高速鐵路預制混凝土簡支箱梁實際上拱值和理論上拱值的分析研究

陳鑫輝

中建水務環保有限公司華東分公司

1 引言

高鐵箱梁在設計時有一定的上拱度，這是為了保證梁體在架設鋪裝后及行車荷載作用下仍有較高的平順性，這既保證了行車安全也保證了行車舒適性和線路的耐久性。而梁體的上拱度一般分為兩種，一是梁體在預加應力后產生的彈性上拱，二是預應力作用下，隨著時間的推移引起的徐變上拱。

2 工程概況

杭黃鐵路臨溪制梁場一共有預制箱梁342榀，主要為24M和32M 的單雙線混凝土簡支箱梁，全部采用后張法預應力張拉施工工藝。

3 模板預設反拱

根據圖紙，為保證線路在運營狀態下的平順性，梁體預設反拱，考慮到施加預應力梁體的彈性壓縮、梁體上拱和徐變收縮影響，底模和側模在設計時預留有一定的長度和反拱度。跨度31.5 箱梁側模的預留壓縮量下部16mm、上部7mm（即下部長32616mm，上部長32607mm）；跨度31.5m梁底模預留反拱均按二次拋物線設置，其坐標按下式計算：

跨中為拋物線頂點，并設為坐標原點時，則：

式中：

a——控制點反拱值；

x——控制點距跨中的距離；

y——預留反拱。

以32M 雙線有聲屏障直線箱梁為例，理論計算跨中反拱值為24.42mm，按照二次拋物線計算，得到模板預設反拱值。

4 預應力張拉

預應力張拉是控制橋梁達到上拱度的關鍵一環，施工時張拉力達到設計值且減小后期預應力損失是控制的重點。

預制梁在試生產期間即取證前，需要對梁體進行有關的預應力瞬時損失測試，管道摩阻試驗等，得到相關的數據參數，如實際損失較大且難以調整，需由設計方重新調整控制應力，正常生產后，按照規范要求，相同梁型達到一定片數再次試驗，并配合進行靜載試驗，以保證箱梁生產滿足質量要求。

梁體混凝土澆筑完成并滿足強度和齡期要求后，先后進行箱梁預張拉、初張拉和終張拉。

（1）預張拉在箱梁脫內模和端模后進行，且梁體混凝土強度達到33.5MPa。初張拉在預張拉后1～2天，且梁體混凝土強度達到43.5MPa后進行，張拉完成后吊至存梁區存放。終張拉在初張拉完成后一周左右，且梁體混凝土強度達到53.5MPa、彈性模量達到35.5GPa，齡期一般不少于10天。

（2）張拉過程應嚴格控制，須保證梁體兩端千斤頂同步、左右對稱、持荷時間相同，張拉孔道順序按照圖紙要求進行，禁止從低到高。每束孔道在持荷時，應匯總兩端的伸長量，相同孔道伸長量相加，檢驗是否與張拉通知單上的控制伸長量相符，若偏差較大，應查明原因后再進行下一孔道張拉。

（3）張拉千斤頂和對應的油表應定期檢驗，檢驗完成后需對張拉油表計算書數據進行修正。

（4）張拉時應考慮冬季施工情況，溫度較低的環境應在混凝土強度滿足要求后進行，一般可考慮在混凝土澆筑臺座進行蒸汽養護。

在終張拉開始前，進行第一次梁體上拱度測量，終張拉完成后進行第二次測量，得到彈性上拱值（彈性上拱值=終張后上拱度-終張拉前上拱度。）

5 壓漿、封端

預施應力終張完畢后，應在48小時內進行管道壓漿，以減少預應力損失，而影響上拱度的準確性。壓漿時，漿體應拌和均勻，不得有團塊，漿體攪拌完畢后，應盡快壓入孔道，壓漿次序自下而上，集中一處的孔道一次壓完。

封端時，先對錨具、外露鋼絞線進行防水處理。錨穴應鑿毛處理后采用無收縮性混凝土填塞。封端混凝土采用C50干硬性補償收縮混凝土。封端混凝土按梁體養護規定處理，以減少收縮，防止封端混凝土與梁體之間產生裂紋，封端之后，梁端面要進行防水處理，在梁端面涂刷用于防水的聚氨酯防水涂料，其涂層厚度不小于1.5mm。

6 徐變

按照二等水準測量要求，對作為徐變觀測梁的箱梁進行后續徐變觀測，在對多片梁進行持續2-3個月左右觀測，可以得到匯總的如表1。

以32M 雙線有聲屏障直線箱梁為例，理論計算殘余徐變拱度值為7.17mm，扣除自重影響后預應力產生的上拱度為19.12mm，通過多片梁的觀測數據，比較設計預應力產生的上拱度、理論殘余徐變拱度值和實際張拉后預應力產生的上拱度、殘余徐變拱度值，不難發現這兩項的實際值均略小于理論值。而這也是符合《客專無砟軌道鋪設條件評估技術指南中》對預應力混凝土橋梁上部結構的變形規定：終張拉完成時，梁體跨中彈性變形不宜大于設計值的1.05倍；扣除各項彈性變形，終張拉60天后，L≤50m梁體跨中徐變上拱度實測值不應大于7mm。

7 數據分析總結

在對多片梁持續地觀測后，可以發現張拉完成后預應力產生的上拱度基本與設計圖紙的基本持平，而殘余徐變產生的上拱度也基本不超過7mm，也在設計范圍之內。從數據和施工工藝過程綜合分析來看，張拉過程主要由人工操作且存在多種應力損失的情況，加上雙層存梁長期存放地緣故，導致最終實際梁體預應力產生的上拱度和殘余徐變拱度值均略小于理論設計值，只要終張拉完成時的跨中彈性變形不大于設計值的1.05倍、終張拉60天后，L≤50m梁體跨中徐變上拱度不大于7mm，這都是滿足梁體上拱度設計要求的。

8 結束語

表1 梁體徐變上拱觀測匯總表

在施工過程中，我們必須嚴格控制各項工藝過程，讓箱梁的上拱量在設計的范圍內，同時我們還要尋找更加先進的工藝技術，不斷改進生產作業方式減小應力損失，不斷提高高鐵線路的高平順性、高舒適度和行車安全。