普速鐵路預制T 梁橫向預應力孔道三維空間精確定位技術

鄒光明

（中鐵十五局集團路橋建設有限公司，江蘇 南京 211899）

0 引言

后張法簡支T 梁，以其獨特的結構和承載能力，長期廣泛使用于國家基礎建設中，因運輸相對方便，最初采用固定工廠化生產鐵路運輸，直至20 世紀80 年代演變成現場預制采用輪胎或輪軌車倒運至架梁現場。T梁適應能力強，可由二三四等方式組合成多種形式梁，用于鐵路單雙線、道岔梁等多種線路。預制T 梁的橫向聯結最初是以預埋聯結板焊接的形式實現，隨著國民經濟的快速發展鐵路運輸需要不斷提速，該結構的剛度和穩定性不能滿足高速安全運輸的需要，因此增加橫向預應力用來提高T 梁橫向聯結的剛度和穩定性。橫向預應力筋先期用φ15.2mm 的鋼絞線施工，隨著設計的不斷優化，2017 版的鐵路預制橋梁通用圖設計使用了預應力鋼棒，該鋼棒直徑φ16mm 兩端有φ17×1.5mm的螺紋，對梁體橫向孔道位置控制提出了更高的要求。文章結合T 梁預制過程中的實際情況，分析各施工工序對橫向孔道位置控制的影響并進行探討、總結，有效的提高T 梁預制過程中橫向孔道的精確控制[1]，使T 梁橫向聯結施工更為安全、高效、優質。現以重慶東環鐵路東港制梁場32m 預應力混凝土T 梁橫向張拉孔位置的定位控制為例進行探討。

1 T 梁產品認證和預制架設施工產生問題的影響

（1）橫向孔道是預制T 梁產品認證時的關鍵檢查項目之一。眾所周知，鐵路預制橋梁正式生產前需獲得全許辦頒發的《工業產品生產許可證》后方可正式生產，全許辦委派專家進場進行產品檢驗時外形尺寸是檢驗評判重要依據，當橫向孔道外形尺寸合格率不滿足80%時會影響認證工作的通過。

（2）T 梁預制施工中會遇到橫向孔道在三維空間位置偏差大，架設后鋼棒穿過孔道困難，硬穿損壞兩端螺紋，更有甚者無法穿過造成橋梁的報廢產生極大的安全風險和經濟損失，很難進行安全高效優質的架設施工和橫向連接施工。

2 案例鐵路線調查統計偏差情況

通過對幾個梁場的梁體外觀尺寸進行統計，瀏陽制梁場橫向孔道偏差有45 個鋼棒穿束困難，江津制梁場的偏差有27 個穿束困難，處理穿束困難的孔道要消耗時間的同時增加了施工成本，因此，掌握橫向預應力孔道三維空間精確定位技術至關重要。

3 原因分析

T 梁架設后兩端和跨中對應橫隔墻的距離是10cm，鋼棒兩端外徑是17mm，橫向預留孔直徑為50mm，當同孔兩片梁內側對應孔道位置相對偏差超過16.5mm，即可造成預應力鋼棒穿束困難。橫向孔道偏差如圖1 所示。ΔL=50-ΔL1-ΔL2，兩個半徑相同的圓相交，兩圓不重合部分相對應的距離相等，當ΔL=17mm時，ΔL1=ΔL2=（50-17）/2=16.5mm。圖2 為橫向預應力孔道結構設計。

圖1 橫向孔道偏差

圖2 橫向孔道結構設計

通過對模板進場首次整拼后橫向孔道位置的定位、混凝土澆筑過程中的控制、T 梁終張拉后全長和上拱度的檢測等多方面進行研究，總結出造成橫向孔道位置出現偏差的原因主要如下：①梁體上拱度變化導致跨中橫向孔道豎向位移。②梁底模預留壓縮量變化導致兩端橫向孔道縱向位移。③模板整體拼裝時橫向孔道位置的定位。④在澆筑過程中模型連接螺栓對拉桿斜撐等緊固件松動引起側模上浮脹模偏斜，導致橫向孔道位置偏差。⑤多套模板不同模具底模不統一，模板存在拼縫導致縱向尺寸偏差。⑥混凝土彈模偏差。⑦縱向孔道定位準確性及張拉力的一致性問題。⑧同一跨配孔梁生產周期及間隔時間的收縮徐變影響。

4 處理措施及施工控制

4.1 底模板預設反拱

底模板預留的反拱，直接影響到T 梁上拱度的大小，橫向孔道的位置也會隨之上下變化。根據T 梁設計圖得知，在傳力錨固時，計入自重作用按理論支點計算跨中上拱度直線邊梁是29.68mm 中梁是30.63mm，曲線邊梁是34.78mm 中梁是35.8mm。東港制梁場制梁臺座為鋼底模臺座，因直曲線梁上拱近似等差變化，因此直、曲線梁可在同一臺座上施工。按終張拉完成后90d 上二期恒載計算，3 年總拱度直線邊梁51.79mm，直線中梁為51.39mm，曲線邊梁為58.64mm，曲線中梁為59.37mm[2]，因為橋面防水層和保護層在梁場施工可作為恒載抵消部分上拱度，所以將預設反拱值設置為40mm。預留反拱值按二次拋物線y=a×x2設置，選取跨中為起拱零點，按照2m 為一個控制點進行反拱設置1。每天安排專人用水準儀在同一時間觀測反拱值，并且在T 梁生產過程中每次吊移梁后對底模反拱度進行復測，發現反拱變化應及時進行調整，防止反拱誤差造成橫向孔道豎向位置的偏差。技術人員對斑竹林雙線大橋第一孔梁上拱數據進行統計分析，彈性上拱度在29.5～30.5mm，30 d 上拱度邊梁均值為39.5mm、中梁為40mm，相差0.5mm，反拱設置合理。

4.2 側模試拼預留壓縮量和橫向孔道的定位

根據以往經驗結合實際情況初步確定預留壓縮量為32mm，自跨中向兩端對稱設置，底板根據橫向孔道位置自跨中對應距離預留，頂板可不設。技術人員對斑竹林雙線大橋第一孔梁全長數據進行統計分析，終張拉后梁體壓縮量在19～22mm，終張拉30d 后的壓縮量在23～25mm，全長尺寸均實測偏差小于5mm 接近設計值，現有的驗收標準對全長的允許誤差為±20mm，預留壓縮量合理。

4.3 模板拼裝孔道定位及施工中模型變形控制

（1）模型首次進場時需要在預制臺座上進行整體拼裝，各部尺寸驗收合格后才能對橫向孔道進行定位開孔。首先對已拼裝完成的底模長、寬和對角線尺寸進行驗收，尺寸均達標后，在兩端把縱向中心線刻畫引申至端模外側方便整拼時吊線錘校準；其次把側模的橫向孔道位置刻畫在底模上并測量對角線復核精度，側模和端模整拼后在底模相應位置用LD 強光水平儀放線至側模上，再依次刻畫出相應的高度線，最后用水準儀、鋼卷尺復核側模上的橫向孔道位置定位，確定達到精度后再開孔。

（2）模板拼裝的精度決定了梁體的外形尺寸，為減少累積誤差側模自跨中開始向兩端部依次安裝，嚴禁跳塊安裝避免模型發生碰撞導致變形，再擰緊螺栓消除拼縫，并用水平尺測垂直度，拼裝好的側模板面在同一條直線上能減少拼裝誤差。在拼裝好的側模上用直徑1mm 鋼絲繩拉梁面中心線，通過端模中點吊線錘至刻畫好的底模縱向中心線，線錘與底模中線重合或偏差≤3mm 即合模完成。

當模型周轉十次或檢測T 梁橫向孔道位置發生變化后，應用鋼卷尺檢測橫向孔道的水平尺寸，用水準儀檢測橫向孔道的高度和底模的反拱值，發現偏差應及時調整，尤其是配孔的制梁臺座偏差≥5mm 時必須調整，消除模型變形對橫向孔道的影響。

4.4 澆筑過程中對模型的控制

T 梁混凝土澆筑工藝是以附著式振動器為主插入式振搗棒為輔，兩側模的高頻振動器工作時會對側模造成較大的擾動，導致連接螺栓及底部和頂部對拉桿、斜撐桿等緊固件的松動，再加上混凝土自重力和流動性的作用力造成模型向上浮或向外膨脹引起橫向孔道位置發生變化，因此澆筑時應在模型兩側和橋面各安排一名盯控人員巡查發現螺栓松動及時緊固。預制T 梁的側模是平放在底模元寶墊上通過底拉桿將兩邊側模對拉擰緊固定，澆筑時若底拉桿螺栓松動極易引起模型上浮，因此設計了防爬器來固定側模阻止其上浮。防爬器是通過固定在底模側面的預埋鋼板上焊接可活動的螺桿，在側模相應的位置焊接連接鋼板，活動螺桿旋轉至側模鋼板預留位置后擰緊，螺帽處加彈簧墊片增強固定效果，側模拼縫的兩端各安裝一個。

4.5 嚴控底、側模拼裝質量，減小裝配誤差

每孔預制T 梁是由兩套或多套模型澆筑出來，尺寸存在偏差，自模型進場后安排專人對每扇模型尺寸進行驗收，控制拼裝后的側模和底模全長誤差在5mm以內，消除尺寸不統一對橫向孔道位置的影響。在每扇模型端部安裝柔性堵漏膠條，每次拼裝模型前質檢人員先檢查板面有無脫焊、變形和膠條上的混凝土清理干凈，都合格后方可進入拼裝工序。

4.6 混凝土彈模偏差控制

縱向預應力施工后梁體產生壓縮和上拱，不同的預制梁壓縮量和上拱值也會有差異，在豎直方向主要是上拱度產生的變化，而上拱度主要是T 梁的剛度和受預應力后混凝土的彈性模量徐變引起的。表1 為張拉6d 內的4 片T 梁在相同張拉力下壓縮量和上拱的數據統計。

由表1 可知，同一片梁應力相同彈性模量增大上拱度就減小，在預拌混凝土時嚴格控制各種原材料，配孔的預制T 梁盡量選用同一批次的原材料生產的混凝土澆筑，以排除彈性模量變化引起的各片梁體橫向孔道相對位置的變化。

4.7 縱向孔道定位準確性及張拉力的一致性控制措施

T 梁的腹板厚度相對較薄，預應力筋位于腹板中心線上，施加縱向預應力時兩側混凝土厚度和密度存在偏差會造成梁體發生旁彎。首先，在安裝模型時檢查兩個端模的中線與底模縱向中心線重合，主梁鋼筋籠順直。其次，灌注混凝土前復核梁面和底模的中線，確保縱向孔道位置準確。T 梁終張拉應滿足強度、齡期和彈模的設計要求，在終張拉過程中保證縱向孔道、錨具、千斤頂“三同心”，做好張拉中“三控制”即指油壓表讀數、鋼絞線伸長值、張拉靜停時間，預應力以油表讀數為主[3]、以預應力鋼絞線伸長作校核的雙控法，保證兩端的鋼絞線伸長值應基本一致[4]，不同步率不大于5%。終張拉后為減少預應力筋的預應力損失，應在48h 內完成孔道注漿。

4.8 同一孔梁生產周期及間隔時間的收縮徐變控制措施

混凝土自身結構的性能會受徐變的影響，通過選擇合適的混凝土材料、加強梁體混凝土的養護控制溫度和濕度等措施來減少其影響，當配孔梁存放時間少于180d 時灌注和預應力施工不應超過6d，防止形變過大影響橫向孔道位置產生偏移。

4.9 橋梁配孔的影響及措施

T 梁的各套模型全長和橫向孔道位置加工尺寸存在不同誤差，質檢員對每套模型的誤差進行記錄，發運時選擇偏差值較小的模型預制出來的梁體進行配孔。

4.10 其他控制措施

T 梁橫向孔道用抽拔橡膠管或鋼管制孔，當采用鋼管制孔時在鋼管外側涂刷脫模劑并安排模型工在混凝土初凝后取出，掌握好拔出的時間，防止混凝土凝固后鋼管拔不出來，過早拔出會塌孔造成孔徑變小[5]。T 梁混凝土澆筑時要保證梁體各部位振搗均勻密實養護要做到及時充分，控制混凝土的離散性，消除預應力施工時上拱引起橫向孔道位置變化過大。

5 架梁作業對橫向預應力孔道配孔的影響及解決措施

架梁作業時同孔跨首片梁落成，后續的梁應與首片梁第一個橫向孔道進行對位一致再檢查跨中和另一端的孔道位置，確保橫向孔道對應滿足鋼棒穿過條件后再落梁。橋墩墊石的標高也會造成T 梁架設后橫向孔道位置的偏差，各種誤差累加導致鋼棒穿束困難，架設前應復測墊石標高有誤差應進行修整后再架梁。部分梁場私自修改設計通過把橫向孔道孔徑擴大或減小鋼棒直徑等，這些辦法是治標不治本的，不建議采納。

6 控制措施采取后的效果

通過上述措施有效控制橫向孔道位置，東港制梁場架設的T 梁避免了鋼棒穿束困難孔道的處理，有效地解決了橫向孔道精確定位的問題，提高工效并降低了施工成本，得到業主的好評，說明本文辦法可行可推廣。

7 結語

普速鐵路預制T 梁橫向孔道位置的精確定位施工，有效減少預應力孔道的摩阻影響，壓漿時漿體充分握裹預應力鋼棒，使之均勻使力，并增強防銹效果，也關系鐵路運營后預制梁的二期恒載和車列荷載的橫向分布，所以在施工過程中對模型、混凝土、預應力各工序施工嚴格控制，做好預控方案，使預制T 梁的質量得到保證，鐵路運營才能更安全、高效。