通橋(2012)2209 T梁施工難點(diǎn)探討

趙培顯，馬 萌

(1.中鐵豐橋橋梁有限公司，北京 100070;2.中鐵電氣化局北京建筑工程有限公司，北京 100039)

鐵道部經(jīng)濟(jì)規(guī)劃研究院于2012年11月發(fā)布了《時(shí)速200 km客貨共線鐵路預(yù)制后張法簡(jiǎn)支T梁(設(shè)聲屏障)》圖號(hào):通橋(2012)2209通用參考圖［1］(以下稱2209梁)。該梁型是為滿足橋上設(shè)聲屏障而設(shè)計(jì)，其他使用條件與原來(lái)2201梁［2］相同。對(duì)施工企業(yè)而言，2209梁與2201梁不同點(diǎn)主要是:梁體混凝土強(qiáng)度等級(jí)提高為C60(2201梁為C55);梁安裝就位后，橋面板要橫向張拉聯(lián)接;部分橋面板在現(xiàn)場(chǎng)澆筑。

據(jù)了解，該梁型自發(fā)布以來(lái)還沒(méi)有生產(chǎn)使用。主要原因是相關(guān)施工企業(yè)認(rèn)為施工難度大，尤其是現(xiàn)澆橋面板，沒(méi)有切實(shí)可行的施工方案。下面針對(duì)這幾個(gè)變化，分析探討2209梁施工方案。

1 預(yù)制梁生產(chǎn)

依據(jù)現(xiàn)在市場(chǎng)供應(yīng)的水泥、添加劑和粗細(xì)骨料，施工單位應(yīng)該可以配置出合格的C60混凝土。

1.1 預(yù)制梁橋面板波紋管直徑確定

針對(duì)橋面板橫向張拉，預(yù)制梁預(yù)制橋面板部分需要預(yù)留橫向管道。通用參考圖中設(shè)計(jì)橋面板橫向預(yù)應(yīng)力筋管道采用內(nèi)徑50 mm金屬波紋管成孔，32 m梁共計(jì)34個(gè)管道。如圖1所示，原2201梁橫隔板管道內(nèi)徑60 mm，內(nèi)穿4根鋼絞線，孔位累積誤差允許27 mm，現(xiàn)在2209梁橋面板橫向管道內(nèi)徑50 mm，內(nèi)穿3根鋼絞線，孔位累積誤差允許20 mm，孔位控制精度提高了7 mm，且橫向管道數(shù)量增加了較多。現(xiàn)行《預(yù)制后張法預(yù)應(yīng)力混凝土鐵路橋簡(jiǎn)支T梁技術(shù)條件》(TB/T 3043—2005)［3］要求產(chǎn)品橫向管道各方向控制在5 mm內(nèi)，兩片梁?jiǎn)蜗蛟试S偏差10 mm，這樣留給架設(shè)4片梁只有10 mm偏差，而架梁支座下底板中心與墩臺(tái)縱向錯(cuò)動(dòng)量［4］:墩臺(tái)高度 ＜30 m，20 mm，墩臺(tái)高度≥30 m，15 mm。建議2209梁橋面板管道內(nèi)徑改為60 mm，降低孔位控制精度要求［5］。

1.2 橋面板波紋管定位方案

如圖2和圖3所示，用外經(jīng)60 mm芯棒插入并撐起波紋管，芯棒由定位結(jié)構(gòu)件支撐，定位結(jié)構(gòu)件與側(cè)模板段等長(zhǎng)(或?yàn)閭?cè)模板長(zhǎng)度一半)，依據(jù)梁場(chǎng)工藝規(guī)定的底模理論反拱值加工相應(yīng)位置的芯棒定位孔。定位結(jié)構(gòu)件通過(guò)螺栓聯(lián)結(jié)3固定在側(cè)模板上，并設(shè)置上下、縱向位置調(diào)節(jié)螺栓，通過(guò)調(diào)節(jié)螺栓調(diào)整定位結(jié)構(gòu)件位置，滿足波紋管的定位要求。用綁線把波紋管與橋面板鋼筋適當(dāng)捆綁，使波紋管沿芯棒縱向定位。

1.3 橫向管道定位基準(zhǔn)和測(cè)量方法

由于管道數(shù)量多，施工(包括預(yù)制梁和架梁)中必須明確統(tǒng)一正確的定位基準(zhǔn)?？v向應(yīng)該以梁跨中心線為基準(zhǔn)。預(yù)制梁時(shí)要以跨中中心線定位每個(gè)橫向管道(支模和安裝支座板也以跨中線定位)，精度控制在±3 mm，避免了形成累積誤差。按上述波紋管定位方案測(cè)量一根芯棒即可確定定位結(jié)構(gòu)件縱向位置。架梁前，在梁頂面畫(huà)出梁跨中心線，架梁時(shí)以此線對(duì)齊定位每片梁的縱向位置。梁高度方向管道定位應(yīng)該以梁兩端支座板處底模為基準(zhǔn)，向上延伸至模型頂面(可在端模上做出定位，定位高度為梁高加測(cè)量操作空間尺寸)，內(nèi)外側(cè)通長(zhǎng)拉2根測(cè)量線，按梁場(chǎng)工藝規(guī)定的底模理論反拱值測(cè)量定位結(jié)構(gòu)件上的前后2根芯棒，精度控制在±3 mm，即可確定定位結(jié)構(gòu)件豎向位置。這樣既消除了模板的累積誤差，也避免了底模反拱誤差對(duì)管道位置的影響。采用這套測(cè)量定位方法，預(yù)制梁橫向管道位置與設(shè)計(jì)位置偏差各向可控制在標(biāo)準(zhǔn)［3］要求的5 mm內(nèi)，快捷方便。同時(shí)產(chǎn)品檢驗(yàn)也應(yīng)采用這套測(cè)量定位方法。

圖1 橫向管道孔位誤差(單位:mm)

圖2 波紋管定位裝置橫斷面

圖3 波紋管定位裝置立面

1.4 橫向管道各環(huán)節(jié)誤差分析

從梁預(yù)制到架梁組合成橋，橫向管道從成型到對(duì)位要經(jīng)過(guò)多個(gè)環(huán)節(jié)和工裝保障位置準(zhǔn)確。由于各環(huán)節(jié)方法和工裝不同，精度保證能力不在同一數(shù)量級(jí)，僅就誤差大的幾處進(jìn)行了分析。采用上述管道定位方案和定位測(cè)量方法，預(yù)制梁橫向管道位置可控制在標(biāo)準(zhǔn)［3］要求的5 mm內(nèi)，相臨兩片梁管道由此形成的線性誤差10 mm。架梁時(shí)以第一片梁跨中心為基準(zhǔn)，雙線4片梁其余梁片跨中心偏差控制在8 mm內(nèi)，4片梁誤差累積16 mm內(nèi)，兩項(xiàng)誤差疊加為26 mm，可以滿足橫隔板處最大27 mm極限值。

這里梁跨中心偏差要求8 mm，4片梁誤差累積16 mm。顯然嚴(yán)于文獻(xiàn)［4］中對(duì)架梁支座下底板中心與墩臺(tái)縱向錯(cuò)動(dòng)量要求產(chǎn)生的梁片間錯(cuò)動(dòng)量40 mm(墩臺(tái)高度＜30 m)，30 mm(墩臺(tái)高度≥30 m)的要求。單線2片梁時(shí)，若按文獻(xiàn)［4］中對(duì)架梁支座下底板中心與墩臺(tái)縱向錯(cuò)動(dòng)量要求產(chǎn)生的梁片間錯(cuò)動(dòng)量30 mm(墩臺(tái)高度≥30 m)的要求，也大于橫隔板處孔位誤差最大27 mm極限值。這就是說(shuō)，架梁環(huán)節(jié)［4］中對(duì)梁片的現(xiàn)有定位精度要求不能滿足橫向管道的定位精度。若對(duì)架梁增加要求，建議:雙線各梁片跨中心與第一片梁跨中偏差控制在8 mm內(nèi);單線梁片跨中偏差可控制在16 mm內(nèi);若增大管道直徑，橫隔板75 mm、橋面板70 mm，對(duì)架梁可降低要求:雙線各梁片跨中心與第一片梁跨中偏差控制在15 mm內(nèi)，單線梁片跨中偏差控制在30 mm內(nèi)。

2 現(xiàn)澆橋面板施工

橋面板現(xiàn)澆成型是該梁型應(yīng)用的難點(diǎn)。以往箱梁為了過(guò)隧道有架梁后部分橋面板現(xiàn)澆成型［6］的施工先例。但由于T梁和箱梁結(jié)構(gòu)特點(diǎn)［7］和運(yùn)輸架設(shè)方式不同，T梁沒(méi)有方便操作的底部箱體，T梁橋面寬只有箱梁橋面寬一半，且T梁橋面要鋪軌道。從模板支拆及其支撐著力點(diǎn)角度兩者沒(méi)有可借鑒性，T梁施工面臨很大困難。2209梁橋面板現(xiàn)澆難點(diǎn)是:在橋上橋面板模板支拆困難。若從梁體預(yù)埋件生根支模，操作很不方便，安全性差;若從橋上面懸吊模板，要解決懸吊體系安全傳遞力給預(yù)制梁，也要解決懸吊體系和模板安裝拆卸方便安全問(wèn)題，同時(shí)要保證橋面板施工中工程車輛能通過(guò)鐵路線路。

針對(duì)此問(wèn)題，設(shè)計(jì)了一款橋面板成型機(jī)解決橋面板現(xiàn)場(chǎng)澆筑。

2.1 總體思路

在橋橫斷面上，在鐵路站臺(tái)限界外［8］，設(shè)置以橋橫斷面中心對(duì)稱的剛性門架。門架安裝在門架底腳上，門架底腳由預(yù)制梁完整頂面和側(cè)邊定位。門架最寬至橋最外邊，橋面板底模安裝在門架上，由液壓缸驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)底模安裝和拆卸。底模在安裝位置時(shí)用螺栓把門架與底模聯(lián)接，夾緊預(yù)制梁頂板，實(shí)現(xiàn)成型機(jī)承載的現(xiàn)澆橋面板及附屬設(shè)施的力傳給預(yù)制梁。預(yù)制梁受力:一是完整頂板受門架垂直向下力，二是頂板側(cè)面定位門架承受橫向力，三是頂板沿橋通長(zhǎng)承受橋面板底模向上力。

沿橋縱向設(shè)置多個(gè)門架，每2個(gè)門架聯(lián)接為一基本節(jié)。頂起基本節(jié)，拆除門架底腳，安裝沿線路行走的輪軸，實(shí)現(xiàn)工點(diǎn)轉(zhuǎn)移。橋面板底?？尚D(zhuǎn)至橋面以上，這時(shí)成型車可以駛?cè)肼坊危蛟诼坊谓M裝好駛?cè)牍c(diǎn)。

2.2 具體技術(shù)方案

如圖4所示，在橋橫斷面上，在鐵路站臺(tái)限界外設(shè)剛性門架，門架以橋橫斷面中心線兩邊對(duì)稱(以下只敘述單邊構(gòu)造)。門架安裝在門架底腳上，門架底腳支撐于預(yù)制梁完整頂面最外端，門架底腳做出結(jié)構(gòu)伸至預(yù)制梁預(yù)留側(cè)邊外，與側(cè)邊垂直面貼緊實(shí)現(xiàn)門架橫向定位。

圖4 成型機(jī)在單線橋橫斷面

橋面板底模安裝在門架體系上:在橋橫斷面上，自門架向外側(cè)伸出剛性桿至橋面板最寬處以外，在剛性桿最外端向下延伸懸垂桿件至橋面板底面以下(以上形成了門架體系)，在懸垂桿件底部鉸接安裝橋面板底模。安裝于門架上的驅(qū)動(dòng)裝置(如液壓缸)驅(qū)動(dòng)橋面板底模繞鉸接軸轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)橋面板底模的安裝和拆卸。

門架體系及門架底腳和橋面板底模在預(yù)制梁上的安裝固定。液壓缸驅(qū)動(dòng)橋面板底模至安裝位置(與預(yù)制梁頂板底面接合)，用螺栓把橋面板底模與門架沿橋縱向伸出的剛性架聯(lián)接固定，夾持住預(yù)制梁頂板。側(cè)模及附屬設(shè)施在底模上安裝。特別說(shuō)明的是，橋面板底模轉(zhuǎn)動(dòng)所繞鉸接軸在懸垂桿件上的安裝孔是沿垂直向長(zhǎng)圓孔，使螺栓固定底模與門架時(shí)可調(diào)節(jié)橋面板底模外側(cè)高度，滿足橋梁整體線形。門架體系及門架底腳和橋面板底模承載模板、附屬設(shè)施和現(xiàn)澆橋面板的重力和其他力，并傳遞給預(yù)制梁。

懸垂桿件與門架外伸剛性桿之間由上下2個(gè)鉸接銷軸聯(lián)接成一體。拆除上面銷軸，同時(shí)把橋面板底模和懸垂桿件連為一體，這時(shí)懸垂桿件和底模一同繞懸垂桿件和門架外伸剛性桿件間下面銷軸轉(zhuǎn)動(dòng)，使模板旋至橋面以上，處于長(zhǎng)距離行走狀態(tài)，可以整體移出至路基段。反之，在此狀態(tài)也可由路基段移入橋內(nèi)工點(diǎn)。

如圖5所示，沿橋縱向設(shè)置多個(gè)門架，即每個(gè)門架控制一段橋面板底模，每段底模均布在門架兩側(cè)。2個(gè)門架連為一體成基本節(jié)。在拆?；蜷L(zhǎng)距離行走狀態(tài)，用4個(gè)頂升裝置(如千斤頂)同步頂起基本節(jié)門架，拆除門架底腳，更換安裝可在線路上走行的輪軸。基本節(jié)之間沿線路中心線用連桿鉸接。在其中一個(gè)基本節(jié)的一個(gè)輪軸上安裝驅(qū)動(dòng)裝置，驅(qū)動(dòng)整車自行行走。

圖5 成型機(jī)縱向

為確保安裝狀態(tài)底模與預(yù)制梁接合面處不漏漿，在底模上與預(yù)制梁接合處的橫向一定范圍內(nèi)、縱向通長(zhǎng)鑲填海綿或橡膠，整個(gè)底模面(包括該接合處)敷以不銹鐵皮，確保接合處貼緊并平滑?；竟?jié)間底模接縫用寬膠帶密封，縫隙較大處用泡沫膠灌注。

通過(guò)更換門架頂部橫梁，成型機(jī)可適用于單線橋和雙線橋。雙線橋使用時(shí)，增加一套輪軸。

通過(guò)增減基本節(jié)，成型機(jī)可適用于24 m、32 m跨度梁的橋面板施工。

2.3 成型機(jī)各階段穩(wěn)定分析

2.3.1 成型機(jī)走行狀態(tài)穩(wěn)定性

成型機(jī)在橋頭路基段拼裝后沿鐵路工程線駛?cè)霕蛏瞎c(diǎn)或在橋上一個(gè)工點(diǎn)移至另一個(gè)工點(diǎn)，由于架梁施工階段鐵路工程線不設(shè)曲線超高［4］，線路可視為水平。成型機(jī)走行距離短，行走設(shè)定為15 km/h［4］，速度緩慢，行走不會(huì)產(chǎn)生額外的離心傾覆力。成型機(jī)橫斷面對(duì)于線路中心左右對(duì)稱，可認(rèn)為在橫斷面內(nèi)成型機(jī)重心位于線路中心線上。給成型機(jī)造成傾覆的不穩(wěn)定因素是風(fēng)力。行走時(shí)成型機(jī)以基本節(jié)為剛性體，分析其受力情況，如圖6所示。風(fēng)力F計(jì)算如下:根據(jù)資料［9］，風(fēng)壓 w計(jì)=v2/1 600，5 級(jí)風(fēng)時(shí)最大風(fēng)速 v=10.7 m/s［10］，w計(jì)=0.071 56 kN，根據(jù)文獻(xiàn)［10］，μs=w實(shí)/w計(jì)，資料中沒(méi)有與成型機(jī)類似建筑型式，按最不利取值μs=2(左右模板受同樣力)計(jì)，迎風(fēng)面模板受風(fēng)力F=2.39×8×0.071 56×2=0.274 t。傾覆安全系數(shù)n≥1.5［12］，n=0.71G/1.82F≥1.5，基本節(jié)質(zhì)量 G≥1.5×1.82×0.71F=0.53 t?；竟?jié)質(zhì)量必須達(dá)到0.53 t以上。5級(jí)風(fēng)及以下可以走行，達(dá)到6級(jí)風(fēng)及以上不可行走并與周圍構(gòu)筑物鎖固。

圖6 走行狀態(tài)受力(單位:mm)

2.3.2 成型機(jī)工點(diǎn)作業(yè)穩(wěn)定性

成型車到達(dá)工點(diǎn)用4個(gè)頂升裝置同步頂起基本節(jié)立柱并安裝到門架底腳上。此過(guò)程支距跨度擴(kuò)大為2.8 m。橋面板澆筑按最不利情況先澆筑一邊(右側(cè))，成型機(jī)受力如圖7。以右支點(diǎn)A為中心建立力矩平衡式:3.77F+1.43G車=1.98G混，按4 m段計(jì)，取G車=3 t，G混=5.272 t，F(xiàn)=(1.98G混－ 1.43G車)/3.77=1.63 t。該力F是預(yù)制梁頂板外側(cè)下部支撐模板的力，沿縱向4 m均布。

圖7 作業(yè)狀態(tài)受力(單位:mm)

2.4 成型機(jī)的有益效果

全過(guò)程施工人員都在橋面上工作，操作方便，安全性好;底模做成大塊，安拆由液壓缸驅(qū)動(dòng)，大幅節(jié)省操作時(shí)間，降低勞動(dòng)強(qiáng)度;模板安裝精度控制方便，接縫處密封方便可靠，有利于質(zhì)量控制;預(yù)制梁上不需預(yù)埋件;橋面板施工養(yǎng)護(hù)中，不影響橋上線路通車;工點(diǎn)間轉(zhuǎn)移自行完成，需要拆裝部件少，不需起重設(shè)備，省時(shí)經(jīng)濟(jì);實(shí)現(xiàn)一機(jī)多用。

2.5 用成型機(jī)施工橋面板施工工藝流程(圖8)

3 結(jié)語(yǔ)

圖8 橋面板施工工藝

綜上所述，通橋(2012)2209梁，預(yù)制部分通過(guò)適當(dāng)增大橋面板橫向管道直徑，采用正確的定位基準(zhǔn)和方法，預(yù)制梁生產(chǎn)就沒(méi)有技術(shù)難度;對(duì)架梁施工應(yīng)增加橫向管道對(duì)位精度要求;采用上述橋面板成型機(jī)現(xiàn)場(chǎng)澆筑橋面板方便快捷，質(zhì)量可控。

［1］鐵道部經(jīng)濟(jì)規(guī)劃研究院.通橋(2012)2209 時(shí)速200 km客貨共線鐵路預(yù)制后張法簡(jiǎn)支T梁(設(shè)聲屏障)［S］.北京:鐵道部經(jīng)濟(jì)規(guī)劃研究院，2012.

［2］鐵道部經(jīng)濟(jì)規(guī)劃研究院.通橋(2005)2201 時(shí)速200公里客貨共線鐵路預(yù)制后張法簡(jiǎn)支T梁［S］.北京:鐵道部經(jīng)濟(jì)規(guī)劃研究院，2012.

［3］中華人民共和國(guó)鐵道部.TB/T 3043—2005 預(yù)制后張法預(yù)應(yīng)力混凝土鐵路橋簡(jiǎn)支 T梁技術(shù)條件［S］.北京:中國(guó)鐵道出版社，2005.

［4］中華人民共和國(guó)鐵道部.鐵建設(shè)［2006］181號(hào) 鐵路架橋機(jī)架梁暫行規(guī)程［S］.北京:中國(guó)鐵道出版社，2006.

［5］董光輝.分片式T梁橫向預(yù)應(yīng)力預(yù)留孔道直徑的探討［J］.鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，2003(4).

［6］箱梁現(xiàn)澆翼緣板作業(yè)指導(dǎo)書(shū)［J/OL］，2011，http://www.docin.com/p －115503216.html.

［7］鐵道部經(jīng)濟(jì)規(guī)劃研究院.通橋(2008)2322A 時(shí)速350 km客運(yùn)專線鐵路無(wú)砟軌道后張法預(yù)應(yīng)力混凝土簡(jiǎn)支箱梁(雙線)［S］.北京:鐵道部經(jīng)濟(jì)規(guī)劃研究院，2008.

［8］中華人民共和國(guó)鐵道部.鐵道部部令第29號(hào) 鐵路技術(shù)管理規(guī)程［S］.北京:中國(guó)鐵道出版社，2006.

［9］王保國(guó).空氣動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)［M］.北京:國(guó)防工業(yè)出版社，2009.

［10］中華人民共和國(guó)國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局.GB/T28591—2012風(fēng)力等級(jí)［S］.北京:中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2012.

［11］中華人民共和國(guó)建設(shè)部.GB50009—2012 建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范［S］.北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2012.

［12］中華人民共和國(guó)國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局.GB3811—2008 起重機(jī)設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.北京:中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2008.