宽幅节段拼装箱梁双架桥机同步拼装技术研究*

吕 林，金启钊，李青杠，查小林，周 满

(1.中铁四局集团第五工程有限公司，江西 九江 332000；2.中南大学土木工程学院，湖南 长沙 410083)

0 引言

随着节段预制拼装技术在我国的发展，目前架桥机拼装施工已在实际工程中得以广泛应用。目前对节段预制拼装箱梁的逐跨施工都集中在单台架桥机行走研究上，目前对2台架桥机同步行走逐孔架设的施工技术研究尚无实例。本文结合南昌市洪都大道快速化改造工程，对2台架桥机同步并行架设技术进行研究，旨在为后续工程施工和类似工程提供借鉴，以提高施工质量和缩短工期。

1 工程概况

洪都大道快速化改造工程北起英雄大桥，南接九州高架，与阳明路、南京路、北京路和解放路等城市主干道相交，全长约7.8km，其中主线高架长7.6km。标准跨径连续箱梁主要为三跨一联，局部为两跨一联，其中桥面标准宽度(25m)箱梁采用双箱双室断面，桥面变宽度箱梁(25～46.5m)采用四箱四室或三箱三室断面(见图1a)。主线标准等宽桥为分离式双箱单室横断面，横桥向2个箱室，单个箱宽12.1m，两个箱之间现浇缝宽0.6m；预制节段箱梁为等高度，高2.2m(见图1b)，为了缩短工期，同时考虑到单台架桥机分幅施工时会因偏心荷载对墩顶横梁造成影响，因此标准跨采用2台架桥机同步逐跨拼装施工(见图1c)。

图1 洪都大道快速化改造工程示意

2 架桥机逐孔节段拼装施工技术

2.1 架桥机构造及性能

拼装施工过程中采用LG75型节段拼装架桥机，如图2所示，是根据洪都大道快速化改造工程节段梁架设专门研制，属双臂简支型，导梁能上下升降、前后伸缩、左右摇摆，可架设直桥、斜桥及曲线桥节段梁片，主梁采用桁架结构，抗风能力强 ，自重小，对柔性墩柱影响小。架桥机主要由主桁架、0～3号柱、纵移机构、前后横联、小行车、整体落梁行车、吊梁扁担、液压系统等组成。架桥机主要技术参数为：小行车额定起重量85t，吊梁起升速度0～1.5m/min，吊梁纵移速度0～10m/min，过孔速度2.7m/min，适宜跨度≤35m，架设曲线半径≥350m，行车横移量±250mm，整机挂梁重650t，整机重350t，适应纵坡±6%，适应横坡±4%，起升高度20m，工作级别A3，整机功率80kW，操作方式为手动遥控，副钩起重量10t，采用桥下喂梁方式，整机外形尺寸为75.4m×8.2m×11m。架设跨径为35m，考虑架桥机的通用性能，架桥机预留架设跨度40m，整机重约350t。

图2 架桥机主要构造

2.2 架桥机逐孔架梁工序

1)喂梁试拼 根据施工进度安排，拖车将预制梁场的各节段箱梁运至施工现场。运梁车驶入喂梁通道后，根据拼装位置，将运梁车精确驶入架桥机下方吊梁行车取梁位置，尤其是最后2片梁，取梁空间有限，需精准倒车(该空间可作为唯一喂梁场地)。行车放下吊梁扁担，利用精轧螺纹钢将扁担和梁体连接锚固，松开梁片固定钢丝绳，起升行车吊具，利用其液压油缸和回转装置调整梁片空中姿态，将梁片喂入架桥机。多次作业后将所有梁片节段逐一提至所对应的挂梁装置上，如图3所示。

图3 喂梁试拼施工

2)胶拼及临时预应力张拉 涂抹环氧树脂采取高低位挂梁，如图4所示，涂抹1号梁时，高位提升1号梁，使其与相邻的2号梁形成高低位，施工人员站在2号梁面进行涂抹施工，涂抹完成后提升2号梁进行拼接，再依次进行下一梁段的涂抹施工。涂抹环氧树脂前，将节段梁表面清理干净，确保接合面无灰尘、灰浆、油污及水渍等污染。环氧树脂采取机械拌合，采用专用刷子将胶体均匀涂抹至结合面，涂胶厚度2mm，≤3mm。涂抹环氧树脂时，要求在保证一定挤出率的同时，又要确保离预应力筋管道一定距离，以免挤出的环氧树脂影响预应力筋管道，因此采取在节段梁端面孔道处设置密封圈。在每个节段拼装完成后，适时通孔。涂胶时间控制在50min内，并在2h内进行临时预应力张拉拼接。临时预应力张拉采取普通张拉，张拉上下、左右同时对称进行，利用制作的钢制临时支座，通过φ32精轧螺纹钢拼接相邻2片节段梁。

图4 环氧树脂涂抹施工

3)预应力张拉及压浆 当整孔节段梁胶拼结束后，应及时进行预应力张拉及压浆。预应力钢束张拉结束后，及时对预应力孔道进行压浆。

3 试验方案设置

施工时由于左、右幅不能同时起吊梁体，因此会产生偏心荷载，使墩顶横梁处于偏心受力状态，同时，架桥机施工时吊索及架桥机施工过程中的变形均会对梁体的拼装精度产生影响，为了探究施工过程中墩顶横梁、架桥机和吊索在吊梁及预应力张拉过程中应变的变化情况，选193～194号墩的梁体进行试验研究，本跨梁体标准长度为35m，纵向共分10个节段，左、右幅共计20个节段。拟针对施工时墩顶横梁、架桥机及吊索的受力变化情况进行测试，以探究同步拼装施工时墩顶横梁、架桥机及吊索应变的变化规律。

3.1 墩顶横梁应变测试

考虑到架桥机左、右幅分别起吊预制节段箱梁时会造成偏心荷载，使得横梁处于偏心受压状态，为了探究架桥机起吊梁体及梁体张拉时对墩顶的影响，以左半幅横梁为试验对象，架桥机过跨前即墩顶横梁承受架桥机自重前分别在横梁的中部、翼缘板、腹板处设置振弦式应变计M1～M6，如图5所示。架桥机安装完毕后，分别调试应变计M1～M6使其处于正常状态，每起吊1节段箱梁后及完成1束预应力张拉时读数1次。

图5 墩顶横梁应变计布置

3.2 架桥机主梁及吊索应变测试

架桥机起吊梁段后，吊索及架桥机主桁架必定产生竖向变形，从而对箱梁的拼装精度造成影响。为探究架桥机起吊梁体及梁体张拉时变形，从而精确控制梁体标高和拼装精度，以左半幅架桥机为试验对象，架桥机过跨前，即墩顶横梁承受架桥机自重前分别在架桥机的主梁弦杆布置应变计J1～J3。张拉预应力时，梁段之间逐渐压缩，桥梁形成上拱趋势，这势必会造成吊索索力变化。因此，在左幅靠近中跨的3个吊索上分别设置应变计S1～S3，如图6所示。

图6 架桥机吊索应变计布置

4 试验过程及结果

为使左、右幅箱梁保持平衡状态，箱梁逐跨拼装时采用双幅架桥机同步架设施工。逐跨拼装施工过程中，左、右幅箱梁吊装箱梁节段数量差异≤1个节段。设左幅的箱梁节段为奇数号、右幅为偶数号，箱梁起吊后，分别记录墩顶应变计M1～M6、架桥机主梁应变计J1～J3的读数，计算出微应变后，取横坐标为吊梁次序，纵坐标为微应变，墩顶横梁处M1～M6及架桥机主梁处J1～J3的微应变随梁段起吊的变化值分别如图7，8所示。

图7 墩顶横梁应变分布

图8 架桥机主梁处应变分布

由图7，8可知，随着梁段吊装，横梁处应变逐渐增大，且M1～M6都为负值，表明M1～M6位置都处受压状态。架桥机主梁的应变随节段的吊装也逐渐增大，且J1～J3都为正值，表明架桥机的下弦杆和腹杆均处于受拉状态。各节段悬挂完成后，接缝处涂抹环氧树脂，现浇墩顶横梁与节段之间的湿接缝，待混凝土强度达到设计强度后开始张拉，记录墩顶横梁处M1～M6处及架桥机主梁处J1～J3的应变值。设定张拉时的节点为21(吊梁节点为1～20)，以张拉顺序为横坐标绘制墩顶横梁M1～M6及架桥机主梁J1～J3处微应变随箱梁预应力张拉的变化图，如图9，10所示。同时，张拉开始时将吊索的应变计置0，开始测试张拉对吊索应变的影响情况，吊索应变随张拉顺序的变化值如图11所示。

图9 墩顶横梁处应变变化值

图10 架桥机处应变分布

图11 架桥机吊索处应变分布

由图8可知，随着预应力张拉，墩顶横梁处上表面的应力变为拉应力。随着张拉推进，M2～M6处应变逐渐变大，表明张拉使梁体上拱，使得梁体上表面处于受拉状态，而沿横梁高度的中间位置45°方向的应变持续增大，仍为压应力。同时，如图10所示，随着张拉进行，架桥机主梁处应变也发生较大变化，主梁腹杆的应变(J2～J3)急剧变小，而主梁下弦杆的应变由正变负且其绝对值持续增大。这表明张拉时，梁体整体被压缩，产生向上的预应力拱，使得竖向杆件的应力逐渐减小，但整体仍处于受拉状态，而由于梁体被压缩，横向杆件则从受拉状态变为受压状态。另外，由图11可知，随着预应力张拉，吊装节段的吊索应变值也逐渐增大，同时为负值，表明吊索随预应力张拉出现较大程度回缩。

5 结语

1)双架桥机同步拼装施工的整体方案可行。由监测结果可知，墩顶处的应变未出现较大波动，表明双机同步施工时左右对称吊装可行，不会出现偏心荷载引起横梁处的应力发生急剧变化情况。

2)随着节段依次起吊，墩顶横梁处的应变也逐渐增大，横梁上表面及横梁高度方向中间位置处均表现为压应力。随着张拉进行，梁体上表面则表现为拉应力，而横梁高度方向中间位置的主应力仍为压应力，表明梁体吊装节段墩顶横梁上表面处于受压状态，预应力张拉时，墩顶横梁表面由受压状态变为受拉状态，说明预应力张拉使得梁体产生预应力拱。

3)梁体吊装时，架桥机竖向和横向变形逐渐增大。随着张拉进行，架桥机的竖向变形减小，而横向变形反向增大，同时，吊索也出现较明显回缩，这表明吊装时架桥机产生向下挠度，吊索也产生竖向伸长，而张拉预应力时，梁体产生预应力拱，使得架桥机的挠度减小，吊索出现较明显回缩，但架桥机水平方向却出现受压状况。

4)监测结果表明，吊装时架桥机及吊索产生的竖向变形和张拉时梁体产生的预应力拱对梁体的线形和标高均有一定影响，后续施工时应充分考虑以上两方面影响，从而确保梁体施工精度。