刘生秀
中铁电气化局集团有限公司，北京 100036
摘要：随着桥梁施工的发展，桥梁施工正朝着工厂生产，标准化，结构装配和零件生产装配以及建筑设备机械化的方向发展。 因此，预制装配技术将成为未来预应力混凝土桥梁的主要施工方法之一。 对此，文章结合实际情况对节段预制悬臂拼装梁桥施工关键技术进行了研究。
关键词：节段预制；悬臂拼装梁桥；施工技术
1、引言
分段箱梁节段预制的主要优点是可以同时进行桥段上部结构和下部结构的预制，施工速度快，施工周期短。分段箱梁的预制养护时间较长，桥梁建成后梁体的蠕变和预应力损失小。 采用流水式施工，箱梁的预制和安装可以分开进行，互不干扰，缩短了工期。 有利于桥梁所在地的环境保护，减少对桥梁下现有交通的影响，因此，对节段预制拼装梁桥技术的研究具有很大的必要性。
2 工程概况
郑州四环和大河路快速工程项目位于郑州市主城区与周边地区的交界处。 它由大河路，东四环，南四环和西四环组成。 路线总长度约为93.030公里。 郑上路立交方案采用三叶草叶半定向全立交形式，即三层枢纽立交。 第一层：正商路辅助路和西四环地面路； 第二层：新建及现状郑上路跨线桥位；第三层：西四环高架；匝道系统布设在二层、三层之间。立交区内非机动车道及行人均通过地面辅道系统通行。郑上路立交起止桩号K78+375~K79+780；南北方向双幅长度1.405公里、东西方向双幅长度0.783公里，匝道累计长度3.204公里，道路等级为城市快速路。
3节段预制悬臂拼装梁桥施工流程
本项目节段拼装梁桥采用悬臂拼装施工，具体施工工艺流程：墩顶0#块施工完成→T构1#块吊装、精调到位，1#块与0#块锁定→T构0#-1#湿接缝浇筑，1#块顶板预应力张拉→2#、3#块安装支架就位,上跨郑上路跨线桥支架安装→2#、吊装，精调、预拼→2#块预拼满足要求，移开40~50cm，抹胶→2#块对位，临时张拉，顶板束张拉。对称悬臂拼装到11#，其中3’#~11’#梁段履带吊站位于跨线桥北侧将梁段吊装至安装支架，利用运梁小车运至安装位置，通过三向千斤顶精调至安装位置→合龙段浇筑，预应力张拉，压浆，封锚→外侧两幅支架安装，预应力张拉压浆→支架拆除。
4节段预制悬臂拼装梁桥施工技术
4.1跨线龙门吊拼装施工技术
墩顶0#块施工完成→中墩“T”构1#块、1’#块吊装、精调到位，1#块、1’#块与0#块锁定→湿接缝浇筑，1#块、1’#块顶板预应力张拉→2#、3#块及2’#、3’#块安装支架就位→2#、2’#块吊装，精调、预拼→2#、2’#块预拼满足要求，移开40~50cm，抹胶→2#、2’#块对位，临时张拉，顶板束张拉。对称悬臂拼装到6#、6’#块→边跨节段拼装支架安装，边跨1#~6#块安装→合龙段浇筑，预应力张拉，压浆，封锚→外侧两幅支架安装，预应力张拉压浆→支架拆除。
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4.2桥面吊拼装施工技术
步骤一：将左右两侧桥面吊桁架连接成一体；汽车吊将主桁架吊装至0号块上，并锚固好；安装起重小车、卷扬机等设备。
步骤二：用桥面吊吊装1#，安装张拉、浇筑湿接缝；安装轨道及走形系统。
步骤三：湿接缝达到设计强度，拆除锚固系统；利用走形系统推动桥面吊走行约0.7m，达到1#节段；锚固桥面吊；推动起重小车至前起重位置，准备2#节段梁吊装；以此类推。
4.3吊车+支架拼装施工方案
吊车+支架拼装施工顺序：墩顶0#块施工完成→1#块拼装支柱安装，并调整支架顶部标高，三向千斤顶安装→1#块吊装、精调到位，1#块与0#块锁定→0#-1#块湿接缝浇筑，1#块顶板预应力张拉→其他节段安装支架就位→其他节段吊装，精调、预拼、抹胶、对位，临时张拉，顶板束张拉。对称悬臂拼装到最大悬臂→边跨节段拼装支架安装，边跨段安装→合龙段浇筑，预应力张拉，压浆，封锚→外侧两幅支架安装，预应力张拉压浆→支架拆除。
吊车+支架拼装施工步骤与跨线龙门吊施工步骤一致，除吊装方式外其余工艺相同。本项目地处郑州市原有交通枢纽节点，场地内管线种类多数量庞大，涉及产权单位多，迁改时间不一致，且影响时间较长。且本桥为立交桥梁，桥梁纵坡大及曲线半径较小。受管线迁改、既有道路、拼装梁与现浇梁、有限空间（包括桥梁顶部空间、桥下空间）等方面影响，拼装梁施工连续性较差，存在反复的转场施工情况。结合本桥节段梁大部分重量，采取以履带吊为主+大吨位汽车吊配合的方案，辅以项目改进的三维液压旋转吊具和移梁小车的应用，顺利解决了各类安装难题。吊车方案在道路许可相对分散的工点、立交匝道、平行匝道等小曲线、大坡度段有架设优势。吊车架设时不受喂梁位置限制，相对于架桥机、桥面吊等设备，有很大的优势。
5节段预制悬臂拼装梁桥线形控制研究
5.1节段拼装梁桥预制阶段的线形控制
分段箱梁预制阶段的线性控制主要体现在箱梁模板精度控制和匹配梁段精确定位的两个环节。 同样，测量精度控制和误差控制也是确保线性形状满足设计要求的必要条件。
为了确保分段箱梁在组装后能很好地满足设计的线形和尺寸，测量工作是施工中的关键环节。 由于将控制点设置在节段的接头处并不容易，因此通常将控制点设置在节段箱梁的顶面上。 控制点的平面图如图7所示。
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图7节段箱梁控制点平面布置图
5.1.1 预制线形控制的实现
分段箱梁预制件的线性控制是通过调整和匹配分段箱梁来控制的。通过测量预制现场控制点的空间坐标数据来控制分段箱梁的中心线和高程。然后通过坐标转换公式计算各节段的位移，确定匹配节段箱梁的相对位置。在预制过程中，使用几何控制软件将需要预制的分段箱梁的绝对坐标转换为预制场地的相对坐标，然后将匹配分段的六个控制点的空间坐标分别为输入几何控制程序，计算出匹配段。然后测量新浇制箱形梁的匹配点和匹配段的控制点的坐标，结果输入几何控制程序，确定新浇筑型箱形梁的位置作为匹配段。
5.1.2 模板精度的控制
模板系统主要由固定端模，活动端模（或匹配梁），侧模，底模（包括手推车）和内模组成。
由于分段箱梁的制造要求较高，正确安装模板系统可以达到控制几何形状的目的。模板的精确控制是分段箱梁预制过程线性控制中的关键环节之一。它主要表现在固定端模的精度控制上。
在固定端模上需要设置四个控制点，两个轴控制点，两个平面位置和水平仰角控制点。两个轴控制点位于固定端模具的顶表面和内腔底表面的中间，两个平面位置和水平高程控制点设置在箱形梁腹板的位置。使用测量仪器测量两个轴控制点之间的水平距离是否相等，以及两个点是否与基线一致，以便可以控制端模的垂直度并使其居中。通过比较两个平面位置和水平控制点之间的相对高度，及从控制点到基点的距离，从而可以控制端模的模具表面垂直于中心分段箱梁的浇筑轴线，并且控制顶部表面保持水平。
5.1.3 匹配梁段定位控制
为了精确定位匹配的箱形箱梁，必须首先设置控制点。 现在，对于每个新浇筑的分段箱梁，在初始混凝土设置之前，在分段的顶面上设置六个控制点，如图8所示。
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图8 预制节段局部坐标和控制点布设
扇形箱梁中线的两个控制点（a，b）控制平面位置，沿翼板布置的四个控制点（1、2、3、4）控制高程。具体定位过程如下：
（1）测量预制分段箱梁在现浇位置的六个控制点的坐标值，并计算空间用作匹配分段时的三维坐标数据。由于在混凝土浇筑过程中，匹配段箱梁会由于混凝土的侧压力而变形，因此，当定位匹配段箱梁时，从匹配表面到固定端模板的距离会随着控制距离而减小。
（2）匹配箱梁的纵向运动由底膜台车实现，纵向，水平和旋转调节分别由下模车上的手拉葫芦和水平千斤顶实现。测量使用水平仪和全站仪来测量匹配的分段箱梁的控制点，并通过操作底部模具车上的四个垂直千斤顶和四个横向千斤顶来调整匹配的分段箱梁的平面位置和高程。
（3）调整匹配的节段箱梁后，将下模的四个螺旋腿对称拧紧。同时，测量匹配段和固定端模具之间的距离，以确保拧紧螺旋脚的过程，箱形梁在匹配部分中的位置不变。然后再次测量匹配段的四个控制点的位置，并在精度满足要求时关闭侧模，并通过误差校验。如果不符合指定要求，则必须重新调整。
（4）关闭侧模后，在闭合过程中，通过测量匹配面与固定端模之间的距离，检查匹配截面箱梁的位置是否发生变化。如果在关闭侧模具前后的距离大于5mm，则必须重新检查匹配型材箱梁的位置，直到满足指定的要求。
（5）在匹配截面箱形梁的匹配表面上施加脱模剂后，将钢筋笼插入模具中。槽钢用于匹配节段和固定端模固定，以防止在浇筑混凝土时匹配部分的位置发生变化。然后松开底部模具小车的垂直千斤顶，以完成受力转换。松开千斤顶时，应沿匹配部分的横向中心轴对称地松开。
（6）最后，将波纹管的端部定位。波纹管通过一个硬的尼龙楔形塞定位在固定的端模上，而尼龙的模塞则用螺栓固定在端模上。波纹管的一端套在尼龙楔形塞中，并用胶带固定。
上面的整个操作过程完成了对匹配节段箱梁的精确定位，浇筑工作可以在精确定位之后进行。
5.2节段拼装梁桥拼装阶段的线形控制
5.2.1测量控制网建立
以节段预制线形为目标，将预制节段的实测局部坐标转换为桥梁整体坐标系，作为安装控制坐标，坐标系原点设置在一联的第一个拼装桥墩顶部0#块测点，指导安装。误差较大时需要采取调整措施，采取误差调整措施时的线形误差分析方法及思路同节段预制做法。
施工前先对本工程范围内的控制点进行复测，重新测量方法采用GPS静态观测技术测量方法，并根据“全球定位系统（GPS）测量规范”中第二类三角测量精度的要求，根据静态操作模式进行野外作业，并完成现场操作。然后使用专业软件执行基线计算和网络调整。
根据国家二级调平标准的要求，使用精密水准仪及因瓦水准尺对调平点进行联合测量。
上部结构要求很高的精度，因此必须对控制网进行加密，并且必须在相邻的投标区域进行联合测试。加密点主要用作第一悬挂梁的控制点。一次在每个墩的顶盖和桥台上建立测量控制网络，然后根据施工进度将顶盖上的控制点转移到相应的0＃块上。水平控制网络是由全站仪与精度水平相结合而建立的。为满足测量精度全桥测量网采用强制对中法进行控制，后视点设置于稳固可靠的建筑物上，为保证测量的重复校核，后视点设置单面或多面棱镜，定期进行检查。对中点设置于已有结构物。并保证视线通畅。
5.3.2 1#块测量及定位
在梁段拼装过程中，拼装控制测点与其在预制时所用的几何控制测点相同，如图9：
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图9安装梁段控制点图
1#块吊装测量：零块的控制标高由理想控制目标的几何线性标高及其预变形，支护变形和基础沉降抛高以及支护压缩变形抛高组成。其中，支架的变形和基础沉降的高度对高程的影响最大。为了减少结构对准的初始误差，应增强支撑件初始部分的刚度，并应加固基础。
吊装时，在加密点架设高精度全站仪对其测点进行放样，并实时收集数据。
粗调：墩顶1#块运至现场，用记号笔在箱形梁上标记垂直和水平轴。将1＃块放置到位后，目视检查箱形梁的垂直和水平轴标记是否与0＃安装控制线对齐，然后粗略调整梁的截面到位。光束位置与理论位置的偏差较大，并且超出了位置调节千斤顶的行程范围。千斤顶必须用于多次粗调，以确保粗调精度符合要求。
精细调整：先调整6个坐标点的高度，然后将坐标点的高度调整到允许范围内，测量光束中心轴的2个坐标点与设计之间的偏差，然后使用三个往复千斤顶反复调整，直到中心轴坐标满足要求，高程和平面位置均在允许范围内。然后测量两侧的四个坐标点，如果超出允许范围，应根据偏差在较小范围内进行调整。直至6个坐标点的高程和平面位置在允许范围内。
1#块的定位一定要控制精确，定位后进行临时锚固，并收集六个控制点数据，反馈给监控单位。1#块的位置很大程度上决定了全桥的线型。为防止锚固后的变形，在预留临时锚固孔的时候一定要精确。节段拼装完成后，撤去临时锚固。
1#块稳定后，及时将控制点引上去，为以后的吊装做准备，并及时收集每一块段的控制点数据。
5.3.3 节段梁T构悬臂拼装施工线形控制
主梁偏移测量：根据现场竖立的中心线标记，使用坐标法进行中心轴的空间测量。具体方法是：将仪器设置在一个平面基准点上，向后看另一个平面基准点，然后对准主光束中心轴上某个光束末端的中点，测试并将其与设计坐标进行比较。用于结构线性测量的测量仪器采用全站仪，其测量精度不超过0.5＇＇。
作为高程或位移的控制测量结果，通常包括以下四个过程中的高程测量和控制：
①零块的高程。一次在每个墩的顶盖和桥台上建立测量控制网络，然后根据施工进度将顶盖上的控制点转移到相应的0＃块上。水平控制网络是由全站仪与精密水准仪结合而建立的。零块的控制标高由理想控制目标的几何线性标高及其预变形，支撑变形和基础沉降抛高以及支撑压缩变形抛高组成。其中，支架的变形及其基础沉降对高程的影响最大。为了减少结构对准的初始误差，应增强支撑件初始部分的刚度，并应加固基础。
②悬拼段装配标高。悬拼段的标高涉及两个部分，即理想控制目标的几何线性高程和结构在施工过程中的位移。悬臂线段的高程是直接控制结构的几何形状的关键内容。因此，在悬臂节段的就位操作期间，应确保控制点的高度正确。
③预应力施加后标高。预应力后进行结构控制高程测量的目的是利用实际测得的结构分析参数，来了解预加应力是否有偏差，从而决定是否修改预加值。
④梁合龙标高。合龙的施工标高是根据以下原则确定的：未节浇筑段具有平滑的线条，并且与设计标高的偏差最小。由于该部分的施工误差的存在，在合龙结构之前，不会修改预计和龙标高误差。因此，尽管分段的高度的偏差发生在局部，但是从结构的平滑几何形状的要求来看是影响总体几何形状的。
5.3.4 节段梁边跨段拼装施工施工线形控制
由于边跨节段梁与边跨0#块拼接，因此其方向和线形控制取决于0#块的稳定，由于边跨0#块后浇带的存在，其中心前移，不可避免的造成向下倾斜的趋势，其边跨支架要求刚度和地基承载力在满足安全性能的前提下，要有提高，为保证合龙偏差和线形要求，应对支架变形情况进行充分分析后，向上进行预抬。
5.4节段拼装梁桥拼装阶段的线形调整方案
如果预制梁桥的分段预制在分段预制过程中具有足够的精度，则在组装时，可以将分段组装，即可满足设计的线性要求。
确认下一个组装时，有必要提供纠正措施。 纠错方法是评估上部结构的变形特性和工程师的判断。设置2mm，3mm，4mm楔形垫圈或临时预应力控制进行调控。
（1）加垫环氧树脂垫片
如果在组装时分段箱梁的高程控制点误差超出允许范围，则需要降低梁高程，并在梁段的上边缘添加环氧树脂垫片，并且需要将梁高程控制在一定范围内。如果在组装时分段箱梁的平面控制点误差超出允许范围，则在需要将梁部分向右旋转时，在左侧添加环氧垫片，并且如果需要将梁部分旋转至左侧，在右侧添加加环氧垫片。楔形垫片的材料可以是环氧树脂垫片，其强度要求不低于混凝土的强度。这些环氧垫片也可以彼此叠置以形成较厚的楔形垫片。
（2）控制临时预应力张拉
如果装配误差符合标准，则在分段箱梁的装配过程中无需调整误差，则应将预应力对称地张紧，以保证装配梁的正确位置。如果装配误差不符合标准，则在需要进行误差调整时，张力顺序的改变可以在调整线性误差中发挥作用。下面以N + 1束截面和N + 2束截面的组装过程为例，如果预组装的梁段N + 2的梁段在组装过程中向下偏转太多，则可以通过拉紧顶板来暂时对屋顶施加预应力，或者增加顶板的临时张力，并对梁段施加弯矩，从而引起梁截面向上偏转；如果预制的组装梁截面N + 2截面向上偏转过大，则可以通过先张紧底板来暂时对底板施加预应力，或者增加底板的暂时张力以使截面向下弯曲；出于同样的原因，也可以通过改变张紧顺序来调整预制组装梁截面的左右方向。
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图10临时预应力施加顺序对线形控制影响示意图
6结束语
在桥梁建造中，应用预制阶段拼接工艺进行施工，可以减少污染，降低能耗，且可保证桥梁安全性。对此，还要加强对悬臂预制节段拼接工艺的研究和把握，不断完善施工工艺，完善施工控制等，提高我国桥梁设计建设水平和质量。
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