大跨度鐵路V形剛構(gòu)橋梁施工質(zhì)量控制探討

蘇偉清

(廣州新客站工程建設(shè)指揮部，廣東 廣州 511495)

1 工程概況

新廣州站地處廣州市番禺區(qū)鐘村鎮(zhèn)石壁村附近，站場設(shè)計28股道，15座旅客站臺，采用站橋共柱形式，將地鐵站、鐵路橋梁和站房融為一體，車站主站房、軌道、站臺及雨棚全部設(shè)置在橋梁上，站房橋承擔(dān)鐵路和站房雙重荷載，屬于新型的結(jié)構(gòu)體系。站房橋橋梁由并排的14座橋梁組成，每座橋全長575.9 m，孔跨布置為3×32 m連續(xù)梁+3×32 m連續(xù)梁+(2×32+64+2×32)m V構(gòu)連續(xù)梁 +3×32 m連續(xù)梁 +3×32 m連續(xù)梁。其中5軸～11軸V構(gòu)連續(xù)梁孔跨布置為(2×32+64+2×32)m，5軸，11軸兩端各懸臂 6.8 m，全長205.6 m，為變截面 V構(gòu)連續(xù)梁，支座處梁高5.4 m，跨中梁高3.5 m，7軸和9軸為V構(gòu)墩，其 V形結(jié)構(gòu)斜腿和橋墩為矩形實體截面。V構(gòu)連續(xù)梁分三種形式:正線雙線V構(gòu)連續(xù)梁、到發(fā)線雙線V構(gòu)連續(xù)梁、到發(fā)線單線并置V構(gòu)連續(xù)梁。正線雙線V構(gòu)連續(xù)梁(E2，C1軸共2座橋)與到發(fā)線雙線 V構(gòu)連續(xù)梁外形一致，但為了高速通過的列車振動力不影響高架站房，讓其受力分開，高架站房結(jié)構(gòu)不與V構(gòu)連續(xù)梁相連。本文以到發(fā)線雙線 V構(gòu)連續(xù)梁(簡稱V構(gòu)連續(xù)梁)為例。

V構(gòu)連續(xù)梁為魚腹式三腹板槽型雙箱梁結(jié)構(gòu)，橋面寬13.1 m，支點梁高為5.4 m，跨中梁高為3.5 m，邊支座中心線至梁端 6.8 m，頂板厚 0.5 m，底板厚0.5 m，中腹板厚1.5 m，邊腹板厚1.2 m，支點橫隔板寬度為2.0 m。V形結(jié)構(gòu)斜腿及橋墩為實體截面(見圖1和圖2)。

圖1 V構(gòu)連續(xù)梁縱斷面示意(單位:cm)

2 施工工藝

V構(gòu)連續(xù)梁線形及受力復(fù)雜，每片V構(gòu)連續(xù)梁線形分7個或8個施工段，包括垂直段、斜腿部分和主梁梁部分，且由于站橋一體的原因，各施工段差異很大。根據(jù)廣州南站工程總體施工組織設(shè)計的安排，綜合考慮各方因素，V構(gòu)連續(xù)梁采用滿堂支架現(xiàn)澆施工。

2.1 地基與基礎(chǔ)

根據(jù)總體施工安排，地下室底板或地鐵框架結(jié)構(gòu)作為V構(gòu)連續(xù)梁支架的基礎(chǔ)，因V構(gòu)連續(xù)梁自重很大，在施工圖設(shè)計時已按地下室底板或地鐵頂板承受V構(gòu)連續(xù)梁的施工荷載，但地鐵框架未考慮承受V構(gòu)連續(xù)梁的施工荷載，因此，地鐵框架的施工支架在V構(gòu)連續(xù)梁完成后才可拆除。另外，對于地下室與地鐵框架之間的7軸和9軸承臺基坑范圍，回填時應(yīng)作加固處理，使地基承載力滿足V構(gòu)連續(xù)梁施工荷載的要求。

圖2 V構(gòu)連續(xù)梁橫斷面(單位:cm)

2.2 碗扣支架布置

V構(gòu)連續(xù)梁現(xiàn)澆支架體系采用 φ48 mm壁厚3.5 mm鋼管碗扣式滿堂布置，搭設(shè)在地鐵頂板或已完成的地下室底板上，立桿間距為0.6 m×0.6 m，個別實體梁段適當(dāng)加密為0.3 m×0.6 m，步距為1.2 m，剪刀撐按規(guī)范要求縱橫向每3 m加固一道(見圖3和圖4)。

圖3 V構(gòu)連續(xù)梁斜腿滿堂支架立面圖(一)(單位:mm)

圖4 V構(gòu)連續(xù)梁滿堂支架立面圖(二)(單位:mm)

2.3 斜腿臨時拉索

斜腿上部梁體雙線梁段混凝土為1 144.5 m3，單線梁段混凝土為786.5 m3，均要在已完成的斜腿上搭設(shè)支架，其施工荷載要通過支架傳遞到斜腿上，會產(chǎn)生較大水平力，僅靠在滿堂支架上固結(jié)水平撐桿、斜桿撐不能確保斜腿的變形和位移。因此在施工斜腿上部梁體時，單線梁在斜腿上部施加3根臨時預(yù)應(yīng)力索，雙線梁在斜腿上部施加8根臨時預(yù)應(yīng)力索，使其與滿堂支架固結(jié)的水平撐桿、斜桿撐共同承受上部梁體施工荷載所產(chǎn)生的水平力，增加斜腿承受水平力的能力，以防止斜腿變形開裂。臨時預(yù)應(yīng)力索采用12-φ15.24 mm，在澆筑斜腿混凝土前預(yù)埋臨時預(yù)應(yīng)力索管道及預(yù)埋鋼板，當(dāng)混凝土強度達(dá)到90%后張拉預(yù)應(yīng)力，每根索張拉力為1 200 kN(見圖5)。

圖5 斜腿臨時拉索設(shè)計(單位:mm)

支架搭設(shè)完成后，根據(jù)V構(gòu)所處區(qū)域的地基處理方式和V構(gòu)自身結(jié)構(gòu)形式，選擇具有代表性和指導(dǎo)性的施工段進(jìn)行壓載試驗，采用C15混凝土預(yù)制塊堆載法，預(yù)壓觀測點采用在支架頂部工字鋼焊鋼筋和支架底部混凝土面上打膨脹釘埋鋼板的方式進(jìn)行預(yù)壓，預(yù)壓按照加壓荷載的 0，10%，40%，70%，100%，120%分級進(jìn)行，加載完成后 12 h，24 h，36 h，48 h 讀數(shù)，直至最后的平均沉降值＜3 mm，并滿足24 h以上時方可逐級卸載，最后再測量一次卸載后讀數(shù)。測出加載前、加載后和卸載后的測量比較值，得出彈性變形值和支架預(yù)拱值，以確定基礎(chǔ)是否需加固。

2.4 模板體系

由于V構(gòu)連續(xù)梁梁體龐大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，要求一次澆筑形成，且要達(dá)到清水混凝土效果，則對模板的設(shè)計、加工制作要求比較嚴(yán)格，通過有限元模型對箱梁模板體系進(jìn)行受力分析，底模和側(cè)模采用8 mm厚板肋式定型大鋼模，端模和內(nèi)模采用木模板，同時使用ABS塑料條，用107膠水或雙面海綿膠粘貼在模板上的辦法解決梁底板表面設(shè)置裝飾槽，在兩塊直線梁段定型鋼模之間采用特制鋼模進(jìn)行曲線漸變過渡的辦法，滿足部分曲線梁模板的需要。

模板安裝采用吊車與塔吊相結(jié)合的方式，按照底模安裝—外側(cè)模安裝—端模安裝—內(nèi)模安裝—內(nèi)側(cè)模安裝的順序進(jìn)行安裝，要求相互連接面要對齊，連接縫間隙應(yīng)用灰膏類填縫或貼膠帶密封，安裝完成后應(yīng)涂刷三旗牌BT－20模板漆脫模劑，最后對模板進(jìn)行測量復(fù)核，確保其平面位置和高程符合設(shè)計要求。

2.5 鋼筋、預(yù)應(yīng)力束及預(yù)埋件安裝

2.5.1 鋼筋安裝

底模安裝調(diào)試完成后，在底模上放出梁體所有腹板和橫隔梁的中線和邊線，經(jīng)檢查合格后，方可開始安裝底板鋼筋。鋼筋安裝按底板—橫隔梁—腹板—頂板的順序進(jìn)行。在拼裝鋼筋骨架時，應(yīng)嚴(yán)格控制骨架位置，施焊順序由中間到兩邊，對稱地向兩端進(jìn)行，并先焊下部后焊上部，每條焊縫一次成形，相鄰的焊縫要分區(qū)對稱進(jìn)行跳焊。鋼筋混凝土保護(hù)層控制采用厚4.5 cm的C50高性能混凝土墊塊，呈梅花形布置，每平方米數(shù)量≥4個，確?；炷帘Ｗo(hù)層厚度滿足設(shè)計要求。

2.5.2 波紋管及錨具安裝

波紋管孔道的安裝時間要與鋼筋綁扎保持同步，自下而上逐層逐步安裝。波紋管采用U形卡予以固定，定位卡間距為直線段1.0 m，曲線段0.5 m，并保證管道位置準(zhǔn)確、線形順直、管道暢通。端部的錨墊板與波紋管中心應(yīng)垂直，管端接頭應(yīng)嚴(yán)密，其長度為被接管道內(nèi)徑的5倍。

穿束前應(yīng)全面檢查錨墊板和孔道。錨墊板位置應(yīng)準(zhǔn)確，孔道內(nèi)應(yīng)暢通，無水分和雜物，檢查制好的鋼絞線束綁扎是否牢固，端頭有無彎折現(xiàn)象。鋼絲束按長度和孔位編號，穿束時應(yīng)核對長度，對號穿入孔道，穿束一般采用人工直接穿束，較長的預(yù)應(yīng)力筋可借助一根φ5 mm的長鋼絲作為引線，用卷揚機進(jìn)行穿束，預(yù)留孔按設(shè)計規(guī)范要求，并需預(yù)留排氣、排水和灌漿孔。

2.5.3 預(yù)埋件安裝

預(yù)埋件應(yīng)位置準(zhǔn)確，預(yù)埋鋼筋應(yīng)綁扎牢固;對預(yù)埋件外露部分應(yīng)進(jìn)行防腐處理后方可預(yù)埋，預(yù)埋后在外露部分補涂一層面漆;混凝土澆筑前各種預(yù)埋、預(yù)留構(gòu)件必須得到相關(guān)專業(yè)的現(xiàn)場確認(rèn)。

2.6 梁體混凝土施工

2.6.1 優(yōu)化梁體混凝土配合比

梁體采用C50高性能混凝土，混凝土要具有良好泵送性和緩凝性，結(jié)合當(dāng)?shù)卦牧瞎?yīng)情況，經(jīng)過多次對比試驗，優(yōu)選出了滿足設(shè)計強度要求的配合比。理論配合比為水泥∶細(xì)骨料∶粗骨料∶水∶粉煤灰∶礦粉∶外加劑 =1∶2.03∶3.18∶0.44∶0.23∶0.20∶0.015 7。其中，水泥為P.O42.5普通硅酸鹽水泥，細(xì)骨料中砂細(xì)度模數(shù)2.6～3.0，粗骨料為 5～20 mm，粉煤灰為一級，外加劑為聚羧酸。坍落度要求(210±10)mm;初凝時間為8～10 h。

2.6.2 混凝土澆筑順序

V構(gòu)連續(xù)梁混凝土澆筑用2臺混凝土泵車左右對稱布料，另安排1臺備用?？v向澆筑順序為從橫隔梁附近位置開始向另一方向澆筑，保證每個作業(yè)面混凝土不超過初凝時間，同時保證內(nèi)模底板不得翻漿。橫向澆筑順序(如圖6所示):①自中腹板下料至底部倒角平為止，再向前澆筑;②自兩側(cè)腹板下料至邊腹板底部倒角平為止，再向前澆筑;③中腹板分層澆筑至頂板下倒角底部平為止，再向前澆筑;④邊腹板分層澆筑至頂板下倒角底部平為止，再向前澆筑;⑤頂板自中間向兩邊逐漸澆筑至頂板上倒角底部平為止，再向前澆筑;⑥中腹板分層澆筑至結(jié)束;⑦邊腹板分層澆筑至結(jié)束。

圖6 混凝土澆筑順序橫斷面示意(單位:mm)

2.6.3 混凝土溫控措施

在梁體每個施工段3個斷面即距梁端2 m，L/4，L/2處共設(shè)15個測溫點，每個斷面設(shè)置5個測溫點，具體設(shè)置位置為:① 距離頂板、邊腹板及底板外表面50～100 mm各1點共3點，測試混凝土表面溫度;②中腹板、邊腹板與頂板斜交處(截面最大處)各1點共設(shè)2點，預(yù)埋熱敏電阻感應(yīng)片，測試混凝土芯部溫度。

2.6.4 混凝土養(yǎng)護(hù)

混凝土養(yǎng)護(hù)從最早澆筑混凝土初凝后即開始進(jìn)行灑水養(yǎng)護(hù)，在箱梁頂板上覆蓋土工布，并使土工布保持潮濕，模板未拆除前向模板表面灑水降溫，箱梁外側(cè)用安裝在兩側(cè)的噴頭進(jìn)行灑水養(yǎng)護(hù)，使內(nèi)模板、混凝土表面在14 d內(nèi)保持濕潤狀態(tài)，對箱室內(nèi)進(jìn)行灑水、通風(fēng)、降溫，消除因內(nèi)外溫差引起的梁體混凝土表面裂縫。

2.7 預(yù)應(yīng)力施工

2.7.1 鋼絞線安裝

V構(gòu)連續(xù)梁預(yù)應(yīng)力筋主要分布在腹板以及腹板與底板交匯處梁體，大部分沿曲線設(shè)置。施工中P錨及全聯(lián)通長索采取“先穿法”(即在混凝土澆筑前將預(yù)應(yīng)力鋼絞線穿入波紋管)，其余預(yù)應(yīng)力索采取“后穿法”(即在混凝土澆筑前先穿內(nèi)襯管，混凝土澆筑后再將預(yù)應(yīng)力鋼絞線穿入波紋管)。

2.7.2 預(yù)應(yīng)力張拉

1)管道摩阻試驗。在預(yù)應(yīng)力張拉之前應(yīng)進(jìn)行管道摩阻試驗并與設(shè)計所采用的參數(shù)進(jìn)行對照，如出入比較大，應(yīng)提請設(shè)計方進(jìn)行進(jìn)一步的檢核，必要時需調(diào)整張拉力。

2)預(yù)應(yīng)力張拉順序。在梁體混凝土強度及彈性模量達(dá)到設(shè)計強度的100%，且梁體混凝土齡期＞7 d后，便可以進(jìn)行張拉;張拉采用4臺YCW 250型千斤頂從兩端同步對稱張拉，最大不平衡束不超過一束。張拉順序為先腹板束后頂板束，從外到內(nèi)左右對稱進(jìn)行，同一施工節(jié)段預(yù)應(yīng)力按縱向—橫向順序進(jìn)行。

3)孔道壓漿及封錨。當(dāng)預(yù)應(yīng)力鋼絞線張拉完成后48 h以內(nèi)進(jìn)行孔道壓漿，以防止預(yù)應(yīng)力筋銹蝕和松弛，預(yù)應(yīng)力管道壓漿采用真空輔助壓漿工藝，同一管道壓漿應(yīng)連續(xù)進(jìn)行，一次完成。對孔道阻塞或孔道灌漿密實情況有懷疑時，可局部鑿開或鉆孔檢查。

2.8 合龍段鎖定施工

拆除合龍段外其余各段的支架，在合龍口兩端混凝土中預(yù)埋型鋼件，在跨中加一對大小相等(P=6 000 kN)，方向相反的預(yù)應(yīng)力，安裝剛撐架，搭設(shè)合龍段臨時支架，澆筑合龍段混凝土。

3 施工質(zhì)量控制要點

3.1 支架的選用關(guān)鍵

選用碗扣式滿堂支架，充分利用了碗扣式支架靈活拼裝支架高度和分布傳遞荷載的優(yōu)點，一是有效地解決了魚腹式雙曲面連續(xù)箱梁梁底高程和支架基礎(chǔ)(跨越廣州地鐵2#，7#線地鐵結(jié)構(gòu)頂板)承載力為均布荷載的要求;二是通過預(yù)壓后得出的彈性、塑性變形值，確定出支架的預(yù)留沉降量，從而準(zhǔn)確地保證了橋梁截面尺寸與設(shè)計吻合。

3.2 模板的應(yīng)用關(guān)鍵

合理安排混凝土澆筑順序和在內(nèi)模底倒角處延伸0.6 m，底板及內(nèi)模設(shè)置I14工字鋼縱梁加鋼筋拉桿裝置，可有效地控制內(nèi)翻混凝土和防止芯模上浮。模板連接縫間距＞2 mm時應(yīng)用灰膏類填縫或貼膠帶密封。

3.3 各類埋件控制關(guān)鍵

新廣州站橋梁附屬工程主要有橋面布置、防排水布置、綜合接地、接觸網(wǎng)立柱預(yù)埋、伸縮裝置、防落梁措施等，對于橋梁結(jié)構(gòu)，重點盯控控制截面，細(xì)化到各個節(jié)段的施工中，如要重點盯控抗剪鋼筋的布置。使用的塑料波紋管必需符合《預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁用塑料波紋管》(JT/529—2004)所規(guī)定的材質(zhì)、壁厚、肋間距、剛度、柔韌性、耐溫度等各項指標(biāo);要求對波紋管道固定牢固，位置準(zhǔn)確。

3.4 混凝土施工控制關(guān)鍵

3.4.1 混凝土施工

澆筑前，要將模板內(nèi)的雜物、積水及鋼筋上的污垢清理干凈，模板內(nèi)面要刷脫模劑，模板接縫要堵塞嚴(yán)密;混凝土配比設(shè)計時，盡量減少水泥用量，摻加礦粉和粉煤灰降低水化熱;在混凝土攪拌時，在粗骨料中添加冰快降低混凝土入模溫度;混凝土運輸過程中，采取措施保證混凝土和易性和規(guī)定的坍落度，且選在每天最低溫度(在15℃ ～20℃)時進(jìn)行混凝土攪拌、澆筑。

3.4.2 混凝土養(yǎng)護(hù)

利用風(fēng)機對箱室內(nèi)吹風(fēng)和澆筑后利用預(yù)先布置冷卻水管及時通水散發(fā)熱量等措施對梁體進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，并將溫差控制上限為25℃，且養(yǎng)護(hù)時間≥14 d。

3.5 錨具安裝關(guān)鍵

預(yù)應(yīng)力采用ATM錨固體系，其中固定端P型錨為擠壓式，連接器為整體式多孔連接器。對于使用P型錨和連接器的預(yù)應(yīng)力體系，擠壓頭加工質(zhì)量非常重要，每擠壓完一個要清理擠壓模內(nèi)孔，不得有鋼絲碎塊存留，同時，必須檢查擠壓質(zhì)量，鋼絞線應(yīng)露出擠壓頭1～5 mm。

3.6 預(yù)應(yīng)力施工關(guān)鍵

3.6.1 預(yù)應(yīng)力張拉

V構(gòu)連續(xù)梁預(yù)應(yīng)力按設(shè)計分階段進(jìn)行張拉，張拉齡期按設(shè)計要求的混凝土強度指標(biāo)和彈性模量指標(biāo)雙控，在兩個指標(biāo)均滿足要求且梁體混凝土齡期 ＞7 d后，才可進(jìn)行預(yù)應(yīng)力張拉。預(yù)應(yīng)力束張拉時，實行伸長量和張拉力雙控，以張拉力為主、伸長量校核為輔的原則，兩端對稱、同步張拉，要求實測伸長量與設(shè)計伸長量誤差在±6%以內(nèi)，即為合格。

3.6.2 預(yù)應(yīng)力管道壓漿

孔道壓漿是預(yù)應(yīng)力施工的最后工序，壓漿質(zhì)量很難檢查，因此，預(yù)應(yīng)力張拉完畢，應(yīng)及時對預(yù)應(yīng)力管道壓漿。主要從壓漿材料、工藝等方面在施工過程中進(jìn)行有效的控制，壓漿作業(yè)時盡可能選擇在氣溫較低的時段進(jìn)行，水泥漿攪拌及壓漿時溫度應(yīng) ＜35℃，其漿體采用與梁體同標(biāo)號、同牌號的水泥，水灰比為0.29～0.35;漿體在拌和3 h后，其泌水率應(yīng)＜2%，且泌水應(yīng)在24 h內(nèi)被漿體完全吸收;稠度控制在13～18 s，在45 min內(nèi)，灰漿的稠度變化≤2 s;初凝時間≥3 h，終凝時間 ＞17 h;膨脹率 ＜5%;密度≥2 g/cm3;標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件下，7 d齡期的強度≥40 MPa，28 d齡期的強度≥50 MPa。

3.7 合龍鎖定關(guān)鍵

合龍段施工時，合龍溫度應(yīng)在15℃ ～20℃時鎖定鋼撐架，且所加頂力作用點應(yīng)在截面重心軸上或在截面重心軸上下緣，對稱于截面重心軸，待混凝土強度達(dá)到85%及齡期5 d后，便可按施工圖進(jìn)行張拉。

4 結(jié)語

隨著我國鐵路客運專線的大規(guī)模建設(shè)，大噸位異形斷面箱梁設(shè)計普遍應(yīng)用，對于大跨度橋梁工程施工支架體系選用，模板工程選材，鋼筋準(zhǔn)確布位的控制，提高高性能混凝土性能，底板混凝土澆筑施工工藝，混凝土施工中做好溫控養(yǎng)護(hù)措施，預(yù)應(yīng)力施工時如何預(yù)防管道堵塞、串漿以及確保預(yù)應(yīng)力張拉和壓漿質(zhì)量等方面還有待進(jìn)一步探討。

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［3］中華人民共和國鐵道部.TB10203—2002 鐵路橋涵施工規(guī)范［S］.北京:中國鐵道出版社，2002.

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