無砟軌道底座板施工過程溫度應力與控制

南昌軌道交通集團有限公司 南昌 330038

1 工程概況

圖1 臨時端刺區底座結構布置

BL1后澆帶寬度為500 mm，為鋼筋連接器后澆帶，作用是提供底座連接或張拉，主要目的是避免橋梁上澆筑混凝土時混凝土水化熱產生的強制力。BL2后澆帶寬度約678 mm（簡支梁上2 排剪力齒槽），是剪力齒槽后澆帶，主要作用是避免力在底座與橋梁間通過剪力齒槽傳遞。

2 底座施工[1-8]

橋上底座施工大致可以分為四步：澆筑底座混凝土、測量各澆筑段長度和溫度、鋼筋的張拉與連接及后澆帶的澆筑。常規區兩端及兩臨時端刺區后澆帶按單元段中心按照對稱原則和順序進行連接施工，其工藝、工序如下：

（a）澆筑底座混凝土。底座支模，鋪設澆筑段鋼筋；澆筑常規區和臨時端刺區混凝土；常規區底座板混凝土澆筑段長度約160 m，混凝土澆筑段中部的剪力齒槽和底座板一起澆筑，其余剪力齒槽設立齒槽后澆帶(BL2)，待張拉連接后底座板應力均勻后二次澆筑完成。 臨時端刺總長約800 m，包括5個混凝土澆筑段。依次以LP1到LP5表示，澆筑段長度和常規區不同，2 個220 m段（LP1及LP2）、2 個130 m段（LP4及 LP5）、1 個100 m段（LP3），共設J1、J2、J3、J4 4個BL1后澆帶，并在每孔梁上設置齒槽后澆帶。與常規區不同，在臨時端刺底座板澆筑時，所有的齒槽后澆帶全部留空，不澆筑。

（b）測量各澆筑段板溫和長度，計算張拉值。基準測量盡可能在與底座連接時間靠近的時間段（即連接溫度盡可能與測量時的溫度接近）進行。第一步：長度測量：測量LP1～LP5段的長度,準確記錄各分段長度值；第二步：使用預埋在混凝土底座中的測溫電偶測量溫度。時間為12：00～13：00。然后計算張拉值。

（c）張拉與連接底座鋼筋。在板溫35℃(Ts為底座板鎖定溫度)以下進行底座鋼筋的連接，張拉連接操作按照規定步驟，先連接一部分，再連接全部。施工時必須嚴格區分用手擰緊與用扳手擰緊。

（d）后澆帶混凝土施工。BL1后澆帶混凝土施工。后澆帶鋼筋連接完成后應隨即澆筑后澆帶混凝土，澆筑范圍應包括常規區所有后澆帶及兩臨時端刺中的K0、J1后澆帶。此工序與后澆帶連接應接續施工，不出現間隔施工。J2、J3、J4后澆帶于相鄰單元段底座連接后再施工。BL2后澆帶混凝上施工。臨時端刺區BL2后澆帶分為早期固定連接和后期固定連接，在單元段底座鋼筋連接完成3～5 d后（底座內的應力調整期）進行早期固定連接，位置在LP2范圍內與LP2相鄰的兩個固定連接后澆帶（左右線要錯開兩個梁段位置），兩臨時端刺后澆帶對稱施工。后期BL2后澆帶混凝土在相鄰單元段底座連接后再施工。

3 問題的提出

該項目施工單位于3月份（平均氣溫為15℃）進行了底板的混凝土澆筑、底座鋼筋的張拉及BL1后澆帶及早期BL2后澆帶混凝土的澆筑，由于相鄰單元為另一施工單位施工，后期BL2后澆帶一直未能澆筑。于5月下旬（平均氣溫為30℃），92#墩處BL2后澆帶位置混凝土底板上翹起拱，如圖2所示，剪力齒槽后澆帶鋼筋發生明顯的彎曲變形，如圖3所示。

圖2 底板上翹起拱

圖3 剪力齒槽后澆帶鋼筋彎曲變形

4 原因分析

經過分析，認為引起本次質量問題可能的原因有如下幾方面：

本機制動管減壓，平均管、作用管增壓，機車制動缸充風產生制動作用。補機接收制動管壓力減少的變化，通過DBTV模塊停止制動管給輔助風缸充風，并將輔助風缸的風壓傳送到16TV作用管；補機接收平均管壓力增高的變化，通過BCCP給制動缸充風，補機制動

（a）起拱位置處在橋梁縱坡的坡底附近，在溫度變化和重力的影響下，底板整體向縱坡坡底滑移，使得處于坡底處的鋼筋在剪力齒槽后澆帶澆筑前就處于受壓狀態。BL2 處的鋼筋數量偏少、BL2 后澆帶寬度較寬，在受壓狀態下，鋼筋發生屈曲，對混凝土板的約束降低，從而產生翹曲起拱的現象。

（b）施工過程中該起拱92#墩兩邊多跨橋墩鋼板連接器鋼筋張拉沒有達到設計要求值，造成溫度升高后，鋼筋應力增加，最終通過使底板上翹起拱來釋放。

出現底板起拱后，立即進行跟蹤調查，記錄的數據有環境溫度、起拱位置板溫、起拱高度（板端豎向位移）、水平位移，起拱影響長度等，測量數據情況如圖4所示。

圖4 測量數據示意

起拱高度、起拱影響長度和鋼筋豎向反力之間的關系可利用如圖5所示模型計算。根據實測豎向位移和起拱影響長度，利用公式（1）～（3），即可求出鋼筋的豎向反力。

圖5 計算模型

在均布荷載q作用下，自由端位移：

在集中力F作用下，自由端位移：

在均布荷載q和集中力F共同作用下自由端位移：

根據實測數據，可得底板溫度與起拱影響長度的關系如圖6（a）所示，從圖中可以看出，隨溫度升高，起拱影響長度越大，呈曲線關系，當溫度升高的越多，起拱影響長度越大。圖6（b）為溫度與起拱高度的關系通過曲線擬合，可知在線彈性狀態下，當溫度在19.33℃時，起拱高度為0，由此可以推斷，澆筑混凝土時的氣溫在19.33℃左右。根據圖6（c）可以看出，當溫度為25.15℃時，水平相對位移為0，可以認為該溫度為出現起拱事故后，標定測量位移刻度時的初始溫度。圖6（d）為根據公式計算后的鋼筋提供的豎向反力與溫度之間的關系曲線，該曲線數據較分散，但從曲線的規律來看，隨著溫度的升高，鋼筋提供的豎向反力越大。圖6（e）為鋼筋的水平反力與溫度之間的關系，可以看出，當溫度升高，鋼筋的水平反力，亦即板端的軸力有減小的趨勢，當溫度為43.59℃時，板端的軸力接近于0。此時可以認為由于起拱翹起的板端水平方向沒有外力，造成這種現象的原因為，當起拱高度越高，鋼筋在水平方向力的分量越小，另外由于起拱到一定的高度后，底板由于溫度產生的內力已經釋放。圖6（f）為起拱高度與水平相對位移的關系，通過曲線可以判斷，當起拱高度為0時，板端相對于初始記錄數據時的水平相對位移為－1.539 mm，也就是開始起拱時，板端的位置位于初始記錄數據時的前方1.539 mm處。起拱高度與板端軸力的關系曲線如圖6（g）所示，通過曲線擬合，可以看出，在線彈性狀態下，起拱高度越高，底板板端的軸力越小。當起拱高度為0時，底板板端軸力為1 154 kN。此時的軸力與起拱位置處鋼筋的最小穩定臨界荷載1 266 kN接近。說明當溫度升高使底板伸長產生的溫度應力造成鋼筋失穩是底板的起拱的直接原因，這一結論也證明了，初步分析的事故原因是正確的。

圖6 實測數據與鋼筋內力的關系

5 處理方法

為了使混凝土底板滿足施工驗收要求，必須對該起拱的混凝土底板進行整治，其指導思想是把該段底板受力恢復到發生上翹以前的狀態，并盡可能減小對已澆筑的剪力齒槽后澆帶BL2 受力和變形的影響及已施工的常規區的影響。因此必須恢復由于屈曲而減弱的臨時端刺LP1 段的承載能力和受力狀態，通過堆載對向上翹的底座板進行下壓的方法恢復混凝土底板的受力狀態。基于上述原因，在理論計算和數據分析基礎上，提出處理方案。

（a）觀測92#墩左右相鄰的橋墩上面已經澆筑的剪力齒槽及墩頂的橋梁支座是否發生破壞、固定支座與梁體之間是否發生相對位移。

（b）對92#墩上的剪力齒槽采取保護措施，防止在施工過程中的破壞，并對該墩BL2兩側的底座板進行側向固定。

（c）在沒有上翹的底座板上放置3 層軌道板。另外，在與損壞位置相鄰的區域，至少4 跨梁范圍內，使用3層軌道板對臨時端刺的澆注段進行加載。堆載的目的是使底座板與橋梁之間有足夠的摩擦力，以免在處理起拱位置時，釋放應力后的底板回移距離過大，破壞已經澆筑好的剪力齒槽。

（d）底座板溫度必須低于鎖定溫度T0=25℃。在上翹彎折的底座板旁邊，放置2 臺千斤頂以控制下壓加載的速度。軌道板放在鋼梁上，鋼梁放在千斤頂上。通過千斤頂緩慢地放下，壓載逐步地作用在向上翹的底座板的端部。

（e）下壓結束后，割斷后澆帶鋼筋。取下上翹部分的壓重軌道板，打掉混凝土，重新鋪土工布，應在低溫時綁扎鋼筋，并立刻采用加早強劑的強度等級不低于C50的混凝土，并同時澆筑混凝土底板和BL2 后澆帶，注意養護。待混凝土硬化后臨時端刺恢復了原有的受力狀態，又可以承載壓力并能夠發揮固定常規區的作用。

（f）其余的BL2后澆帶按常規方法進行澆筑。

（g）整修完成后要對縱向固定的橋梁支座進行損傷檢查，必要時，采取附加措施。對已經起作用的的剪力齒槽進行損傷檢查，并進行幾個月的監測。

6 結語

按照以上步驟對該起拱區段進行處理后，繼續對此區段內的混凝土底座板和前期已澆筑好的剪力齒槽和橋墩進行監控，沒有發現橋墩、剪力齒槽和底座板有任何異常現象。由此可知，無砟軌道底座板在施工過程的溫度應力控制非常重要，起拱后的處理方案切實可行，并可對類似工程具有一定的借鑒作用。