王 敏，袁 超，肖 浩，田 飛

(1.中交第二航務(wù)工程局有限公司，湖北 武漢 430040；2.長(zhǎng)大橋梁建設(shè)施工技術(shù)交通行業(yè)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖北 武漢 430040；3.交通運(yùn)輸行業(yè)交通基礎(chǔ)設(shè)施智能制造技術(shù)研發(fā)中心，湖北 武漢 430040;4.中交公路長(zhǎng)大橋建設(shè)國(guó)家工程研究中心有限公司，湖北 武漢 430040)

0 引言

上海嘉閔高架及S7公路工程、成都成彭高架、長(zhǎng)沙湘府路、無(wú)錫鳳翔路快速化改造等項(xiàng)目均實(shí)現(xiàn)了橋墩、蓋梁及主梁的全預(yù)制裝配化[1-5]。

在目前已應(yīng)用的裝配式橋梁項(xiàng)目中，預(yù)制橋墩及蓋梁多采用履帶式起重機(jī)安裝，該工藝存在工作面零散、施工臨時(shí)占地面積大、橋下交通干擾大的缺陷，不能充分發(fā)揮裝配式橋梁的優(yōu)勢(shì)。為此，一體化安裝工藝及裝備在國(guó)內(nèi)外裝配式橋梁項(xiàng)目中開(kāi)始推廣應(yīng)用[6-7]。哥倫比亞卡塔赫納的沿海高架在跨越環(huán)境保護(hù)區(qū)時(shí)，為減少對(duì)環(huán)境干擾，采用從樁基到主梁的全預(yù)制裝配式橋梁結(jié)構(gòu)，并采用懸臂式一體化架橋機(jī)安裝所有預(yù)制構(gòu)件，實(shí)現(xiàn)了全預(yù)制裝配式橋梁的一體化流水安裝，且項(xiàng)目沿線無(wú)須設(shè)置便道，實(shí)現(xiàn)了施工期對(duì)環(huán)境的零干擾。隨后，美國(guó)華盛頓高架采用了相同的結(jié)構(gòu)形式與施工工藝。在國(guó)內(nèi)，深圳鹽港東立交為減小施工過(guò)程中對(duì)周邊道路交通的干擾，采用一種新型落地前支腿式一體化架橋機(jī)架設(shè)混凝土節(jié)段梁與預(yù)制墩柱，預(yù)制構(gòu)件從已成橋梁運(yùn)輸至架橋機(jī)尾部，施工臨時(shí)占地面積少，且交通恢復(fù)快速[8]。

一體化架設(shè)工藝將不同類型預(yù)制構(gòu)件分配到一體化架橋機(jī)的各作業(yè)面進(jìn)行安裝，各作業(yè)面安裝工效相匹配，從而實(shí)現(xiàn)一體化工藝流水作業(yè)。然而，對(duì)于墩梁固結(jié)剛構(gòu)橋，墩柱安裝及墩梁固結(jié)工序所需時(shí)間較長(zhǎng)(共10d)，低于主梁安裝工效，因此，采用常規(guī)的一體化架橋機(jī)難以實(shí)現(xiàn)各作業(yè)面的工效匹配。

針對(duì)上述問(wèn)題，以某高速公路改擴(kuò)建工程為背景，對(duì)常規(guī)一體化架橋機(jī)進(jìn)行改進(jìn)，提出一種基于雙落地前支腿一體化架橋機(jī)的剛構(gòu)橋快速施工工藝，實(shí)現(xiàn)裝配式剛構(gòu)橋的一體化流水施工。并通過(guò)將節(jié)段梁常規(guī)懸臂拼裝優(yōu)化為全懸臂拼裝工藝，進(jìn)一步提升了一體化安裝工效。

1 工程概況

某高速公路改擴(kuò)建項(xiàng)目主體橋梁采用全剛構(gòu)體系，即中墩和分聯(lián)處過(guò)渡墩均采用墩梁固結(jié)無(wú)支座體系，一聯(lián)橋跨徑布置為(45+2×50+45)m，如圖1所示。

圖1 (45+2×50+45)m 四跨一聯(lián)全剛構(gòu)橋型布置

該橋梁為全預(yù)制裝配式結(jié)構(gòu)，上部結(jié)構(gòu)采用單箱雙室節(jié)段預(yù)制箱梁，橋面寬20m，如圖2所示，施工時(shí)采用懸臂拼裝；下部結(jié)構(gòu)中墩及過(guò)渡墩均采用預(yù)制曲線柱式墩，順橋向中墩為曲線單柱式墩，過(guò)渡墩為曲線雙柱式墩，如圖3，4所示。

圖2 節(jié)段預(yù)制箱梁截面形式

圖3 中墩構(gòu)造示意

圖4 雙柱式過(guò)渡墩構(gòu)造示意

該項(xiàng)目大部分地段處于丘陵及水源保護(hù)區(qū)，橋下運(yùn)輸預(yù)制構(gòu)件及喂梁困難，為此，預(yù)制構(gòu)件需在橋面運(yùn)輸并從架橋機(jī)尾部喂梁。結(jié)合依托項(xiàng)目建設(shè)條件及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，一體化架設(shè)是實(shí)現(xiàn)本項(xiàng)目快速建造的合理工藝。

2 快速一體化架設(shè)工藝

2.1 新型一體化架橋機(jī)

常規(guī)一體化架橋機(jī)包含3跨，前跨用于安裝墩身和墩頂塊，中跨用于安裝主梁，尾跨用于起吊構(gòu)件，如圖5所示。一體化架橋機(jī)各作業(yè)面的安裝工效匹配，從而實(shí)現(xiàn)一體化工藝流水作業(yè)。然而，對(duì)于墩梁固結(jié)的裝配式剛構(gòu)橋，墩柱安裝需3d，墩梁固結(jié)工序需7d，兩者共需10d，低于主梁安裝工效(7d)，因此，采用常規(guī)的一體化架橋機(jī)難以實(shí)現(xiàn)前跨和中跨作業(yè)面的工效匹配，進(jìn)而影響一體化施工效率。

圖5 常規(guī)一體化架橋機(jī)示意

為解決上述問(wèn)題，考慮將墩身安裝與墩頂塊安裝的作業(yè)面分離，提出一種雙落地前支腿一體化架橋機(jī)，如圖6所示。架橋機(jī)主梁采用雙三角桁架結(jié)構(gòu)，從左往右依次為構(gòu)件起吊段、主梁安裝段、墩頂塊安裝段及墩身安裝段。支腿結(jié)構(gòu)由前1支腿、前2支腿、中1支腿、中2支腿、后支腿組成，架設(shè)墩柱及節(jié)段梁時(shí)，前支腿支承在牛腿上，牛腿結(jié)構(gòu)臨時(shí)錨固于承臺(tái)。前支腿裝有液壓插銷系統(tǒng)，可調(diào)整高度和折疊；前、后起重天車均可360°旋轉(zhuǎn)，前主天車負(fù)責(zé)墩身、墩頂塊拼裝，后主天車負(fù)責(zé)主梁拼裝。

圖6 新型一體化架橋機(jī)構(gòu)造

相較于傳統(tǒng)一體化架橋機(jī)，新型架橋機(jī)支撐結(jié)構(gòu)增加了1條前支腿，多出的1跨架設(shè)長(zhǎng)度用于架設(shè)前一跨墩身，從而實(shí)現(xiàn)墩身安裝與墩頂塊安裝作業(yè)面分離，進(jìn)而解決工效不匹配問(wèn)題。

2.2 過(guò)渡墩T構(gòu)懸臂拼裝

在對(duì)剛構(gòu)橋的主梁進(jìn)行架設(shè)時(shí)，中墩節(jié)段梁一般采用懸臂拼裝，而過(guò)渡墩節(jié)段梁則通常采用半跨懸掛拼裝，即在中墩T構(gòu)完成后，過(guò)渡墩邊跨的半跨采用整體懸掛拼裝，而后張拉預(yù)應(yīng)力后成橋，如圖7所示。該工法是目前國(guó)內(nèi)平衡懸臂施工中應(yīng)用最廣泛、最成熟的施工工法[9-10]。然而，過(guò)渡墩邊跨采用半跨懸掛拼裝會(huì)使施工工期顯著增加，同時(shí)該方法對(duì)架橋機(jī)吊重有較高要求。

圖7 過(guò)渡墩處邊跨的半跨采用整體懸掛拼裝示意

為進(jìn)一步提升節(jié)段梁懸臂拼裝工效，提出一種實(shí)現(xiàn)過(guò)渡墩節(jié)段梁懸臂拼裝的全懸臂施工方法：將墩頂塊臨時(shí)固定，通過(guò)布置臨時(shí)預(yù)應(yīng)力束形成懸臂拼裝邊跨，如圖8所示；當(dāng)邊跨合龍且永久預(yù)應(yīng)力張拉完成后，拆除臨時(shí)預(yù)應(yīng)力和臨時(shí)固結(jié)，完成體系轉(zhuǎn)換。該施工方法可實(shí)現(xiàn)剛構(gòu)橋的全懸臂施工，將有效縮短施工工期。

圖8 過(guò)渡墩T構(gòu)形成示意

2.2.1過(guò)渡墩T構(gòu)臨時(shí)固定構(gòu)造措施

為使過(guò)渡墩節(jié)段梁形成T構(gòu)進(jìn)而采用懸臂拼裝施工方法，需對(duì)過(guò)渡墩墩頂塊進(jìn)行臨時(shí)固定。過(guò)渡墩墩頂塊采用整節(jié)段預(yù)制殼體結(jié)構(gòu)，該墩頂塊僅一部分與墩頂固結(jié)，另一部分懸出墩頂并支承于過(guò)渡墩墩頂安裝的托架上。過(guò)渡墩交接縫內(nèi)需設(shè)置墊塊，為便于日后拆除，可在交接縫內(nèi)填塞符合強(qiáng)度要求的硬木塊或鋼板；同時(shí)，為使墩頂塊安裝完成后交接縫處有一定的壓應(yīng)力儲(chǔ)備，應(yīng)在過(guò)渡墩橫隔板處張拉精軋螺紋鋼，臨時(shí)固定構(gòu)造如圖9所示。

圖9 過(guò)渡墩墩頂塊臨時(shí)錨固措施

2.2.2過(guò)渡墩T構(gòu)臨時(shí)預(yù)應(yīng)力構(gòu)造

1)頂板開(kāi)槽式 臨時(shí)懸拼體內(nèi)預(yù)應(yīng)力束可采用直線式配束，即在頂板厚度范圍內(nèi)按規(guī)范配置臨時(shí)預(yù)應(yīng)力筋，并在節(jié)段梁預(yù)制時(shí)預(yù)留臨時(shí)預(yù)應(yīng)力管道，同時(shí)在頂板后端一定長(zhǎng)度范圍內(nèi)設(shè)置預(yù)留槽，以留出臨時(shí)預(yù)應(yīng)力束錨固的空間，并方便后續(xù)放張拆除臨時(shí)預(yù)應(yīng)力束。由于預(yù)應(yīng)力束張拉后伸長(zhǎng)量為30cm，為方便連接器接長(zhǎng)和放張，預(yù)留槽的縱向尺寸應(yīng)大于放張預(yù)應(yīng)力束的長(zhǎng)度，因此宜預(yù)留50cm以上長(zhǎng)度，構(gòu)造及流程如圖10所示。

圖10 頂板開(kāi)槽式臨時(shí)預(yù)應(yīng)力錨固示意

2)齒塊式 臨時(shí)懸拼體內(nèi)預(yù)應(yīng)力束的錨固端也可采用齒塊構(gòu)造，如圖11所示。此時(shí)張拉及拆除作業(yè)設(shè)于箱室內(nèi)部，其臨時(shí)構(gòu)造在一定程度上加大了節(jié)段梁結(jié)構(gòu)自重。

圖11 齒塊式臨時(shí)預(yù)應(yīng)力錨固示意

考慮到臨時(shí)預(yù)應(yīng)力筋采用齒塊式構(gòu)造時(shí)，預(yù)制構(gòu)件需增設(shè)錨塊鋼筋、搭設(shè)錨塊模板，使得工序增加，而采用頂板開(kāi)槽式構(gòu)造則無(wú)須再增加臨時(shí)錨固齒塊，臨時(shí)預(yù)應(yīng)力筋可直接在頂板處進(jìn)行張拉，此時(shí)施工效率較高，因此過(guò)渡墩T構(gòu)的臨時(shí)預(yù)應(yīng)力筋采用頂板開(kāi)槽式構(gòu)造。

2.3 基于新型一體化架橋機(jī)的快速一體化架設(shè)工藝

基于前述討論，依托背景工程，提出了一種基于雙落地前支腿一體化架橋機(jī)的剛構(gòu)橋全懸臂拼裝快速一體化架設(shè)工藝，總體流程如下。

1)由2臺(tái)起重天車將已臨時(shí)存于N1號(hào)墩承臺(tái)處的N3號(hào)預(yù)制墩身抬吊至最前跨，完成墩柱翻身并安裝到位，開(kāi)始墩柱與承臺(tái)灌漿連接。

2)前2臺(tái)天車安裝N3號(hào)墩身并進(jìn)行墩身與承臺(tái)灌漿連接的同時(shí)，后主天車起吊已臨時(shí)存于N1號(hào)墩承臺(tái)處的N2號(hào)墩頂塊，安裝N2號(hào)墩頂塊，完成墩頂塊調(diào)位后進(jìn)行墩梁固結(jié)。

3)在墩柱與承臺(tái)及墩頂塊與墩柱連接等強(qiáng)的同時(shí)，架橋機(jī)拼裝N1號(hào)墩T構(gòu)，節(jié)段梁采用對(duì)稱拼裝，并利用剪力錐進(jìn)行梁段臨時(shí)固定，而后張拉永久束，拆除剪力錐臨時(shí)束，架橋機(jī)松鉤。

4)按上一步驟對(duì)稱施工N1號(hào)墩T構(gòu)至最大懸臂位置，而后進(jìn)行N號(hào)墩和N1號(hào)墩T構(gòu)懸臂合龍，澆筑濕接縫并養(yǎng)護(hù)，待強(qiáng)度達(dá)標(biāo)后張拉永久束，完成N1號(hào)墩T構(gòu)施工，而后拆除N號(hào)過(guò)渡墩T構(gòu)的臨時(shí)束及解除兩墩頂塊間的臨時(shí)固定措施。

5)將中2支腿吊裝移動(dòng)到N2號(hào)墩頂塊上，后中支腿前移至N號(hào)過(guò)渡墩墩頂塊上，前2支腿前移到承臺(tái)牛腿上，并與前1支腿臨時(shí)連接，而后從架橋機(jī)尾部完成N3號(hào)墩頂塊和N4號(hào)墩身的運(yùn)輸起吊，并將其臨時(shí)存放在N2號(hào)墩承臺(tái)處，最后前移架橋機(jī)主梁和后支腿，再將前1支腿前移至N4號(hào)墩承臺(tái)牛腿上，前2支腿折疊收起，前移跨過(guò)N3號(hào)墩，并支承于N3號(hào)墩承臺(tái)牛腿上，最終完成架橋機(jī)過(guò)跨。

6)重復(fù)步驟1)～5)，直至完成N4號(hào)過(guò)渡墩T構(gòu)施工后即完成N～N4號(hào)一聯(lián)橋施工(中墩墩頂塊無(wú)須進(jìn)行臨時(shí)固定措施施工)。

上述安裝工藝總體流程如圖12所示。

圖12 快速一體化安裝工藝總體流程示意

3 工效對(duì)比分析

以背景工程四跨一聯(lián)裝配式剛構(gòu)橋?yàn)閷?duì)象，一個(gè)主梁T構(gòu)一側(cè)劃分為7個(gè)節(jié)段，分別采用3種施工方案：①中墩懸臂拼裝+過(guò)渡墩邊跨半跨懸掛拼裝+常規(guī)一體化架橋機(jī)；②中墩懸臂拼裝+過(guò)渡墩邊跨半跨懸掛拼裝+新型一體化架橋機(jī)；③全懸臂拼裝+新型一體化架橋機(jī)。分別對(duì)其進(jìn)行施工工效分析，如表1～3所示，表中括號(hào)表示工序時(shí)間不占用關(guān)鍵路線。

由表1～3可看出：①新型一體化架橋機(jī)將墩身與墩頂塊安裝的作業(yè)面分離后，實(shí)現(xiàn)了下部結(jié)構(gòu)與上部結(jié)構(gòu)安裝工效的匹配，并使墩身與墩頂塊安裝占用流水作業(yè)關(guān)鍵路線的時(shí)間由10d縮短至7.5d，有效提高了施工效率；②當(dāng)過(guò)渡墩節(jié)段梁采用邊跨半跨懸掛拼裝時(shí)，施工工期明顯增加，并造成一體化工藝流水作業(yè)不連續(xù)，顯著降低施工效率；③基于新型一體化架橋機(jī)并采用全懸臂拼裝的一體化架設(shè)工藝，保證了一體化工藝流水作業(yè)的連續(xù)性，有效縮短了安裝工期，安裝工效由39.5d/聯(lián)提高至32d/聯(lián)。

表1 中墩懸臂拼裝+過(guò)渡墩邊跨半跨懸掛拼裝+常規(guī)一體化架橋機(jī)方案施工工效分析

表2 中墩懸臂拼裝+過(guò)渡墩邊跨半跨懸掛拼裝+新型一體化架橋機(jī)方案施工工效分析

4 結(jié)語(yǔ)

1)目前常規(guī)的一體化架橋機(jī)不適用于全預(yù)制剛構(gòu)橋，由于下部結(jié)構(gòu)及上部結(jié)構(gòu)安裝作業(yè)面工效不匹配，可能導(dǎo)致作業(yè)面出現(xiàn)窩工。

表3 全懸臂拼裝+新型一體化架橋機(jī)方案施工工效分析

2)針對(duì)高度城鎮(zhèn)化地區(qū)全預(yù)制剛構(gòu)橋結(jié)構(gòu)體系，提出了一種基于雙落地前支腿一體化架橋機(jī)的裝配式剛構(gòu)橋快速施工工藝，實(shí)現(xiàn)了下部結(jié)構(gòu)與上部結(jié)構(gòu)安裝工效的匹配，并使墩身與墩頂塊安裝占用流水作業(yè)關(guān)鍵路線的時(shí)間由10d縮短至7.5d，有效提高了施工效率，且降低了施工期對(duì)周邊環(huán)境、交通的干擾。

3)將過(guò)渡墩節(jié)段梁傳統(tǒng)的邊跨半跨懸掛拼裝優(yōu)化為懸臂拼裝，提出了節(jié)段梁全懸臂拼裝工藝，保證了一體化工藝流水作業(yè)的連續(xù)性，進(jìn)一步提升了一體化安裝效率，使得安裝工效由39.5d/聯(lián)提高至32d/聯(lián)。