客運專線32m簡支箱梁原位現(xiàn)澆施工技術(shù)

耿蓓

(中鐵十九局集團第五工程有限公司，遼寧大連 116200)

客運專線32m簡支箱梁原位現(xiàn)澆施工技術(shù)

耿蓓

(中鐵十九局集團第五工程有限公司，遼寧大連 116200)

依據(jù)地形地勢，結(jié)合各種施工方案對比選擇了鋼管貝雷梁支架體系進行32 m簡支箱梁原位現(xiàn)澆施工，同時闡述施工工藝特點及控制要點。

客運專線;簡支箱梁;現(xiàn)澆;施工

1 工程概況

武廣鐵路客運專線東湖特大橋全長22251.15 m，有32m預(yù)應(yīng)力混凝土簡支箱梁64孔，梁截面類型為單箱單室等高截面，梁端頂板、底板及腹板局部向內(nèi)側(cè)加厚。梁面寬13.14 m，防撞墻內(nèi)側(cè)凈寬9.14m，梁長32.16m，計算跨度為31.1m，梁高3.05m。由于橋址處在城鄉(xiāng)結(jié)合部，永久征地僅有18m寬，臨時用地征用難、費用高，在綜合對比滿堂支架及鋼管支墩貝雷梁支架體系的基礎(chǔ)上，最終選擇采用占地面積小、模板整體過孔且過孔速度快的鋼管支墩貝雷梁支架體系作為最終施工方案。

2 支架布置及受力計算

2.1 支架布置

采用鋼管立柱與貝雷梁配合使用組成箱梁現(xiàn)澆支架體系，臨時支架基礎(chǔ)處理時先挖除地表松散土至承載力較高的硬塑土，用碎石土進行換填，換填層高出原地面20cm以上，在處理好的基礎(chǔ)上鋪5 cm細砂找平層，然后安放250cm×250cm×40cm的鋼筋混凝土預(yù)制塊。每孔箱梁設(shè)4排鋼管支架墩，每排鋼管支架墩由5組鋼管支架組成，每組鋼管支架由4根Ф219×10mm鋼管加工而成，兩端2排支架支撐在承臺上，跨中2排支架支撐在混凝土預(yù)制塊上，4排鋼管支架的中心間距為845.1、133.845 cm。鋼管支架墩的每根鋼管上設(shè)置能調(diào)整高度的砂箱，砂箱上橫向設(shè)置I50型鋼做橫向承重梁，支架布置如圖1～圖4所示。

2.2 支架檢算

箱梁荷載除考慮梁體自重外，還需考慮模板及支架重量、施工荷載(人、料、機等)，32m預(yù)應(yīng)力簡支箱梁箱體橫向6.7m范圍的全部荷載為梁體自重6586kN、施工荷載1423kN，貝雷片560kN，分配梁、方木等其他構(gòu)件320kN，合計8889kN，按9000kN計算。

2.2.1 箱體中間6.7 m寬度檢算

根據(jù)現(xiàn)澆箱梁的截面特點，箱梁荷載主要集中在箱體橫向6.7m寬的范圍內(nèi)，箱梁范圍內(nèi)的均布荷載q=9000/32.6=276107kN/m，貝雷梁最大彎矩Mmax=3661103kN·m，最大剪力Qmax=1421176kN，查《裝配式公路鋼橋多用途使用手冊(第一版)》表3－6，單層單排貝雷梁，允許彎矩為［M］=78812 kN ·m，允許剪力為［Q］=24512 kN，單片貝雷梁的W=357815 cm3，I=25049712 cm4。按彎矩作為主要控制因素計算:所需貝雷梁片數(shù)n=Mmax/［M］=4.64;按剪力作為主要控制因素計算:所需貝雷梁片數(shù)n =Qmax/［Q］=5.8。

可以看出，剪力是控制箱梁箱體下貝雷梁片數(shù)的主要因素，綜合考慮貝雷梁間的連接及箱梁的整體尺寸，實際施工時在箱梁箱體6.7m范圍內(nèi)布置10片貝雷梁，撓度f=5ql/(384EI)=7.8mm＜10300/ 400=25.8 mm，支架體系完全能滿足現(xiàn)澆梁施工要求。

2.2.2 鋼管支墩檢算

箱梁支架現(xiàn)澆段最不利處墩身高度為15.5 m，除去支架頂部貝雷梁高度1.5m，鋼管支架最不利高度為14m，每個支墩由4根Ф219×10mm鋼管組成，根據(jù)箱梁箱體范圍內(nèi)總荷載9000kN，按均布荷載考慮，q=9000/32.6=276.1kN/m，跨中每排鋼管支墩承受的壓力F=276.1×11.33/2+276.1×8.45/2= 2730.6 kN，根據(jù)布置圖知應(yīng)由每排支架墩的中間3個鋼管支架來承受，則中間每個鋼管支架必須承受的壓力為910.2 kN，每根Ф219鋼管必須承受的壓力為227.6 kN。鋼管截面面積A=π/4(2192－1992) =6565.9 mm2，則壓應(yīng)力σ=N/A=34.7MPa＜f=215MPa，所選擇的鋼管強度能滿足規(guī)范要求。

2.2.3鋼管支架的組合特性檢算

截面面積A=π(2192－1992)=26263.6mm2，慣性矩Ix=1.124×106mm2，回轉(zhuǎn)半徑i=(Ix/A)l/2 =654.2 mm，則長細比λmax=l/i=21.4＜［λ］=150，故鋼管支架的剛度滿足要求。

2.2.4 地基承載力檢算

鋼管支架安放在2.5m×2.5m×0.4m鋼筋混凝土預(yù)制塊上，根據(jù)以上計算每組鋼管支架承受910kN的荷載，則基礎(chǔ)壓應(yīng)力P=(N+G)/A=156kPa，根據(jù)地質(zhì)勘察資料及試驗室現(xiàn)場測定的地基承載力，硬塑土和換填層的地基承載力均在180kPa以上，能滿足現(xiàn)澆梁的施工要求。

3 支架預(yù)壓及預(yù)拱度設(shè)置

箱梁支架及模板安裝完成后要進行全面檢查，確認安全可靠后再根據(jù)技術(shù)規(guī)范的要求對每孔支架進行加載預(yù)壓，預(yù)壓的目的是為了消除支架的非彈性變形，收集支架、地基的彈性變形數(shù)據(jù)，作為箱梁設(shè)置預(yù)拱度的依據(jù)，預(yù)拱度設(shè)置時要考慮張拉上拱、支架彈性變形的影響。預(yù)壓荷載為梁體重量和施工荷載的115% ，按照箱梁的荷載分布進行加載，采用砂袋和鋼筋堆碼。為避免裝卸載施工干擾，沉降觀測點布置在箱梁模板的下部，采用水準儀倒讀塔尺的方法進行觀測。預(yù)壓觀測點布設(shè)如下:每跨縱橋向設(shè)7個斷面，每個斷面橫向布設(shè)5個測點并進行編號，分別設(shè)在兩側(cè)翼緣板、兩腹板，梁中心線底板。

預(yù)壓前調(diào)好模板，測量所有觀測點高程后開始加載，加載順序同混凝土澆筑順序(從箱梁的兩端向跨中對稱推進)，按0→50%→80%→115%順序分級加載。每級加載完成后每2h觀測1次，直到支撐變形穩(wěn)定為止。卸載順序與加載正好相反，并做好沉降觀測點高程測量。根據(jù)每次沉降記錄繪制沉降曲線，并根據(jù)沉降值進行計算，確定箱梁支架體系的實際撓度值。根據(jù)箱梁的設(shè)計預(yù)拱度和支架體系的變形所計算出的預(yù)拱度之和，為預(yù)拱度的最高值。其他各點的預(yù)拱度以中間點為最高值，以梁的兩端點為零點，按二次拋物線進行分配設(shè)置。

箱梁支架體系預(yù)拱度設(shè)置應(yīng)考慮以下因素:地基彈性沉降、鋼管支架的彈性壓縮量、砂箱的彈性壓縮量、結(jié)構(gòu)的彈性壓縮量和箱梁結(jié)構(gòu)設(shè)計預(yù)拱度等。對于地基沉降，根據(jù)預(yù)壓結(jié)果地基沉降為2～4mm，鋼管支架的變形量經(jīng)計算最大為6mm，而非彈性壓縮量已通過預(yù)壓消除。圖紙要求32m預(yù)應(yīng)力箱梁的設(shè)計預(yù)拱度為11.7mm，按二次拋物線變化計算各點的設(shè)計預(yù)拱度，即δx=δ(1－4X2/L2)，施工預(yù)拱度為支架變形值+設(shè)計預(yù)拱度，底模頂面高程=梁底設(shè)計高程+δ2+δx。

4 施工控制要點

4.1 原材料質(zhì)量控制

水泥:采用水化熱和收縮性較小的水泥，摻入適量的粉煤灰與礦粉。

骨料:粗骨料選用粒徑均勻、級配良好、堿活性小、質(zhì)地堅硬、級配良好的石灰?guī)r、花崗巖、輝綠巖等碎石。嚴格控制砂、石子的含泥量，必要時用洗石機進行清洗，確保將含泥量控制在驗標要求內(nèi)。嚴格檢測砂、石子的含水量。在混凝土攪拌機上安裝同位素檢測儀，及時檢測砂、石子的含水量，自動調(diào)整供水量，保證水灰比穩(wěn)定準確。

4.2 波紋管安裝

為防止在澆筑混凝土過程中波紋管變形或局部擠裂漏漿而堵塞管道，應(yīng)用定位鋼筋進行準確定位，在曲線部位時定位鋼筋要加密。波紋管連接處的縫隙應(yīng)用膠帶紙包裹纏牢，防止水泥漿滲入。澆筑前應(yīng)用灌水法檢查波紋管的密封性及各接頭的牢固性，做完密封性試驗后用高壓風將管道內(nèi)殘留的積水吹出，同時波紋管內(nèi)部臨時插入2根外徑較預(yù)應(yīng)力波紋管內(nèi)徑稍小的硬塑料管，在澆筑混凝土過程中，要每間隔一段時間對硬塑料管進行抽動，直到腹板澆筑完成，以防止水泥漿堵塞波紋管。實踐結(jié)果表明，采用上述措施能確保預(yù)應(yīng)力波紋管不變形、不堵塞。

4.3 混凝土澆筑順序

混凝土澆筑應(yīng)分層連續(xù)并在初凝時間內(nèi)澆筑完成，先從兩端向中間，先底板后腹板再頂板。混凝土振搗以插入式振動棒為主，附著式振動器輔助振搗，要特別注意腹板底腳及錨墊板附近混凝土的密實度，由于箱梁內(nèi)模采用無底式結(jié)構(gòu)，箱梁澆筑腹板至下圓弧角處時，混凝土坍落度宜控制在180mm左右，水平分層澆筑，控制混凝土澆筑速度，并派專人負責觀察振搗時混凝土的流向，控制標準以混凝土停止流動時腹板混凝土面在圓弧角上30cm為宜。

4.4 混凝土澆筑時間控制

客運專線驗標要求箱梁混凝土澆筑時間不宜超過6h。為確保箱梁混凝土質(zhì)量，必須提前制定科學(xué)可行施工方案，采用全新有效的施工工藝和保證措施進行控制，對施工人員進行認真仔細的交底和分工，使每一個施工人員都明確自己的工作和職責，并定出獎罰措施。所有的機械設(shè)備要進行全面的檢修和保養(yǎng)，施工時要有備用設(shè)備，防止發(fā)生意外。

4.5 預(yù)應(yīng)力筋安裝及張拉控制

考慮張拉端的工作長度后進行鋼絞線下料，完成后要進行編束，在編束前應(yīng)用專用工具將鋼絞線束梳理一下，將鋼束端頭做成圓錐狀，以防鋼束在波紋管接頭處引起波紋管翻卷，堵塞孔道。預(yù)應(yīng)力筋張拉前，首先應(yīng)用高壓水沖洗孔道，并用高壓風槍將孔道殘余的積水清理干凈，在混凝土強度達到設(shè)計要求后盡早進行預(yù)張拉，以防止梁體局部出現(xiàn)裂紋。預(yù)應(yīng)力鋼絞線張拉采用張拉應(yīng)力及伸長量雙控措施，張拉應(yīng)力值以油壓表讀數(shù)為主，以鋼絞線伸長值做校核，兩者的偏差不超過±6%，每束鋼束張拉程序為:0→20%δcon→100%δcon(持荷5min)→回油錨固。

4.6 脫模

在混凝土芯部與表層、表層與環(huán)境之間的溫差以及箱梁腹板內(nèi)外側(cè)混凝土之間的溫差均不大于15℃并達到初張拉強度時，松脫內(nèi)模進行初張拉，初張拉完成后拆除箱梁底側(cè)模及支架。

4.7 混凝土養(yǎng)護

混凝土初凝后，在箱梁表面布置水管并覆蓋土工布，并進行灑水養(yǎng)護，灑水次數(shù)以混凝土表面潮濕為度，同時在箱體內(nèi)用塑料薄膜覆蓋嚴密，向箱體內(nèi)注水進行降溫，注水時應(yīng)該注意塑料薄膜不能有破損。當環(huán)境溫度低于5℃時，混凝土表面禁止灑水，采用土工布進行覆蓋，外面再包裹一層塑料布進行封閉保溫。

5 總結(jié)

5.1 箱梁混凝土裂縫防治措施

(1)控制混凝土的入模溫度和環(huán)境溫度，加強混凝土養(yǎng)護，保證梁體溫度與環(huán)境溫差不大于15～20℃，避免由溫度差產(chǎn)生引起的裂縫。

(2)按設(shè)計要求及時進行預(yù)張拉，防止混凝土早期裂縫的產(chǎn)生。(3)準確設(shè)置保護層，避免產(chǎn)生構(gòu)造裂縫。

5.2 徐變變形控制

(1)控制混凝土工作應(yīng)力，施工中嚴格按設(shè)計要求施加預(yù)應(yīng)力，不得隨意進行超張拉。

(2)加載齡期對徐變變形控制有兩個階段，一是預(yù)加應(yīng)力時混凝土齡期，二是橋面附屬工程混凝土澆筑齡期，應(yīng)適當延長混凝土的加載齡期，可以有效控制徐變引起的上拱。

［1］TB10203—2002.鐵路橋涵施工規(guī)范［S］.

［2］薛吉崗.客運專線鐵路混凝土的耐久性指標及施工質(zhì)量控制措施［J］.鐵道標準設(shè)計，2006，(8)

［3］吳錫平，楊箭.銅黃高速公路現(xiàn)澆箱梁施工技術(shù)［J］.鐵道標準設(shè)計，2006，(4)

U445.57

A

1009－5462(2011)04－0048－04

2011－11－28

耿蓓，女，河北邯鄲人，中鐵十九局集團第五工程有限公司助理工程師。

［責任編校:張彩紅］