例析预制节段拼装施工技术在桥梁工程的应用

例析预制节段拼装施工技术在桥梁工程的应用

前言：节段预制拼装技术的规模应用最早起源于法国。自1962 年法国著名的预应力结构专业J·M·米勒尔第一个采用预制拼装建造法国舒瓦齐勒罗瓦大桥以来，节段预制拼装造桥技术持续发展，并从欧洲逐步推广到全世界，成为建造桥梁主要技术之一。随着我国桥梁技术发展，20世纪90年代始，节段预制拼装造桥技术在公路和市政领域得到应用和发展。最早采用预制节段逐跨拼装法建成的桥梁是福州洪塘大桥滩孔31×40m的预应力混凝土连续箱梁桥，该桥建成于1990年。该桥设计采用无粘结预应力体外束，施工中用万能杆件拼装架桥机和下导梁实现逐跨拼装成桥。

一、工艺原理及特点

1、工艺原理

节段预制拼装造桥技术一般指以纵向为主进行分段预制和拼装的造桥技术，即是将桥梁的梁体沿纵向划分为节段，在工厂预制后运输至桥位进行桥位组拼，并通过施加预应力将整跨或整联节块拼装成整体，实现桥梁上部结构施工的一种施工工艺。

由于工艺要求，其梁体截面一般采用箱形梁，国外也建槽形梁形式。节段预制拼装造桥技术本质上和常规悬臂分段浇筑、节段预制顶推一样，是分段建造桥梁的一种，在原理上是由预应力结构、箱梁设计和分段施工法综合而成。

2、工艺特点

从应用角度来看，节段预制拼装造桥技术不仅适用于常规中小跨度，也可适用于大跨度桥梁；尤其在施工困难或者生态敏感区域，节段预制拼装都已被证明是一种有价值的建造桥梁技术。其主要优缺点如下。

（1）可广泛应用于各种桥型和跨度，不仅限于常用的简支梁（逐跨拼装）和连续梁（悬臂拼装），更可采用大跨度斜拉桥（斜拉索拼装），公路和市政桥梁常见的小半径和超高等技术问题也可得到较好的解决。

（2）节块构件在构件厂预制，外观及内在质量容易控制，可减少梁体断面尺寸、提高材料使用效率；投资少，经济效益高，采用节段预制拼装造桥技术较

常规方法可节约10%～20%工程造价；同时由于平行施工，缩短建造时间，更间接降低工程造价。

（3）有着较好环境效益，可有效减少施工对环境、交通等的影响。现场可不设钢筋及模板加工厂、不进行现场混凝土浇筑，施工噪音低、占地小，有效实现节约和集约用地，降低工程和复垦数量，同时节省了大量模板和钢支架的投入。

（4）施工方便，预制节块重量轻、尺寸小，制梁工艺简单，运输方便，预制拼装均可实现机械化，安全性高。

（5）对设计和施工技术要求高，施工工艺相对复杂；节段預制时的线形控制和局部构造、安装时的节段定位和连接等技术要求较高。拼装需专用工装设备，对工人技能素质要求较高。节段拼接受不良天气的限制。

二、工程实例

某路桥二期工程三标段采用全断面预制节段逐跨拼装施工方法进行主线

K131～K140跨、匝道ESK2～ESK15跨的上部结构施工。其中，主线预制节段设计宽度为25m，采用底部圆弧形单箱五室设计断面，梁高2.1m，单个节段最大重量约118t，整跨最大重量约1300 t；匝道预制节段设计宽度为8m，采用底部圆弧形单箱三室设计断面，梁高1.8m，单个节段最大重量约46t，整跨最大重量约410t。30m标准跨径采用11片预制节段，35m跨径采用13片预制节段。节段长度控制在2～3 m之间，混凝土设计抗压强度为60 MPa。主线与匝道节段梁横断面如图1所示。

上部结构采用先简支后连续的结构体系，箱梁纵向预应力采用了体内、体外混合预应力体系。在连续端布置了体外负弯矩索，在25 m 宽预制节段上还设置了顶板横向扁锚体内预应力体系。所有纵向预应力孔道采用了真空压浆工艺，水泥浆设计强度为40MPa。

该工程地处市区主要通道，施工区域交通非常繁忙，在施工期间不能封闭地面交通，施工的质量要求与安全要求很高。利用架桥机进行节段拼装施工时，采用先简支后连续的结构体系转换形式，即架桥机施工期间形成多跨简支梁结构，通过后续浇筑的墩顶湿接头并张拉预应力达到体系转换的目的，使多跨简支梁转换成为一联连续梁。

三、节段运输

1、预制节段场内运输

节段的场内运输采用专用的跨式搬运机进行吊运，由跨式搬运机运至堆梁区储放30d后出场。

2、预制节段场外运输

根据节段特点及运输要求，选用进口的整体式组合挂车作为节段运输车辆。并采用重载卡车作为牵引车。

该车型在液压承载系统中串联了高压充氮减震器，避免车辆在行驶时由于道路不平整而产生上下震动，同时具有纵、横向液压自动补偿系统，可实时调节因道路纵横坡而产生的倾斜，使载货平台始终保持水平，从而可以有效地确保预制节段在运输中的安全。

四、预制节段逐跨拼装施工

1、节段拼装设备及其主要技术要求

该工程选用两台主梁承载力分别为800t和1800t的上行式架桥机分别用于匝道和主线桥梁的施工。

2、临时预应力与环氧粘结剂施工

2.1临时预应力设计

临时预应力的设计应保证节段拼接面上的应力分布均匀，同时兼顾施加临时预应力时的易操作性。该工程的临时预应力系统采用了可反复使用的精轧螺纹钢及配套的联结器、钢齿坎。

施工时，将拼接面涂抹粘结剂后开始张拉临时预应力。节段在临时预应力钢筋的作用下逐渐靠拢、拼接，随着拼接的进行，不断有环氧粘结剂从接缝处挤出。达到临时预应力张拉吨位后，紧固用于锚固的螺母。

2.2 环氧粘结剂的施工

节段拼接所采用的环氧树脂粘结剂应具备高弹性模量、高成胶性能、高应力传递转移特性、施工的低垂滴性、施工润滑性能与施工后的高防水性能。固化后的力学性能不低于混凝土的各项强度指标。

粘结剂的有效工作时间为0.5h，采用機器拌和，单面涂抹厚度为3 mm。

为保证涂抹质量，首先采用了带有标准齿高的齿形刮板涂抹环氧粘结剂，在工人熟练掌握粘结剂操作要求与性能后就直接用手佩戴橡胶手套在节段的拼接面上涂抹。但不论何种方式都要保证涂抹的环氧粘结剂的均匀和密实，不得有漏涂的地方。

3、纵向预应力真空压浆施工

为了保证预制节段箱梁的预应力体系的施工质量，确保预应力孔道压浆密实，防止或延缓预应力筋的腐蚀，提高结构的耐久度和安全性，该工程采用了真空压浆施工工艺。

节段箱梁的体内预应力孔道是由橡胶抽拔管成形的混凝土孔道。虽然采取了环氧粘结剂作为节段之间拼缝的粘结材料，但在节段拼装成桥后，可能会因预制过程中的孔道错位、环氧涂抹不均匀而使节段与节段之间产生不密实的拼缝等问题，不仅影响外观，也会降低结构的防水能力。因此，在节段拼装桥梁上使用真空压浆技术，可以为体内预应力钢绞线的防腐蚀增加一道安全防线。

同时，在抽真空的过程中，可以检验节段之间的密闭效果，及早发现节段之间的不密封部位，并及时采取措施进行封闭，提高结构的耐久性。

五、整跨节段荷载转换施工控制

整跨节段在架桥机悬吊下通过张拉临时预应力形成一跨箱梁结构后，必须从架桥机逐步落架到桥梁的下部结构上。在这个荷载转换的过程中，需要分批张拉永久预应力索并分批落架。每完成一个批次的张拉后，需要进行一次小位移的落架，不断循环直到全部荷载都转移到立柱上，以保证架桥机体系的安全和预制节段梁体的质量。

在这个过程中，需要采用施工控制技术，采用计算机仿真模拟计算结果确定预应力的分批张拉数量和张拉控制力，并确定分批落架高度，以保证架桥机各悬吊杆上的荷载控制在悬吊杆允许承载力的安全范围内，节段的连接面、梁