高速鐵路簡支箱梁徐變上拱控制和觀測技術

【摘要】對某高速鐵路預制無砟軌道后張法預應力混凝土簡支箱梁徐變上拱控進行了控制和徐變觀測方法進行了總結，為后期無砟軌道施工提供依據(jù)。

【關鍵詞】高速鐵路；預應力簡支箱梁；徐變上拱控制；徐變觀測

1.引言

無砟橋梁在列車活載作用下的彈性變形以及長期橫載作用下的徐變上拱直接影響軌道結構的受力平順和行車安全。在不計墩臺基礎不均勻沉降，梁體上下緣溫差引起的附加變形時，如果徐變上拱量超過軌道扣件的調高限值，無砟軌道的優(yōu)越性便喪失殆盡。因此，控制徐變上拱是成功使用無砟預應力混凝土的根本保證。本文以某高速鐵路預制梁場生產的跨度為31.5米的無砟軌道后張法預應力混凝土雙線簡支箱梁為基礎，對預制箱梁的徐變上拱的控制和觀測方法進行闡述。

2.混凝土的徐變機理

混凝土徐變是依賴于荷載且與時間有關的一種非彈性性質的變形。在長期荷載作用下，混凝土內水泥膠體微孔隙中的游離水將經毛細管擠出并蒸發(fā)，產生了膠體縮小形成徐變過程。普遍認為影響徐變的因素主要包括內部因素和外部因素兩個方面。內部因素主要包括混凝土的材料及配合比，外部因素主要包括混凝土構件的尺寸、環(huán)境的相對溫度和濕度等。由于徐變是由外荷載引起的，除了上述影響因素外，還應考慮混凝土的加載齡期、應力水平、以及持荷時間的影響。預應力混凝土結構的徐變主要是由預應力引起的。

3.施工過程中對箱梁徐變上拱的控制

預制箱梁施工過程中，從影響混凝土徐變幾個主要方面，對徐變上拱進行控制。

3.1水泥

水泥品種對混凝土徐變的影響主要在于其制成的混凝土在加載時的強度越高及加載后強度的增長速度。根據(jù)胡克定律，在施加應力不變的條件下，混凝土的彈性模量越高，其產生的應變就越小。箱梁混凝土選用強度等級為42.5的普通硅酸鹽水泥。

3.2骨料

Neville A. M.通過試驗發(fā)現(xiàn)骨料的彈性模量越大，骨料含量越高，混凝土的徐變就越小。箱梁施工時應選用彈性模量較高的碎石和適宜的級配。

3.3水灰比

在單位體積混凝土的水泥用量相同時，水灰比越大則收縮越大。當含水量不變時，單位體積混凝土的水泥用量愈大則收縮愈大。在其它條件相同時，混凝土的徐變隨水灰比的增大而增大。箱梁預制采用小于0.4的水灰比。

3.4混凝土澆筑

混凝土梁體較高，混凝土的方量較大，采用附著式和插入式振搗器共同進行振搗，特別是張拉的直接受力區(qū)混凝土一定要密實。梁體混凝土拌和一定要均勻，配合比控制準確，振搗要密實、全面。否則會由于箱梁之間混凝土性能差異較大，使梁體張拉后上拱值差異也很大。

3.5混凝土的養(yǎng)護

蒸汽養(yǎng)護可以減少混凝土的收縮。溫度和濕度都影響水泥的水化速度和水化程度，水化程度越高，水泥膠凝的密度也越高，徐變則越低。延長潮濕養(yǎng)護的時間可以延滯收縮的進程，長期養(yǎng)護的混凝土的強度較高，徐變有所降低。箱梁采用蒸汽養(yǎng)護和自然養(yǎng)護結合，較好的控制了徐變增大。

3.6預應力張拉

徐變是在長期應力作用下產生的，因此必須正確的控制張拉應力。預制箱梁預應力施工中嚴格按照考慮管道摩阻、喇叭口摩阻等因素后的計算得出應力值進行加載，同時使用預應力筋伸長值進行校核，并嚴格控制持荷時間，避免因超張拉，超持荷對徐變造成增長。

4.箱梁徐變的觀測方法

按照相關的規(guī)定，對于原材料變化不大，預制工藝穩(wěn)定，批量生產的預應力混凝土預制梁，可每30孔選擇1孔布置觀測標進行徐變觀測，簡支梁在跨中截面和支點截面布置觀測點，每片梁觀測點不應少于6個。觀測采用電子水準儀天寶dini03，按照二等水準觀測標準進行觀測，參與觀測的人員必須經過培訓才能上崗，并固定觀測人員和觀測的儀器設備。為了將觀測中的系統(tǒng)誤差減到最小，達到提高精度的目的，各次觀測應使用同一臺儀器和設備，前后視觀測最好用同一水準尺，必須按照固定的觀測路線和觀測方法進行，觀測路線必須形成附合或閉合路線，使用固定的工作基點對應沉降變形觀測點進行觀測。實行五固定即固定水準基點、工作基點、固定人、固定測量儀器、固定監(jiān)測環(huán)境條件、固定測量路線和方法，以提高觀測數(shù)據(jù)的準確性。觀測時要避免陽光直射，且在基本相同的環(huán)境和觀測條件下工作。成像清晰、穩(wěn)定時再讀數(shù)。隨時觀測，隨時檢核計算，觀測時要一次完成，中途不中斷。觀測數(shù)據(jù)采用專業(yè)軟件平差。終張拉完成時，梁體的跨中彈性變形不宜大于設計值的1.05倍。而徐變變形量，在扣除各項彈性變形后，在終拉張60天后，梁跨≤50m的梁體跨中徐變上拱實測值不應大于7mm。梁場所觀測箱梁滿足上述標準。

5.結語

為保證行高速鐵路列車的行車安全、舒適，并滿足無砟軌道施工條件，需要從梁體施工過程中對徐變上拱進行控制。本文闡述了混凝土徐變的機理。分析影響混凝土徐變的各種因素并且采取了有效的控制措施。選用的徐變觀測技術，滿足設計及精度的要求，觀測能反映出預應力混凝土箱梁的變化趨勢。箱梁變形上拱包括彈性變形和徐變變形兩個階段，彈性變形在終張完成時即可形成，徐變效應貫穿于橋梁建設過程以至整個服務期，終張60天內的徐變變型量在5-7毫米，平均為6.3毫米左右，變異系數(shù)為0.22.終張后15天內發(fā)展較快可完成60天徐變量的80%，到30天達到90%，此后速度越來越慢。徐變觀測數(shù)據(jù)表明，上拱控制方法可以滿足施工需要。

參考文獻

[1]任嬌.連續(xù)剛構橋施工控制理論及其工程席用：[碩士學位論文].武漢：武漢理工大學，2006，4.

[2]石現(xiàn)峰，梁忠廣，李建中，幾種常用混凝土收縮徐變模式的比較分析，石家莊鐵道學院學報，1998（1）.

[31]Neville A.M.混凝土的性能.李國泮（譯）.北京：中國建筑工業(yè)出版社，1983.

[4]周紅軍，溫度對混凝土徐變影響的數(shù)值模型[海河大學碩士學位論文].2004.3.

[5]《客運專線鐵路無碴軌道鋪設條件評估技術指南》鐵建設[2006]158號

[6]《國家一、二等水準測量規(guī)范》（GB12897—2006）

[7]《客運專線鐵路無砟軌道測量技術暫行規(guī)定》（鐵建設[2006]189號）電信息，2011（18）