合蚌高鐵簡支箱梁快速制梁施工技術(shù)

■ 趙振波

根據(jù)我國《中長期鐵路網(wǎng)規(guī)劃》，至2 0 1 2年我國建成“四縱四橫”客運(yùn)專線鐵路網(wǎng)。我國建成客運(yùn)專線4 2條，總里程1.3萬k m?？瓦\(yùn)專線的橋梁一般占線路總里程的3 0％～6 0％，有些線路占到了8 0％以上。這些橋梁中以2 4 m和3 2 m預(yù)制箱梁為代表的常用跨度預(yù)制箱梁橋梁占了絕大部分。因此，箱梁預(yù)制成為控制項(xiàng)目工期的關(guān)鍵因素之一，直接影響項(xiàng)目的社會效益及經(jīng)濟(jì)效益，應(yīng)縮短箱梁預(yù)制周期，加快制梁速度，探索箱梁預(yù)制工藝，改進(jìn)生產(chǎn)流程，加快建設(shè)速度，特別是縮短制梁臺座的使用循環(huán)周期。

1 國內(nèi)外技術(shù)現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢

歐洲國家采用的橋梁跨徑較多，使梁體預(yù)制周期受到限制，制梁速度不高，建設(shè)速度較慢。日本處于地震多發(fā)地區(qū)，橋梁設(shè)計(jì)注重抗震要求，多采用跨徑較小的連續(xù)剛架橋或梁柱固結(jié)的板梁和T形梁，其預(yù)制速度較快。

通過京津、合武、合寧、武廣等鐵路客運(yùn)專線和跨海大橋的建設(shè)，我國（大陸地區(qū)）采用改進(jìn)箱梁生產(chǎn)線布置形式、優(yōu)化工藝措施、加強(qiáng)工裝設(shè)備及機(jī)械設(shè)備投入等方式，對縮短箱梁預(yù)制周期做了大量有益的探索。我國（大陸地區(qū)）箱梁預(yù)制對側(cè)?；顒硬贾玫呐_座平均制梁周期為5～7 d/孔，對側(cè)模固定布置的臺座平均制梁周期為4～5 d/孔。目前在高速公路、城市軌道交通及鐵路客運(yùn)專線橋梁建設(shè)中，箱梁平均生產(chǎn)周期為5～6 d/孔。箱梁預(yù)制周期調(diào)查見表1。

表1 我國（大陸地區(qū)）箱梁預(yù)制周期調(diào)查制梁場和生產(chǎn)線布置形式項(xiàng)目 箱梁類別 孔周期/d側(cè)模 底模 梁體移動形式及鋼筋施工京津城際鐵路 1#～3#梁場 5～7 滑動 輪軌式馱運(yùn)，分片吊裝4#～6#梁場 4～5 固定 單臺輪胎式吊運(yùn)，分片、整體均有合武鐵路 3 2 m雙線 6 固定 輪軌式馱運(yùn)，分片吊裝合寧線 3 2 m雙線 5 固定 2臺輪軌式直行吊運(yùn)，分片吊裝武廣高鐵線Ⅱ標(biāo) 長沙梁場 6 滑動 單臺輪胎式吊運(yùn)，整體吊裝淚廣羅州梁梁場場 77 滑滑動動 輪軌式馱運(yùn)，分片吊裝武廣高鐵新廣州站 清遠(yuǎn)梁場 4.5 固定 固定 單臺輪軌式9 0°吊運(yùn)，分片吊裝浙江舟山連島工程 6 0 m公路箱梁 8 滑動 2臺輪胎式9 0°吊運(yùn)，分片吊裝東海大橋 7 0 m公路箱梁 8 滑動 滑板馱運(yùn)，分片吊裝杭州灣跨海大橋 5 0 m公路箱梁 8 固定 滑板馱運(yùn)，分片吊裝7 0 m公路箱梁 8 滑動 2臺輪胎式轉(zhuǎn)向吊運(yùn)，分片吊裝武廣高鐵 上水口山梁場 5～7 固定 1臺輪軌式提梁機(jī)衡山梁場 4～6 固定 1臺輪胎式提梁機(jī)整孔吊運(yùn)

2 關(guān)鍵技術(shù)研究

通過對梁場生產(chǎn)線布置形式、快速制梁用耐久性混凝土的配合比試驗(yàn)、快速制梁自動溫度控制養(yǎng)護(hù)技術(shù)和關(guān)鍵工序施工工藝研究，縮短箱梁占用制梁臺座時間，實(shí)現(xiàn)快速制梁。

2.1 快速制梁生產(chǎn)線布置形式

梁場生產(chǎn)線布置形式根據(jù)制梁工裝的活動形式進(jìn)行劃分，制梁底模、外模均為固定和滑動2種形式；相應(yīng)的臺座設(shè)計(jì)及鋼筋綁扎與吊裝、梁體起移等工藝設(shè)計(jì)有具體區(qū)別。梁體鋼筋綁扎吊裝工藝關(guān)系到相應(yīng)配套臺座的設(shè)置。底腹板鋼筋及頂板鋼筋分開綁扎，分次吊裝入模，需要分別設(shè)置底腹板鋼筋綁扎臺座及頂板鋼筋綁扎臺座；底腹板鋼筋及頂板鋼筋一次綁扎完成，進(jìn)行整體吊裝或連同內(nèi)模吊裝入模，僅需設(shè)置一個鋼筋綁扎臺座。梁體起移工藝可分為馱運(yùn)（橫向、縱向）及吊運(yùn)（輪軌式、輪胎式）形式，不同的移梁工藝關(guān)系到梁場移梁通道設(shè)計(jì)，直接影響梁場的總體布局。根據(jù)需要分別組合，形成變化多樣的生產(chǎn)線。

合蚌高鐵水湖制梁場從“快速”角度出發(fā)，并兼顧經(jīng)濟(jì)性的原則，開展箱梁預(yù)制場生產(chǎn)線布置形式研究，對比分析各類方案的優(yōu)缺點(diǎn)，提出快速制梁基本生產(chǎn)線布置形式。

（1）壓縮工序，化繁為簡，優(yōu)化整合工序，縮短工序銜接時間。鋼筋綁扎在鋼筋綁扎臺座上一次完成，整體吊裝進(jìn)入制梁臺座，內(nèi)模后穿入鋼筋籠，盡量減少鋼筋、模板的調(diào)整工作量。

（2）開發(fā)及配置功能強(qiáng)大、技術(shù)先進(jìn)的工裝設(shè)備，研制滑動式蒸養(yǎng)棚罩，提高混凝土蒸汽養(yǎng)護(hù)效率等。

（3）進(jìn)行經(jīng)濟(jì)、技術(shù)比選，立足建場費(fèi)用經(jīng)濟(jì)、預(yù)制技術(shù)先進(jìn)的規(guī)劃設(shè)計(jì)，合理安排各功能臺座的相對位置關(guān)系，減少土地占用。

針對現(xiàn)有生產(chǎn)線進(jìn)行分析及吸取各生產(chǎn)線優(yōu)點(diǎn)，水湖制梁場在采用1個制梁臺座對應(yīng)1套外模方案基礎(chǔ)上，規(guī)劃出快速制梁的生產(chǎn)線布置形式。采用底模、側(cè)模固定，鋼筋整體吊裝入模的方案?；旧a(chǎn)線布置包括6個制梁臺座、4個鋼筋綁扎臺座和6個內(nèi)模存放臺座?；炷翝仓瓿珊箪o停4 h即進(jìn)行蒸汽養(yǎng)護(hù)作業(yè)，在預(yù)期時間內(nèi)達(dá)到初張拉強(qiáng)度后拆除模板，進(jìn)行預(yù)、初張拉和起移梁作業(yè)，完成箱梁預(yù)制作業(yè)。

水湖制梁場通過采用快速制梁生產(chǎn)線的設(shè)計(jì)布置形式，梁場建設(shè)占地面積小，場建投入費(fèi)用低；梁場分區(qū)明確、布置緊湊，各工序互不干擾，便于組織平行流水作業(yè)；精簡了工序流程，提高了工作效率，達(dá)到快速制梁效果，提高了制梁臺座周轉(zhuǎn)效率，箱梁快速預(yù)制工序環(huán)環(huán)相扣，緊密配合，創(chuàng)新了管理模式和理念。

2.2 快速制梁用耐久性混凝土配合比試驗(yàn)

快速制梁中的混凝土早期等強(qiáng)時間是關(guān)鍵工序之一，為實(shí)現(xiàn)快速制梁需研發(fā)適用于快速制梁用的耐久性混凝土，其物理力學(xué)及耐久性指標(biāo)應(yīng)滿足規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)要求，同時具有養(yǎng)護(hù)時間短、施工工作性能好、混凝土初張等強(qiáng)時間短等性能。

合蚌高鐵水湖制梁場在耐久性混凝土優(yōu)化設(shè)計(jì)上開展了3方面試驗(yàn)研究：一是快速制梁用復(fù)合高活性礦物摻和料配伍技術(shù)。降低水化熱，改善混凝土和易性和耐久性；二是快速制梁用復(fù)合超塑化劑配伍技術(shù)。通過高效減水劑與少量輔助劑復(fù)合，提高與膠凝材料的適應(yīng)性，適度降低水膠比和縮短初凝時間，適當(dāng)減少混凝土初張等強(qiáng)時間；三是快速制梁蒸汽養(yǎng)護(hù)制度的優(yōu)化設(shè)計(jì)。尋找主要影響因素，選擇最佳蒸汽養(yǎng)護(hù)制度，縮短混凝土養(yǎng)護(hù)時間。

采用上述技術(shù)措施并通過大量試驗(yàn)研究，水湖制梁場配制的混凝土4 0 h抗壓強(qiáng)度達(dá)到預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁初張拉設(shè)計(jì)要求，彈性模量、滲透性能、抗凍性能和徐變等各項(xiàng)性能指標(biāo)滿足規(guī)范要求。經(jīng)鐵道部產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心橋基站測試，蒸汽養(yǎng)護(hù)混凝土的疲勞性能滿足高性能混凝土相關(guān)技術(shù)要求。

2.3 快速制梁自動溫度控制養(yǎng)護(hù)技術(shù)

傳統(tǒng)的混凝土蒸汽養(yǎng)護(hù)的溫度測控一般由人工完成，測溫時間間隔長，精度低，不能實(shí)時、準(zhǔn)確、全面地測量梁體各個部位的溫度，包括混凝土內(nèi)部水化熱的分布規(guī)律。因此，不能從根本上解決橋梁蒸養(yǎng)時混凝土內(nèi)外溫差控制及各個部位溫度基本均衡等問題，難以保證混凝土箱梁的高質(zhì)量和實(shí)現(xiàn)快速制梁。

為解決蒸汽養(yǎng)護(hù)存在的問題，合蚌高鐵水湖制梁場根據(jù)箱梁施工規(guī)范，設(shè)計(jì)合理的蒸汽養(yǎng)護(hù)制度，研究自動溫度控制養(yǎng)護(hù)工藝。設(shè)定一條蒸汽養(yǎng)護(hù)環(huán)境溫度曲線，自動溫度控制系統(tǒng)按工藝曲線控制梁體養(yǎng)護(hù)環(huán)境溫度和時間，確保蒸汽養(yǎng)護(hù)最佳效果。采用自動化蒸汽養(yǎng)護(hù)溫度控制系統(tǒng)可大范圍多點(diǎn)測量，有效實(shí)現(xiàn)對混凝土箱梁內(nèi)部溫度、表面溫度及環(huán)境溫度進(jìn)行全過程自動監(jiān)控，并在蒸汽養(yǎng)護(hù)過程中自動調(diào)控溫度。自動溫度控制養(yǎng)護(hù)系統(tǒng)見圖1。

2.4 快速制梁關(guān)鍵工序施工工藝研究

快速制梁工藝流程見圖2。

（1）模板施工工藝研究。目前國內(nèi)絕大多數(shù)梁場采用固定式底模、拖拉式外模方式，制梁時每生產(chǎn)一孔梁需拆除、移動、安裝外模一次。合蚌高鐵水湖制梁場根據(jù)快速制梁工藝要求，采用固定底模及外模方式，外模不再拆、裝和移動，只需進(jìn)行清理即可進(jìn)行下步工序，節(jié)約了時間。

（2）鋼筋施工工藝。鋼筋整體綁扎和整體吊裝。整孔箱梁鋼筋骨架吊裝方式：一是底腹板鋼筋、頂板鋼筋分體吊裝（內(nèi)模吊入鋼筋籠）；二是底腹板鋼筋、頂板鋼筋分體吊裝（內(nèi)模穿入鋼筋籠）；三是底腹板鋼筋、頂板鋼筋整體吊裝（內(nèi)模穿入鋼筋籠）；四是底腹板鋼筋、頂板鋼筋、內(nèi)模整體吊裝（內(nèi)模吊入鋼筋籠）；五是底腹板鋼筋、頂板鋼筋、內(nèi)模整體吊裝（內(nèi)模穿入鋼筋籠）。

以通橋（2 0 0 8）2 3 2 2 A-Ⅱ3 2 m箱梁（有聲屏障含C型接觸網(wǎng)基礎(chǔ)）為例，5種吊裝方式特點(diǎn)見表2。

水湖制梁場選定第3種吊裝方式，吊裝質(zhì)量較輕（6 5.7 t），頂板鋼筋和腹板鋼筋逐根對位綁扎，綁扎質(zhì)量好，僅需吊裝1次，作業(yè)效率高，其工藝流程見圖3。

3 快速制梁研究成果

（1）快速制梁生產(chǎn)線布置方案占地面積小，場建投入費(fèi)用低，梁場分區(qū)明確、布置緊湊，各工序互不干擾，便于組織平行流水作業(yè)；精簡了工序流程，提高了工作效率，達(dá)到快速制梁效果，提高了制梁臺座的周轉(zhuǎn)效率。

表2 吊裝方式特點(diǎn)序鋼筋籠質(zhì)量/t 內(nèi)模號 鋼筋籠吊裝方式 質(zhì)量/t 吊裝特點(diǎn)頂板 底腹板 總重底腹板鋼筋、頂板鋼筋最大吊裝質(zhì)量為內(nèi)模質(zhì)量，7 2 t；頂板和腹板1分體吊裝（內(nèi)模吊入鋼 鋼筋對位綁扎困難，耗時長，整體性差；吊裝3筋籠） 次，龍門吊用時多，效率低底腹板鋼筋、頂板鋼 最大吊裝質(zhì)量為底腹板鋼筋質(zhì)量，3 5.2 t；頂板2筋分體吊裝（內(nèi)模穿入 和腹板鋼筋對位綁扎困難，耗時長，整體性差；鋼筋籠） 吊裝2次，效率較低底腹板鋼筋、頂板鋼筋 最大吊裝質(zhì)量為梁體鋼筋籠質(zhì)量，6 5.7 t；頂板3整體吊裝（內(nèi)模穿入鋼 和腹板鋼筋逐根對位綁扎，整體性好，需增加筋籠）3 5.2（含 “假內(nèi)模”；吊裝1次，效率高3 0.5抽拔管6 5.7 7 2約5 t） 最大吊裝質(zhì)量為梁體鋼筋和內(nèi)模質(zhì)量之和，底腹板鋼筋、頂板鋼1 3 7.7 t；頂板和腹板鋼筋逐根對位綁扎，整體性4筋、內(nèi)模整體吊裝（內(nèi) 好，需增加“假內(nèi)模”，吊裝技術(shù)難度大，鋼筋籠模吊入鋼筋籠） 易變形且不易調(diào)整；吊裝2次，效率較低最大吊裝質(zhì)量為梁體鋼筋和內(nèi)模質(zhì)量之和，底腹板鋼筋、頂板鋼1 3 7.7 t；頂板和腹板鋼筋逐根對位綁扎，整體性5筋、內(nèi)模整體吊裝（內(nèi) 好，需增加“假內(nèi)?！保跹b技術(shù)難度大，鋼筋模穿入鋼筋籠） 籠易變形且不易調(diào)整；吊裝1次，效率高，但場地規(guī)劃布置困難

（2）通過混凝土配合比試驗(yàn)研究得到的耐久性混凝土配合比設(shè)計(jì)，進(jìn)一步豐富和完善了配合比設(shè)計(jì)技術(shù)，具有較強(qiáng)的實(shí)用價值和指導(dǎo)意義。建立在模擬試驗(yàn)基礎(chǔ)上的養(yǎng)護(hù)工藝制度是實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場蒸汽養(yǎng)護(hù)科學(xué)化的途徑，為今后制定蒸汽養(yǎng)護(hù)制度和保證蒸汽養(yǎng)護(hù)效果提供了技術(shù)思路。

（3）采用自動溫度控制養(yǎng)護(hù)系統(tǒng)對箱梁進(jìn)行蒸汽養(yǎng)護(hù)，可使箱梁各部位環(huán)境蒸汽分布均勻，達(dá)到最佳養(yǎng)護(hù)效果。采用大范圍多點(diǎn)測量、分區(qū)段控制供氣方法，可實(shí)時、真實(shí)測量全梁內(nèi)外溫度，實(shí)時記錄保存溫度歷程曲線，全過程自動控制供氣量，加快了混凝土早期強(qiáng)度的增長。

（4）快速制梁采用底模、側(cè)模固定，鋼筋整體吊裝入模的布置方案，在相同生產(chǎn)效率下，占地面積小，節(jié)約模板拼裝占用臺座時間。

（5）利用整體鋼筋綁扎胎具綁扎鋼筋位置精確，底腹板和頂板鋼筋有效聯(lián)結(jié)成一個整體，提高了鋼筋籠的整體性，鋼筋綁扎占用臺座時間大大減少。

快速制梁研究將各工序時間盡量壓縮，使箱梁盡早提出制梁臺座，減少制梁臺座占用時間，實(shí)現(xiàn)快速制梁。