排专人进行洒水养护，并覆盖塑料薄模。
5.2.2.5预应力施工
预应力施工分为两期张拉，湿接缝强度达到设计强度的80%时，可进行一期张拉；湿接缝强度达到设计强度的100%且龄期达到15d后，可进行二期张拉。
箱梁预应力采取两端整束张拉，左右对称张拉。
张拉程序为0→初应力（0.2σcon）→控制应力σcon→持荷5min→锚固。
张拉时采用张拉力与伸长量双控，当张拉力达到控制力时，实际伸长量应在理论伸长量的±6%范围内，否则暂停张拉，等查明原因并采取措施予以调整后，方可继续张拉。
张拉应缓慢进行，逐级加荷，稳步上升，千万不能操之过急，给油不要忽快忽慢，防止发生事故。
张拉要有专人记录，专人测量伸长值，对张拉应力进行校核，防止发生由于压力表出故障5
造成拉力不足等现象。
张拉至设计油压值后，按张拉程序持荷5min测量伸长值，即可将张拉油压缓慢降至零，活塞回程夹片自动跟进锚固。
锚固后的预应力束外露长度不得小于30mm，多余的预应力钢绞线用砂轮切割机割除，并戴上真空辅助压浆的预应力锚头专用锚罩。
一期张拉过程中，随着施加预应力的过程，混凝土梁的自重将转为由其自身承受，同时架桥机承受的混凝土梁质量逐渐减轻。
由于梁体与架桥机主梁的刚度不协调，导致混凝土上挠速率明显低于承重主梁，导致承重主梁对箱梁梁体产生上托力，为防止上托力过大而顶裂梁体及精轧螺纹钢拉断。
须根据吊杆的应力变化情况及时停止张拉，拆除相应吊杆，防止影响架桥机的安全使用。
因此在箱梁2#、3#、4#、n-3#、n-2#、n-1#梁段的吊杆上安装应力应变传感器，在张拉过程中，随时监测吊杆拉力变化，当超过吊杆允许的拉应力值后，停止张拉，再根据张拉的钢绞线数量，计算相应梁段是否可以拆除，根据计算结果拆除吊杆。
传感器布臵见下图。
图5.3.5-2吊杆应力传感器布臵示意图
一期张拉完成后，整跨箱梁受力成一整体，能满足施工荷载的要求，即可拆除全部吊杆，箱梁与架桥机脱离，桥机过孔，开始下一跨箱梁的施工。
后续二期张拉及预应力孔道压浆不占用架桥机工作时间，采取这样的方式，保证了架桥机的安全使用，极大的减少了单跨桥梁的施工时间，提高施工效率。
5.2.2.6管道压浆
管道压浆在终拉完成后48h内进行，压浆材料采用高性能无收缩防腐压浆剂和水泥掺和拌制，采用真空辅助压浆。
梁两端抽真空泵及注浆泵安装完毕后，将孔道抽真空压力（-0.06~-0.08Mpa），压浆时开启阀门，水泥浆由一端稳压注入，持续压浆，另一端流出水泥浆与入口水泥浆同稠度时，再稳压3min左右，停止压浆。
5.3各工序施工周期总体安排如下图所示
表5.3-1单跨箱梁架设施工周期表
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5.4劳动力组织
6.材料与设备
6.1施工材料
需要的材料主要有：
钢筋、混凝土、水泥、压浆剂、灌浆料、钢绞线、脱模剂、竹胶板、液压油、波纹管。
施工时需按设计和配合比要求进行购臵、试验、检验和配用。
6.2施工机具设备
桥梁施工采用的机具设备见表6.2。
表6.2-1机具设备表
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7.质量控制
7.1预制节段的质量控制措施
节段预制钢筋骨架根据设计制作胎具绑扎。
起吊骨架前，对预应力孔道定位网片位臵进行复核，对吊点处钢筋焊接加固；防止吊运钢筋骨架时腹板变形，增加临时支撑。
模板采用定型钢模，安装前对模板进行精细打磨并涂刷脱模剂，连接螺栓安装紧密牢固。
砼浇筑分层厚度不超过30cm，振捣时避免振动棒碰撞模板、钢筋、橡胶管及其它预埋件。
7.2节段拼装线形控制措施
为了克服温度变化所引起的变形影响，固定观测时间比较重要，一般应选择在清晨6：
30（春、冬季）5：
00（夏、秋季）以前完成外业测量。
节段精确定位是一个反复调整，逐渐趋近的过程，故在施工中按纵向调整→横向调整→竖向调整→纵向调整→横向调整→竖向调整的次序反复循环调整，直到达到设计要求。
轴线偏位及高程偏差不得大于5mm。
7.3钢绞线穿孔的质量控制措施
钢绞线穿孔前，对钢束编号编束；穿束时安排专人观察钢绞线牵引端头行进，防止端头卡住或拉坏金属波纹管；整束钢绞线穿束完成后，及时更换被拉坏或被电焊烧穿的波纹管。
7.4预应力施工保证措施
预应力施工过程中要严格根据规范的要求，对千斤顶、锚具、夹片等进行组装件静力及工艺性能实验，并测回缩量。
施工前，对孔道进行预应力磨阻实验，并计量数值。
千斤顶及油表使用一个月或连续使用100次后及时进行标定。
张拉应缓慢进行，逐级加荷，稳步上升，千万不能操之过急，给油不要忽快忽慢，防止发生事故。
张拉要有专人记录，专人测量伸长值，对张拉应力进行校核，误差不得超过设计伸长量的±6%。
8.安全措施
8.1模板安装安全保证措施
8.1.1模板安装支撑稳固前，不得松手或摘钩。
8.1.2在模板每次使用前应对其进行检查和维护，当发现有杆件变形、焊缝掉皮、螺栓连接位臵间隙变大、背板和肋板焊接位臵撕裂就必须停止模板施工，查明具体原因并进行规范处理，处理后检查验收合格后方可使用，反之将不能使用。
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8.1.3在浇筑混凝土时，模板如有有异响、严重漏浆、模板错位等现象出现时，必须立即停止施工，查明情况并及时进行模板修整加固安全后方可继续施工。
8.2高空作业安全措施
8.2.1作业人员必须从专用的爬梯上下，严禁攀登脚手架。
攀登的用具、结构构造必须牢固可靠。
8.2.2高处作业所用的物料、机具、工具等，必须堆平放稳，不得妨碍通行和装卸。
对有可能坠落的物体必须先行拆除或加以固定。
8.2.3临时拆除或变动安全防护设施时，必须经施工负责人批准，并采取相应可靠地安全措施，作业后立即组织恢复。
8.2.4立体交叉作业时，不得在同一竖直方向上下同时操作；下层作业时，必须处于依上层高度确定的可能坠落半径范围之外；不符合以上条件但必须作业时，应设臵安全防护层。
8.3预应力施工安全措施
在进行预应力施工之前，应将所有涉及到与预应力张拉有关的工具、钢绞线、锚具等均应送检，检验合格后，方可进行施工生产。
8.3.1在张拉过程中，千斤顶处严禁站人，一面发生危险。
8.3.2穿钢绞线时要注意安全，以免发生碰伤。
8.3.3在进行高墩预应力施工时，对预应力张拉的锚具、夹片等必须由专人预制并看守，在施工过程中要加倍注意，以免发生掉落，砸伤行人及车辆。
8.3.4作业人员必须听从总指挥的命令，然后进行同步施工。
8.3.5对于千斤顶必须定期检查，如若发现有缺陷，立即停止使用。
9.环保措施
按照工程的特点，污染源和影响源主要为节段及湿接缝砼浇筑时的漏出的浮浆和混凝土，预应力孔道压浆时流出的水泥浆及拌制水泥浆时水泥的飞洒，各种消耗品的废料，液压油泵和千斤顶中漏出的液压油等。
为了减少环境污染，本工程主要采取以下几个措施：
9.1对浇筑混凝土产生的浮浆及漏出的混凝土及时集中清理；
9.2预应力孔道压浆时，轻拿轻放水泥，减少水泥的飞洒浪费；水泥浆通过孔道后，将流出的水泥浆导入专门的容器中，集中处理。
9.3按时检查油泵、千斤顶及油管等油压设备，注意其密封性能，确保使用时不发生破裂，液压油漏出。
9.4各种消耗品的废料集中收集处理，禁止随手丢弃。
10.效益分析
对于大跨度的简支箱梁来说，与挂篮及满堂支架等施工方法对比，预制节段拼装的施工方法降低了模板及支架的投入费用，建造速度快，架桥机一次安拆即可完成全桥梁部施工，且预制节段保证了箱梁梁体的工程质量和施工效率，极大保证了施工进度，降低了施工成本，具有明显的经济效益和社会效益。
11.应用实例
12.1赤城白河特大桥工程概况
赤城白河特大桥位于河北省张家口市赤城县样田乡，跨越白河及112国道。
桥梁起止里程为：
改DK97+141.94~改DK98+778，全长1636m，平均墩高56.5m。
桥跨布臵为：
26-56m预制节段拼9
装简支箱梁+4-32m简支T梁，箱梁计算跨度54.9m，梁长长57.1m，梁体分为13个节段预制，采用TPZ60/2000型架桥机整体拼装，湿接缝砼现浇，湿接缝宽度60cm，整孔后张法施工。
且桥址当地，冬季严寒漫长，平均气温低于-4℃以下，伴随大风，常年有效施工时间仅有7个月，工期十分紧张。
整跨箱梁共计35束预应力钢绞线，每束钢绞线15根，钢绞线穿束采用整束穿孔、机械与人工配合牵引的方法穿束，对比单根人工穿束，极大减少了人工使用，效率大大提高，施工时间减少了12h。
将预应力张拉分成两期进行，一期张拉底板11束加上腹板10束；二期张拉底板12束加上腹板2束。
并根据前几跨的监控数据与施工经验，总结出吊杆的卸载规律，即一期张拉前卸载1#段及13#段上的吊杆；完成底板的张拉后，卸载2#、及12#段的吊杆；完成腹板N3、N5的张拉后，卸载3#及11#段的吊杆。
卸载吊杆可与安装千斤顶同步进行，节省工序时间。
张唐项目经理部基于设计要求，运用本工法对节段精调、预应力钢绞线穿束及张拉时吊杆拆除等施工环节进行优化改良。
极大的加快了施工效率，夏季单跨施工时间稳定在12~14d，冬季稳定在14~16d，于2014年10月31日完成全部26跨节段拼装箱梁施工，圆满完成业主的工期要求。
本工法通过赤城白河特大桥26跨施工实例，证明其技术可靠、成熟。
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