预制节段简支箱梁节段预制工艺_secret

预制节段简支箱梁节段预制工艺

一、工程概况

广州市轨道交通四号线高架二标工程全部为高架桥，全桥总长2010m，共有67孔，跨径布置为：12×30m+27.5m+2×32.5m+27.5m+51×30m，以30m跨为基准跨。上部结构为预制节段简支箱梁，采用干接拼装新工法。30m基准跨是由12个节段拼装而成, 27.5m跨和32.5m跨分别由11个和13个节段组成，每个节段长度2.5m。节段的标准尺寸2.5m×9.3m（桥面宽度），端节段每段重43t，其余为标准节段，每段重33～35t。本工程预制箱梁节段总量为804块，预制计划工期2005年3月15日～2005年12月15日，共274天。

按招标文件要求，箱梁节段预制须与专业节段预制厂合作进行，经编标过程合作和进场后考察比较，最后选定鸿辉预制构件有限公司作为合作单位，厂址在东莞沙田。同样地，由于国内单位无类似经验，预制所需的节段液压钢模板设计交由鸿骏顾问公司，预制用的三维数字控制软件由安诚工程顾问公司提供。

二、预制方法选择

节段梁的预制方法可以有两种：一是长线法, 二是短线法。现对两种方法进行比较分析，确定本工程的适宜预制方法。

1、长线法

长线法施工是根据桥梁设计的线形和坡度，加工一整套长台座底模，侧模采用类似滑模方式，沿着长线台模逐段浇注预制。其前提是桥梁的设计线形和坡度在整个工程都变化不大，因为底模已经固定，可调整的确余地很少。此方法的优点是线形控制较为简单，施工偏差积累不会太大，不必使用专用测量控制软件。但当整个桥梁线路较长、平面线形和纵坡变化大时，长线法难以适用，即具有很大的局限性；同时，每节段预制时模板调整困难、速度慢，因而预制速度也较慢，基本为2～3天/节段；另外场地占地面积大，模

板一次性投入大等也是其难以克服的缺点。

2、 短线法

短线法施工相对长线法而言，就是一个台座安装一套模板，一次只能预制一个节段，但其特别之处在于每孔先预制出来的前一节段都作为下一节段的一端模，通过其起匹配作用来满足桥梁线形调整的要求。由于模板系统是全钢液压的，又采用了先进的匹配法施工，因此可以做到用很少的几套节段模板满足全桥的所有节段预制需要，所以与长线法相比，其优点是场地范围小，模板投入小。但先进的工法是建立在高水平的施工技术和管理上的：首先要求人员的素质高，具有很强的现场组织管理能力，保证各工种之间的严密配合；其次是需要一套先进的测量监控系统，包括三维控制软件和精密的测量仪器。 由于本工程中标价低，而长线法模板一次性投入大。加之合作方场地条件，难以采取长线法施工。经测算，采用短线法施工可以满足本工程的工期要求。因此综合比较后，最终确定采用短线法预制方案。

三、预制场布置

根据短线法的施工特点，模板需分端头节段模板和标准节段模板，且一套端头模板应与三套标准模板配套，故现场布置四个台座，成纵向排列。台座区的左侧为四个测量塔，每个测量塔对应一个台座。右侧为整修和养护区，以及存梁场。台座区的前方是钢筋加工区和钢筋笼绑扎区。其中制梁区和钢筋制安区配备40t龙门吊2台，负责模板、台车和钢筋笼的吊运，存梁场、整修和养护区共享75t龙门吊1台，负责已成梁段的转运和调度。

具体平面布置如图3-1所示，立面布置如图3-2所示。

维 修 厂移梁 整 修 区轨道养 护 区测 量 塔钢筋笼加工区钢筋笼绑扎区龙门吊地磅办公室珠江码头存 梁 区水泥库珠江龙门吊搅拌站 仓 库 图3-1 预制厂平面布置图 目标柱养生罩测量塔内模已成梁段 梁段整修区外模短线台座目标柱钢筋绑扎台座钢筋加工区 已成梁段存放区3-2 预制厂立面布置图

钢筋笼绑扎台座图

四、预制工序和步骤

1、台座建造和模板安装

共需建造四个短线预制台座，一个专门生产端节段，其余三个生产标准节段，台座尺寸皆为11m×2.8m，台座混凝土标号≥C25，平整度及尺寸误差要求：2米范围内的表面度≤2mm,长度误差≤1mm，对角误差≤1.5mm。台座地基需经过特殊处理（该预制场地原已打了桩），确保在长期的施工过程不会发生沉降。

为了方便梁段的移位，台座前后均设置滑移轨道。每个台座在横向中轴线上均设置测量观测塔一座。每个台座设两个台车，台车上配置了4个双坐标千斤顶，用以满足竖向、横向及扭转的调整。

四套全钢液压模板，由鸿骏工程顾问公司设计，先进钢构件有限公司加工。每套模板系统主要由端模和支架、外侧模和支架、底模和移梁台车、内模和滑动支架以及工作台和楼梯等部件组成。

模板的安装步骤如下：安装和固定好梁段滑移轨道后，先安装端模和支架，利用观测塔观测调整好其水平和位置，使端模垂直于台座的横向中轴线，并通过桁架支撑固定在台座上。然后沿轨道滑入底模，随后是铺设横向的侧模定位轨道和安装侧模。首个节段预制还需要安装另一端模（其后是匹配节段当端模）。最后是安装内模系统及其滑移推进轨道。

2、钢筋骨架制作及安装

钢筋在加工区完成除锈、调直、剪切、焊接和弯曲加工等工作后，按规格和图纸编号分类存放，由人工搬运到绑扎平台，在绑扎平台上完成钢筋笼的制作。绑扎好的钢筋笼用专用扁担梁由龙门吊吊放到模板内，因此钢筋骨架应有足够的刚度和稳定性，为使钢筋笼在灌注砼时不变形，可增加扎结点或板凳筋。入模就位前，在底板钢筋骨架部位应加好垫块以确保钢筋保护层厚度。

3、混凝土浇注

混凝土浇灌通过料斗配合龙门吊供料，分层对称灌注。布料从两侧腹板

对称进行，底板料从腹板滑落并用人工扒出摊平，尚有不足的人工接料补齐找平，最后浇注顶板混凝土。振捣采用侧模附着式、顶部平板式和振捣器相结合的方式，浇注过程中加强倒角、交界面以及钢筋密集部位的振捣。初凝前进行二次收浆并做拉毛处理。之后覆盖土工布养生。

4、已成梁段出模

混凝土强度达到17Mpa，即可脱模。首先是松开部分连接，将匹配梁段用移梁台车沿轨道移至整修区，然后把湿节段移到匹配段位置。之后又是调整匹配段位置和安装模板，准备下一节段的砼浇筑。在脱模过程需要特别注意保护节段间的剪力键。

5、已成梁段整修、养护和存放

在整修区内，梁段还需经表面整修工序。用人工对表面施工缺陷进行必要的修补处理，修补材料由高强度修补材料Smartcote加水泥组成（配比为1:2），及时修补可基本消除色差问题。还须铲除节段边角毛刺、疏通预应力管路等。最后在梁段内侧显眼位置标明块件编号、拼装方向和生产日期。

已成梁段养护分为初始养护、二次养护、最终养护。初始养护为出模前的覆盖湿养；二次养护整修区进行，除了顶板和底板放置湿润麻袋，在翼缘板、腹板和箱室位置还各放置一个可以旋转的喷头进行24小时养护。最终养护是在养生区进行，梁段整修后放在养生区，由专人负责固定周期的浇水养护。

达到养护期限的梁段吊运至存梁区存放。梁段存放分5列8行2层布置，列间距80cm，行间距50 cm，每层在腹板下放置硬木垫梁进行防护。梁段存放应保证码放的稳妥可靠。

6、梁段的生产周期

正常施工条件下，端头节段的生产速度为三天两片，标准节段可以1片/天。具体生产周期见表3-1，表3-2。

端头节段生产周期 表3-1

施工步骤 绑扎钢筋笼 调整底模、外膜 钢筋笼移入模床 拉入内模 灌注混凝土 养生 拆除模板 推拉梁段就位 所费时间 7h 4h 4h 1h 3h 13h 1h 3h 备注 开料、绑扎、吊运入模 由GCP软件输出数据调模 安装预留孔洞、固定波纹管 将内模放入固定位置并固定 试验、浇注、收面 （初始养护）含静停时间 测量已成梁片数据、拆模 将梁片移入整修区整修 36h 合计

标准节段生产周期 表3-2

施工步骤 绑扎钢筋笼 调整底模、外膜 钢筋笼移入模床 拉入内模 灌注混凝土 养生 拆除模板 推拉梁段就位 所费时间 5h 5h 1h 1h 2h 11h 1h 3h 备注 开料、绑扎、吊运入模 由GCP软件输出数据调模 安装预留孔洞、固定波纹管 将内模放入固定位置并固定 试验、浇注、收面 （初始养护）含静停时间 测量已成梁片数据、拆模 将梁片移入整修区整修 24h 合计 7、梁段运输

预制厂与拼装现场相距90km，长途运输过程梁段保护是个需要特别重视的问题。经过与运输单位和预制单位充分沟通，我们否定了投标阶段的方案——水路+14km陆路，而采取全陆路方案，全路程基本上全部为高速、一级公路，路况良好，这样避免了装船、卸船再装车的倒运可能对梁段产生的外观影响。

预制的施工流程如图3-3。

固定端模

吊入钢筋笼支立外模测量调整安装底模配合梁段定位清洁模具 涂脱模剂

预应力管道封口 钢筋笼绑扎内模就位 放置预埋件 浇筑混凝土 覆盖湿养 电脑运算控制点数据采集 压试块（≥17.0原始数据 拆除内外模板 配合梁段移走 表面修整压试块（≥20 新筑梁块出模所有梁段完成 吊运存放 图3-3 短线预制施工流程图

为了确保整个运输过程的质量、数量和安全特制定了下面几个保证措施。 1、确保车况和装备良好。投入3～4台车况良好的牵引车：其发动机、变速箱以及刹车系统完成二保，轮胎为全新钢丝胎，同时车上装有GPS卫星

定位系统，每台车配备2个驾驶员。

2、加强人员的培训和教育。对所有参与预制件运输的调度、驾驶员及维修人员进行针对性培训，与专业运输队共同制定较为严厉的违规驾驶和操作处罚措施，加强对参与人员的管理，提高其安全意识。

3、控制运输时间和行车速度。尽量把运输时间控制在白天时间，减少出交通事故的可能以及妥善处理可能有的事后善后工作。其次是通过每台车上安装的GPS卫星定位系统，随时掌握车辆位置、方向和速度。

4、确保构件绑扎牢靠。结合运输单位以往经验，并经反复讨论，确定的绑扎方案为：构件下支垫两根20cm×10cm×310cm枕木（如有破损应及时更新），用两个3t葫芦及钢丝绳与车板下的挂勾相连，分两道将构件紧紧固定在平板车上，在构件的转角部位用特别加工的角铁套在钢丝绳下起保护作用。这种捆绑方法简单、科学、合理、可靠。

整个工程804片梁段的运输过程没有出现质量和安全事故。 五、测量监控

短线法预制过程的测量监控需要G.C.P（三维数字定位）软件。该软件的基本原理为：根据事先建立的关于本桥梁节段的数据库，对每个节段预制过程的测量数据进行分析和计算，得出下一节段预制过程需做的调整，并用软件计算出箱梁节段上预埋特定点在架设时的理论坐标和高程，供拼装架设阶段测量控制用。从而达到用简单的距离、高程测量调整代替繁琐的三维数学计算和控制。

具体的操作步骤为：

1、基础数据库的建立。把设计提供的六点坐标、桥梁平、竖曲线要素以及预拱度输入软件，作为基础数据库和计算依据。设计提供的预制六点坐标是节段预制分割的依据，包括坐标和高程；

2、现场数据采集。湿节段预埋安放好六个控制点后，及时测量采集数据，供输入软件进行计算。所需的测量仪器有精密水准仪、钢尺、偏置尺、经纬仪、全站仪和标尺等。

3、计算分析。把现场采集的数据（包括梁顶面埋设的测量钉、铝槽的位置和高程，以及梁段的本身尺寸）输入GCP软件得出偏差值，并可分析出该节段移到匹配段位置时的具体位置。

4、现场调整。包括对匹配段的调整和模板系统的调整。前者现场操作时通过台车上的4个四个液压千斤顶和左右侧的两个丝杠进行六度调整，使即将浇筑的下一节段尺寸准确。模板系统按要求调整至合适的位置和高度。

5、拼装架设坐标的形成。待整孔全部节段预制好后，该软件会根据所有输入的节段现场数据，自动生成拼装架设过程测量控制的六点坐标。

测量监控示意如图3-4。

匹配节段待浇节段目标柱测量塔图3-4 测量监控示意图

六、质量控制和外观保证

本工程由于合作单位有着丰富的施工经验，加上监理和我方驻厂人员的认真、负责监控，所生产的构件“内实外美”，得到了各方的好评，拼装过程也没有发现有质量问题，可以说在质量控制上是非常成功的。总结起来，有以下几条成功经验：

1、人的因素是关键：节段梁预制短线法施工，工序繁多，工序间衔接紧凑，现场组织和管理要求非常高，如果没有一批丰富经验和管理经验的人员，是很难想象的；

2、物的因素：首先是需要有一批设计先进、制作良好的节段模板系统，来保证产品的外观质量良好和尺寸准确无误；其次，砼原材料的质量把关是一个必不可少的要件。本工程正是因为有了一个成熟的砼配合比，才能在早期强度、施工和易性等方面满足施工要求，又因为在水、石子、砂等原材料进场时严格控制，才保证了构件颜色均匀一致。

3、严格的制度作保证：每一道工序，现场的每一项工作都有相应的责任人，出了问题就采取严明的处罚措施，体现了外资企业的管理特点。由于分工明确、责任到人，整个现场施工始终能有条不紊地进行，自然的质量水平能保持在一个良好的状态。

4、高标准要求：有了前面几个因素作为基础，我们提出了一套很高的产品质量标准，并严格贯彻执行，收到了很好的效果，具体如表3-3。

节段梁施工控制标准 表3-3

项目 轴线位置 垂直度 标高 截面尺寸 表面平整度 预留孔 预留洞 预埋件 主筋混凝土保护层厚度 预应力管道位置 梁 距跨中4m范围 其余 中心线位置 梁 梁 梁 允许偏差(mm) 4 4 ±5 10 4 3 8 5 +5,-3 4 6 钢尺 钢尺 钢尺 检验方法 钢尺 经纬仪 水准仪 钢尺 2m靠尺和塞尺 七、解决的施工技术问题

因设计单位也是第一次接触节段梁预制，设计过程难免存在问题，故在施工过程我们克服和解决了许多技术问题。现摘录几个适当说明：

1、采用二次浇筑解决预制困难和拼装测量问题。底板临时张拉基座，高出底板40cm，尺寸为60cm×80cm，由于箱梁内腔空间较小，内模推进后里面的操作空间更小，要在砼浇筑阶段施工操作起来很困难，又因临时基座钢筋

较密还布置有预留孔，容易出现偏差，故向设计提出采用二次浇筑。

疏散平台基座，高出顶板面25cm，尺寸为40cm×40cm，其位置刚好挡住了预埋铝槽。如修改基座位置可能造成与其上部的机电等系统冲突；如移动铝槽位置，则GCP软件需为此另行设计一个计算程序，涉及到程序更改很麻烦。故建议设计把该部分更改为二次浇筑。修改后现场施工中发现测量安放测量棱镜观测也方便了。

2、 施工图中，箱梁的排水预留孔洞是贯穿底板的，预制前审图过程发现预留的排水铸铁管位置与梁体的波纹管位置相抵触，经研究认为应取消底板预留孔，而改从伸缩缝中间接到墩顶落水管。这样既解决了与波纹管抵触的问题，还避免因管道外露而影响桥梁外观。

3、原设计采用以前类似工程的设计，在梁段顶板预埋专用的吊钩，解决梁段的起吊问题，但经调查发现专用吊钩需进口，单价较高，又为一次性使用，成本非常高。经与架桥机厂家等各合作单位充分沟通，最后确定采用预留孔洞吊装方式（除端头节段因顶板厚采用预埋），加工一套专门的吊架，安有四根精扎螺纹钢，起吊时穿过预留孔用螺栓锁紧即可，架桥机也统一采用此吊架。

经成本核算，一个吊钉120元，每个节段梁4个，共有804节段,总费用为38.59万元；目前需预埋精扎螺纹钢棒的端头节段数134，共需材料费约1万元。此项改进可节省成本37.6万元。

除此之外，其他诸如翼缘板板凳筋变更、钢筋布置与预埋件冲突等问题的解决，也是预制和拼装施工得以顺利完成的重要保证。

八、总结

经过从不熟悉到了解，再到具体施工过程解决许多技术问题，最终顺利完成所有节段箱梁预制，我们充分体会到节段预制工法的先进性和优越性，认为此工法值得在国内大范围推广使用。通过本工程，我们积累了相当的经验，可供今后类似工程借鉴。