福厦铁路厦门跨海特大桥48m简支箱梁节段预制拼架施工技术
2017-06-05
1 工程概况
福厦铁路厦门跨海特大桥全长5110.933m，跨越厦门西海湾，设计为双线Ⅰ级铁路桥梁。大桥桥跨布置为98×32m（简支T梁）+31×48m（简支箱梁）+10×32m（简支T梁），其中98#墩～129#墩31孔简支箱梁计算跨度48m，长50.2m，高4.3m，顶板宽10.2m，跨间底板宽5.6m，梁端底板宽6.4m，箱梁断面为单箱单室式。单孔箱梁纵向分9段（3.7m+5.0m+5.6m+ 5.6m+5.6m+ 5.6m+5.6m+5.0m+3.7m），梁段最大长度5.6m，最大吊重153t。梁段间通过长0.6m湿接缝相连接。单孔梁混凝土用量556.3m3，重1500t，钢绞线24.8t，钢筋81.6t。大桥纵坡最大5.60‰。
2 施工方案及工艺
本桥48m跨箱梁按设计要求，采用节段拼装法施工。首先在高崎岸48m箱梁起始端布置梁场预制梁段，同时拼装造桥机。预制场内梁段起吊采用160t移动式龙门吊机，梁段成型后由预制场转移到存梁场存放，达养护龄期后，梁段装上运梁平车经横移道运至提升站跨下，再由160t提升机垂直提升梁段上运梁支架并装上桥面运梁台车，运梁至造桥机尾部喂梁区，在喂梁区由安置在造桥机上的提梁吊机将梁段吊起并前移行进至跨中相应位置落梁，并按湿接缝要求间距起顶摆放好，然后再进行梁段的纵向、横向及竖向三维空间位置精确就位。竖向按二次抛物线设置预拱度后，连接湿接缝波纹管、绑扎湿接缝钢筋、安装湿接缝内外模板、穿钢绞线。再从两侧向中间对称浇注湿接缝混凝土，待湿接缝混凝土强度达到80%后，进行第一批预应力钢绞线张拉。第一批预应力钢绞线张拉时，必须控制好梁底高程，使梁体在合理的受力状态下脱离支架。造桥机卸载后则前移进行下一孔梁的施工。第二批预应力钢绞线张拉待造桥机通过后根据设计要求的强度及龄期进行。如此往复施工其它各梁段，直至完成全部施工。
2.1 梁场布置
2.1.1 梁场选址
梁场选址于高崎岸桥头，但场地受既有鹰厦铁路、正在施工的杏林公路大桥、水深达25m的航道限制，可供使用的场地极为狭小。因此，节约用地，合理规划梁场成为组织好上部箱梁施工的关键。经反复进行方案比选及工期分析，最后确定因地制宜布置梁场，并临时占用本桥130#墩～139#台桥位，安排130#墩～139#台先施工完基础，再回填建造梁场，待梁段预制完成后，再施工墩台身及其上部。
2.1.2 梁场布置
整个梁场沿既有线路堤右侧布置，分箱梁预制区、存放区、横移区、提升站四个区。预制区、存放区一字形布置在净跨14m的160t龙门吊机左右侧轨道范围内；提升站布置在130#墩，横跨起始跨端运梁支架，净跨24m；存梁区与提升站通过横移道相连通。130#墩-129#墩间布设运梁支架与架梁起始跨连通，运梁支架前期作为造桥机的拼装支架。施工便道沿预制场右侧平行布置，与横移梁道平交，并连通海上栈桥。整个梁场呈“L”形排列，布局合理，节段梁制、运、架线路顺畅，施工便道通畅无阻。
2.1.3 资源配置
整个梁场按单月制架3孔箱梁共27个节段进行设计及资源配置。
箱梁预制区布置8个预制台座：标准段台座4个、1#异形段正反各一、2#异形段正反各一；钢筋成型胎座2个。配备模板四套：标准段2套、1#异形段1套、2#异形段1套；配备10t门式吊机一台；另外与存梁场合用一台160t移动式龙门吊机。
存梁区布置15个存梁台座，按二层存放梁。
横向移梁区设置梁体横移轨道一道，配备160t运梁台车一辆。
2.2 梁段预制
梁段预制采用传统的施工工艺。模板采取制梁台座水磨石面层作底模，侧模、内模和端模均采用定型钢模板。钢筋施工采取“底板+腹板”钢筋在胎座上绑扎成型，门吊吊装入模，再在现场绑扎顶板钢筋联结成整体。预应力管道采取钢筋网格定位、抽拔橡胶管成孔。混凝土浇注采取先底板，再腹板，最后顶板的顺序。底板混凝土采取滑槽下料入模；腹板、顶板采用吊装砼斗入模。
梁段预制中需要把握的关键问题有两个，一是控制相邻梁段相接面错台问题，要求控制好模板的制造、安装质量；二是预应力孔道成孔问题。梁段孔道成孔采取抽拔橡胶棒成孔，因此施工中必须根据气温、混凝土特性等因素把握好橡胶棒抽拔时间，做到不坍孔，不损坏橡胶棒。
2.3 梁段运输
梁段浇注成型并待混凝土强度达到80%设计强度后，即可吊梁移位。为保护吊梁龙门吊机安全，采用4台100t垂直液压千斤顶同步顶梁先消除掉箱梁底板与制梁台座面间的附加吸附力后（千斤顶置于梁段底模上开设的4个方形孔中，顶端盖有活动起顶盖板），再利用龙门吊机起吊梁段并转移到存梁区存放。
梁段运输根据不同的区段采取不同的运输转移方式：预制区→存放区：采取160t移动式龙门吊机起吊运输；存放区→提升站：采取运梁台车作地面水平横移；提升站→桥面：采取160t固定式提升机垂直提升再作横移；桥面→造桥机尾部的喂梁区：采取运梁台车作桥面水平纵移。
2.4 造桥机拼装及试验
2.4.1 造桥机构造
48米箱梁采用YZ1500t型移动支架造桥机拼装、架设。造桥机主要承担支承梁段组拼成型并完成梁段间湿接缝浇注的任务，实行"预制节段梁吊装+原位现浇湿接缝+预应力钢绞线张拉+卸载就位"的工作方法。
造桥机自重750t，额定提吊梁能力为160t。采用“连续千斤顶+钢绞线拖拉，在滑座上滑行”方式行进。
造桥机由主桁梁、下托梁、横联、墩旁支架、160t提梁吊机、纵向牵引装置、横移机构及电器系统等八大部件构成。
主梁采用双主桁结构形式，单组桁由两片桁组成，桁间距2m，主桁高7.5m，导梁处桁高2.5m，全长112m。两组内侧主桁中心距11.2m，跨度48m。整个造桥机设五道横联。
造桥机主桁梁采用标准低合金钢拆装式桁梁，要求主桁跨度范围的弦杆螺栓、栓钉屈服强度不小于480Mpa。造桥机下托梁设计成浮箱式，通过下水自浮实现跨间倒运。
因为在沿海施工，造桥机工作状态按40m/s风速计算风压。风力超过6级时，不得进行造桥机纵移，并采取抗滑移措施，风力超过8级时，停止造桥机作业。
2.4.2 造桥机拼装、就位
造桥机拼装场地设置在48m箱梁起始墩端头，按左右两主桁同时自前端至尾端顺序拼装成型。129#墩为拼装造桥机时前支墩，后支墩新搭建，前、后支墩间距48米，跨间布置3个中间临时支墩。造桥机拖拉及拼装过程中必须保证其倾覆稳定系数不小于1.5。
（1）拼装工艺
造桥机拼装前先安装129#墩墩旁支架，并利用钢管及型钢搭设后支墩及中间临时支墩，后支墩墩顶安设横移滑座，前后支墩上滑座不锈钢表面与主桁接触处均铺垫MGB板以减小主桁前移时摩擦阻力。
主桁拼装采取先在地面上分段拼装底层桁梁（高2.5m），控制分段重量小于25t、节段长度12～16米，再分段吊装上支墩对接成整体，中、上层桁梁则采取先在地面上将散件预拼成微小节段，然后吊装与底层桁梁对接，以节省拼装时间，加快拼装速度。左右两主桁拼装过程中注意及时安装横联，保证稳定不倾覆。
提梁吊机拼装则先在地面上将左右支腿拼装成型，再吊装上主桁顶面使其直立在轨道上并设临时支撑固定，再吊装横梁与两立柱连接，安装吊梁小车，最后解除立柱临时支撑。
因本造桥机主桁梁设计采用标准低合金钢拆装式桁梁，主桁节点螺栓、栓钉材质为32MnSi。拼装过程中应严格材料分类堆码、装箱，并做上明显标记（进行不同颜色标识或钻小孔标识），并在主桁组拼前对杆件、螺栓、栓钉进行必需的材质分析试验，以确保所用材料材质符合设计要求。
（2）造桥机就位
造桥机拼装成型后，拆除中间临时支墩，则造桥机重量全部支撑在前后两临时支墩上。
安装128#墩墩旁支架，并在该墩旁支架顶面左右侧各布设一台75t纵移千斤顶(行程1m以上)，穿上牵引钢绞线。
启动千斤顶，通过钢绞线拖拉造桥机在滑座上滑行前进到起始跨（129#--128#墩）。拖拉过程中注意控制两侧主桁前移速度一致，控制位移偏差小于5cm。
造桥机纵行到位后，再实行其横向精确对位，通过启动横移千斤顶调整实现。造桥机纵、横向位置偏差均控制在±20mm之内。
抄实造桥机前后支点，安装抗滑移装置，则造桥机就位完毕。
（3）下托梁安装
下托梁主要作为节段箱梁的支承平台，吊挂在钢桁梁的特制横杆上。下托梁安装工序是先将下托梁浮运至待架孔位水面上，再利用提梁吊机的辅助吊具起吊下托梁安装。
2.4.3 造桥机试验
造桥机拼装完成后进行拼装后检查，重点检查项目有：①是否严格按模架总装图及主桁结构图进行拼装；②租赁、加工、拼装的各个接口匹配情况；③桁架螺栓和栓钉材质是否符合设计要求，尤其需检查主桁跨度范围内的弦杆螺栓、栓钉材料屈服强度不得小于480Mpa；④对螺栓和栓钉逐一检查，若有松动需重新拧紧。
造桥机就位处于拼架梁状态条件下做静载试验，根据造桥机的安装和使用特性对安装和使用过程中各工况分别作应力、挠度测试及冲击系数和稳定性试验。
2.5 梁段组拼、联体
2.5.1 梁段组拼
（1）梁段初步就位
梁段初步就位就是指将梁段按编号顺序安放在造桥机腹内的下托梁上。初步就位由提梁吊机将梁段吊运到造桥机腹内指定位置。
（2）梁段平面精确就位
梁段平面位置精确就位是指梁段纵向、横向两个方向均调整到设计要求的位置。梁段初步就位后，利用导链等设备微调梁段，使梁段中线、距固定支座距离精确就位。横向位置以设计线路中心线为基准，即要求线路中心线与梁体中心线重合，横向中心线不得超过5mm。纵向位置考虑到预应力张拉及后期徐变引起混凝土收缩影响，梁段摆放时将梁体的纵向定位长度比设计长度多出25mm，做为收缩预留量，中间梁段按距固定支座距离内插。
（3）梁段线形（竖向）调整
各节段梁按设计平面位置在造桥机内摆放就位，再利用测量仪器对所有节段进行中线复核，确认无误后，则进行竖向线形调整。各梁段竖向按二次抛物线设置反拱度，标高以下挠度为准，偏差不得大于3mm。
梁段竖向线形调整利用托梁千斤顶调整各节段竖向标高实现，千斤顶顶梁时注意四台千斤顶要同时操作，同步起落，不允许出现三点受力现象发生，且应随时用铁板和硬质木块抄垫，使节段梁不致在顶头上滑移。
下挠度值设置需考虑以下因素：①为抵消预加应力引起的上拱，箱梁整孔组拼时须在梁跨中处设置反拱（下挠），各梁段支承处的反拱可按二次抛物线计算设置，反拱理论值按15天预施终张应力，60天铺设二期恒载计算，直线梁为35.8mm，曲线梁为37.3mm。施工时可根据实际预应力施加时间及二期恒载上桥时间进行调整。②为抵消造桥机自重引起的下挠，箱梁整孔组拼时须在梁跨中处设置反挠（上拱）。③为抵消节段梁自重引起造桥机下挠，箱梁整孔组拼时须在梁跨中处设置反挠（上拱）。④为抵消湿接缝自重引起造桥机下挠，箱梁整孔组拼时须在梁跨中处设置反挠（上拱）。总下挠度设置值即是以造桥机主桁浇注湿接缝后的竖向下挠度与消除预加应力引起的上拱而设置的反拱的叠加值。128#-129#跨48m箱梁拼架线形调整计算见表2。
2.5.2 湿接缝施工
梁段组拼完成并精确就位后，即可进行湿接缝模板、钢筋施工，并穿通长钢绞线束。整孔箱梁8条湿接缝，混凝土必须在混凝土初凝前全部浇注完成，。
湿接缝模板安装时，必须保证其与各梁段表面密贴，不得因漏浆造成接头不平顺或造成污染梁体。
湿接缝波纹管与梁段预应力管道采取内接方式连接，即将波纹管两端各拧入相邻两梁段内不小于10cm,并用环氧树脂砂浆密封。
2.5.3 预应力张拉及压浆
湿接缝砼强度达到80%设计强度后进行一期张拉，再给造桥机卸载，使梁体自重及施工荷载转由一期预应力承受。造桥机卸载后则纵向前移，进行下一孔梁的拼架。湿接缝砼强度及弹性模量均达到设计值且龄期不少于15d后进行二期预应力张拉，二期预应力承受设计荷载。
采用造桥机整孔拼架箱梁，一期张拉施工是一道关键工序。一期张拉过程是梁体进行自身受力的过程，对造桥机是一个卸载过程。由于造桥机是一弹性台座，在张拉过程中，要保证梁体在自重、预应力和造桥机回弹反力作用下，其上、下翼缘砼始终处于受压状态而不出现拉应力，理论上应根据这两个条件，计算分级卸载参数（按批张拉钢束，分批计算下托梁上千斤顶所需要的下调量），以便施工时根据计算参数调整造桥机与梁底间千斤顶的高度，控制造桥机对梁体反力大小，直至造桥机与梁底脱离，形成所需要的上拱度。
孔道压浆在终张拉完成后48h进行，压浆材料采用高性能无收缩防腐灌浆剂。
2.6 造桥机整机前移及拆除
一期张拉完成后，给造桥机卸载，造桥机则可纵向前移，开始下一孔梁的拼架施工。待所有31孔48m箱梁拼架安装完成后，造桥机则后退一孔拆除。
3 结语
本桥施工场地狭小，又是海上施工，通过综合分析工期、工法、成本，合理布置梁场，充分利用了有限的场地，实现了制梁、架梁的极佳匹配。造桥机低合金钢特种材料数量大、进场难、易混淆，通过超前准备，严格分类管理，严格材质检验，确保了造桥机的优质快速拼装。造桥机拼装支架与运梁支架合二为一设计，减少了投入，也节约了场地。造桥机下托梁充分利用海上施工自然条件，设计成浮箱式，实行海上自浮跨间倒运，方便了施工。
