高速鐵路連續(xù)梁施工技術(shù)分析與過程控制

肖寶海

（中鐵六局集團(tuán)天津鐵路建設(shè)有限公司 天津 300232）

高速鐵路連續(xù)梁施工技術(shù)分析與過程控制

肖寶海

（中鐵六局集團(tuán)天津鐵路建設(shè)有限公司 天津 300232）

我國自20世紀(jì)80年代末期開始進(jìn)行高速鐵路的研究，至本世紀(jì)初開始建造，已過去二十多年的時間。橋梁作為高速鐵路建設(shè)的關(guān)鍵性和控制性工程，其施工技術(shù)也伴隨著工程項(xiàng)目難度的增加進(jìn)入了一個新的發(fā)展時期。特別是預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁的使用已經(jīng)獲得了普遍的認(rèn)可，成為了鐵路跨越河流、公路的首選設(shè)計方案。本文以在建工程預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁作為實(shí)例，以施工技術(shù)分析為切入點(diǎn)，首先對預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁施工控制要點(diǎn)進(jìn)行分解，然后提出施工過程中的關(guān)鍵工序，并針對現(xiàn)場易出問題進(jìn)行技術(shù)分析，并提出相應(yīng)的改進(jìn)工藝和技術(shù)措施。

高速鐵路 預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁 施工過程控制

1 工程概況

商合杭鐵路水陽江特大橋工程全長15 km。施工范圍內(nèi)包含連續(xù)梁13處，8次跨越主要高速公路、鐵路、省道、河道、河堤等特殊構(gòu)筑物。設(shè)計技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)為：設(shè)計速度：350 km/h；線路情況：雙線，直、曲線，正線線間距4.6～5 m；軌道結(jié)構(gòu)形式：CRTSIII型板式無砟軌道；設(shè)計活載：列車豎向荷載采用ZK標(biāo)準(zhǔn)活載。連續(xù)梁結(jié)構(gòu)形式均為A m+B m+A m的標(biāo)準(zhǔn)三跨連續(xù)梁，其中最小中跨跨徑為48 m，最大中跨跨徑為128 m。梁體為單箱單室、變高度、變截面結(jié)構(gòu)，底板、腹板、頂板局部向內(nèi)側(cè)加厚，均按直線線性變化。橋面防護(hù)墻內(nèi)側(cè)凈寬9 m，橋梁寬12.6 m，橋梁建筑總寬12.9 m。箱梁底寬6.7 m，頂板厚度在端支點(diǎn)處為0.635 m，按折線變化至0.385 m；腹板為直腹板形式；梁底下緣按二次拋物線變化。全橋共設(shè)4道橫隔板，分別設(shè)于中支點(diǎn)和端支點(diǎn)處。橫隔板設(shè)有孔洞，供檢查人員通過。連續(xù)梁0#塊采用支架現(xiàn)澆法施工，標(biāo)準(zhǔn)節(jié)段采用掛籃懸臂澆筑法施工，邊跨直線段采用現(xiàn)澆法，合攏段采用吊架法施工。

2 預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁施工過程控制的意義

隨著我國高速鐵路的飛速發(fā)展，對施工過程控制的要求也越來越高。預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁作為目前使用比較廣泛的橋梁形式，具有施工難度大、施工工藝較為復(fù)雜、對技術(shù)人員和現(xiàn)場施工人員的專業(yè)水平要求比較高的特點(diǎn)。因此加強(qiáng)施工中的過程控制，也成為了施工過程管理的重點(diǎn)及難點(diǎn)。在實(shí)際操作中，存在著諸多因素例如施工人員素質(zhì)、材料、施工技術(shù)設(shè)備等等，這些都對工程質(zhì)量存在著極大的影響。鑒于此種情況，一是要在施工前要認(rèn)真審核圖紙及設(shè)計文件，了解設(shè)計意圖，盡可能的避免施工過程中的錯誤；二是針對重點(diǎn)部位、關(guān)鍵工序提出控制要點(diǎn)，制定相應(yīng)的管控措施，在提高施工質(zhì)量的同時，保證工程質(zhì)量處于受控狀態(tài)；三是對施工現(xiàn)場易出問題進(jìn)行技術(shù)分析，并提出相應(yīng)的技術(shù)措施；四是利用新技術(shù)、新工藝優(yōu)化現(xiàn)場施工工藝，進(jìn)一步保證施工進(jìn)度、質(zhì)量，解決施工中可能存在的問題?？傊\(yùn)用多方面手段加強(qiáng)對施工過程的控制，為工程的順利開展提供有效的保障。

3 預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁過程控制要點(diǎn)

針對本工程連續(xù)梁多、設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)高、施工難度大、過程控制要求高的特點(diǎn)，并結(jié)合項(xiàng)目現(xiàn)場實(shí)際施工情況，主要將過程控制要點(diǎn)總結(jié)為以下四個大方面：

一是影響結(jié)構(gòu)物的安全方面，主要表現(xiàn)在混凝土的施工質(zhì)量及預(yù)應(yīng)力張拉的施工質(zhì)量上；

二是影響結(jié)構(gòu)物的耐久性方面，主要為混凝土鋼筋保護(hù)層的厚度、混凝土的養(yǎng)護(hù)、預(yù)應(yīng)力管道壓漿質(zhì)量和混凝土外觀缺陷處理；

三是影響結(jié)構(gòu)物外觀方面，分別表現(xiàn)為混凝土的內(nèi)飾外光、色澤均勻、輪廓分明等方面；

四是影響結(jié)構(gòu)物線形方面，主要包含混凝土結(jié)構(gòu)物的標(biāo)高，線形控制，梁體的軸線控制等。

施工過程控制中還要重視安全確認(rèn)和簽認(rèn)。項(xiàng)目負(fù)責(zé)人要每天對作業(yè)隊人員進(jìn)行確認(rèn)，要按照現(xiàn)場公布的施工人員名單進(jìn)行現(xiàn)場復(fù)核，尤其是跟班監(jiān)控人員必須到位。相關(guān)人員檢查完畢后現(xiàn)場簽字確認(rèn)。關(guān)鍵部位的關(guān)鍵工序設(shè)置關(guān)鍵工序標(biāo)識牌，嚴(yán)格執(zhí)行現(xiàn)場關(guān)鍵工序確認(rèn)、簽認(rèn)制；現(xiàn)場關(guān)鍵工序要由總工程師與安全總監(jiān)會同監(jiān)理組長及專業(yè)監(jiān)理工程師簽名確認(rèn)。同時要在連續(xù)梁施工現(xiàn)場設(shè)立檢查記錄本，檢查工點(diǎn)時，要在記錄本上簽認(rèn)。

4 對預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁關(guān)鍵工藝控制要點(diǎn)的技術(shù)分析

混凝土工程與預(yù)應(yīng)力工程作為預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁施工的關(guān)鍵工藝，他們的過程控制是否成功將直接關(guān)系到工程實(shí)體質(zhì)量能否達(dá)到設(shè)計要求和驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)。我項(xiàng)目部結(jié)合施工現(xiàn)場經(jīng)驗(yàn)，針對以上兩項(xiàng)關(guān)鍵工藝，深入進(jìn)行技術(shù)分析，總結(jié)出以下個方面的控制要點(diǎn)。

（1）混凝土澆筑的澆筑與振搗是連續(xù)梁施工過程控制的重點(diǎn)。

一是要根據(jù)混凝土的澆筑部位不同，選定不同的坍落度，對于底板位置處混凝土的坍落度要適當(dāng)加大，保證在鋼筋較密的情況下混凝土能夠充分澆筑到位。

二是在澆筑過程中，要根據(jù)施工部位選擇不同的下落高度，如果下落高度過高，混凝土中的水泥漿和石子便會產(chǎn)生離析現(xiàn)象；下落高度過低，無法保證澆筑密實(shí)，這些都將影響混凝土的整體澆筑質(zhì)量以及后期梁體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。

三是采取分層澆筑的方式，保證振搗深度。

四是控制澆筑時間，一方面要保證澆筑的連續(xù)性，防止第一層混凝土已經(jīng)初凝，后一層混凝土還未澆筑的現(xiàn)象；另一方面盡量減少由于混凝土運(yùn)輸車輛或輸送設(shè)備發(fā)生特殊狀況或者其他技術(shù)因素造成的施工間歇，形成施工冷縫。

五是保證振搗質(zhì)量。采用人工振搗時，要注意振搗半徑，插入深度和振搗時間等關(guān)鍵點(diǎn)，特別對于支座附近及梁體形狀不規(guī)則部位，要加強(qiáng)振搗，不得漏振。

（2）在預(yù)應(yīng)力鋼絞線穿束的施工過程中，金屬波紋管道位置是否準(zhǔn)確及鋼絞線穿入時是否發(fā)生纏繞現(xiàn)象是施工過程的控制關(guān)鍵。如果預(yù)應(yīng)力孔道未按照設(shè)計圖紙要求進(jìn)行預(yù)埋，一方面改變了連續(xù)梁預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)的整體受力狀態(tài)，特別表現(xiàn)在含有曲線形式的孔道上。另一方面如果預(yù)埋位置不準(zhǔn)確或者預(yù)埋半徑不圓順，則會造成孔道摩阻系數(shù)μ值和孔道偏差系數(shù)K值的增加，從而增大預(yù)應(yīng)力孔道的摩擦阻力損失。所以預(yù)應(yīng)力管道預(yù)埋位置的準(zhǔn)確性直接影響所施加的張拉力能否滿足設(shè)計要求，并且對構(gòu)筑物在今后使用過程中是否會發(fā)生因張拉力施加不足而導(dǎo)致混凝土產(chǎn)生裂縫等“后遺癥”都有著極大的影響。對于縱向及橫向預(yù)應(yīng)力鋼絞線等有多根鋼絞線組成的鋼束，若發(fā)生纏繞現(xiàn)象，則會導(dǎo)致預(yù)應(yīng)力施加時，鋼絞線相互間發(fā)生摩擦，使得同一束中的鋼絞線受力不均勻，增大了摩擦阻力，從而造成預(yù)應(yīng)力損失過大的情況。

（3）預(yù)應(yīng)力鋼絞線張拉過程中實(shí)際的張拉控制應(yīng)力是否可以達(dá)到設(shè)計控制應(yīng)力的要求將直接影響到預(yù)應(yīng)力張拉施工的成敗，因此張拉控制應(yīng)力的選用、計算和過程控制也成為了張拉中的控制重點(diǎn)。

首先是張拉控制應(yīng)力的選用，一般的設(shè)計圖紙給定的張拉控制應(yīng)力為錨下控制應(yīng)力，即鋼絞線計算起始端的控制應(yīng)力，未考慮到錨口及喇叭口處的損失，這就造成了實(shí)際張拉過程中預(yù)應(yīng)力施加不足，導(dǎo)致構(gòu)筑物在使用過程中出現(xiàn)下緣開裂的現(xiàn)象。因此在實(shí)際操作中，應(yīng)選用錨外控制應(yīng)力作為張拉控制應(yīng)力。

其次是張拉控制應(yīng)力的計算，選定控制應(yīng)力后，要根據(jù)現(xiàn)場實(shí)驗(yàn)得到的錨口及喇叭口損失進(jìn)行調(diào)整（在設(shè)計圖紙中一般給定的損失值為6%），并通過公式“錨外控制應(yīng)力=錨下控制應(yīng)力÷錨口及喇叭口損失”計算得出實(shí)際操作時的張拉控制應(yīng)力。

再次是預(yù)應(yīng)力張拉過程控制，施工過程中普遍存在張拉控制應(yīng)力越高越好的錯誤觀點(diǎn)。雖然超張拉能夠在一定程度上提高梁體的抗裂性，但是也正因?yàn)槿绱?，預(yù)應(yīng)力鋼絞線在承受正常結(jié)構(gòu)恒載和列車通過的動荷載時往往處于一種“超應(yīng)力”狀態(tài)。

通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，出現(xiàn)此種狀態(tài)時的荷載與構(gòu)筑物產(chǎn)生裂縫時的荷載水平相接近，在超過應(yīng)力臨界值時，就會對梁體的結(jié)構(gòu)使用安全造成嚴(yán)重的、不可逆的危害。

（4）預(yù)應(yīng)力鋼筋張拉順序及操作應(yīng)嚴(yán)格按照設(shè)計圖紙的要求進(jìn)行。尤其是位于曲線處的連續(xù)梁，在張拉過程中可能會出現(xiàn)梁體內(nèi)、外兩側(cè)邊緣拉應(yīng)力過大的現(xiàn)象，這樣將導(dǎo)致梁體預(yù)應(yīng)力最密集的腹板位置處產(chǎn)生裂紋，影響工程質(zhì)量。因此要求在張拉時必須同步、對稱的進(jìn)行，且優(yōu)先張拉靠近梁橫截面形心處的鋼絞線。對于邊跨及中跨處的長鋼絞線，由于預(yù)應(yīng)力管道長度較一般節(jié)段要長，為躲避互相間的空間位置，一般會存在平彎及豎彎的現(xiàn)象，無形中增加了鋼絞線的轉(zhuǎn)角θ，摩擦力增大，由張拉端向鋼絞線中心的預(yù)應(yīng)力損失也隨之增加，在此種情況下，可采取超張拉的方式補(bǔ)足張拉應(yīng)力。但一定要杜絕在施工出現(xiàn)因?yàn)榍Ы镯?、油壓表等施工設(shè)備自身缺陷帶來的人為操作失誤。

（5）預(yù)應(yīng)力管道壓漿作為預(yù)應(yīng)力鋼絞線張拉施工的后續(xù)工作，起到了一個承上啟下的關(guān)鍵作用，對它的過程控制主要有以下兩個方面。

一是壓漿的及時性。按照《鐵路混凝土工程施工技術(shù)指南》[鐵建設(shè)（2010）241號]和《鐵路后張拉法預(yù)應(yīng)力混凝土梁管道壓漿技術(shù)條件》的要求，在張拉完成后48小時內(nèi)即進(jìn)行管道壓漿。張拉后的鋼絞線猶如人體皮膚的毛孔，處于一種張開的狀態(tài)，碳元素分子間的間隙增大，此時存在于空氣中的水分子和腐蝕性元素最易侵入鋼絞線的“體內(nèi)”，從而加快鋼絞線的銹蝕速度。在此時進(jìn)行管道壓漿施工，可很好的預(yù)防預(yù)應(yīng)力鋼絞線的銹蝕。

二是預(yù)應(yīng)力孔道壓漿是否飽滿。管道壓漿后，由于水泥漿凝固后，體積收縮，將預(yù)應(yīng)力鋼筋緊緊包裹在其中，產(chǎn)生握裹力，這也是其與梁體已澆筑混凝土能夠視為勻質(zhì)結(jié)構(gòu)的原因。若壓漿不飽滿，則無法充分的產(chǎn)生此種握裹力，而管道內(nèi)由于仍保留有一部分氣體，會繼續(xù)腐蝕預(yù)應(yīng)力鋼筋，導(dǎo)致已產(chǎn)生的握裹力逐漸失效，降低預(yù)應(yīng)力效應(yīng)。

5 針對關(guān)鍵工序的改進(jìn)工藝

時至今日，隨著項(xiàng)目工程難度的增加已經(jīng)有很多新技術(shù)，新工藝被不斷應(yīng)用到工程建設(shè)中來。很多傳統(tǒng)的施工工藝已經(jīng)不能滿足高速鐵路建設(shè)的要求。對此我項(xiàng)目部針對連續(xù)梁施工過程中容易出現(xiàn)的問題進(jìn)行了深入的分析，改進(jìn)了施工工藝，保證了工程實(shí)體質(zhì)量。

5.1 0#塊混凝土支座位置處混凝土振搗工藝改進(jìn)

主跨72 m連續(xù)梁0#塊長度9 m，寬度12.6 m，施工面積小，且底板、腹板及頂板鋼筋密集，振搗難度大，容易造成個別部位混凝土振搗不密實(shí)和漏振的問題。傳統(tǒng)施工工藝為在箱室內(nèi)模板處進(jìn)行人孔預(yù)留，使振搗人員進(jìn)入模板內(nèi)部對支座位置處的底板及腹板混凝土進(jìn)行振搗。通過對設(shè)計圖紙的反復(fù)審核和施工現(xiàn)場調(diào)查，發(fā)現(xiàn)由于鋼筋太過密集，施工人員根本無法進(jìn)入內(nèi)部進(jìn)行振搗。因此將原工藝改進(jìn)為橫隔板及腹板中間區(qū)域的底板混凝土采用人工手持插入式振搗器振搗，并根據(jù)梁體鋼筋及預(yù)應(yīng)力筋分布情況，采用Ф50插入式振搗棒振搗；在橫隔梁處因鋼筋分布較密，則需采用Ф30振搗棒振搗。支座處底板及腹板則采用插入式振搗棒+附著式振搗器相結(jié)合的振搗方式，首先在0#塊支座上方突出部位鋼模板處每側(cè)開3個孔，利用Ф50或Ф30插入式振搗棒振搗，然后在支座兩側(cè)模板上每隔一定距離布置附著式振搗器進(jìn)行對死角部位的混凝土進(jìn)行輔助振搗，并在箱室內(nèi)腹板內(nèi)模處預(yù)留觀察孔，設(shè)專人時刻觀察混凝土振搗質(zhì)量。改進(jìn)后的工藝很好的保證了支座位置處鋼筋密集區(qū)域混凝土的振搗質(zhì)量，極大地減少了由于混凝土振搗不密實(shí)造成梁體表面蜂窩麻面的現(xiàn)象。

5.2 預(yù)應(yīng)力孔道壓漿三通管工藝改進(jìn)

連續(xù)梁塊段中含三種預(yù)應(yīng)力筋，分別為縱向預(yù)應(yīng)力筋、橫向預(yù)應(yīng)力筋、豎向預(yù)應(yīng)力筋。其中橫向和豎向預(yù)應(yīng)力筋線型為直線，且豎向預(yù)應(yīng)力筋底部與上部增設(shè)壓漿管，能保證壓漿質(zhì)量。但縱向預(yù)應(yīng)力筋線型為直線與弧線構(gòu)成，且無任何質(zhì)量保證措施。通常情況下壓漿時，當(dāng)排氣孔流出的漿液與進(jìn)漿口均勻一致時，需要關(guān)閉排氣孔，然后再繼續(xù)壓漿，最后持壓5 min。對于直線或者“凹”形管道，可以保證壓漿的飽滿度。對于“凸”型管道而言，正常壓漿時管道最高點(diǎn)處就存在漿液空白區(qū)。存在注漿質(zhì)量缺陷時會出現(xiàn)錨頭應(yīng)力集中和隨時間推移的預(yù)應(yīng)力損失現(xiàn)象，且會改變梁體的設(shè)計受力狀態(tài)，降低橋的承載力，從而影響橋梁的使用壽命。在管道最高點(diǎn)處增設(shè)三通管的方式可加強(qiáng)對于“凸”型管道的壓漿質(zhì)量控制。三通管采用比波紋管大一號長度30 cm不銹鋼鐵皮管，在鐵皮管上開直徑Φ2 cm圓孔，在圓孔上焊接內(nèi)徑2 cm，壁厚2 mm,長15 cm鋼管，形成“三通”形狀。

安裝過程中，將波紋管穿入大一號的鐵皮管中，并在對應(yīng)的三通口處對波紋管進(jìn)行開孔，然后用專用壓漿管連接三通管頂部鋼管，并引至梁面標(biāo)高以上，并做好標(biāo)記，最后用膠帶將波紋管和三通管接頭處綁扎連接牢固，確保砼澆筑過程中不松動、不漏漿。采用三通管后，上拱形預(yù)應(yīng)力管道內(nèi)無壓力死角，利用壓力可將壓漿料 充滿管道，保證預(yù)應(yīng)力管道壓漿質(zhì)量，從而保證預(yù)應(yīng)力鋼絞線的施工質(zhì)量。

6 結(jié)語

施工過程控制是一個系統(tǒng)工程，作為同時兼具技術(shù)性、協(xié)調(diào)性和持續(xù)性的一項(xiàng)重要工作，必將貫穿于整個施工過程中。由于施工階段會受到多種因素的影響，因此要想有效的實(shí)施過程控制，就必須密切結(jié)合施工現(xiàn)場實(shí)際，保證重點(diǎn)部位和關(guān)鍵工藝控制的有效性，加強(qiáng)每一道環(huán)節(jié)的施工管理；對于過程中出現(xiàn)的問題，及時采取對應(yīng)措施或改進(jìn)原有施工工藝，只有這樣才能保證工程的實(shí)體質(zhì)量處于可控的狀態(tài)。

[1]馬成強(qiáng),陳剛強(qiáng),鄭文魁.鋼箱縱梁式掛籃在廈深鐵路連續(xù)梁施工中的應(yīng)用[J].施工技術(shù),2012(12)

[2]謝進(jìn)權(quán).聯(lián)體掛籃施工技術(shù)在鐵路連續(xù)梁施工中的應(yīng)用[J].智能城市,2016(5)

Technical Analysis of and Process Control in Continuous Beam Construction of High Speed Railway

XIAO Bao-hai

(China Railway Six Group Tianjin Railway Construction Co., Ltd Tianjin 300232)

From the end of 1980s, China began to study the high-speed railway. It has been more than 20 years since the high-speed railway construction began at the beginning of this century. Building bridges being the key and control project of high speed railway construction, the bridge construction technologies enter a new period of development as the difficulty of engineering projects increases. In particular, the use of prestressed concrete continuous beams has been widely recognized and has become the preferred scheme for railways to go across rivers and highways. Taking the prestressed concrete continuous beam in ongoing projects as an example and its construction technology as the cut-in point, the paper firstly deals with separately the key points of the construction control of prestressed concrete continuous beams, and then proposes the key steps in the process of the construction. In addition, it provides technical analysis on the common problems at workplace and puts forward relevant measures to improve the process and the techniques.

high-speed railway prestressed concrete continuous beams construction process control

A

1673-1816(2017)02-0045-05

2016-06-29

肖寶海（1972-），男，工程師，研究方向橋梁工程。