高鐵預(yù)制箱梁施工關(guān)鍵技術(shù)研究

文／馬俊飛 中鐵十一局集團橋梁有限公司 江西鷹潭 335000

引言:

隨著我國社會和經(jīng)濟的發(fā)展，交通運輸?shù)闹匾耘c日俱增，而橋梁工程對城市的發(fā)展起著舉足輕重的作用。21世紀后，隨著橋梁技術(shù)的不斷進步，預(yù)應(yīng)力混凝土的施工技術(shù)得到了長足的發(fā)展，并在實際生產(chǎn)中得到了廣泛的應(yīng)用。但由于環(huán)境的原因，一些施工工藝要按具體的工程情況來進行，而箱梁的預(yù)制技術(shù)覆蓋面很大，所以要對其進行質(zhì)量管理。本文通過一個實例，從穩(wěn)定性和安全性的角度，對箱梁的預(yù)制施工技術(shù)和施工工藝進行了簡單的探討。

1.預(yù)制梁場的選址和布置

在選擇預(yù)制場地時，要充分的結(jié)合實際工作需求。首先，為了保證設(shè)備的合理布局以及穩(wěn)固性，要盡量選擇地勢平坦的場地，并且要具有一定的承載能力。其次，在施工過程中，需要一定量的水，所以，在選擇場地時要保證有一定的水源，這是施工要滿足的必要條件。另外，預(yù)制場地要具有一定的防洪抗震能力，這樣能夠保證施工過程順利的進行，從而不會耽誤工程的進度。在對設(shè)備進行安裝時，要科學合理的對場地進行布置，這樣既能夠方便操作，也能夠節(jié)約場地。在建設(shè)過程中，要充分的了解設(shè)備的功能，在此基礎(chǔ)上最大限度的利用現(xiàn)有的資源。有些設(shè)備對承載力有著一定的要求，必要時要對地基進行加固處理。除此之外，該過程中所使用的混凝土，應(yīng)該滿足相關(guān)的供應(yīng)要求，并且其性能也要符合標準。

2.工程概況

某高速鐵路一標段起止里程DK0+000 ～DK29+765，正線長度29.765km，其中箱梁預(yù)制架設(shè)510 孔。截面類型為單箱單室等高度簡支箱梁，梁端頂板、底板及腹板局部向內(nèi)側(cè)加厚。標準梁:雙線梁橋面寬12.6m，防護墻內(nèi)側(cè)凈寬9.0m；單線梁橋面寬7.4m，防護墻內(nèi)側(cè)凈寬4.4m；梁長為32.6m 和24.6m，計算跨度為31.5m 和23.5m；雙線橫橋向支座中心距為4.5m，單線橫橋向支座中心距為2.7m；雙線梁高度為3.035m，單線梁高為2.80m。梁場占地面積146 畝，龍門吊基礎(chǔ)、制存梁地基更換30 厘米的三七灰進行加固，主要路面采用C30 水泥混凝土加固，縱向5‰和1%水平人字坡。

3.箱梁的安全控制技術(shù)

3.1 預(yù)制箱梁的優(yōu)點

目前，我國的橋梁建設(shè)大多還是以中跨徑的項目為主，現(xiàn)澆箱梁因其剛度大、連續(xù)性完整等優(yōu)點而得到了廣泛的應(yīng)用，但現(xiàn)澆梁施工工藝較為復(fù)雜，造價也相對較高，難以達到節(jié)約成本的要求，外部環(huán)境影響也較大。工程師希望能找到一種新的施工方式，把簡支梁和連續(xù)梁的優(yōu)點結(jié)合在一起，在工廠大量制造箱梁，并在工地上進行裝配，這樣既加快了建造進度，又省去了現(xiàn)澆梁的模板，這就是預(yù)制箱梁的施工方法。采用這種方法，可以加快施工速度，節(jié)省支撐費用，降低因自身荷載引起的徐變對結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的影響。同時，它還具備其他結(jié)構(gòu)的優(yōu)點，如變形小、剛度大，確保了行車平穩(wěn)。與其他的箱梁工程相比，預(yù)制箱梁的結(jié)構(gòu)形式有如下特征：

（1）箱梁可以在工廠預(yù)制，操作完全規(guī)范化，降低了施工場地對現(xiàn)澆箱梁的外部干擾，實現(xiàn)了內(nèi)部統(tǒng)一的生產(chǎn)管理，提高了生產(chǎn)效率，節(jié)約了模板；

（2）工廠預(yù)制箱梁，在工地上進行橋墩的施工，也就是整個橋梁系統(tǒng)的同步施工，加速了實際的工程進度；

（3）減少了大量的支架，降低了成本，也降低了對外部環(huán)境的干擾；

（4）預(yù)制箱梁，從最初的預(yù)應(yīng)力張拉，到混凝土的壓漿、張拉的作用基本上完成，收縮徐變對預(yù)制箱梁的影響小。

3.2 預(yù)制箱梁的反拱度控制

橋體的預(yù)拱度是影響橋體成形后車輛在橋面上行駛平穩(wěn)性的重要因素，然而，在預(yù)制箱梁成形工藝中，由于結(jié)構(gòu)自身的總重量和靜態(tài)荷載所引起的預(yù)拱度大于L/600，則必須進行預(yù)拱度的設(shè)定。對于先簡支后連續(xù)體系的橋梁結(jié)構(gòu)組成，其預(yù)制和施工過程主要發(fā)生了以下變化：

（1）在預(yù)制箱梁階段，該橋梁結(jié)構(gòu)是由預(yù)應(yīng)力混凝土簡支結(jié)構(gòu)，其由預(yù)應(yīng)力引起的反拱（f1）比由自重引起的下?lián)希╢2）大；（2）在預(yù)制箱梁布置階段，由于徐變作用，會發(fā)生初始的彈性變形，上部拱度持續(xù)增加，而混凝土的收縮引起了預(yù)應(yīng)力的損失，因此，在預(yù)拱度的設(shè)定中，必須充分考慮二者的耦合效應(yīng)；（3）在由簡支梁系統(tǒng)過渡到連續(xù)梁系統(tǒng)時，會產(chǎn)生額外的應(yīng)力（f3）；（4）在預(yù)制箱梁架布置完畢后，在第二階段鋪裝荷載下，出現(xiàn)了連續(xù)系統(tǒng)的變形（f4）；（5）在橋梁施工完畢后，考慮到車輛、人群等活荷載情況下的箱梁的下變形（f5），并考慮到一段時期內(nèi)由于收縮徐變等原因造成的變形持續(xù)增大。在計算預(yù)拱度時，必須同時考慮預(yù)應(yīng)力的短期效果和預(yù)應(yīng)力長期反拱之間的差異。由于預(yù)應(yīng)力作用引起的豎向變形由預(yù)制箱梁簡支系統(tǒng)本身起拱和在系統(tǒng)轉(zhuǎn)變時由頂板相互閉合引起的垂直變形兩個方面組成。在考慮荷載影響的情況時，應(yīng)考慮簡支系統(tǒng)的自重、結(jié)構(gòu)變動時的鄰近變形、二期鋪裝荷載下的變形，以及車輛、行人等動載荷下的變形。預(yù)制箱梁儲存于工廠，現(xiàn)場施工吊裝時，可能會有三只腳的受力現(xiàn)象，每個支架的不均勻沉降都會引起其他支架的反力，而整個預(yù)制箱梁的內(nèi)部應(yīng)力狀況幾乎沒有改變，所以對預(yù)制箱梁支架的非均勻沉降必須控制在3mm 之內(nèi)。

3.3 預(yù)制箱梁的徐變控制

在設(shè)計預(yù)制箱梁時，應(yīng)對箱梁的徐變進行嚴格的控制，以保證梁的安全運行。

（1）采用高品質(zhì)骨料，加入適當?shù)幕炷镣饧觿瑖栏窨刂破贩N和品質(zhì)，可生產(chǎn)出高品質(zhì)的混凝土；（2）根據(jù)徐變變形的實踐原理，對混凝土的工作應(yīng)力進行有效的控制，并按照設(shè)計要求施加預(yù)應(yīng)力，不能過分張拉；（3）提高混凝土的加載齡期，即在預(yù)應(yīng)力階段為混凝土齡期，在第二階段為鋪砌階段；（4）在預(yù)應(yīng)力張拉過程中，混凝土的齡期要適當?shù)匮娱L，混凝土強度也要得到合理的保證，另外，建造充足的存梁臺座，以滿足預(yù)制箱梁的儲存要求，且混凝土齡不少于10 天；（5）在整個工程進度計劃的范圍內(nèi)，對第二階段的恒載進行適當?shù)难娱L，以保證在應(yīng)力作用后60 天以內(nèi)完工；（6）強化預(yù)制箱梁施工過程的管理，從拌和、運輸、灌漿、養(yǎng)護到后期工人的操作都要進行嚴格的檢查；（7）在預(yù)制期間，在箱梁的上跨中部，及兩側(cè)的纜線溝槽內(nèi)各安裝一根M16 螺釘，以作為上拱的觀測點，通過水平儀進行水平觀察。在工廠的建設(shè)和儲存期，每隔一周進行一次觀察，而在建筑過程中，每隔兩周進行一次觀察。有關(guān)部門在實測資料的基礎(chǔ)上，對預(yù)制箱梁的上拱變形進行了分析，并采用了相應(yīng)的控制措施，保證了最終徐變值在標準范圍內(nèi)。

4.高鐵預(yù)制箱梁施工關(guān)鍵技術(shù)

4.1 模板安裝

預(yù)型鋼模板由端模、外側(cè)模、內(nèi)模、底模和互相連接的系統(tǒng)構(gòu)成，模板由鋼制成。

（1）為了實現(xiàn)箱梁的線型控制，底部模型為可調(diào)整的固定型。通過調(diào)節(jié)底模鋼墊片的高度，可以達到預(yù)置下?lián)系哪康摹５啄Ｓ射摪迮c縱向鋼框焊接而成，基部與基部間設(shè)有可調(diào)整的鋼墊片，側(cè)部裝有橡膠條，用于密封底模和側(cè)模。鋼模板的設(shè)計制造要有足夠的強度、剛度及穩(wěn)定性、密封性，確保梁體各部位尺寸正確，預(yù)埋件位置準確。模板全長及跨度要考慮反拱及預(yù)留壓縮量。為便于拆模及提高表面光潔度，與混凝土接觸表面均勻涂脫模劑。

（2）預(yù)制梁數(shù)較多、工作量較大。為了確保模具的裝配速度與質(zhì)量，模具采用液壓調(diào)節(jié)、支撐千斤頂支撐的移動機構(gòu)，其主要由移動系統(tǒng)、液壓調(diào)節(jié)、支撐千斤頂支撐系統(tǒng)、模板系統(tǒng)等構(gòu)成。

4.2 鋼筋施工及預(yù)埋件加工安裝

4.2.1 鋼筋綁扎

梁場設(shè)有可移動的龍門吊，橫梁部分直接固定在已定型的鋼筋胎具上，并在安裝之前在底模上畫出中心線或梁端線，并對梁體的縱向裝配進行控制。梁體框架在底模位置到位后，要對其縱向中心線和底模縱軸軸線重合，若不一致，要進行局部調(diào)整，以保證鋼筋骨架縱軸與下模縱軸中心線相一致。在進行調(diào)整時，要對梁的鋼筋進行有效的保護。

4.2.2 預(yù)埋件的加工與安裝

（1）對預(yù)埋件的中心線、預(yù)留孔的高度、位置進行嚴格的控制，中心線及標高線在模板或鋼框架上做標記。

（2）預(yù)留孔模的加工尺寸偏差，要按設(shè)計及技術(shù)規(guī)范規(guī)定進行，不滿足設(shè)計、規(guī)格要求的，堅決清除、重新制作；預(yù)埋件選用優(yōu)質(zhì)材料，模板支撐牢固，避免由于模具跑偏造成的預(yù)埋件及預(yù)留孔洞位移。

（3）在澆筑混凝土前，由有關(guān)工程師及質(zhì)檢員對埋設(shè)部件及預(yù)留孔洞進行檢驗。若不合格，則再進行處理直至符合規(guī)定為止。在完成自檢后，向監(jiān)理工程師匯報。

4.3 橡膠抽拔管安裝

預(yù)應(yīng)力孔道成型是運用橡膠抽拔管，它是同綁扎鋼筋骨架同時進行的。為了保障制孔位置的準確率，運用定位網(wǎng)進行定位、將橡膠抽拔管固定，定位網(wǎng)應(yīng)按照設(shè)計的位置進行測量然后定位，并且同鋼筋骨架要綁扎的牢固。保障管道的平穩(wěn)及位置定位準確，在混凝土澆筑時，要保障抽拔管不上浮、不旁移、管道與錨具錨墊板垂直。在安設(shè)橡膠抽拔管時，要嚴格的按照坐標位置進行控制，線型應(yīng)保持良好，膠管的接頭應(yīng)設(shè)置在跨中處，并且，包扎應(yīng)采用白鐵皮，同時套接處應(yīng)使用塑料膠帶纏緊，保障密封不漏漿，避免水泥漿串入橡膠抽拔管內(nèi)。

4.4 混凝土澆筑與養(yǎng)護

混凝土運輸車將混凝土直接運輸?shù)綕仓禾帲凑找蠓侄巍⒎謱舆B續(xù)進行澆筑。底梁混凝土先澆筑，封底后再澆筑腹板和頂板。梁段底板在澆筑過程中，利用下料槽，間接灌注物料，腹板與頂板的混凝土按規(guī)定應(yīng)從上向下澆筑。混凝土在振搗時，應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場生產(chǎn)狀況，嚴格控制振搗時間、振搗強度，保障其施工質(zhì)量。

（1）在澆筑之前，要做好充分的準備工作。為了避免出現(xiàn)漏振、欠振、過振現(xiàn)象，應(yīng)明確工作人員的職責，并實行分區(qū)管理。

（2）在混凝土運抵工地后，對坍落度、含氣量、混凝土溫度進行檢測。將混凝土運送至工地后，在澆筑之前，先進行二次快速攪拌，不得加入水，各項指標符合要求后方可進行澆筑。在澆筑混凝土時，模板的溫度應(yīng)在5～35℃之間，拌和料的入模溫度應(yīng)在5 ～30℃之間。

（3）混凝土的澆筑采用連續(xù)澆筑、一次成型，澆筑時間不超過6h 或不應(yīng)超過混凝土的初凝時間。箱梁梁體混凝土澆筑時采用斜向分段、水平分層，按照先腹板、然后底板、再腹板、后頂板的澆筑順序進行，各工序緊跟、整體推進、連續(xù)澆筑、一次成型方式澆筑混凝土，其工藝斜度為30°～45°之間，大小根據(jù)混凝土坍落度而定，水平分層厚度不得大于30cm，斜向分段長度8m，先后兩層混凝土的間隔時間不得超過一小時。

（4）在澆筑底腹板混凝土時，出料口要控制水泥漿不能進入成孔橡膠抽拔管，應(yīng)及時將滴落在內(nèi)模和機翼頂板上的混凝土清理干凈，避免在底部形成干灰、夾渣和麻點，對梁體外觀質(zhì)量造成影響。

（5）在澆筑腹板時，應(yīng)注意左右方向的大致一致，避免因混凝土表層兩側(cè)的高差太大而使內(nèi)模產(chǎn)生偏移。由于腹板較高，在澆筑時應(yīng)盡可能地減小漏斗的高度，并利用管線輸送的方式防止混合料的分離。目前，混凝土的振動方式以附著式振動為主，輔以插入式振動。對于密度較大的鋼筋，要加強側(cè)向振動，或者采用小直徑的插入式振搗機。當采用插入式振動機時，要迅速地插入，然后慢慢地拔出。插入式振動機的運動范圍不能大于它的工作半徑1.5 倍。振動時，振動錘要稍微上下移動。在50-100 毫米深度以前，將攪拌機打入混凝土表面。混凝土不會沉降，也不會產(chǎn)生大的氣泡，混凝土的表面會發(fā)生翻轉(zhuǎn)，通常在20-30 秒左右，以防止產(chǎn)生過大的震動。防止振動器與預(yù)應(yīng)力管道、鋼筋、模板、預(yù)埋件等發(fā)生碰撞。定期安排人員對模板、管道、支撐預(yù)埋件進行定期檢查，保證它們的位置和大小與設(shè)計要求相符。

5.高鐵預(yù)制箱梁施工注意事項

5.1 鋼筋工程

為了保證鋼筋綁扎精度，梁體底腹板和頂板鋼筋在綁扎胎具上整體綁扎成型，然后一次吊裝入模。鋼筋的骨架是由兩部分構(gòu)成的，分別是底腹板和頂板，要對它們進行綁扎以及吊裝。在綁扎過程中，要重視鋼筋交叉點、箍筋轉(zhuǎn)角、以及受力鋼筋交叉點的綁扎。在對箍筋彎鉤接頭進行布置時，要保證其交叉布置。在進行鋼筋骨架的入模工作時，需要進行墊塊的安裝，在安裝過程中要使用到扎絲，把其固定在鋼筋骨架的正確位置上，保證保護層具有一定的厚度。預(yù)應(yīng)力管道成型所使用的成孔工藝是抽拔橡膠管，在此過程中會使用到定位網(wǎng)片進行定位。在焊制定位網(wǎng)片時，需要在專用胎具上進行。在對定位網(wǎng)片進行焊接時，要保證其位置準確，保證其尺寸偏差在要求的范圍內(nèi)。在對鋼筋骨架進行吊裝時，要保證吊架有一定的剛度，這樣才能夠保證在吊運過程中不會出現(xiàn)變形的情況，在進行吊裝工作時，要避免出現(xiàn)快速升降以及緊急制動的情況。

5.2 混凝土工程

在預(yù)制鐵路箱梁時，要想保證其質(zhì)量合格，那么就要控制水泥混凝土的質(zhì)量，包括混凝土原材料的選擇以及養(yǎng)護工作。在對混凝土進行配置時，要保證投入使用的原材料符合相關(guān)指標，這樣才能夠保證混凝土的質(zhì)量。為了保證混凝土的配合比符合要求，需要保證材料的品質(zhì)以及設(shè)計強度符合施工標準，在此基礎(chǔ)上還要進行相應(yīng)的調(diào)整。為了保證箱梁有較高的成型效率，要對混凝土的拌和工作進行控制，在此過程中要保證施工配合比符合相關(guān)標準和要求，在拌和過程中，要選擇集中拌和的方式。另外，混凝土的澆筑和振搗工作與箱梁的質(zhì)量也有很大的關(guān)系，所以在進行梁體混凝土的澆筑時，要一次性成型，在進行振搗工作時要使用相應(yīng)的振動工具，要重視梁體隔墻倒角處的振搗，該部位的振搗工作如果做到位，那么能夠有效的避免混凝土表面出現(xiàn)問題。在進行養(yǎng)護工作時，要重視箱梁頂板、翼緣板底面等部位的養(yǎng)護，灑水養(yǎng)護工作要及時的進行，并且要保證灑水的次數(shù)科學合理。

5.3 預(yù)應(yīng)力智能施工

在對預(yù)應(yīng)力進行張拉時，采用全自動智能張拉設(shè)備，并且有相應(yīng)的信息化管理系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠很好的對數(shù)據(jù)進行收集和傳遞，對參數(shù)進行判別，并且對進度和質(zhì)量動態(tài)進行跟蹤，這樣能夠很好的對張拉質(zhì)量進行控制并加大管理力度。在此過程中，遠程數(shù)據(jù)的傳輸依靠的是智能張拉設(shè)備，該設(shè)備具有自動平衡、同步張拉等功能。無線網(wǎng)絡(luò)會把相關(guān)的查數(shù)據(jù)傳入到鐵路工程管理部門，有關(guān)部門人員可以仔細的對查結(jié)果以及張拉過程進行分析，然后對相應(yīng)的參數(shù)信息進行調(diào)整。

5.4 管道壓漿及封錨工程施工要點

管道壓漿作業(yè)是在混凝土預(yù)應(yīng)力張拉后進行的，此時需要使用真空輔助壓漿工藝，并且要對壓漿溫度進行控制，一般情況下施工溫度要大于5℃，并且還要對總體的流動性以及水泥漿質(zhì)量進行把控。在進行壓漿施工之前，要對管道的密封性進行測試，在此過程中要使用的鋼制密封罩封錨，并且還要打開真空泵，保持一定的真空度，然后再啟動壓漿泵，對管道的水分以及空氣進行排除，這樣才能夠正式開始壓漿，直到排出的漿液稠度與儲漿筒內(nèi)的相一致，就可以停止壓漿，壓漿端的拆除一般是在壓漿完成12 小時之后。要想做好管道壓漿工作，一定要保證水泥漿只有一定的均勻性，并且在攪拌過程中要使用高速攪拌機。鋼制密封罩封錨一般是使用在真空輔助壓漿時，在此過程中要控制壓漿過程以及壓漿數(shù)量，這樣才能夠保證最終的壓漿質(zhì)量。預(yù)制箱梁預(yù)應(yīng)力施工在封錨時，使用干硬性補償收縮混凝土進行封錨，然后再經(jīng)過一系列的濕潤養(yǎng)護，就能夠很好的防止裂紋的產(chǎn)生，從而能夠保證箱梁的質(zhì)量。

5.5 箱梁移運的注意事項

在對箱梁進行移運時，首先要進行試吊工作。在此過程中需要充分了解提梁機以及繩索的具體情況，確保這些設(shè)備都正常之后才能夠投入使用，這樣才能夠避免發(fā)生安全事故，另外，還能夠很好的保證工作的進度。其次，再進行起吊工作時，要保證其速度在一定范圍內(nèi)，實現(xiàn)緩慢地起吊。初次起吊時，其高度一般控制在20 厘米左右。在保證各項指標都正常的情況下，可以科學的對馬力進行增加，然后再進行吊運工作。

結(jié)語:

隨著社會經(jīng)濟的快速發(fā)展，傳統(tǒng)的現(xiàn)場制梁法已無法滿足鐵路建設(shè)項目的需求，因此預(yù)制簡支箱梁因其自身的優(yōu)勢而成為我國橋梁工程中應(yīng)用最為廣泛的一種方法。箱梁預(yù)制構(gòu)件的質(zhì)量保證關(guān)系到整個工程的質(zhì)量，相關(guān)企業(yè)應(yīng)積極開展技術(shù)交流，使施工人員準確掌握技術(shù)，提高施工質(zhì)量和安全性能。