高速铁路桥梁下部结构装配化设计与施工（可编辑版）

高速铁路桥梁下部结构装配化设计与施工010203040506项目背景设计理念与策略设计与测试研究施工工法研究创新成果结论与展望目

录CONTENTS01项目背景装配式桥梁建造技术是贯彻落实国务院《交通强国建设纲要》和国铁集团《新时代交通强国铁路先行规划纲要》发展理念的需要，涵盖设计、施工、装备制造等多个方面，对生态文明建设、

新型工业发展具有重大意义。项目背景铁路桥梁梁部装配式建造技术比较成熟，已经实现了工厂预制及运架一体化。简支T梁装配

简支箱梁装配

成昆铁路旧庄河1号桥（24+48+24）m装配式下部结构已在国内外公路、市政桥梁上得到了一定的推广应用，在高速铁路桥梁中尚未得到大规模应用。北卡莱罗纳Linn

Cove高架桥跨海桥梁装配化桥墩城市桥梁装配化桥墩项目背景里程范围郑济铁路省界DK172+000～濮阳东（不含）DK211+796.87

正线长度39.797km主要技术标准铁路等级：高速铁路；正线数目：双线；设计速度：350km/h，无砟轨道；线间距：5.0m；桥梁设计活载：ZK活载。最大坡度：一般20‰，局部困难地段不超过30‰；最小曲线半径：一般7000m，困难5500m。地形地质条件黄河冲积平原区，地形平坦，地势开阔；主要为耕地，局部林地；粉土、粉细砂、粉质黏土；属中软现场，Ⅲ类，地震动峰值加速度为0.20g，

基本烈度为Ⅷ，地震动反应谱特征周期为0.40s。工程概况桥梁装配化设计施工有利条件928墩高范围：4.5m~13.5m简支墩个数：1079个总墩数：1162个2257442314315

15312512

115321050100196200146150107250个数4.5

5

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14墩高(m)该段落包括两座特大桥及一座地面站组成。清丰特大桥：34.865km；南乐特大桥：3.268km；南乐站。清丰特大桥，其中8.3km实施应用了桥梁下部结构预制拼装建造技术。全线桥梁段简支梁占比92.7%；墩高范围4.5m~13.5m

，平均墩高7.5m，墩高5.5~7m占比62%，具备采用桥梁预制装配化设计与施工的有利条件。工程概况02设计理念与策略设计理念与策略01

设计理念桥梁装配缩短工期加强品质降低造价降低作业强度，降低安全隐患文明施工程度高设计理念与策略联结形式（分段及构造、物料、适应性、品质管控）（静动受力、耐久性、轻量化、经济性、环保、景观协作）预制运输安装（装置、道路、施工）设计策略1231、采用以标准化设计、工厂化生产、装配化施工和信息化管控等为主要特征的工业化生产方式建造桥梁。2、设计与施工（预制、运输、现场吊装、联结）的协同达到高度融合。01

设计理念体系化总体构思02

设计策略高铁实体墩装配策略墩柱形式比选设计理念与策略02

设计策略高铁双柱墩装配策略墩柱形式比选设计理念与策略02

设计策略设计中进行了实体墩和双柱墩的比选研究。考虑运输、吊装便利性，确定装配式桥墩管控指标为：重量：100吨以内，尺寸：长度15m以内，宽度3m以内综合考虑，选择双柱式桥墩。墩柱形式比选设计理念与策略01

设计策略截面比选设计中进行了矩形、正方形、圆端形、圆形等墩柱截面的全面比选研究。综合考虑受力（外径及壁厚）、省圬工轻质（空心、标准化）、施工便利（预制垫石），墩顶预制抢修槽口与通图一致。设计理念与策略01

设计策略参照桥墩通图的墩顶纵向线刚度,，结合曲线超高、徐变上拱、大风及不利车型通过车桥耦合动力解析，校验横向刚度及整体性能。标准截面两种：外径2.4m/2.7m设计理念与策略01

设计策略联结节点构造墩与承台的联结方式的比选：承插式联结具有更好的可评估性和经济性，且施工便利，选用承插式。研究外包钢板剪力钉和混凝土剪力键两种形式，混凝土剪力键形式经济性更佳。对剪力键齿大小和间距、配筋布置和填心混凝土高度进行比选研究。推荐设计与测试研究进行了现浇钻孔灌注桩与预张力管桩的比选，预张力管桩品质好，通过锤击工法可有效减短桩长，节约投资。对预张力管桩的类型与分段长度进行了比选，采用首节PRC+下两节PHC的组合形式，在满足高烈度区抗震性能的基础上，兼顾了经济性。01

设计策略桩基结构形式设计理念与策略03设计与测试研究由上向下：预制简支箱梁预制墩帽（含预制垫石、预制挡块）(3)预制双柱墩

(4)现浇承台

(5)预制管桩01

设计策略预制桥梁装配式结构体系设计与测试研究设计与测试研究设计与测试研究设计与测试研究02

装配式桥墩体系的测试校验现场足尺桥墩推覆试验研发自平衡反力架，测试中竖向加载1400吨，水平纵向往复加载340吨，对设计进行全面校验，保证结构体系的安全。国内外最大的千吨级足尺推覆往复负荷测试设计与测试研究04504003503002502001501005004080120负荷/kN位移/mm有限元结果测试结果（正向骨架线）测试结果（负向骨架线）装配式底联结构造的校验03设计与测试研究通过测试室内3个1:3缩尺往复推倒测试，对拼装节点处的构造形式开展了测试研究，校验了节点联结构造的安全性。04

大直径预张力管桩力学性能的校验对PRC管桩竖向、水平、受弯、受剪力学性能全面测试。-2000M(kN·m)8000散点主+70006000震抗裂50004000N(kN)3000200010000-500

0-1000500100015002000设计与测试研究05

大直径预张力管桩深厚砂层引孔工法的校验针对深厚密实砂层，采用锤击或静压的长螺旋内引孔工法，通过对竖

向、水平、抗拔能力的全面测试，校验了桩基的承载能力满足设计要求。深厚砂层锤击引孔沉桩工法及装置深厚砂层静压引孔沉桩工法及装置设计与测试研究06

墩梁运架一体机的技术设计研发了运架一体装置及配套施工技术实现了预制墩柱、墩帽的线上运输，桥墩拼装及箱梁架设一体化施工。设计、测试研究墩柱上下联结节点联结用高早强物料研发了适用与装配式桥梁节点的高早强物料，12小时达到强度35~40MPa，实现节点联结与架梁工效的匹配。07设计与测试研究04施工工法研究首次采用超大吨位引孔一体化沉桩工法大直径管桩静压引孔一体化施工关键技术大直径管桩锤击引孔一体化施工关键技术建成国内首个高速铁路桥墩智能生产线郑济铁路桥梁

下部结构工业化建造技术预制墩帽场内智能流转技术预制墩帽自动振捣脱模技术预制墩柱模具自动研磨喷涂技术首创高速铁路墩梁一体架设施工工法预制墩柱墩帽梁上运输技术预制墩柱墩帽快速拼装技术研制了国铁首台套高速铁路墩梁一体架设装置施工工法研究1.大直径管桩静压引孔一体化施工关键技术取桩喂桩夹桩接桩引孔送桩沉桩（第一节）沉桩（第二、三节）施工工法研究螺旋钻头旋挖引孔机创新性将旋挖钻机进行改良，实现旋挖钻机引孔，有效处理长螺旋钻机移动慢，引孔效能低等问题。螺旋钻杆伸缩方便，钻孔松土降低沉桩时的挤土效应，加强预制桩沉桩效能。2.大直径管桩锤击引孔一体化施工关键技术160旋挖钻机钻杆动力头螺旋钻头施工工法研究2.大直径管桩锤击引孔一体化施工关键技术取桩垂直度计量第一节沉桩接

桩沉桩(第二、三节)送

桩引孔施工工法研究3.墩柱自动化预制施工关键技术预制墩柱自动化生产线主要包括钢筋加工绑扎区、墩柱生产区、蒸汽养生区和存放区。墩柱自动化生产线施工工法研究3.墩柱自动化预制施工关键技术钢筋笼骨架自动熔接墩柱钢筋笼运输墩柱模板自动研磨喷涂墩柱钢筋笼入内模外模自动合模混凝土灌注脱模墩柱翻转施工工法研究自动熔接机器人熔接品质稳定，抽样测试合格率100%，施工品质可靠；工效相比于传统工法加强显著。3.墩柱自动化预制施工关键技术自动化钢筋胎具墩柱自动化钢筋笼绑扎胎具，处理了传统钢筋绑扎精度难以管控、工效低的问题。利用墩柱钢筋笼绑扎胎具，较传统工效提升50%。墩柱钢筋自动熔接及绑扎胎具自动熔接焊丝评估工件自动监测工件偏差补偿钢筋自动绑扎精准定位施工工法研究3.墩柱自动化预制施工关键技术墩柱自加热自动开合走行外模体系及自动收缩内模自动开合走行外模体系实现了预制墩柱自动化作业，加强了墩柱开合模、灌注过程中的安全性和效能。自开合内模体系拆除仅需15分钟左右，较传统的内模施工速率提升200%以上，有效处理了模板拆模工效低和安装精度不足的问题。自伸缩智能定位自走行自开合自振捣自加热施工工法研究外模研磨及脱模剂自动喷涂体系工作时通过牵引钢缆带动研磨机上下移动清理模板，模板清理达成后由上、下部喷喷涂置为达成对模板喷涂脱模剂。内模研磨及脱模剂自动喷涂体系工作时顶部悬架机构以内模的上端面为支撑点，在顶部吊耳的钢丝绳带动以及卷扬机的牵引下，上下移动研磨机主体，研磨到模板高度方向的整个表面。3.墩柱自动化预制施工关键技术墩柱模板自动研磨喷涂体系施工工法研究预制墩帽智能化生产线通过智能管控物流体系，使各工位按工序顺序达成墩帽生产。4.墩帽智能化预制施工关键技术墩帽智能化生产线灌注振捣工位顶模清理工位模板清理工位脱模剂喷涂工位蒸养工位施工工法研究4.墩帽智能化预制施工关键技术模板自动研磨脱模剂自动喷涂钢筋笼入模混凝土灌注、自动振捣压模顶升蒸汽养护脱模自动翻转施工工法研究自开合液压模板预制墩帽采用反向预制，墩帽液压自动开合模板，降低了人工拆模对组件造成的损伤，保证拆模品质，加强了工作效能。智能流转体系通过中控体系管控RGV子母车体系实现墩帽及模具在各个工位间的智能流转。转运精度高，定位准，有效处理了墩帽模具周转效能低的问题。4.墩帽智能化预制施工关键技术墩帽自开合模板和智能流转体系施工工法研究模板研磨机器人处理了传统模板研磨不到位的问题，仅需1名运行人员，整个作业时间30分钟左右，加强了工作效能。智能喷涂机器人墩帽自动喷涂机器人处理了传统模板喷涂不均匀的问题，同时加强了工作效能。4.墩帽智能化预制施工关键技术墩帽模板研磨和喷涂体系自研磨自清理自喷涂自除污施工工法研究自动顶升脱模体系处理了预制墩帽脱模时起吊、顶升不同步导致的挡块、垫石破损现象，维护了墩帽、垫石、挡块的整体性，成品维护效果好。4.墩帽智能化预制施工关键技术螺栓孔自动脱模装置此装置处理了预留锚栓孔脱模时摩阻力过大导致破

损、脱模困难现象，同时保证了预留锚栓孔的位置、尺寸的精准。墩帽底模及螺栓孔自动脱模体系施工工法研究创新研制国内首台高铁预制桥墩专用JD90型架墩机，该装置与既有转运机、提梁机、运梁车和架桥机组成墩梁一体化架设成套装置。实现了预制墩柱、墩帽线上运输，桥墩拼装、箱梁架设一体化施工。5.墩梁一体化架设施工关键技术墩梁一体架设装置施工工法研究5.墩梁一体化架设施工关键技术墩柱场内由门吊吊装至墩柱运载托盘之上，转运机转运至提梁台座提梁机将墩柱运载托盘及墩柱吊放至运梁车上运梁车运输3套墩柱至架桥机尾部，架桥机前起重小车取吊墩柱，吊运至辅助台车处辅助台车运输墩柱至架墩门吊取吊位，安装吊具架墩门吊起吊墩柱，利用翻转架翻转至直立状态架墩门吊吊运墩柱至待安装承台处，安装墩柱施工工法研究小车回退，架墩门吊依次达成6个墩柱（3个桥墩）安装及后浇带施工运梁车返回梁场，运送托3个墩帽至架桥机架桥机前起重小车转运墩帽至辅助台车上辅助台车运输墩帽至架墩门吊取吊位，安装吊具架墩门吊吊运墩帽，在主梁下旋转90°后纵移至拼装位，拼装墩帽5.墩梁一体化架设施工关键技术按步骤依次达成3个墩帽拼装及后浇带后，架墩机过孔，达到设计强度后，架设箱梁施工工法研究6.智能化生产管控动态采集实时汇总自动判别自动定位快速反馈施工工法研究7.智能化远程诊断和指导将增强现实（

AR）技术应用于本项目，实现专业技术人员的远程诊断和施工指导，加强铁路施工日常的管控、运营、保养工作的效能。远程人员将图样及符号跟随叠加到现场工人穿戴装置中视野的真实工况中，通过语音或手势命令同步引导，高效处理现场复杂难以处理的问题或提升定制化的、特有的注释和提醒，有效保障了现场施工的标准化、准确性和安全性施工工法研究05创新成果依托郑济铁路，针对常用跨度桥梁下部结构装配化的设计、预制、运输、安装等内容，先后开展了10余项科研课题，达成了体系性的设计研究与测试校验，重点开展了缩尺、足尺装配式桥墩和预制管桩的结构体系、联结构造的承载能力、拼装工法及信息化长期监测测试等研究工作。创新成果提出了适用于高烈度震区高速铁路全装配式桥梁的结构形式、设计方法、建造工法和技术标准，成功应用于郑济铁路濮阳至省界段清丰特大桥的建设中，构建了高速铁路标准梁装配式下部结构“制造、运输、架设”快速施工成套技术，形成了高速铁路常用跨度桥梁下部结构“运架一体拼装”的绿色建造模式。主要创新成果如下：创新成果结构体系创新（1）提出了一种适用于高烈度震区的高速铁路常用跨度桥梁下部结构的装配化合理结构体系——减隔震支座+预制墩帽+预制薄壁空心双柱式桥墩+预制管桩。体系研究了结构的静力、动力特质和抗震性能，形成了相应的设计方法。实现铁路下部结构快速装配化结构在高烈度震区的应用，且拼装方便、安全可靠、低碳环保轻量化，形成了配套的设计、施工、验收标准。01创新成果（2）创新了适用于高烈度震区铁路桥梁下部结构的装配化节点联结构造、物料及相应设计方法揭示了墩柱与承台联结节点的受力规律，提出了装配式组件间采用内填芯与外部键齿反锚承插节点构造的布置原则、运算方法及构造措施，降低了承插式联结的埋置深度达60%；结合装配式墩梁快速运架对联结节点混凝土的要求，配制了兼具超早强、微膨胀、自密实、高韧性的新型高性能混凝土，形成了配合比设计、施工、品质监测、施工监测等成套技术，通过现场足尺推覆测试及测试室缩尺测试达成了拼装体系及节点的抗震性能校验，确保装配式结构安全可靠，加快了施工工期，体现了工业化快速建造理念。创新成果02配套研制了国内外最大规模的足尺推覆测试自平衡反力加载装置，达成了铁路装配式下部结构的足尺往复推覆测试，为新型结构的安全提供了测试支撑。特点：竖向恒压千吨（仿真真实负荷）、水平双向往复加载；加载装置（适应转动）：水平大位移，竖