施工關(guān)鍵技術(shù)

范晨

DOI：10.16660/j.cnki.1674-098X.2017.08.051

西成鐵路客運(yùn)專線預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁預(yù)制

摘 要：客運(yùn)專線后張法預(yù)應(yīng)力箱梁預(yù)制關(guān)系全線的橋梁施工，以鐵路客運(yùn)專線昭化梁場為對象，在梁場總體布置、箱梁預(yù)制的混凝土施工、預(yù)應(yīng)力張拉、箱梁收縮徐變等關(guān)鍵技術(shù)方面進(jìn)行了闡述。梁場的預(yù)制情況結(jié)果表明，箱梁預(yù)制控制質(zhì)量良好。

關(guān)鍵詞：客運(yùn)專線 箱梁 預(yù)制梁場 預(yù)應(yīng)力

中圖分類號：U445.4 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2017）03（b）-0051-04

Key Technology of Precast Concrete Prestressed Concrete box Girder Construction of Xian-Chengdu Passenger Dedicated Line

Fan Chen

（Xian-Chengdu Passenger Dedicated Line Sichuan Co.，Ltd， Chengdu Sichuan， 610000， China）

Abstract：The bridge construction of Prestressed Precast Box Girder for passenger dedicated line relationship across the board， the railway passenger dedicated line ZhaoHua beam field as the object， the key technology in the field of general layout， girder box girder precast concrete construction， prestressed box girder， shrinkage and creep are discussed， the results show that the precast beam field good quality control， precast box girder.

Key Words：Passenger Dedicated Line； Box girder； Precast beam field； Prestress

作為橋梁施工的關(guān)鍵工序，客運(yùn)專線建設(shè)中的箱梁預(yù)制具有技術(shù)含量高、設(shè)備用量大、投資費(fèi)用高、質(zhì)量要求嚴(yán)、建設(shè)期長等特點(diǎn)[1，2]。如何合理地對預(yù)制梁場進(jìn)行總體規(guī)劃布置及對預(yù)制梁進(jìn)行有效的施工質(zhì)量進(jìn)度控制就成為箱梁預(yù)制工作的關(guān)鍵。該文以西成鐵路客運(yùn)專線昭化梁場C50高性能混凝土后張法預(yù)應(yīng)力箱梁預(yù)制為例，介紹了梁場各組成單元的總體布置建設(shè)、箱梁預(yù)制的混凝土施工、預(yù)應(yīng)力張拉、箱梁收縮徐變等關(guān)鍵技術(shù)問題。

1 工程概況

新建西成鐵路客運(yùn)專線（以下簡稱西成客專）西安至江油段位于陜西與四川兩省境內(nèi)，設(shè)計(jì)時速250 km/h，全長約509 km，其中陜西省境內(nèi)約343 km，四川省境內(nèi)約166 km。

西成客專四川省境內(nèi)設(shè)計(jì)樁號為DK344+469.4～ DK512+428.418，包含四川段正線工程和廣元地區(qū)、江油車站及成都樞紐工程。西成客專四川段全線設(shè)置橋梁84座45.342 km，箱梁孔數(shù)1 106孔，其中32 m梁737孔，24 m梁369孔。

由于西成客專四川段橋梁建設(shè)任務(wù)橋隧比高，受控制性工程影響多；根據(jù)全線橋梁分布特點(diǎn)及各梁區(qū)的供應(yīng)數(shù)量，結(jié)合每個梁場的合理覆蓋范圍及制梁進(jìn)度滿足總工期要求，統(tǒng)籌劃分全線的預(yù)制及架梁區(qū)段，選定梁場位置及規(guī)模[3]。全線分為利州梁場、昭化梁場、江油厚壩梁場及雙河梁場四個梁場，其中昭化梁場占地規(guī)模102.5畝，生產(chǎn)能力為373孔，為其中規(guī)模最大、生產(chǎn)能力最強(qiáng)的梁場。下面就以其為代表進(jìn)行分析。

2 制梁場的總體布置

梁場的總體布置合理與否關(guān)系不僅到梁場正常運(yùn)轉(zhuǎn)，也關(guān)系到箱梁的預(yù)制質(zhì)量，故梁場的布置應(yīng)因地制宜地進(jìn)行。

2.1 梁場主要區(qū)域劃分

梁場各區(qū)域劃分要充分考慮所選機(jī)械、場地條件、制梁工期等各種因素，統(tǒng)籌合理安排。昭化梁場主要區(qū)域劃分為五區(qū)一站一室，五區(qū)包括：（1）鋼筋加工區(qū)。（2）制梁區(qū)（包括制梁臺座、內(nèi)模存放臺座）。（3）存梁區(qū)（含存梁及檢測臺座、提梁通道）。（4）提梁區(qū)（包括龍門吊軌道及臨時存放臺座）。（5）辦公及生活區(qū)。一站一室主要為混凝土拌合站（包括砂石料場、篩洗區(qū)、拌合站）及試驗(yàn)室。其中還有一些輔助生產(chǎn)設(shè)置（如，鍋爐房、混凝土輸送車等設(shè)備存放區(qū)、材料倉庫、機(jī)加工棚、水電及其配套系統(tǒng)、場內(nèi)道路等）。

2.2 區(qū)域規(guī)劃建設(shè)

當(dāng)昭化梁場各區(qū)域劃分完成后，一般按以下原則進(jìn)行梁場的規(guī)劃建設(shè)：（1）場地各區(qū)域功能設(shè)置盡量單一，減少各工序的施工交叉干擾。（2）鋼筋加工場和綁扎區(qū)設(shè)在梁場的一端，減少與制梁區(qū)混凝土、模板等的施工交叉。（3）梁場道路寬度、臺座間距、工裝布置等要考慮選用設(shè)備的外形尺寸、性能參數(shù)的影響及現(xiàn)場拼裝運(yùn)梁車及架橋機(jī)的位置和方向。（4）制梁及存梁臺座的數(shù)量及布置形式要滿足制梁周期、效率及工期要求。（5）制梁、提梁設(shè)備的配置要與制梁工序，存梁臺座數(shù)量，架梁起止時間及存梁方式相結(jié)合。

2.3 優(yōu)化后的梁場布置

昭化梁場根據(jù)場地情況、施工任務(wù)、機(jī)械設(shè)置，對各區(qū)域進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，優(yōu)化后的梁場布置情況如圖1所示。

從圖1可以看出，梁場共設(shè)置制梁臺座6個（含32 m/24 m共用制梁臺座1個），生產(chǎn)能力為30榀/月，存梁臺座48個（其中32 m與24 m共用存梁臺座20個，靜載試驗(yàn)臺座1個），雙層存梁最大可存放箱梁95榀。

梁場配備900T提梁機(jī)一臺，54 m龍門吊3臺，2臺HZS900混凝土拌合站，4臺混凝土運(yùn)輸車，2臺HBT80C-18106III型混凝土輸送泵和2臺18 m布料機(jī)。

3 預(yù)制梁質(zhì)量控制

西成客運(yùn)專線箱梁采用C50高性能混凝土，設(shè)計(jì)預(yù)制箱梁的使用壽命為100年，對混凝土的耐久性要求極為嚴(yán)格。為了保證混凝土的強(qiáng)度、耐久性及箱梁現(xiàn)場施工質(zhì)量[4]，梁場主要從以下幾個方面進(jìn)行嚴(yán)格的質(zhì)量控制。

3.1 原材料質(zhì)量控制

（1）制梁所需原材料應(yīng)按規(guī)范有關(guān)的檢驗(yàn)項(xiàng)目、檢驗(yàn)批次進(jìn)行嚴(yán)格進(jìn)場檢驗(yàn)；鋼筋、水泥、預(yù)應(yīng)力筋等應(yīng)有供應(yīng)商提供的出廠檢驗(yàn)合格證書，混凝土所需砂、石等原材料要有相應(yīng)的質(zhì)量檢測報(bào)告，檢測合格后才能使用。

（2）耐久性原材料要求由專人采購、專人管理，采購人員與施工人員對各種原材料有交接紀(jì)錄，做到可追溯性。在入場時嚴(yán)格按規(guī)范要求進(jìn)行檢驗(yàn)和復(fù)檢。

（3）耐久性混凝土原材料要有固定的堆放地點(diǎn)，分區(qū)堆放并有明確的標(biāo)識，嚴(yán)防誤用。

（4）混凝土用粗、細(xì)骨料應(yīng)分級進(jìn)行采購、運(yùn)輸、堆放、計(jì)量，存放地地面全部硬化處理并設(shè)置防止積水的斜坡。

3.2 選用滿足耐久性要求的混凝土

（1）根據(jù)混凝土的工作性、抗裂性、強(qiáng)度和耐久性的試驗(yàn)結(jié)果，提前完成全部原材料品質(zhì)指標(biāo)的檢驗(yàn)及配合比的選定工作。在滿足設(shè)計(jì)和施工、耐久性能要求的條件下，本著經(jīng)濟(jì)節(jié)約、優(yōu)選的原則，確定理論配合比如表1所示。

表1中，水泥為四川國大水泥股份有限公司生產(chǎn)的 P·O42.5低堿水泥；粉煤灰采用江油市金能經(jīng)貿(mào)有限公司生產(chǎn)的F類C50及以上粉煤灰；礦粉為漢中膠東水泥有限公司生產(chǎn)的S95級礦粉；細(xì)集料為廣元市哈鑫金業(yè)有限公司聯(lián)合采石場生產(chǎn)的中粗河砂，細(xì)度模數(shù)Mx=2.8；粗集料采用青川縣白家鄉(xiāng)火石村青杠坡采石場生產(chǎn)的5～20 mm連續(xù)級配碎石，其中5～10 mm∶10～20 mm=20%∶80%；減水劑選擇北京建愷混凝土外加劑有限公司生產(chǎn)的JKPCA-01緩凝型聚羧酸高性能減水劑，固含量廠控值為14.0%，摻量為膠凝材料摻量的1.2%；水為井水（拌合及養(yǎng)護(hù)用水）。

（2）在C50混凝土正式施工前，針對工程的特點(diǎn)、施工環(huán)境，制定施工全過程的質(zhì)量控制措施；混凝土施工前應(yīng)進(jìn)行混凝土試澆注，如發(fā)現(xiàn)問題應(yīng)及時調(diào)整[5]。

（3）箱梁混凝土為大體積混凝土，必須采用溫控技術(shù)，降低內(nèi)外溫差，防止梁因溫度變化而變形開裂；適當(dāng)降低混凝土的水灰比，并在混凝土中摻入足量的摻和料和專用復(fù)合外加劑。

（4）耐久性混凝土采取自動計(jì)量拌合工藝，混凝土澆筑采用泵送?；炷恋臐仓?yīng)采用分層連續(xù)推移的方式進(jìn)行，澆筑間隙時間不得超過90 min，不得隨意留置施工縫，澆筑時間控制在6個小時左右。

（5）混凝土澆筑完畢后，及時加強(qiáng)養(yǎng)護(hù)，確?；炷帘韺涌?jié)B性的增加，縮短鋼筋開始銹蝕的年限[6]。

（6）按《客運(yùn)專線鐵路工程施工質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用指南》相關(guān)規(guī)定對于C50混凝土的入模溫度、含氣量、泌水率、電通量、抗裂性與鄰介質(zhì)溫差，拆模溫度等檢驗(yàn)方法、頻率等對耐久性混凝土施工質(zhì)量進(jìn)行嚴(yán)格驗(yàn)收。

3.3 強(qiáng)化結(jié)構(gòu)構(gòu)造措施與裂縫控制措施

（1）為保證混凝土在構(gòu)造上滿足耐久性要求，對保護(hù)層厚度、材質(zhì)及結(jié)構(gòu)防水等方面進(jìn)行細(xì)化和嚴(yán)格控制；從混凝土入模溫度、拆模、養(yǎng)護(hù)、預(yù)應(yīng)力張拉等方面進(jìn)行裂縫控制。

（2）加強(qiáng)混凝土的施工工藝控制，從混凝土攪拌、運(yùn)輸、布料、振搗等工藝進(jìn)行細(xì)化，以保證混凝土的勻質(zhì)性和密實(shí)度。

（3）嚴(yán)格按照施工圖紙要求對預(yù)應(yīng)力張拉順序、張拉時間進(jìn)行控制；加強(qiáng)對前兩孔梁的孔道及喇叭口摩阻等預(yù)應(yīng)力瞬時損失進(jìn)行測試，并根據(jù)實(shí)測數(shù)據(jù)進(jìn)行張拉預(yù)應(yīng)力控制，保證預(yù)應(yīng)力施加準(zhǔn)確。

（4）孔道壓漿采用真空輔助壓漿技術(shù)，對漿體配合比、性能指標(biāo)、壓漿設(shè)備、壓漿工藝操作流程及施工質(zhì)量進(jìn)行嚴(yán)格控制，保證預(yù)應(yīng)力管道能填充密實(shí)，確保箱梁混凝土的耐久性。

3.4 箱梁徐變上拱監(jiān)測技術(shù)及控制措施

施工過程中通過對每跨箱梁的徐變上拱進(jìn)行監(jiān)測分析，以預(yù)測每跨箱梁的最終徐變上拱值。箱梁徐變上拱監(jiān)測在終張拉完成后開始，直至竣工驗(yàn)收才結(jié)束。

3.4.1 箱梁徐變上拱監(jiān)測

（1）監(jiān)測方案及方法。采用精密水準(zhǔn)儀或數(shù)字水準(zhǔn)儀對梁體兩端支座位置及跨中位置設(shè)置標(biāo)志進(jìn)行監(jiān)測，計(jì)算并確定梁體的上拱值。

徐變上拱監(jiān)測時要保持人員與儀器的相對固定，同時還要保持每次監(jiān)測的位置固定，監(jiān)測并嚴(yán)格控制測量誤差，保證監(jiān)測精度。箱梁架設(shè)后的上拱值應(yīng)結(jié)合墩臺沉降變形監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行分析確定。

（2）監(jiān)測周期。箱梁在終張拉完成后進(jìn)行，開始要求每天測量一次，當(dāng)上拱變化率趨于穩(wěn)定后，監(jiān)測周期逐步延長，變形觀測的階段及頻次要滿足表2要求。

3.4.2 箱梁徐變上拱控制措施

（1）嚴(yán)控水灰比及水泥用量。高性能混凝土的水灰比及水泥用量是影響徐變上拱的最重要因素之一，在水灰比相同時，徐變隨水泥用量增多而增大；當(dāng)水泥用量一定時，如水灰比變大，徐變變形也隨之變大。因此，施工時嚴(yán)格控制配合比，盡可能采用較低的水泥用量和較小水灰比的高性能混凝土。

（2）加強(qiáng)粗骨料的選擇。粗骨料的彈性模量和體積含量在混凝土中對水泥漿體徐變起較好約束作用，在配合比選擇工時宜選用彈性模量較高的石灰石碎石骨料及適宜的級配，并摻入足量的摻和料和專用復(fù)合外加劑，以最大限度地減少混凝土的徐變變形。

（3）加強(qiáng)混凝土養(yǎng)護(hù)。為有效地控制混凝土的養(yǎng)護(hù)過程，梁場采用由計(jì)算機(jī)控制的蒸汽養(yǎng)護(hù)系統(tǒng)進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，以確保混凝土養(yǎng)護(hù)質(zhì)量，縮短養(yǎng)護(hù)時間。

（4）控制終張拉時間。偏低的梁體混凝土彈性模量會引起較大的徐變上拱，必須嚴(yán)格控制預(yù)應(yīng)力張拉時間，混凝土強(qiáng)度及彈性模量一定要完全達(dá)到設(shè)計(jì)要求后才能終張拉，原則性要求終張拉在梁體砼的齡期不小于10天后進(jìn)行。

（5）生產(chǎn)初期，應(yīng)至少應(yīng)對兩孔梁預(yù)應(yīng)力筋的管道及喇叭口摩阻等預(yù)應(yīng)力瞬時損失進(jìn)行測試，根據(jù)測試結(jié)果并對張拉應(yīng)力進(jìn)行修正；預(yù)應(yīng)力施加實(shí)行智能控制，防止超張拉，確保預(yù)應(yīng)力徐變上拱限值滿足要求。

3.5 控制張拉工藝

箱梁混凝土的預(yù)應(yīng)力按預(yù)張拉、初張拉和終張拉三個階段進(jìn)行。張拉時在梁的兩端及兩側(cè)四個頂同時進(jìn)行，以張拉力控制為主，以力筋伸長值為校核。

3.5.1 預(yù)張拉

預(yù)張拉在混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的60%+3.5 MPa時內(nèi)模拆除后進(jìn)行。張拉順序嚴(yán)格按設(shè)計(jì)要求進(jìn)行，注意保持兩端力筋的伸長量基本一致。

預(yù)張拉施加過程及監(jiān)測：0～0.2 σcon（測初始伸長量及夾片外露量）→設(shè)計(jì)張拉力（持荷5 min，并維持油壓表讀數(shù)不變，量測控制油壓伸長量及夾片外露量）→錨固（量測錨固回縮量）。

3.5.2 初張拉

初張拉要求在梁體混凝土強(qiáng)度達(dá)設(shè)計(jì)強(qiáng)度80%+3.5 MPa（43.5 MPa）后進(jìn)行，初張拉后就可用龍門吊將梁體移出臺位。初張拉力的施加過程及監(jiān)測與預(yù)張拉相同。

3.5.3 終張拉

當(dāng)梁體混凝土強(qiáng)度及彈性模量達(dá)到設(shè)計(jì)值后，齡期不少于10天才能進(jìn)行終張拉。終張拉施加過程及監(jiān)測：0→初應(yīng)力σ預(yù)張拉或初張拉σcon（測控制油壓伸長量及夾片外露量）→σcon（持荷5 min并維持油壓表讀數(shù)不變，測控制油壓伸長量及夾片外露量）→錨固（測錨固回縮量）。

3.5.4 管道壓漿

（1）終張拉完畢后，必須在48 h內(nèi)采用真空輔助灌漿工藝對管道進(jìn)行壓漿。壓漿時及壓漿后3天內(nèi)，梁體及環(huán)境溫度均不能低于5 ℃。

（2）壓漿水泥采用42.5低堿普通硅酸鹽水泥及復(fù)合型外摻料，水泥漿體質(zhì)量應(yīng)符合《客運(yùn)專線預(yù)應(yīng)力混凝土預(yù)制梁暫行技術(shù)條件》的規(guī)定：漿體水膠比不超過0.34，流動度應(yīng)控制在30～50 s之間并不能泌水。試驗(yàn)室要通過多次試驗(yàn)進(jìn)行分析比較，以確定最佳的水泥漿配合比。

（3）壓漿工藝。管道壓漿采用真空壓漿技術(shù)[7]，壓漿順序?yàn)橄认潞笊希鞯拦ば蛞欢ㄒ獓?yán)格按操作要求進(jìn)行。壓漿過程應(yīng)連續(xù)一次性完成，儲漿筒中的漿體要不停地?cái)噭?。壓入的漿體不得含未攪勻的水泥團(tuán)塊，終凝時間不宜大于24 h。水泥漿要滿足以下要求：28 d抗壓強(qiáng)度≥50 MPa，抗折強(qiáng)度≥10 MPa；24 h內(nèi)最大自由收縮率≤3%。

3.6 箱梁檢驗(yàn)與移運(yùn)

3.6.1 出場檢驗(yàn)

預(yù)制梁出場檢驗(yàn)主要有預(yù)制梁制造過程檢驗(yàn)和成品檢驗(yàn)。

（1）預(yù)制箱梁生產(chǎn)工藝過程控制由質(zhì)檢部進(jìn)行逐項(xiàng)檢驗(yàn)，對不合格的原材料、半成品及配件等均不得使用。凡是本道工序質(zhì)量不符合標(biāo)準(zhǔn)要求的，一律不得進(jìn)行下道工序施工。

（2）當(dāng)箱梁首孔生產(chǎn)時、批量生產(chǎn)中及當(dāng)有影響抗裂性的質(zhì)量缺陷時，應(yīng)進(jìn)行靜載試驗(yàn)，要求梁體下翼緣底部邊角及梁底無受力裂紋，預(yù)制梁靜載彎曲抗裂性不小于1.20，靜活載實(shí)測撓度不大于1.05倍設(shè)計(jì)計(jì)算值[8]。

（3）預(yù)制好的箱梁要逐件進(jìn)行成品檢查驗(yàn)收、合格后簽發(fā)技術(shù)證明書。均設(shè)置橋牌，標(biāo)明跨度、活載等級、設(shè)計(jì)圖號、梁號、梁體質(zhì)量、制造廠家、制造年月、許可證編號等。

3.6.2 箱梁場內(nèi)移運(yùn)

預(yù)制箱梁在梁場內(nèi)運(yùn)輸、存梁及出場裝運(yùn)時，要采取有效措施確保梁不會出現(xiàn)損壞，梁端的容許懸出長度要符合設(shè)計(jì)要求。箱梁在場內(nèi)運(yùn)輸、起落和出場裝運(yùn)時，均采用聯(lián)動液壓裝置落梁；運(yùn)、存梁時要求每個支點(diǎn)實(shí)際反力與四個支點(diǎn)的平均反力值相差不超過10%（或四個支點(diǎn)不平整量最大不超過2 mm）。

梁場采用900 t提梁機(jī)裝梁，要確保裝梁安全。當(dāng)提梁機(jī)行走至待移箱梁上方時，用提梁機(jī)專用吊具與箱梁吊點(diǎn)進(jìn)行可靠聯(lián)結(jié)，然后緩慢將箱梁吊起離地10 cm左右停車制動，仔細(xì)檢查梁體縱、橫向水平度是否滿足要求，如不滿足要求應(yīng)將梁體落下重新調(diào)整吊桿螺栓或提梁機(jī)起升高度；同時檢查提梁機(jī)起升制動是否可靠，一切正常后方可繼續(xù)裝梁。提梁機(jī)裝梁應(yīng)由經(jīng)驗(yàn)豐富的專業(yè)人員進(jìn)行指揮，吊梁行走時應(yīng)保持在低位，梁底距存梁臺位支承臺面上方約30 cm高度，當(dāng)運(yùn)行到距運(yùn)梁車3 m左右時停車，待梁體穩(wěn)定后起升梁體到高出運(yùn)梁車約30 cm位置，再將梁體吊至運(yùn)梁車上方，調(diào)整梁體位置直到滿足或運(yùn)梁車承載要求后平緩落梁。

4 結(jié)語

客運(yùn)專線梁場功能多、工期緊，在規(guī)劃建設(shè)時應(yīng)綜合考慮場地條件、所選用機(jī)械設(shè)備、水電、場內(nèi)道路、生產(chǎn)生活用房等多項(xiàng)內(nèi)容，既要經(jīng)濟(jì)又安全適用；箱梁采用的C50高性能預(yù)應(yīng)力混凝土質(zhì)量要求嚴(yán)格，必須要從原材料、配合比、鋼筋模板加工、預(yù)應(yīng)力張拉、養(yǎng)護(hù)及移梁各方面進(jìn)行嚴(yán)格的質(zhì)量控制。昭化梁場的箱梁預(yù)制由于場地布置合理，質(zhì)量控制到位，所生產(chǎn)的箱梁均滿足規(guī)范及設(shè)計(jì)要求，為全線的橋梁上構(gòu)施工奠定了良好的基礎(chǔ)。

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