通橋(2012)2209 T梁施工難點探討

2014-11-27 12:14:06趙培顯

鐵道標準設計 2014年9期

趙培顯，馬萌

(1.中鐵豐橋橋梁有限公司，北京 100070;2.中鐵電氣化局北京建筑工程有限公司，北京 100039)

鐵道部經濟規劃研究院于2012年11月發布了《時速200 km客貨共線鐵路預制后張法簡支T梁(設聲屏障)》圖號:通橋(2012)2209通用參考圖［1］(以下稱2209梁)。該梁型是為滿足橋上設聲屏障而設計，其他使用條件與原來2201梁［2］相同。對施工企業而言，2209梁與2201梁不同點主要是:梁體混凝土強度等級提高為C60(2201梁為C55);梁安裝就位后，橋面板要橫向張拉聯接;部分橋面板在現場澆筑。

據了解，該梁型自發布以來還沒有生產使用。主要原因是相關施工企業認為施工難度大，尤其是現澆橋面板，沒有切實可行的施工方案。下面針對這幾個變化，分析探討2209梁施工方案。

1 預制梁生產

依據現在市場供應的水泥、添加劑和粗細骨料，施工單位應該可以配置出合格的C60混凝土。

1.1 預制梁橋面板波紋管直徑確定

針對橋面板橫向張拉，預制梁預制橋面板部分需要預留橫向管道。通用參考圖中設計橋面板橫向預應力筋管道采用內徑50 mm金屬波紋管成孔，32 m梁共計34個管道。如圖1所示，原2201梁橫隔板管道內徑60 mm，內穿4根鋼絞線，孔位累積誤差允許27 mm，現在2209梁橋面板橫向管道內徑50 mm，內穿3根鋼絞線，孔位累積誤差允許20 mm，孔位控制精度提高了7 mm，且橫向管道數量增加了較多。現行《預制后張法預應力混凝土鐵路橋簡支T梁技術條件》(TB/T 3043—2005)［3］要求產品橫向管道各方向控制在5 mm內，兩片梁單向允許偏差10 mm，這樣留給架設4片梁只有10 mm偏差，而架梁支座下底板中心與墩臺縱向錯動量［4］:墩臺高度＜30 m，20 mm，墩臺高度≥30 m，15 mm。建議2209梁橋面板管道內徑改為60 mm，降低孔位控制精度要求［5］。

1.2 橋面板波紋管定位方案

如圖2和圖3所示，用外經60 mm芯棒插入并撐起波紋管，芯棒由定位結構件支撐，定位結構件與側模板段等長(或為側模板長度一半)，依據梁場工藝規定的底模理論反拱值加工相應位置的芯棒定位孔。定位結構件通過螺栓聯結3固定在側模板上，并設置上下、縱向位置調節螺栓，通過調節螺栓調整定位結構件位置，滿足波紋管的定位要求。用綁線把波紋管與橋面板鋼筋適當捆綁，使波紋管沿芯棒縱向定位。

1.3 橫向管道定位基準和測量方法

由于管道數量多，施工(包括預制梁和架梁)中必須明確統一正確的定位基準。縱向應該以梁跨中心線為基準。預制梁時要以跨中中心線定位每個橫向管道(支模和安裝支座板也以跨中線定位)，精度控制在±3 mm，避免了形成累積誤差。按上述波紋管定位方案測量一根芯棒即可確定定位結構件縱向位置。架梁前，在梁頂面畫出梁跨中心線，架梁時以此線對齊定位每片梁的縱向位置。梁高度方向管道定位應該以梁兩端支座板處底模為基準，向上延伸至模型頂面(可在端模上做出定位，定位高度為梁高加測量操作空間尺寸)，內外側通長拉2根測量線，按梁場工藝規定的底模理論反拱值測量定位結構件上的前后2根芯棒，精度控制在±3 mm，即可確定定位結構件豎向位置。這樣既消除了模板的累積誤差，也避免了底模反拱誤差對管道位置的影響。采用這套測量定位方法，預制梁橫向管道位置與設計位置偏差各向可控制在標準［3］要求的5 mm內，快捷方便。同時產品檢驗也應采用這套測量定位方法。

圖1 橫向管道孔位誤差(單位:mm)

圖2 波紋管定位裝置橫斷面

圖3 波紋管定位裝置立面

1.4 橫向管道各環節誤差分析

從梁預制到架梁組合成橋，橫向管道從成型到對位要經過多個環節和工裝保障位置準確。由于各環節方法和工裝不同，精度保證能力不在同一數量級，僅就誤差大的幾處進行了分析。采用上述管道定位方案和定位測量方法，預制梁橫向管道位置可控制在標準［3］要求的5 mm內，相臨兩片梁管道由此形成的線性誤差10 mm。架梁時以第一片梁跨中心為基準，雙線4片梁其余梁片跨中心偏差控制在8 mm內，4片梁誤差累積16 mm內，兩項誤差疊加為26 mm，可以滿足橫隔板處最大27 mm極限值。

這里梁跨中心偏差要求8 mm，4片梁誤差累積16 mm。顯然嚴于文獻［4］中對架梁支座下底板中心與墩臺縱向錯動量要求產生的梁片間錯動量40 mm(墩臺高度＜30 m)，30 mm(墩臺高度≥30 m)的要求。單線2片梁時，若按文獻［4］中對架梁支座下底板中心與墩臺縱向錯動量要求產生的梁片間錯動量30 mm(墩臺高度≥30 m)的要求，也大于橫隔板處孔位誤差最大27 mm極限值。這就是說，架梁環節［4］中對梁片的現有定位精度要求不能滿足橫向管道的定位精度。若對架梁增加要求，建議:雙線各梁片跨中心與第一片梁跨中偏差控制在8 mm內;單線梁片跨中偏差可控制在16 mm內;若增大管道直徑，橫隔板75 mm、橋面板70 mm，對架梁可降低要求:雙線各梁片跨中心與第一片梁跨中偏差控制在15 mm內，單線梁片跨中偏差控制在30 mm內。

2 現澆橋面板施工

橋面板現澆成型是該梁型應用的難點。以往箱梁為了過隧道有架梁后部分橋面板現澆成型［6］的施工先例。但由于T梁和箱梁結構特點［7］和運輸架設方式不同，T梁沒有方便操作的底部箱體，T梁橋面寬只有箱梁橋面寬一半，且T梁橋面要鋪軌道。從模板支拆及其支撐著力點角度兩者沒有可借鑒性，T梁施工面臨很大困難。2209梁橋面板現澆難點是:在橋上橋面板模板支拆困難。若從梁體預埋件生根支模，操作很不方便，安全性差;若從橋上面懸吊模板，要解決懸吊體系安全傳遞力給預制梁，也要解決懸吊體系和模板安裝拆卸方便安全問題，同時要保證橋面板施工中工程車輛能通過鐵路線路。

針對此問題，設計了一款橋面板成型機解決橋面板現場澆筑。

2.1 總體思路

在橋橫斷面上，在鐵路站臺限界外［8］，設置以橋橫斷面中心對稱的剛性門架。門架安裝在門架底腳上，門架底腳由預制梁完整頂面和側邊定位。門架最寬至橋最外邊，橋面板底模安裝在門架上，由液壓缸驅動實現底模安裝和拆卸。底模在安裝位置時用螺栓把門架與底模聯接，夾緊預制梁頂板，實現成型機承載的現澆橋面板及附屬設施的力傳給預制梁。預制梁受力:一是完整頂板受門架垂直向下力，二是頂板側面定位門架承受橫向力，三是頂板沿橋通長承受橋面板底模向上力。

沿橋縱向設置多個門架，每2個門架聯接為一基本節。頂起基本節，拆除門架底腳，安裝沿線路行走的輪軸，實現工點轉移。橋面板底模可旋轉至橋面以上，這時成型車可以駛入路基段，或在路基段組裝好駛入工點。

2.2 具體技術方案

如圖4所示，在橋橫斷面上，在鐵路站臺限界外設剛性門架，門架以橋橫斷面中心線兩邊對稱(以下只敘述單邊構造)。門架安裝在門架底腳上，門架底腳支撐于預制梁完整頂面最外端，門架底腳做出結構伸至預制梁預留側邊外，與側邊垂直面貼緊實現門架橫向定位。

圖4 成型機在單線橋橫斷面

橋面板底模安裝在門架體系上:在橋橫斷面上，自門架向外側伸出剛性桿至橋面板最寬處以外，在剛性桿最外端向下延伸懸垂桿件至橋面板底面以下(以上形成了門架體系)，在懸垂桿件底部鉸接安裝橋面板底模。安裝于門架上的驅動裝置(如液壓缸)驅動橋面板底模繞鉸接軸轉動，實現橋面板底模的安裝和拆卸。

門架體系及門架底腳和橋面板底模在預制梁上的安裝固定。液壓缸驅動橋面板底模至安裝位置(與預制梁頂板底面接合)，用螺栓把橋面板底模與門架沿橋縱向伸出的剛性架聯接固定，夾持住預制梁頂板。側模及附屬設施在底模上安裝。特別說明的是，橋面板底模轉動所繞鉸接軸在懸垂桿件上的安裝孔是沿垂直向長圓孔，使螺栓固定底模與門架時可調節橋面板底模外側高度，滿足橋梁整體線形。門架體系及門架底腳和橋面板底模承載模板、附屬設施和現澆橋面板的重力和其他力，并傳遞給預制梁。

懸垂桿件與門架外伸剛性桿之間由上下2個鉸接銷軸聯接成一體。拆除上面銷軸，同時把橋面板底模和懸垂桿件連為一體，這時懸垂桿件和底模一同繞懸垂桿件和門架外伸剛性桿件間下面銷軸轉動，使模板旋至橋面以上，處于長距離行走狀態，可以整體移出至路基段。反之，在此狀態也可由路基段移入橋內工點。

如圖5所示，沿橋縱向設置多個門架，即每個門架控制一段橋面板底模，每段底模均布在門架兩側。2個門架連為一體成基本節。在拆模或長距離行走狀態，用4個頂升裝置(如千斤頂)同步頂起基本節門架，拆除門架底腳，更換安裝可在線路上走行的輪軸。基本節之間沿線路中心線用連桿鉸接。在其中一個基本節的一個輪軸上安裝驅動裝置，驅動整車自行行走。

圖5 成型機縱向

為確保安裝狀態底模與預制梁接合面處不漏漿，在底模上與預制梁接合處的橫向一定范圍內、縱向通長鑲填海綿或橡膠，整個底模面(包括該接合處)敷以不銹鐵皮，確保接合處貼緊并平滑。基本節間底模接縫用寬膠帶密封，縫隙較大處用泡沫膠灌注。

通過更換門架頂部橫梁，成型機可適用于單線橋和雙線橋。雙線橋使用時，增加一套輪軸。

通過增減基本節，成型機可適用于24 m、32 m跨度梁的橋面板施工。

2.3 成型機各階段穩定分析

2.3.1 成型機走行狀態穩定性

成型機在橋頭路基段拼裝后沿鐵路工程線駛入橋上工點或在橋上一個工點移至另一個工點，由于架梁施工階段鐵路工程線不設曲線超高［4］，線路可視為水平。成型機走行距離短，行走設定為15 km/h［4］，速度緩慢，行走不會產生額外的離心傾覆力。成型機橫斷面對于線路中心左右對稱，可認為在橫斷面內成型機重心位于線路中心線上。給成型機造成傾覆的不穩定因素是風力。行走時成型機以基本節為剛性體，分析其受力情況，如圖6所示。風力F計算如下:根據資料［9］，風壓 w計=v2/1 600，5 級風時最大風速 v=10.7 m/s［10］，w計=0.071 56 kN，根據文獻［10］，μs=w實/w計，資料中沒有與成型機類似建筑型式，按最不利取值μs=2(左右模板受同樣力)計，迎風面模板受風力F=2.39×8×0.071 56×2=0.274 t。傾覆安全系數n≥1.5［12］，n=0.71G/1.82F≥1.5，基本節質量 G≥1.5×1.82×0.71F=0.53 t。基本節質量必須達到0.53 t以上。5級風及以下可以走行，達到6級風及以上不可行走并與周圍構筑物鎖固。

圖6 走行狀態受力(單位:mm)

2.3.2 成型機工點作業穩定性

成型車到達工點用4個頂升裝置同步頂起基本節立柱并安裝到門架底腳上。此過程支距跨度擴大為2.8 m。橋面板澆筑按最不利情況先澆筑一邊(右側)，成型機受力如圖7。以右支點A為中心建立力矩平衡式:3.77F+1.43G車=1.98G混，按4 m段計，取G車=3 t，G混=5.272 t，F=(1.98G混－ 1.43G車)/3.77=1.63 t。該力F是預制梁頂板外側下部支撐模板的力，沿縱向4 m均布。

圖7 作業狀態受力(單位:mm)

2.4 成型機的有益效果

全過程施工人員都在橋面上工作，操作方便，安全性好;底模做成大塊，安拆由液壓缸驅動，大幅節省操作時間，降低勞動強度;模板安裝精度控制方便，接縫處密封方便可靠，有利于質量控制;預制梁上不需預埋件;橋面板施工養護中，不影響橋上線路通車;工點間轉移自行完成，需要拆裝部件少，不需起重設備，省時經濟;實現一機多用。

2.5 用成型機施工橋面板施工工藝流程(圖8)