节段拼装施工工法.docx

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节段拼装施工工法

节段拼装施工工艺

一、工程概况

某工程，全长2022.84m,其中高架桥长2010m。

高架桥为城市轻轨双线桥，设计列车行驶速度90km/h。

高架桥上部结构为预应力简支箱梁，施工采用节段预制干法拼装新工法。

全桥共67孔，跨径布置为：

12×30m+27.5m+2×32.5m+27.5m+51×30m。

以30m跨为基准跨，每跨由12个节段拼装而成,每个节段长2.5m，27.5m跨和32.5m跨分别由11个和13个节段组成。

节段的标准尺寸是2.5m×9.3m（桥面宽度），高度为1.7m，端节段每段重43t，其余为标准节段，每段重33～35t。

桥台1个，为薄壁桥台；桥墩四面凹槽、下部矩形而上部为莲花头形状，莲花头高度固定为4.3m；基础桩基为Φ1.2m和Φ1.5m的钻孔灌注桩，每个墩（台）位有4根桩基。

全桥设有2个平曲线，最小半径1000m；3个竖曲线，半径均为5000m；桥面最大纵坡2.9%，最大坡长650m。

本工程于2005年11月开始桩基施工，2006年7月25日架桥机拼装调试结束，2006年7月27日正式开始架梁，全桥拼装完成时间为2007年2月21日。

二、预制节段拼装工法介绍

预制节段拼装工法在国外已有几十年的历史了，但引入国内使用却时间还很短。

此工法简单概述就是：

把整孔梁分成便于长途运输的小节段（通常为2.5m左右），在预制场预制好后，拉到架梁现场，由专用节段拼装架桥机逐段拼装成孔，逐孔施工直到结束。

节段拼装工法根据节段接缝处理方法不同，又分为干法拼装和湿接法拼装。

干法拼装就是梁节段在预制场采用匹配法已准确按桥梁线形、坡度预制好，在现场架设拼装时节段间涂上环氧树脂胶，把所有节段粘接一起，经张拉即成为整体。

湿接法拼装不同之处在于节段间留有50cm左右宽，待所有节段就位后，接缝处现浇砼，架桥机待现浇的砼强度达到要求后才能往前推移，准备架设下一孔。

由于需要等待砼强度满足要求，故湿接法拼装每孔施工时间一般为10天左右，干法拼装要快得多，一般为3～4天/孔。

本工程采用的是干法拼装。

它和其它工法比较有显著特点：

a、现场整孔现浇法，现场必须搭支架，要求地基进行处理达到较高承载力，因此对桥下交通和环境带来很大的影响。

另外，每孔施工周期也较长；b、整孔预制整孔架设法，由于梁的尺寸较大，无法长途运输，只能就近设置预制场，这在城市施工时常常很难满足。

短途运输同样对道路要求非常高，投资大，对环境的影响也大。

因此，越来越多的城市桥梁建设采用预制节段干法拼装工艺。

三、喂梁方式的选择

喂梁方式的选择对整个工程的施工方案确定都是非常关键的。

基本上有以下两种喂梁方式：

桥下喂梁和桥上后部喂梁。

采用桥下喂梁方案：

由于构件的特殊性，对运梁便道的标准相对较高，则在前期施工时即要有意识地修建好施工便道，避免出现二次或多次修建而造成浪费。

采用桥上后部喂梁方式：

需要根据工程量大小和工期情况，确定提梁点的设置位置及个数，提梁点的设置情况又直接关系到临时存梁场位置和部分运梁便道的修建。

总的来说，桥上运梁的速度较慢，提梁点设置的设备投入要求非常大。

本工程由于线路地势起伏不大，又工期紧，所以采取桥下喂梁方案。

四、节段拼装总体施工流程

1、节段拼装流程

本工程标准30m跨箱梁分为12个节段，按上行式架桥机的拼装工艺要求，需要先行把所有节段吊起在空中，然后至少应有两个节段在空中错开，让出位置供节段间涂胶。

由于所有节段是采用悬吊对接，操作繁琐、耗时。

而下承式架桥机节段支承方式采用下承式，液压支承千斤顶实现了联动，所以可以采取逐段拼接的方式，其总体施工流程也就呈得较为简单——概述为首节段固定就位、下节段涂胶及临时张拉接合、重复拼接直到第12节段、永久预应力张拉施工、调梁落梁、永久支座压浆及孔道灌浆等。

下面是节段拼装工艺流程图：

图5-1节段拼装流程图

2、总体施工工艺流程图

支座压浆

现场清理、自检孔道压浆

　　竣工验收

图5-2总体施工工艺流程图

五、节段拼装施工工艺

分为如下几个工序详加介绍：

1、吊装工序

针对桥下喂梁方式进行说明。

（1）起吊位置选择及要求

当桥下地质条件较好、地势平坦时，每孔的大部分梁段都从拼装孔下方直接起吊，只是最后四个节段从前鼻梁下起吊，可节省大量的起重机行走时间；当桥下场地运梁车难以到达时，整孔梁皆从前鼻梁下起吊。

由此可见，前鼻梁下方的起吊点必须处理好，便于运梁车进出，处理的范围为墩前跟墩中心8m范围。

（2）梁段提升作业

提梁担梁及精轧钢、锚具等均经检查连接牢固后，进行提升作业。

本工程最大墩高11.3m，而吊机最大提升高度为15m，可满足要求。

卷扬机提升有快、慢两档，快挡2m/min,慢挡0.2m/min，通过主吊机遥控器统一控制，刚起吊时应以慢挡启动，平稳后再转换为快挡。

梁段吊升离开运梁车一定高度后，调整梁段方向使其长边平行于架桥机主梁方向，以便顺利通过主梁间宽度。

（3）行走

节段提升至预定高度（翼板高于主梁上之单元千斤顶0.5m左右），调整梁段方向，使其恢复正常安装角度。

吊机行走也分为快慢两档，快档10m/min，慢档2.5m/min。

在靠近已拼好的前一节段时，必须使用慢档，以免产生较大冲击而发生安全事故。

2、首节段定位

首节段作为整孔拼装的基准面，其准确定位对于后续节段拼装就位非常关键。

由于梁段在预制过程已在梁面固定位置埋设了六个控制点，并提供了六个控制点的理论拼装坐标，故只要通过测量调整使六个控制点准确就位，即整个节段已准确定位。

首节段由墩顶的扁平千斤顶和单元支撑千斤顶共同支撑，前者起保护作用。

控制点埋设如图5-3所示：

图5-3控制点埋设图

定位准确后，须将首梁段和前一孔的末节段相连接并锁定，防止在后续拼装时被撞产生偏移。

3、涂胶工序

⑴准备工作

涂胶是节段拼装工法中的一个关键环节，其材料和施工质量好坏直接关系到节段能否粘接成为一个整体，还决定了今后桥梁的耐久性，因为它也是节段块接缝的唯一防渗措施。

故在正式施工和作业之前，必须做好各项准备工作。

a、选择合格的粘接剂：

需要调查和选择有类似工程实例的产品，同时要根据施工当地的气候条件，及现场可能需要的操作时间，来要求产品的初凝时间。

否则可能出现现场未涂好胶体却已凝固的现象。

b、为保证梁段顺利粘接，涂胶前需将接缝处混凝土表面的污迹、杂物清理干净。

c、准备防雨、防晒设施，因雨水淋湿梁面会使胶体无法粘接在梁体上，而过强的阳光直射可能导致局部环氧树脂过早初凝，这两方面都会影响施工质量。

d、预应力孔道口周围用环形海绵垫粘贴，避免梁段挤压过程胶体进入预应力孔道，造成孔道堵塞影响穿索。

（2）涂胶材料

节段之间的粘结剂为环氧树脂胶，本工程采用英国亨斯迈公司生产的爱牢达XH111A/B常固型结构胶。

其性能指标为：

粘结强度≥3.2MPa,剪切强度≥9.3MPa，24h抗压强度≥39.8MPa。

胶浆的配合比已根据广州地区的施工温度等条件在工厂配制好，现场按双组份掺合比例A：

B=2：

1混合拌制即可，包装重量和现场每次使用量恰好相符，有利于减少损耗。

胶浆拌制以机械搅拌。

（3）涂胶施工

涂胶操作应自上而下、快速均匀进行，厚度以1～1.5mm为宜，严禁出现漏涂现象。

施工过程需要严格把作业时间控制在胶体初凝时间内，防止胶体结硬失效而无法正常粘接。

4、临时张拉工序

临时张拉主要有二个作用：

一是固定梁段，保证在永久预应力张拉前，节段之间不会相对错动；二是提供胶体凝结所需的压力，本工程要求达到0.2MPa。

主要材料及设备：

临时张拉棒采用φ25mm精扎螺纹钢，张拉设备采用YC60A型张拉千斤顶（吨位60吨），钢棒连接器为JLM型连接器。

除了主要设备、材料，还加工了制作了置于梁段顶板预留孔洞起临时张拉支座作用的钢构件，以及安装在每孔首尾两个端节段上起稳定作用的联系横梁。

（1）临时张拉力计算：

准确计算临时张拉力是节约材料和保证安全的需要。

1每根螺纹钢棒张拉力控制≤400KN（NMAX=0.75×1080MPa×490.87mm2=398KN）

2混凝土表面压应力≥3.0Kg/cm2，并应保证在大气温度下节段任何截面不产生拉应力为宜。

3节段拼接最大截面积AMAX=5.16m2,施加总压力为：

N=σ*A=154.8T，每根螺纹钢棒分担为387KN≤400KN。

4标准跨张拉计算

标准跨距张拉计算表5-1

拼缝位置

截面积

（m2）

张拉应力

（Mpa）

张拉力

（KN）

每根精轧钢棒

分配力（KN）

油压表读数

E-S2

5.16

0.3

1548

387

42.13/43.51

S2-S1

4.88

0.3

1464

366

40.38/41.72

S1-S1

4.6

0.3

1380

345

38.62/39.93

千斤顶线性回归方程

P=9.78+0.0836F

（表819#）

P=10.54+0.0852F

（表1625#）

（2）施工方法：

节段涂胶过程，即做好临时张拉前的准备工作——顶板上放入临时张拉支座并穿精扎螺纹钢棒，和前一节段的钢棒用连接器接好；底板的钢棒从砼基座的预留张拉孔穿过，和前一段用连接器接好。

节段涂胶完后，立即开始张拉，顶板须两侧同步张拉，底板由于间距小分两次张拉。

图5-4　临时预应力张拉图

两个注意事项：

①保护好精扎钢棒和连接器（严禁在精轧钢和连接器旁进行焊接作业，因局部受热会削弱精轧钢的抗拉能力），经常检查，如有损坏需及时更换；②做好清理工作：

张拉完及时清理挤出的胶，保证梁体外观整洁,并用通孔器清理预应力孔道。

5、永久预应力施工工序

本工程预应力设计及施工并没有特别之处，故在此不作详细介绍，但需要特别说明的是张拉过程的荷载体系转移。

荷载体系转移：

节段吊装好未张拉前，所有梁段重由单元支撑千斤顶承担，墩顶的扁平千斤顶仅起辅助作用，受力很小。

但随着永久预应力张拉开始，中间梁段会逐渐拱起，造成两端单元支撑的受力急剧增加。

为了保护单元支撑千斤顶，必须全过程监视单元支撑千斤顶油表读数，若超过千斤顶最大承载，需对此千斤顶进行降压。

永久预应力张拉完毕后，操作单元千斤顶系统总控制阀，以500psi为单元缓慢释放载荷，直至最后由扁平千斤顶承担全部载荷。

6、整孔梁的平面位置和高程调整。

整孔梁落到墩顶扁平千斤顶后，需要平面位置调整时，在扁平千斤顶上放置TEFLON板便于平移，临时支撑转换由墩顶的临时支座来承担；高程调整通过不断调整每个墩顶的两个临时支座高度来完成。

平面位置调整还需靠伸缩缝处用顶推千斤顶协助完成。

7、托架安装。

共配置三对托架，故在拼装过程即可开始前一孔的托架安装工作。

托架根据墩柱高度情况采用分节拼接方式。

首先安装下部分节的直线支腿，张拉起固定作用的精扎螺纹钢；再安装上部的三角支腿，张拉上部的精扎螺纹钢；最后安装台车。

8、架桥机纵移过孔。

经过我们现场改进，现在此步骤在永久张拉工作完成后和调梁工序同步进行，大大缩短了架设周期。

纵移主要由主梁下推进台车上的推进油缸顶推和回缩交替来实现，推进油缸的最大行程为110mm，因此每次推进最多为1.1m。

纵移过程需要注意的是：

起重机的刹车定位应松开，前鼻梁即将搭上前面托架时应及时调整前鼻梁的方向和高度。

9、孔道压浆工艺

孔道压浆和其他工程相同，并无特别之处。

需要注意的是必须加强防漏措施，严禁出现浆液流到墩柱，影响墩柱表面外观。

10、永久支座压浆

支座压浆乃是一个新的施工方法，它可以解决梁底预埋调梁垫块的技术缺陷。

梁底预埋垫块（如钢板）要保证现场安装吻合、准确是一件非常困难的事，它受桥梁纵坡、张拉后拱度、支座安装精度等多方面因素的影响。

但采取支座灌浆方法却使得一切问题迎刃而解，由于可以不用考虑梁底支座对痊问题，梁段很容易调整至设计位置和高程，准确就位后不管支座和梁底的间隙开头规则和否，只要用抱箍锁紧封闭后，由梁上预埋管灌注专用的浆体（为台湾进口的BISO4000型早强型无收缩灌浆料），过24h后浆体即已达到要求，可以承受整孔梁体的重量，标志永久支座真正开始起作用。

特殊材料配制而成的专用灌浆浆体，具有很好的各易性，可以顺利地在φ20mm和φ40mm的PVC管中流通，灌注后短时间内即可达到很高的强度，独特的施工方法较易于保证施工质量，只要观察到出浆管有浆液上升，就说明支座处的所有空隙已填充满，只要抱箍周围未见渗漏，就能确保支座处浆体始终是饱满的。

六、预制节段拼装工法的优点

和其他工法相比，预制节段拼装工法具有明显优点。

（一）和现浇法相比

1、不影响桥下交通，适宜交通繁忙地段施工。

因为吊装作业安全性较好，桥下不用搭设支架，施工过程可不中断交通。

2、对环境影响小，具有环保优势。

由于不搭支架，桥下场地不用大范围特殊处理，对地面环境影响较小；另外，没有现场砼浇筑和养护，避免对周围环境造成污染。

还能避免施工过程长时间搭设支架而影响市容，其施工过程的场面本身就是一道风景线。

3、大大缩短工期。

节段预制可和桥梁下部施工同步进行，而现浇施工需搭支架，等待拆支架和模板，每孔所需时间远远大于节段拼装。

4、节省大量的支架和模板费用。

现浇施工所需的支架数量巨大，尤其是墩柱高的时候；整孔模板需大量钢板等材料。

而节段拼装不用支架，预制只要几套节段模板，就能预制出全桥各种曲线和坡度的梁。

5、外观质量好。

由于节段模板尺寸小，加工和安装质量标准高，预制出的节段外观质量可以达到很高的水平，而现浇模板由于尺寸太大，加工和安装质量受到很大影响，所以成品的外观质量会逊色得多。

此外，对于曲线桥，现浇施工只能采取“以折代弯”，而节段却可通过短线匹配预制法处理很较为圆顺、平滑，桥梁架设成型后两种线形质量存在非常大的差别。

（二）和整孔预制相比

1、对预制场地的要求较低。

首先是选址要求：

节段梁分成了2.5m每节进行预制，满足长途运输的要求，因此预制场的设置较为灵活。

而整孔预制构件尺寸大，预制场只能设在桥的附近；其次是场地面积要求：

整孔预制的构件尺寸太大，要求预制台座和存梁场地面积较大，而节段梁尺寸小，整个预制场地范围不大即可满足要求。

2、节省模板投资。

整孔预制每套模板都是非常庞大的，模板投资比节段法预制大得多。

3、外观质量好。

原因和现浇的相同，包括加工安装质量和线形控制上的两方面因素。

4、对运梁便道的标准要求低。

一个节段重40t左右（针对本工程），桥梁下部施工便道只要有硬化、坡度不是很大的情况下，即可作为运梁便道。

但整孔梁重达400t左右，长度30m，要求运梁道路标准非常高，实际很难具备，故其运梁方式基本是采用桥上运梁。

5、不会影响桥面后续工序施工。

如前所述，节段拼装可采取桥下运梁，则桥面后续工序施工（如桥面防水、铺轨等），可同时跟进。

而整孔吊装采用桥上运梁，须全部吊装好才能开始桥面后续工序施工。

当桥较长时，同样采用桥上运梁方式，由于节段梁运输较为方便，可以在增加投入不大的条件下，通过多设提梁点来分段交付桥面后续工序施工，从而缩短总工期。

而整孔梁的提梁点设置却很难增加。

本工程的顺利竣工，进一步验证和体现了预制节段拼装工法的先进性，相信通过逐步推广和使用，此工法必将得到普遍的认可，为更多人所接纳和采用。

目前除了广州地铁大规模采用之外，正在施工的还有苏通大桥。

据悉，深圳地铁、武广客运专线等也将采用预制节段拼装工艺。