高速鐵路大跨度64m現澆預應力簡支箱梁施工技術研究

陳 鑫 （皖贛鐵路安徽有限責任公司黃山指揮部，安徽 黃山 245000）

0 前言

對于高速鐵路的建設，我國通常采用后張法預應力現澆簡支箱梁進行施工，但多數跨徑以24m、36m、48m 等為主，而對于跨徑為64m的預應力現澆現澆簡支箱梁施工研究較為少見。本文依托休寧河特大橋為工程背景，從支架施工到預應力簡支箱梁施工完成整個過程的施工工藝分析進行跨度64m預應力簡支箱梁施工的必要性。工程跨越G205國道，且澆筑的同時要保證下部車輛的正常通行，增加了工程難度，如何在保證通行的同時進行正常施工是本工程的重難點之一。另一方面，對于跨度為64m的預應力現澆簡支箱梁采用什么樣的施工工藝是本工程的又一重難點。研究表明，64m現澆簡支箱梁技術提高了簡支梁的跨越能力、減少了墩臺的數量、提高了生產效率和節約大量成本，因此開展64m大跨度預應力現澆簡支箱梁施工研究是非常有必要的。

1 工程概況

休寧河特大橋位于安徽省黃山市休寧縣境內，設計為1孔64m跨雙線現澆簡支梁（0#臺～1#墩），且為有聲屏障現澆梁，跨越G205國道（國道寬10m），與國道斜交60。休寧河特大橋64m預應力現澆簡支箱梁為單箱單室、等高度簡支箱梁，梁高為5.5m，跨徑為64m，梁端頂板、底板及腹板局部向內側加厚（頂板厚度 35cm～65cm，腹板厚度50cm～110cm，底板厚度30cm～100cm）。簡支現澆梁橋面防撞墻內側凈寬9.0m，橋面寬12.6m，橋梁建筑總寬12.9m，梁全長65.1m，計算跨度為63.4m。截面中心處箱梁高度為5.586m，橫橋向支座中心距為5.3m。

休寧河特大橋64m預應力現澆簡支箱梁縱斷面圖如圖1所示。

圖1 現澆簡支箱梁縱斷面圖

梁體采用C50混凝土，防護墻、遮板及電纜槽豎墻采用C40混凝土，管道壓漿采用水泥漿強度等級不低于M50，保護層采用C40纖維混凝土和C40纖維細石混凝土，封錨采用C50干硬性補償收縮混凝土，封錨后用聚氨酯防水涂料進行防水處理。

2 施工重難點分析

該工程施工重難點如下：

①支架搭設高度高，最高支架搭設高度9.08m，安全隱患大，搭設難度大，施工過程中，應嚴格按照規范的要求進行搭設，現澆箱梁施工前應對支架進行預壓，并安排專職測量人員對支架進行沉降觀測以及專職安全人員對支架進行驗收和檢查；

②預應力張拉及壓漿控制是工程難點之一，應嚴格按照規范要求進行控制，張拉前應確定張拉的順序和準確測量伸長量，對于管道應該進行精準的定位，準確地測定管道的摩阻，在張拉完成后的48h內進行管道壓漿，壓漿前應清除管道內的雜物和積水；

③考慮到簡支梁梁體高、跨度大，澆筑要在24h澆筑完成，澆筑過程中如何保證混凝土的供應和質量控制是工程的難點之一；

④施工過程中，橋梁跨越205國道，對于國道的正常運行有所影響，為保證現澆現澆箱梁施工階段G205國道公路車輛能正常通行，上跨現澆箱梁滿堂支架施工時預留2個機動車道、2個非機動車道，作為機動車和非機動車的通行。

3 施工準備

3.1 技術、材料準備

①施工前認真復核設計圖紙，對橋梁各部分尺寸、標高、墩臺里程、預偏心等進行核實，并認真核對地形地貌，探明地下管線類型及位置，嚴禁盲目施工；

②對現場管理人員和作業人員進行技術培訓和安全培訓，提高管理人員和作業人員的素質和操作、管理技能；

③加強對支架等周轉材料的進行報驗工作，由安質部組織各部門核對進場材料是否與方案內材料相符，符合要求可簽認工序報驗單，同意支架搭設施工。

3.2 混凝土拌合站

布置混凝土集中攪拌站1座，位于DK11+600左 200m，占地 1.09hm（16.4畝），配備120型攪拌機2套。混凝土攪拌站均采用電子自動計量系統，經標定后投入使用。拌合站需向休寧河大橋64m現澆簡支箱梁提供C50混凝土942.5m，計劃一次澆筑成型，澆筑時5個拌合機同時啟動（一分部2個，二分部3個），配備3輛汽車泵。橋區新建便道位于橋梁紅線左側，地勢平坦，與G205國道順接，交通便利，混凝土到64m現澆簡支箱梁處運距僅200m。

3.3 鋼筋加工場

建設2#鋼筋加工廠1個，鋼筋全部集中加工，采用平板車運輸至施工現場。鋼筋廠設置在拌合站旁，與拌合站交通環境一致。鋼筋加工場向休寧河大橋64m現澆簡支箱梁提供鋼筋241.4t。

4 施工工藝

4.1 工藝流程

施工準備→基礎施工→支架搭設→安裝支座、鋪設底模→支架預壓→側模安裝、鋼筋綁扎、預應力管道安裝→混凝土澆筑并養護→預應力筋安裝及張拉、拆側模→孔道壓漿→支架卸落、底模拆除→防水層、橋面工程施工。

4.2 支架搭設

基礎施工準備完成后，進行0#臺～1#墩63.4m跨簡支現澆梁支架搭設，采用滿堂支架及門洞支架組合結構形式進行搭設。盤扣支架采用Φ60×3.2mm標準盤扣支架作為支撐，盤扣支架立桿縱向間距布置形式為6×0.6m+30×0.9m+4×0.9m+6×0.6m，除0#墩和1#墩旁為6×0.6m外，其余間距均為0.9m。

橫向間距布置形式為3×0.9m+3×0.3m+6×0.9m+3×0.3m+3×0.9m。腹板下立桿橫向間距為0.3m，箱梁底板下立桿橫向間距為0.9m，支架水平桿步距按1m設置，滿堂支架外圈豎向斜桿滿布，中間豎向斜桿間隔布置。支架頂部設置橫向I14工字鋼，工字鋼上部設置縱向8.5cm×8.5cm方木，橫向間距腹板下8.5cm，底板下20cm，模板采用15mm竹膠板。第一臺階支架搭設高度9m，第二臺階支架搭設高度6m，第三臺階支架搭設高度2m。支架現場搭設圖如圖2、圖3所示。

圖2 支架現場搭設模型圖

圖3 支架現場搭設圖

4.3 支架預壓

為檢查支架的安全性，消除支架基礎壓縮沉降和非彈性變形及支架非彈性變形的影響，保證箱梁混凝土結構的質量，同時為取得支架與地基的彈性變形實際數值，作為梁體立模預拱數據設置的依據，首孔支架搭設完畢底模鋪設后必須進行預壓處理，根據規范的要求預壓荷載為結構荷載的1.1倍。

預壓材料采用混凝土預制塊，混凝土預制塊布置在箱梁墩頂橫梁及縱向腹板位置。為防止加載對箱梁底模板的破壞，在底板上鋪一層舊木模板作墊層。加載順序從跨中向兩邊對稱進行。先加載腹板，再加載頂板。加載分四級進行：按照加載重量的30%、60%、100%、110%加載，加載應按照對稱、分層、分級的原則進行，嚴禁集中加載。

4.4 支架監測

預壓時高支模系統對支架自動進行監測，然后通過監測數據對線形進行控制，確定現澆箱梁的預拱度，保證現澆施工的線形與設計一致，從而對于工程進行質量控制。

4.4.1 預壓監測

按照規范要求，對于預壓的模板進行監測，監測斷面應設置在預壓區域的兩端及間隔1/4長度位置，根據本橋支架形式，首孔支架預壓監測設置5個斷面，跨中、兩端及距兩端L/4、L/2、L3/4處，每個斷面設置5個監測元件，分別位于箱梁中心、腹板下方及兩側翼緣板。支架沉降監測及平面位移均采用高支模平臺系統進行觀測，沉降觀測點及觀測斷面圖如圖4、圖5所示。

圖4 沉降觀測點布置圖

圖5 沉降觀測斷面布置圖

4.4.2 線形控制

箱梁線性控制根據預壓數據確定預拱度的設置：預拱度的設置是通過支架上方木處加不同厚度的鋼板墊塊來實現。支架預壓完成后，對監測數據分析基礎沉降量和支架彈性變形、非彈性變形及平面位移數據等。在確定預拱度時要綜合考慮下列因素：

①設計要求的預拱度δ1；

②支架在荷載作用下的彈性壓縮δ2；

③支架在荷載作用下的非彈性壓縮δ3；

④支架基底在荷載作用下的非彈性沉陷 δ4。

當側模及底模安裝就位后，調整各支點模板縱向標高，使鋼模板處于澆筑混凝土時的正確位置，同時設置好預留拱度。通過預壓試驗確定跨中的拱度值，其余各點標高按二次拋物線設置。

4.5 混凝土澆筑

由于混凝土為整跨一次澆注，方量較大（全橋混凝土方量942.5m）。采取項目部中心拌合站集中供應混凝土，采用12臺混凝土運輸車運輸，運距及運輸時間滿足規范要求。拌合站的混凝土原材料規格盡量各采用同一廠家的產品。澆注前做好各項準備工作，尤其保證施工便道暢通無阻，滿足運輸要求。澆注采取3臺汽車泵（物資另外準備1臺備用），合理布局，確定每臺泵的澆注范圍，保證混凝土施工的同步性。同時現場場地滿足運輸要求。

混凝土澆注開始時間應在當天早晨4-5點開盤，保證混凝土初凝時間處于1天最低或較低時間。混凝土方量942.5m，C50混凝土初凝時間4h 58min，終凝時間7h 12min，計劃采用3臺泵車進行澆筑，每臺泵車每h澆筑20m，底板澆筑完需 4.7h，靜停 30min后澆筑腹板，腹板澆筑需4.5h，頂板澆筑需6.5h，共計16h。

混凝土澆筑時，澆筑順序同預壓順序：從跨中往兩側。縱向從一端向另一端，水平分層，縱向溜坡推進，均勻連續澆筑；橫向首先澆筑底板與腹板倒角，再澆注底板中部混凝土，然后澆筑腹板混凝土，最后澆筑頂板混凝土。施工時兩側均勻對稱下料。澆筑底板時利用預留澆筑孔。為保證澆筑質量，采用多孔下料和多孔振搗工藝，混凝土布料通道與振搗管道設置如下。

圖6 下料通道側面圖

圖7 隔墻處振搗孔示意圖

混凝土澆注完成初凝收光后，應立即對混凝土進行養生。根據工期，混凝土澆筑為夏季，表面應覆蓋浸濕的土工布，經常噴淋灑水養護，保證模板接縫處不至失水干燥，灑水次數應能保持混凝土表面充分潮濕為度。濕養護應不間斷，不得形成干濕循環。混凝土養護時間不應少于14d。

4.6 創新應用——高支模自動化變形監測

創新目的：①為了保證混凝土澆筑中實現對支架模板的實時監測，有效控制模板預拱度梁體；②對高大模板支撐系統進行變形監測，超限預警，以防高支模局部失穩坍塌或整體傾覆。

高支模體系自動化實時監測技術通過在高大模板與支架的關鍵部位或者薄弱部位安裝元器件，對各元器件的立桿軸力、立桿傾角、水平位移、模板沉降進行實時監測。本項目委托有監測能力的第三方監測單位對64m梁危險性較大的高支模進行預壓監測和混凝土澆筑過程的安全監測，實現“實時監測、超限預警、危險報警、預防事故、減少損失”的功能。

項目根據高支模專項施工方案以及高支模支架搭設的實際情況，提出各監測參數的預警值及報警值，參數錄入平臺系統后，連接好所有通道并進行初始化，在現澆梁支架預壓及混凝土澆筑過程中進行現場安全質量監測。

以下以澆筑過程為例，整個澆筑過程分為三個階段，開始澆筑到底板澆筑完成，腹板開始澆筑到腹板澆筑完成，頂板開始澆筑到頂板澆筑完成。

圖8 立桿軸力監測

圖9 立桿傾角監測

在澆筑底板及隔墻的過程中產生模板沉降的最大值在±0.01mm內。

混凝土澆筑過程中，通過對支架模板的沉降變形觀測，立桿軸力，傾角均未超出預警值，支架模板全過程處于安全狀態。

4.7 預應力張拉施工

鋼筋及預應力管道安裝完成和混凝土澆筑完成后進行預應力張拉和壓漿施工。

圖10 過程監測數據圖

圖11 過程監測數據圖

預施應力按初張拉和終張拉兩個階段進行。梁體帶模張拉時，內模應松開，以免對梁體壓縮造成障礙。初張拉應在梁體混凝土強度及彈性模量均達到設計值60%后進行。終張拉應在梁體混凝土齡期不少于10天，強度及彈性模量達到設計值后，且在確保施工工藝和質量的前提下進行。終張拉完成后，可拆除支架。預施應力采用兩端同步張拉，左右對稱進行，最大不平衡束不應超過1束。

當梁體混凝土強度和彈性模量均達到設計要求100%且齡期不少于5天時，進行預應力施工，張拉過程由張拉力和鋼絞線伸長值雙重控制，以油表讀數控制為主，以預應力筋伸長值進行校核。張拉控制程序為：：0→初應力（0.2σk）（作伸長量標記）→σcon（持荷2分鐘，測伸長量）→錨固。

4.8 管道壓漿施工

在張拉結束24h內進行壓漿施工，壓漿前孔道先用清水沖洗，高壓風吹干，然后進行管道壓漿施工。首先在攪拌機中加入實際拌合水的80%～90%，開動攪拌機均勻加入除水泥外的全部壓漿材料，邊加入邊攪拌，然后均勻加入全部水泥。全部加入后再攪拌2min，然后加入剩下的拌合水繼續攪拌2min。壓漿灌水泥漿進口處設置過濾網，以防雜物堵管,壓漿按先下后上的順序，由一端向另一端壓送水泥漿。

梁體縱向或橫向壓漿最大壓力不超過0.6MPa，當管道較長或一次壓漿時最大壓力宜為1.0MPa；梁體漿體注滿管道后應保持0.5～0.6MPa，持壓5min。

壓完漿后保壓1～2h，如無水泥漿反溢現象，則拆卸壓漿連接管和連接閥門。為了保證壓漿質量，水泥漿攪拌結束至壓入管道的時間間隔不應超過40min，漿體與梁體混凝土養護保溫措施相同

4.9 封端處理

管道壓漿結束、并經檢查合格后進行橋梁封端、封錨處理，封端混凝土采用無收縮混凝土，混凝土強度等級不低于50MPa。為加強后灌部分混凝土與梁端的連接，梁端錨穴處應鑿毛處理，同時應將錨墊板上的浮漿及油污全部清除，并采用錨具安裝孔連接一端帶螺絞一端帶鉤的短鋼筋，使之與封錨鋼筋連接為一體。

4.10 成品驗收

見下表。

64m現澆梁梁體質量驗收表

5 結論

本文依據休寧河特大橋施工重難點介紹了大跨度預應力現澆簡支箱梁的施工工藝，從地基處理、支架搭設及預壓、模板搭設、混凝土澆筑到應力張拉、管道壓漿以及封端施工，工程取得了較好的實施效果，實際工程也表明開展64m現澆簡支箱梁技術提高了現澆簡支梁的跨越能力，減少了墩臺的數量、提高了生產效率和節約大量成本，為64m現澆簡支梁的進一步講究打下堅實的基礎，同時為以后類似工程提供了借鑒。