短线法预制节段拼装梁在城市高架桥中的应用

安建璋

（同济大学，上海200092）

通过研究试验，我国先后在石长线湘江大桥、珠海淇澳大桥、闽江大桥、福建厦门高集海峡大桥、夷陵长江大桥、上海新浏河大桥、上海沪闵高架二期、广州地铁6 号线、芜湖长江二桥、虎门二桥及郑州市四环线等工程中也采用了节段预制拼装技术进行了施工。

根据箱梁节段预制施工方法，预制节段施工工艺主要分为长线法和短线法施工。长线法匹配施工工艺是指以桥梁整跨长度作为预制长度，在预制场内按照梁底线形制作台座，在台座上安装模板并浇筑节段混凝土；浇筑混凝土时采用间隔浇筑法，即先浇筑奇数节段，然后让浇筑完成的节段端面作为偶数节段的端模。短线法节段预制施工技术是指将桥梁沿纵向分成若干标准节段，按照一定的线形控制技术在预制场内对标准节段进行匹配预制，即将上一节段已完成的节段梁端面作为下一节段梁一端的端模，逐段进行预制的施工工法。

本文以郑州市四环线工程为背景，对短线法节段预制拼装技术进行介绍和总结，为节段预制拼装桥梁的设计和施工提供参考。

1 工程概况

郑州市四环线及大河路快速化工程由大河路、东四环、南四环及西四环组成闭合环线，是郑州市主城区与外围区域的分界线，路线全长约93.030km，途经郑州市惠济区、金水区、郑东新区、经开区、管城区、二七区、中原区、高新区[1]（图1）。

郑州四环线新建高架快速路长56.458km，在主线及立交主体桥梁工程处采用节段预制连续箱梁，占桥梁总比例约69%；在变宽、异形及小半径曲线处桥梁采用支架现浇箱梁，约占桥梁总比例的26%；在桥下不行车的地面跨河辅道桥、与既有小箱梁对孔布置的新建跨河桥梁采用预制小箱梁，约占桥梁总比例的3%。

2 箱梁节段的划分

图1 郑州四环线工程范围

四环线工程根据高架桥的分布特点，采用节段预制拼装的桥梁主要分为主线路侧、路中分幅典型高架，主线路侧、路中分幅宽20.5m 加宽典型桥梁，主线路侧、路中分幅宽26m 加宽典型桥梁。预制节段的划分，综合考虑桥梁跨径的大小、桥梁的断面形式、架桥机的吊装能力及节段预制工艺、沿线的运输条件及施工工期等因素确定[2]。

四环线桥梁的预制节段长度为1.8～2.9m；预制节段之间采用密齿型剪力键+环氧树脂接缝连接。梁高为2.2m～2.6m，跨中断面顶板厚0.23m～0.25m、腹板厚度0.38m～0.457m 及底板厚度为0.25m～0.27m，节段吊重约38t～73t。

3 剪力键的设计

剪力键的设置，对于保障节段间剪力的传递、方便施工定位及节段匹配具有重要作用。根据设置的位置，剪力键主要分为顶板剪力键、底板剪力键、腹板剪力键及加腋区剪力键；其中顶板剪力键、底板剪力键及加腋区剪力键主要用于节段拼装时的对接定位，腹板剪力键主要承受并传递接缝截面处的剪力。

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剪力键的尺寸应满足以下要求[3]：

3.1 剪力键在腹板高度方向的布置范围及宽度方向的横向宽度均不应小于相应方向的3/4。

3.2 剪力键的截面形状应采用梯形（倾角接近45°）或者圆角梯形的截面型式；剪力键的键高至少应大于混凝土最大集料粒径的2 倍，且不小于35mm；键高与键宽的比例取为1：2。

以上条件，可用图2 来表达。

图2 剪力键尺寸示意图

4 箱梁节段预制

箱梁节段采用短线法在预制场地内预制，块件采用连续浇注，即一次浇注相邻块件，已浇好的块件作为相邻浇注块件的端模。箱梁的平、竖曲线采用高精度的折线拟合而成，通过不同长度的梁段上下缘长度形成竖曲线，通过不同的左右长度形成平曲线，梁段预制过程中保持一个端面为正交面。

梁段接缝采用环氧树脂+密覆式剪力键齿，且在预制时，梁段接缝间必须满涂隔离剂，以利于节段脱离。混凝土浇筑完毕后，应采取可靠措施及时予以保温保湿养护，以确保质量；预制节段保湿养护不小于15 天，冬季施工时采取保温保湿、防风等措施以保证混凝土浇注质量。

节段箱梁预制及堆放过程中应设置好临时支撑措施防止箱梁倾覆。拆模时混凝土强度应不小于设计值的70%，吊装时强度应不小于设计值的90%；节段梁在存放、吊装或搬移过程中应防止扭曲或其它不应有的变形，并保持梁体稳定；吊装运输时应特别注意保护剪力键避免受损；节段梁在场内的存放时间不宜小于30 天，且不宜超过两层堆放。两层存放时应在底层梁顶面设置分配梁，并保证荷载作用位置在下层梁腹板的正上方。

图3 节段箱梁预制及存放

5 箱梁节段拼装施工

节段预制拼装箱梁一般采用的施工工法有逐孔架设法、悬臂平衡架设法、推顶架设法、支架架设法等，郑州四环线采用悬臂拼装施工。

箱梁节段的匹配面采用环氧树脂胶作为粘结剂，在涂胶前应除去接缝面油污等杂质，保证接缝面混凝土平整无疏松，并清除干净表层附着的水泥浆，确保接缝表面干燥；梁段接缝面上的环氧树脂胶应涂抹均匀，厚度控制在2～3mm，挤压后的胶体厚度应控制在0.5～1mm，以保证有多余的环氧树脂胶从接缝中挤出，避免出现缺胶现象；挤出的多余胶体应及时清除干净，刮涂过程中应尽量减少对混凝土表面的污染。

箱梁节段在胶拼前，需进行试拼装，以确保相邻两梁段拼接面的标高、倾斜度保持一致，减少涂胶后的梁段位置调节时间。试拼装时，调整待拼节段标高，使梁段拼接面靠拢，保证梁段拼接面完全匹配；试拼完成后，为方便胶拼，将预制梁段移开0.4～0.5mm，除在纵向进行平移外，梁段的高程和倾斜度都不应再进行调整。

箱梁节段施工时临时预应力采用精轧螺纹钢筋予以施加，并确保施工任何阶段主梁接缝处不小于0.3MPa 的压力；悬臂两端应对称同时悬臂施工，不平衡荷载不应大于将安装的预制梁段重量的1/2，悬拼施工时可在桥墩两侧搭设墩旁支架以抵抗悬拼过程中的不平衡弯矩。

图4 悬臂平衡架设工法示意图

6 线形控制

短线法预制施工对测量精度要求高，桥梁拼装施工完成后，为达到设计要求的平、纵线形，需对桥梁的预制线形进行控制。影响桥梁预制线形的主要因素有预制模板的刚度、相邻梁段的匹配精度以及测量精度[4]。采用短线法预制的节段梁模板系统应具有足够的刚度，确保在节段浇筑时模板不产生挠曲变形。相邻梁段的匹配定位，主要通过预埋在箱梁节段顶板上的控制点完成，其中两相邻节段中心线处的控制点控制梁段平面位置，腹板上方的测点控制梁段的高程。预制过程中，应根据实际预制线形的误差，采用专业几何控制软件修正匹配梁段的位置，并在多次浇筑过程中逐步纠正，以消除制造误差。

由于箱梁在节段预制过程中存在误差，且桥梁0#块安装的定位精度及环氧涂层的厚度均会影响到悬拼过程中桥梁的线形，因此在节段梁的拼装过程中，应确保匹配面的环氧树脂涂层厚度均匀，并通过在节段间垫入环氧树脂片、调整临时预应力的张拉力等方式，对悬拼过程中的桥梁线形进行控制调整。

7 结论

节段预制拼装桥梁技术具有施工质量好、速度快、工期短、施工机械化程度高等优点，对城市现有交通及周边社区环境影响小，符合现代桥梁工厂化、大型化、机械化、标准化的发展趋势，在城市高架桥梁中具有良好的推广应用价值。

本文以郑州四环线工程为背景，对桥梁短线法节段预制拼装技术进行了介绍和总结，可为今后类似桥梁建设提供借鉴和参考。