高速鐵路雙線箱梁徐變上拱的監(jiān)控與分析

張艷

摘要：高速鐵路無砟軌道技術(shù)要求下部結(jié)構(gòu)具有較高的平順性，對(duì)于預(yù)應(yīng)力產(chǎn)生的徐變上拱的控制就成了無砟軌道預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁設(shè)計(jì)和施工的關(guān)鍵。結(jié)合西成鐵路客運(yùn)專線和京滬高速鐵路的施工，通過對(duì)預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁徐變上拱的控制和分析研究，得出無砟軌道預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁的設(shè)計(jì)和施工有意義。

關(guān)鍵詞：高速鐵路;箱梁;徐變上拱;混凝土

中圖分類號(hào)：U445.469

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

DOI： 10.15913/j.cnki.kjycx.2019.09.009

1 概述

在高速鐵路無砟軌道技術(shù)應(yīng)用中，存在兩個(gè)急需攻克的技術(shù)難點(diǎn)：軌道結(jié)構(gòu)、橋梁結(jié)構(gòu)及基礎(chǔ)[1]。雙線簡(jiǎn)支梁結(jié)構(gòu)與其他的橋梁結(jié)構(gòu)相比有較多的優(yōu)點(diǎn)，比如抗扭剛度大、噪聲小及建成后的橋梁養(yǎng)護(hù)工作量小，所以在高速鐵路建設(shè)中廣泛地選擇簡(jiǎn)支梁結(jié)構(gòu)[2]。橋梁結(jié)構(gòu)在外部荷載作用下產(chǎn)生的變形會(huì)對(duì)軌道結(jié)構(gòu)的受力、平順性和行車安全性產(chǎn)生直接的影響[3]。對(duì)于鋪設(shè)無砟軌道的預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁，橋面沒有道渣來調(diào)整徐變上拱的影響，勢(shì)必會(huì)影響高速鐵路的行車舒適與安全性，因此對(duì)預(yù)應(yīng)力混凝土簡(jiǎn)支箱梁徐變上拱的研究和控制具有重要的意義。

2 梁體徐變上拱的影響因素

混凝土箱梁徐變上拱的影響因素分為設(shè)計(jì)影響因素和施工影響因素。

2.1 箱梁設(shè)計(jì)影響因素

在全預(yù)應(yīng)力梁體中，存在一種理想狀態(tài)的結(jié)構(gòu)，即梁體一直處于均勻受壓狀態(tài)，為了使梁體處于該種狀態(tài)，要盡量地使恒載產(chǎn)生的彎矩接近于預(yù)應(yīng)力產(chǎn)生的彎矩，此時(shí)，梁體的偏心彎矩平衡恒載，軸向力平衡活載。當(dāng)梁體偏心受壓時(shí)，梁體一定會(huì)產(chǎn)生上拱或下?lián)?，此時(shí)，梁體應(yīng)力直接關(guān)系著由長(zhǎng)期受壓產(chǎn)生的徐變上拱值，因此，梁體正常使用狀態(tài)下截面上下緣的應(yīng)力差和高跨比對(duì)梁體因長(zhǎng)期受壓而產(chǎn)生的徐變上拱起著重要的作用。

2.2 箱梁施工影響因素

2.2.1 水灰比和水泥用量

在施工過程中，混凝土的徐變主要由水泥漿的徐變決定[4]，水灰比和水泥用量決定了水泥漿的徐變，兩個(gè)影響因素中，當(dāng)其中一值相同時(shí)，徐變上拱和剩余一值呈正相關(guān)變化。

2.2.2 骨料的力學(xué)性能

骨料對(duì)水泥漿徐變的約束作用隨骨料的彈性模量和體積含量的增加而增大，因此，在施工時(shí)選用高彈性模量巖石（石灰石碎石）和良好的級(jí)配可以很好地控制梁體的徐變上拱。徐變上拱量的大小也受梁體的彈性模量影響，梁體的彈性模量越高則徐變上拱量越小。

3 箱梁徐變上拱的監(jiān)控

梁體徐變拱度的大小與梁體自重產(chǎn)生的拱度、預(yù)應(yīng)力引起的拱度、二期恒載的拱度以及在梁體上施加荷載的時(shí)間密切相關(guān)。除此之外，施工的溫度、濕度以及后期養(yǎng)護(hù)對(duì)其都有一定的影響。由于其影響因素較多且難以控制，導(dǎo)致盡管是同一次設(shè)計(jì)的梁體由收縮徐變產(chǎn)生的上拱也不相同，因此，對(duì)預(yù)應(yīng)力混凝土的收縮徐變控制比較困難。

對(duì)梁體徐變觀測(cè)時(shí)，鋪設(shè)無砟軌道的關(guān)鍵時(shí)間節(jié)點(diǎn)和關(guān)鍵工序是重要依據(jù)。所以，在實(shí)際施工中要保證觀測(cè)數(shù)據(jù)的真實(shí)性和可靠性，必須加強(qiáng)該控制過程。為了很好地監(jiān)控梁體的徐變，在施工中編制了梁體變形觀測(cè)作業(yè)指導(dǎo)書來保證測(cè)量數(shù)據(jù)的可靠性和真實(shí)性。

3.1 設(shè)計(jì)參數(shù)

梁體理論計(jì)算值如表1所示。

梁體徐變上拱度小于等于±∥3 000 mm。為了使梁體恒載產(chǎn)生的彎矩與預(yù)應(yīng)力產(chǎn)生的彎矩接近。通過理論計(jì)算可得梁體跨中的反拱量是17.84 mm，施工時(shí)在梁體中預(yù)設(shè)18 mm的反拱量。

3.2 測(cè)量點(diǎn)位布置

每孔梁在梁體兩側(cè)支點(diǎn)及跨中位置布置6個(gè)觀測(cè)標(biāo)。觀測(cè)標(biāo)用頂部磨圓且刻有十字線的直徑為20 mm的不銹鋼制成。埋置梁體深度150 mm，高出埋設(shè)表面3 mm，且對(duì)鋼體做好防銹蝕處理，其布置如圖1所示。

3.3 觀測(cè)實(shí)施辦法

在梁場(chǎng)批量生產(chǎn)的混凝土箱梁中，在30孔梁體中隨機(jī)抽取1孔設(shè)置觀測(cè)標(biāo)，當(dāng)某孔被觀測(cè)的梁體實(shí)測(cè)值大于設(shè)計(jì)值時(shí)，此時(shí)其前后的梁體按上觀測(cè)標(biāo)逐孔進(jìn)行觀測(cè)，觀測(cè)其梁體的上拱量是否合乎設(shè)計(jì)規(guī)范。徐變觀測(cè)水準(zhǔn)路線如圖2所示。

此種觀測(cè)標(biāo)觀測(cè)精度為土l mm，讀取數(shù)至0.01 mm。對(duì)梁體的徐變觀測(cè)量的頻次為：預(yù)應(yīng)力終張拉前后各進(jìn)行1次，其后的Sd每隔ld觀測(cè)1次，此后每7d觀測(cè)1次。

4 測(cè)量數(shù)據(jù)分析 根據(jù)《高速鐵路線下工程沉降變形觀測(cè)及評(píng)估實(shí)施細(xì)則》的要求，我們對(duì)575孔預(yù)應(yīng)力箱梁中隨機(jī)抽取的23孔進(jìn)行了上述觀測(cè)，其中10孔箱梁觀測(cè)跨中數(shù)據(jù)如表2所示。

將表2中的數(shù)據(jù)繪制成彈性模量與徐變量的關(guān)系和終張拉齡期與徐變量的關(guān)系如圖3、4所示。由圖可知，箱梁跨中的拱度在預(yù)應(yīng)力作用后的一段時(shí)間內(nèi)發(fā)展較快，隨著時(shí)間推移逐漸趨于平緩，且彈性模量與徐變上拱量成反比。實(shí)測(cè)結(jié)果表明，施工時(shí)預(yù)設(shè)的18 mm反拱量符合設(shè)計(jì)要求，箱梁徐變控制較好。

5 箱梁徐變上拱的控制措施

在實(shí)際施工中由于梁體收縮徐變的影響因素較多，為了保證上拱量能夠較好的被控制在10 mm內(nèi)，采用以下措施控制箱梁徐變上拱量：①混凝土徐變大小的決定性因素是混凝土的彈性模量，彈性模量越高則徐變量越小。在施工過程中應(yīng)優(yōu)化混凝土配合比設(shè)計(jì)。②在施工過程中應(yīng)確?；炷琳駬v密實(shí)，尤其是預(yù)應(yīng)力集中區(qū)域應(yīng)特別注意。所以，在施工過程中應(yīng)加強(qiáng)對(duì)該區(qū)域的振搗。在施工中可選用附著式振動(dòng)器或者插入式振搗棒。③由徐變線性理論可知，施加預(yù)應(yīng)力時(shí)梁體的彈性上拱量決定了徐變上拱，因此，應(yīng)嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)規(guī)范進(jìn)行張拉。在張拉之前還應(yīng)該檢測(cè)混凝土的彈性模量。在對(duì)梁體進(jìn)行張拉時(shí)應(yīng)嚴(yán)格控制梁體的徐變上拱量，使其滿足要求。④梁體完成張拉后，在規(guī)定的48 h內(nèi)對(duì)預(yù)留孔進(jìn)行壓漿，且嚴(yán)格控制壓漿過程，保證壓漿密實(shí)。⑤應(yīng)延長(zhǎng)混凝土的加載齡期。加載齡期分為預(yù)應(yīng)力施加時(shí)齡期和橋面附屬工程、無砟軌道基礎(chǔ)混凝土澆筑齡期。⑥加強(qiáng)監(jiān)控?？刹贾酶o密的觀測(cè)標(biāo)，采用更精確的沉降儀器達(dá)到嚴(yán)禁監(jiān)控的目的。

6 結(jié)語

本文通過對(duì)西成鐵路客運(yùn)專線和京滬高速鐵路的施工，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)對(duì)預(yù)應(yīng)力箱梁徐變拱度的觀測(cè)，總結(jié)出徐變上拱量的影響因素和箱梁徐變上拱的控制措施。通過對(duì)梁場(chǎng)預(yù)制箱梁的徐變上拱觀測(cè)，改進(jìn)施工工藝，規(guī)范施工方法，使梁體上拱值滿足設(shè)計(jì)要求，保證無砟軌道的施工質(zhì)量和高速列車運(yùn)行的安全。

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