高速铁路装配式桥梁施工关键技术

摘要：本文结合工程实践，围绕大直径桥梁管桩施作，装配式墩柱预制、安装进行了深入解析，总结形成了高速铁路桥梁下部结构“预制、运输、架设”智能化施工技术，构建高速铁路装配式桥梁绿色建造模式，经济社会效益显著，可为今后类似工程提供参考。

关键字：高速铁路，装配式桥梁，大直径管桩、预制墩柱，预制墩帽、一体化架设

1.引言

在中国人口红利优势逐渐消失，科技持续进步的当下，建筑行业正经历着由劳动密集型向技术集约型转变，智能化生产，自动化安装，工业化建造已是建筑行业的主流发展方向。高速铁路装配式技术作为绿色建造方式，有效推动了铁路桥梁工业化进程。京雄铁路首次将大直径预应力混凝土管桩、拼装式桥墩、装配式桥面系应用于铁路桥梁建设，但预制管桩多使用锤击法施工，存在施工噪声大、桩头容易开裂等问题，预制墩柱采用固定台座法施工，自动化程度不高、生产效率低下，墩柱安装采用吊车吊装，安装效率与精度有待进一步提升。郑济高铁通过对装配式桥梁施工工艺改进，解决了上述问题，为铁路桥架建设带来了全新的发展模式。

2.设计概况

新建郑州至济南高速铁路省界～濮阳东（不含）设计时速350Km/h，正线长度39.797km，由清丰特大桥、南乐站、南乐特大桥组成，线路走行于黄河冲积平原，地势平坦开阔。清丰特大桥459#-560#墩、657#-787#墩采用装配式桥梁技术施工，共有装配式桥梁7.5km，桩基为预应力混凝土管桩，桩径1.0m，平均桩长为35m，分三节组成，顶节采用PRC-I型，下两节采PHC-1.0-130-AB型；桥墩由两个空心墩立柱和一个墩帽组成门式结构，墩身外径2.4m，内径1.5m，高度4m～9m，重量36.5t～75.9t；墩帽长7.7m，宽3.2m，高1.15m，重约61t。梁体采用通桥（2016）2322A简支箱梁。重约822t。

3.大直径桥梁管桩施工技术

3.1 工艺选择

针对沿线途径居民区，采用锤击法噪音污染大，桩头易破损，静压法在深厚砂层地区易出现沉桩困难的问题，预应力管桩采用静压引孔工艺施工，设备选用山河智能装备研制的ZYJ1260BK引孔式静力压桩机，可适用于硬隔层、厚砂层、流砂层等多种复杂地层预制桩施工。通过引孔装置可显著减低压桩挤土效应，提高施工效率，保证成桩质量。

3，2 操作要点

首先保证施工场地承载力满足设备运转要求，确定桩位后桩机就位，按照打桩顺序调整桩机对位后调平调直。吊桩采用静压机自带吊桩设备，提升至垂直状态后对中、调直喂桩，施工过程中采用两台全站仪成90°角观测，保证桩身垂直度。引孔钻至设计深度后在钻机塔身作标志，作为控制钻孔深度的依据。预制桩打入土层后预留0.5m桩头采用焊接进行接桩，焊接前要确保两节预制桩桩身顺直，两端面紧密贴合，焊接采用二氧化碳气体保护焊，焊接质量满足规范要求。焊接接头自然冷却后对焊缝及端板进行防腐处理。当上节桩沉至距地面0.5〜1.0m时停止加压，安装送桩器，调节送桩器垂直度后加压送桩直至桩顶设计标高。桩端位于设计标高并确认进入持力层后进行稳压，压桩力小于3000KN时稳压时间不超过10s；压桩力大于3000KN时稳压时间不超过5s，稳压次数不超过3次。压桩施工完成设备移至下一桩位。

4.预制墩身流水线法施工技术

4.1预制墩身生产线布局

生产线分为钢筋加工区、墩身生产区及墩身存放区。墩身钢筋加工采用室内加工，墩身的浇筑、养护及存放采用室外施工。

4.2 预制墩身工装配置及产能分析

该项目预制墩身总量为448根，工期6个月（不含工装设备生产调试），，排除设备故障、材料供给等影响因素，日产量应达到3根/天。3个墩柱同时施工工效为：模板安装4.5小时+钢筋笼及预埋件安装2小时+混凝土浇筑3.5小时+带模养护10小时+拆模3小时=23小时，满足每天预制3根墩柱的工效。墩身浇筑按照1模/天计算，需要3套模板；成品墩柱转运强度要求为75%，经试验研究C40混凝土4天强度可以达到75%，每套模板需配置5个浇筑台座，共15个浇筑台座。墩身养护期按照14天计算，减掉2天浇筑台位蒸养时间，共需设置46个存放台座。

4.3 预制墩身流水线成套工装设计

为实现钢筋加工自动化加工，设计了一种自动化钢筋绑扎胎架，主要由驱动系统、定位体系、操作平台、纵向钢筋安装辅助装置组成。钢筋笼标准段环向钢筋网片采用焊接机器人焊接，由2台多功能六轴机器人配套全数字IGBT逆变控制自动焊接机和2套伺服滑台等组成。钢筋笼绑扎先摆放环向钢筋网片，再穿送纵向钢筋，最后安装剪力键钢筋及其它预埋件。驱动系统驱动定位体系在底座上绕圆周方向旋转，定位体系带动钢筋笼，实现钢筋笼的滚动绑扎。

预制墩柱为空心墩柱，采用整体式浇筑的方式，课题组研制了一种自加热自动开合模板系统，由墩柱侧模、纵横移式墩柱侧模架体、电器系统、柔性走行系统、智能走行定位系统、智能振捣系统、智能保温系统组成。纵横移式墩柱侧模架体带动侧模进行横移、纵移。侧模走行采用变频电机驱动，可实现低速启停，高速走行，提升走行稳定性。智能走行定位系统利用电感式定位系统，监测并控制侧模的走行距离。墩柱侧模分层布置附着式振捣器，自动控制振捣参数；侧模布置有电伴热带，通过温度传感器实时监控模板温度，可对墩柱进行保温养护；墩身自开合内模主要由模板、电动推杆、导向销组成，通过增减内模节段适应不同高度预制墩身，采用电动推杆进行脱模及合模的动作。

模版清理分别设计了内/外模打磨喷涂系统，外模清理设备由滑轮、立柱、牵引钢缆、上部喷涂装置、移动式打磨装置、底部喷涂装置、底部打磨装置、液压锁紧装置和底座与驱动装置构成。工作时通过牵引钢缆带动打磨机上下移动清理模板，模板清理完成后由上、下部喷涂装置喷涂脱模剂。内模打磨喷涂系统主要由打磨机升降机构、打磨机主机、卷扬机、打磨辊、定位轮动作气缸、打磨辊压紧气缸、打磨辊驱动电机、升降机构支座组成。打磨机耐磨钢丝制成的圆弧形工件在电机的驱动下旋转，由气缸压紧在模板表面上，去除掉模板表面残留混凝土、锈蚀。打磨之后通过喷涂装置与打磨机升降结构配合对内模喷涂脱模剂。

墩身成品翻转架由架体、翻转套筒及平台组成，用于墩柱由竖直到水平状态的翻转工作。墩柱翻转过程中首先通过龙门吊将翻转套筒翻转至水平，并安装好锁定螺栓，然后将成品立柱竖直下放到翻转套筒中，安装限位杆，拆除锁定螺栓，使用龙门吊缓慢将墩柱放在支撑垫梁上，墩柱转为水平状态后拆除限位杆，最后将成品立柱吊离翻转套筒。

4.4 流水线法预制墩身施工工艺施工技术

自动化钢筋绑扎胎架完成墩身钢筋笼绑扎后，首先由外模通过自动走行系统移动至清理工位进行打磨及脱模剂喷涂工作。内模通过龙门吊将内模清理设备吊运至墩柱内模上方，采用卷扬机和升降机构带动打磨辊头上下移动清理内模并喷涂脱模剂。将内模与浇筑台座通过锥形定位梢固定，钢筋笼吊装至钢筋笼转运小车运输至浇筑台座处，采用专用吊具将钢筋笼套入内模外侧，完成钢筋笼入模。墩身预埋件安装完毕后，墩柱侧模走行至浇筑工位，通过横移油缸推动横移小车进行合模。模板合紧前采用钢棒定位装置将预埋钢棒安装固定，预留筋及预留钢棒长度复核后浇筑混凝土。利用地泵配合布料机进行墩柱混凝土浇筑，振捣以外模自带附着式振捣器为主，插入式振捣器为辅。混凝土浇筑完成后，采用模板自带的电加热进行保温养护。混凝土强度达到10Mpa后，先拆除墩柱顶部定位模板，将内模调至开模状态后使用龙门吊吊运至打磨工位进行打磨，最后拆除外模架体固定螺栓，使用横移油缸推动横移小车拆侧模，并对剪力键位置、墩顶、墩身内侧自下向上2.5m范围进行凿毛，通过龙门吊将蒸养罩吊运至墩柱所在工位，原位蒸养2天，混凝土达设计强度75%后采用专用吊具及龙门吊转运至存放台座进行自然养护。需进行安装的墩柱，利用墩柱翻转架配合龙门吊将其翻转至水平状态进行运输。

5.预制墩帽环形流水线法施工技术

5.1预制墩身生产线布局工装配置

预制墩帽生产线分为钢筋加工区、墩帽生产区。墩帽钢筋加工采用室内加工，预制采用室内环形生产线的模式进行预制，墩帽场棚内设置浇筑振捣工位、蒸养工位、脱模工位、打磨工位、脱模剂喷涂工位。各工位之间主要通过AGV小车进行衔接。预制墩帽考虑14天养护期，共设置12条存放位，共可存放36个墩帽。由于预制墩帽总重量达到77t。为实现墩帽的转运及翻转工作，存放区布置1台80t龙门吊，龙门吊采用38m跨度轨道，

5.2 预制墩身环形流水线法施工工艺施工技术

模板清理：墩帽模板由RGV子车转运至轻载轨道，轻载RGV小车将其转运至打磨工位后，开启自动打磨清理设备。自动清模系统钢丝辊头对模具全方位恒压清理，检查合格后转运至下一工位。

喷涂脱模剂：由RGV小车将模板运至喷涂工位。喷涂伸缩罩识别模具自动下降，将模具整体覆盖封闭，隔膜泵启动，喷涂装置移动，将脱模剂均匀喷到模具上，残雾抽排系统同步启动。

钢筋入模及混凝土浇筑：钢筋骨架采用专用胎架加工成型后，由桁吊吊装入模，并由RGV小车托运至浇筑工位，采用定位工装安装预埋件，预留预埋孔后进行混凝土浇筑。混凝土采用地泵加布料机的方式在厂房内浇筑，振捣为附着式振捣器加自动插入式振捣器加人工辅助振捣方式，附着式振捣器振动共设置16台，底模设置8台，侧模设置6台，端侧模设置2台，顶部设置8根自动振捣振动棒，振动棒可分别进行控制，确保墩帽振捣密实。

混凝土养护：为提高模板周转率，采用蒸养房蒸养的方式进行养护。墩帽强度达到75%时，由RGV小车从蒸养工位将墩帽运输至场外脱模转运工位进行脱模。墩帽模板为液压自开合模板，由液压系统对4块侧模进行开模。墩帽采用反向预制，存放前由龙门吊配合专用吊具对墩帽进行翻转后，吊装转运至存放台座。

6.墩梁一体架设技术

高速铁路桥梁墩梁一体架设施工，是在原有提梁机、架梁机的基础上进行改进，与架墩机形成成套设备，以实现梁、墩、帽一体化运输及架设施工的目的。采用运载托盘实现墩柱、墩帽的承载及运输工作，提梁机将载有构件的运载托盘吊运至运梁车上。运梁车到达架设地点后，利用架墩机对墩柱、墩帽进行拼装架设施工，拼装完成后架设箱梁。墩梁一体化运输架设成套设备主要包括1台运载托盘、1台三跨式架墩机、900t运梁车和900t架桥机。

提梁机吊运墩柱上桥及运输：桥墩构件在预制场用场内门吊一次吊装入运载托盘内，再由搬运机搬运至提梁机下方。提梁机将运载托盘和桥墩构件吊运至运梁车上。运梁车将3套桥墩构件运输至架桥机尾部，运梁车伸缩腿伸出支撑架桥机尾部，架桥机进入架墩状态，架桥机前、后起重小车纵移至运梁车首尾两端，之后在已架梁面上铺设辅助台车轨道，架墩机辅助台车、架墩门吊纵移到位。

墩柱翻转至竖直状态：运载托盘将墩柱横移至一侧，架桥机前起重小车吊具横移，取吊墩柱，并将墩柱吊运至辅助台车处，利用起重小车和吊具的横移功能将墩柱放置在辅助台车上。之后辅助台车将墩柱运输至架墩门吊起吊位，安装墩柱吊具。同时架桥机起重小车回退，吊取下一个墩柱。最后架墩门吊起吊墩柱上部，并同步后退，墩柱底部在后辅助台车的翻转架上进行翻转，直至墩柱变为竖直状态。同时，架桥机起重小车将墩柱吊运至辅助台车处。

对位拼装墩柱及浇筑墩柱填芯混凝土：利用架墩门吊的纵移横移功能，调整墩柱位置，并与墩柱调节装置协同调整墩柱的垂直度，拼装墩柱。同时，两辅助台车抬运墩柱至架墩门吊取吊位；架桥机起重小车回退，吊取下一个墩柱进行翻转及安装操作。墩柱拼装完成在墩柱外侧环形区域后浇C40微膨胀自密实钢纤维混凝土，墩柱内壁后浇C40微膨胀混凝土。

墩帽由场内运输至架墩机：墩柱拼装完成后，运梁车返回构件厂，运送3个墩帽运输至架桥机尾部。架桥机前起重小车将墩帽搬运至辅助台车上，辅助台车将墩帽转运至架墩机。

对位拼装墩帽，浇筑墩帽填芯混凝土：架墩门吊吊运墩帽进行纵移，在架墩机主梁下旋转90°后继续纵移至拼装位并对位调整拼装。拼装完成后在墩帽月牙槽内后浇C50微膨胀自密实钢纤维混凝土。

6.结语

铁路装配式桥梁作为现代桥梁工程工业化、智能化发展的典型代表，凭借其“高效、优质、绿色、经济”的核心优势，正在深刻改变传统桥梁建造模式。通过“工厂预制+现场拼装”的并行作业，显著缩短工期并降低施工风险，契合“双碳”目标下交通基础设施绿色转型需求，为行业树立了生态友好型工程范例。随着技术进步与产业协同的深化，铁路装配式桥梁将在“交通强国”战略中扮演更关键角色，为全球铁路工程高质量发展提供中国方案。