高速鐵路預(yù)制箱梁支座空響處理技術(shù)

中鐵建大橋工程局集團(tuán)第一工程有限公司，遼寧 大連 116000

1 引言

近些年，隨著國家“一帶一路”的倡議，高速鐵路建設(shè)呈現(xiàn)快速發(fā)展的趨勢。高速鐵路大型箱梁預(yù)制場應(yīng)運(yùn)而生，其中關(guān)于后張法預(yù)應(yīng)力混凝土簡支箱梁支座預(yù)埋板的質(zhì)量控制直接關(guān)系到行車安全及結(jié)構(gòu)的使用壽命。目前國內(nèi)，通過事后處理措施在支座預(yù)埋板開孔注入環(huán)氧樹脂的方式雖然在一定程度上解決了一部分的早期質(zhì)量病害的發(fā)生，但未從源頭上杜絕此類質(zhì)量缺陷，致使后期運(yùn)營期間處理維修成本較高，使用壽命有待提高。

針對目前支座空響問題質(zhì)量技術(shù)處理上的缺陷，通過箱梁預(yù)制過程中采取事前主動預(yù)控的施工技術(shù)改進(jìn)，經(jīng)過將近600孔箱梁的支座預(yù)埋板檢驗(yàn)，基本上可杜絕事后再次處理，施工技術(shù)及工裝改進(jìn)已經(jīng)成熟。目前，在商合杭高鐵全線梁場施工中推廣應(yīng)用［1］。

2 工程概況

商合杭高速鐵路十四標(biāo)工程線路全長27.452km，包含12座橋梁，橋梁占比為83.82%。在施工使用了后張法對780 孔預(yù)應(yīng)力混凝土簡支箱梁等進(jìn)行預(yù)制和架設(shè)。在梁型的選擇中，選擇現(xiàn)行大型預(yù)制梁場標(biāo)準(zhǔn)31.5m的梁跨簡支梁。在一般情況下，設(shè)計(jì)方案要采用單箱單室等高的設(shè)計(jì)形式。對于箱梁支座預(yù)埋板的操作方式（以PZ-5500 為例）見圖1。

3 支座預(yù)埋板的空響技術(shù)控制措施

3.1 支座預(yù)埋板空響的原因分析

圖1 PZ-5500 支座預(yù)埋鋼板設(shè)計(jì)圖

3.1.1 混凝土收縮徐變

有差異的膨脹系數(shù)是目前研究發(fā)現(xiàn)對混凝土與支座預(yù)埋鋼板的膨脹與收縮現(xiàn)象造成較大影響原因之一，由于該系數(shù)在兩者之間存在差異，易造成這兩種材料之間出現(xiàn)收縮、膨脹不同步的現(xiàn)象。因支座預(yù)埋鋼板表面具有較高程度的光滑性，并且支座預(yù)埋鋼板錨固筋使用相對較少，因此造成了其與混凝土之間粘結(jié)力不夠，進(jìn)而導(dǎo)致微小縫隙極易存在于支座預(yù)埋鋼板和混凝土之間，產(chǎn)生空響現(xiàn)象。

3.1.2 混凝土坍落度的影響

預(yù)制箱梁混凝土在澆筑過程中，因混凝土坍落度過大，會導(dǎo)致支座預(yù)埋板處產(chǎn)生氣泡，進(jìn)而形成空響；如果混凝土坍落度過小，則易造成混凝土在澆筑過程中難以振搗密實(shí)，形成空響［2］。

3.1.3 混凝土的振搗

在箱梁的端部，即支座預(yù)埋鋼板上方設(shè)計(jì)的加強(qiáng)鋼筋過密，一是因混凝土灌注時(shí)粗骨料難以下落，導(dǎo)致支座預(yù)埋板上面粗骨料過少，水泥漿偏多、偏厚，造成該處混凝土收縮過大，形成空響；二是振搗棒無法直接對預(yù)埋鋼板上方混凝土進(jìn)行有效振搗，導(dǎo)致該處的混凝土易出現(xiàn)欠振、漏振現(xiàn)象，最終形成空響。

3.2 支座預(yù)埋板施工中控制措施

3.2.1 混凝土收縮和徐變引起的空響

⑴安裝支座預(yù)埋鋼板操作質(zhì)量控制。首先要求，由測量組人員進(jìn)行支座預(yù)埋鋼板位置的精確放樣。然后對預(yù)埋鋼板的位置模板進(jìn)行表面平整度打磨，直至預(yù)埋鋼板所在位置的模板在四角位置處的相對之間的高差小于2mm。將臨時(shí)錨固位置精確定位在模板上的支座預(yù)埋鋼板上，并且在這個(gè)位置上要進(jìn)行與預(yù)留位置相對應(yīng)的預(yù)留孔的鉆探工作?；炷翝仓埃鳂I(yè)人員利用螺栓將鋼板上的套筒與鋼模板進(jìn)行臨時(shí)錨固。安裝到位后進(jìn)行四角高差和箱梁同一端兩支座預(yù)埋板的高差復(fù)測工作。箱梁混凝土澆筑完畢后，梁體初張拉前，要及時(shí)拆除臨時(shí)用的錨固螺栓，嚴(yán)禁出現(xiàn)初張拉時(shí)錨固螺栓未解鎖現(xiàn)象。

⑵混凝土原材料的質(zhì)量控制。預(yù)制箱梁使用壽命滿足100年的要求，箱梁采用C50 高性能混凝土，為了獲得合格的混凝土原材料，一定要選用合格廠商提供的優(yōu)質(zhì)原材料，材料質(zhì)量必須經(jīng)試驗(yàn)室抽樣檢測合格后方可用于箱梁主體施工。而對于廠商的選擇可以采用招標(biāo)方式。

⑶支座預(yù)埋鋼板上方的處理。通過圖1（a）可以得知如下信息，在支座預(yù)埋鋼板上方或邊緣設(shè)計(jì)原有21 根Φ12 錨筋和4 個(gè)套筒。為了能夠使混凝土與支座預(yù)埋鋼板之間的連接得到加強(qiáng)，傳統(tǒng)的方式是在預(yù)埋鋼板上增加焊接與設(shè)計(jì)錨筋同規(guī)格的螺紋鋼筋，但此方法會損傷原預(yù)埋鋼板上的多元合金+鈍化的防腐措施。為了不破壞設(shè)計(jì)要求，采用四方形Φ12mm 的螺紋鋼筋套安放至預(yù)埋鋼板上方，同時(shí)在鋼筋套內(nèi)滿鋪10～20mm粒徑的大碎石［3］。箱梁支座預(yù)埋板（Φ12mm 鋼筋套和碎石）見圖2。

圖2 支座預(yù)埋鋼板（Φ12mm 鋼筋套和碎石）

3.2.2 混凝土的質(zhì)量控制

支座預(yù)埋鋼板處振搗所能夠具有的質(zhì)量與混凝土性能好壞的程度有著直接的、密不可分的關(guān)系。因此，第一層的底板和腹板的混凝土具有的性能指標(biāo)在此時(shí)顯得十分重要，尤其是因?yàn)榛炷量陀^上存在的和易性與坍落度的影響而顯得更加重要。

在每次混凝土正式開始澆筑之前，試驗(yàn)室對和易性與混凝土坍落度要加大檢測頻次，并且把18～20cm 的范圍作為對于試驗(yàn)中混凝土坍落度的控制范圍。在上述條件滿足的同時(shí)，由于施工時(shí)混凝土的性能會根據(jù)夏季和冬季的溫度差別而有所不同，因此，要提前做好混凝土性能測定，調(diào)整好施工配合比。

3.2.3 加強(qiáng)混凝土的振搗措施

我媽基本不會對我發(fā)火，記憶中只有一次。那時(shí)候我剛上幼兒園，有一天放學(xué)，我忘記給小書包拉上拉鏈，一路蹦蹦跳跳地回了家，書包里的小本子啊鉛筆啊都給抖落光了。第二天早上去上學(xué)的時(shí)候，我才發(fā)現(xiàn)書包是空的。我媽當(dāng)時(shí)噌的一下火就上來了，狠狠罵了我一頓。

⑴工裝改進(jìn)。由于梁體端部支座預(yù)埋板處鋼筋設(shè)計(jì)較密，致使施工過程中插入式振搗棒無法充分直接深入至預(yù)埋板處進(jìn)行振搗。為解決這一問題，對原箱梁內(nèi)模板倒角處進(jìn)行開孔處理，孔徑為10cm，以此保證振搗棒的振搗效果。

⑵施工工藝控制。箱梁混凝土振搗是以插入式振搗棒為主，以高頻附著式振搗器為輔。對于端模板和正下方處，安置1臺附著式振搗器，以保證該處混凝土振搗的效果。針對支座預(yù)埋板上方開孔的4 處，采用35 型插入式振搗棒直接對支座板上方的混凝土進(jìn)行有效振搗［4］。為保證支座板上方的骨料有效的和鋼筋結(jié)合、密實(shí)，在混凝土開盤前即插入35 型振搗棒至支座預(yù)埋鋼板上部。

3.3 支座預(yù)埋板的處理結(jié)果

通過在支座預(yù)埋板上方布置四方形鋼筋套和滿鋪10～20mm 粒徑大碎石、工裝改進(jìn)相結(jié)合的措施后，梁場在施工剩余600 孔箱梁支座后檢查發(fā)現(xiàn)，目前所具有的支座空響率與前期已預(yù)制完成將近180 孔箱梁支座空響率相比已經(jīng)得到很大改善。通過對后期梁體支座預(yù)埋板進(jìn)行敲擊檢查，空響現(xiàn)象呈點(diǎn)狀，聲音渾厚、飽滿。這種相結(jié)合的處理方式很大程度上保證了質(zhì)量，克服了這一質(zhì)量缺陷。

4 針對已制箱梁支座板空響的處理

支座預(yù)埋鋼板位置處混凝土存在不密實(shí)等問題，主要是因上述三方面原因?qū)е碌摹Ｒ虼藶榱烁佑行У亟鉀Q目前已預(yù)制完成將近180 孔簡支箱梁支座預(yù)埋鋼板存在的空響問題，最主要的就是把空響位置處支座預(yù)埋鋼板與混凝土之間讓它們緊密相互結(jié)合起來。而為了達(dá)成這一目的可以采取在支座預(yù)埋鋼板上鉆孔并且在鉆孔之中注膠的方法來滿足上述要求［5］。

4.1 施工材料與相關(guān)設(shè)備

對于支座預(yù)埋鋼板鉆孔中使用的鉆頭采用德國進(jìn)口的磁座鉆，型號為JCYY-13；注膠機(jī)選用德國進(jìn)口的高壓注膠機(jī)，型號為BOSCH-HX500；韓國進(jìn)口的JEFF-6 鉆頭。

灌注膠采用CQ-LF1 改性環(huán)氧樹脂，膠體抗拉強(qiáng)度要滿足≥30MPa，抗彎強(qiáng)度≥40MPa 且材料不能夠呈脆性破壞，其余各項(xiàng)要求滿足設(shè)計(jì)中混凝土結(jié)構(gòu)加固規(guī)范所列出的具體的要求。

4.2 處理方法

（1）為了判斷空洞的位置，可以先以鐵錘對支座預(yù)埋鋼板底部進(jìn)行敲擊操作，可以依據(jù)聲音對空洞的位置進(jìn)行判斷。

（2）然后在鋼板上用油性記號筆對排氣孔與注膠膠孔位置進(jìn)行標(biāo)注。

（3）用磁座鉆在標(biāo)注的位置處進(jìn)行開孔，然后把注膠嘴插入注膠孔內(nèi)。

（4）灌縫膠嚴(yán)格按照改性環(huán)氧樹脂：固化劑=2：1 的比例稱重配置，充分?jǐn)嚢杈鶆蛑翢o色差狀態(tài)。

（5）用高壓注膠機(jī)進(jìn)行注膠，控制好壓力，待排氣孔有部分膠體流出后，最后停止灌注。

（6）待膠體凝固后除去注膠嘴，最后利用封口膠封住注膠口。

4.3 注膠結(jié)果監(jiān)測

通過鐵錘敲擊原空響位置的聲音來判斷注膠是否已經(jīng)注滿。

5 結(jié)束語

預(yù)應(yīng)力混凝土簡支箱梁支座板空響問題，是箱梁預(yù)制過程中危害較為嚴(yán)重的質(zhì)量通病，通過對影響支座板空響原因進(jìn)行分析、采取事前預(yù)防控制手段并且及時(shí)制定了事后處理措施，為今后同類問題的解決提供行之有效的施工經(jīng)驗(yàn)。