高鐵特大橋簡支箱梁預(yù)制施工關(guān)鍵技術(shù)研究

范士亮

摘要：隨著我國經(jīng)濟的大規(guī)模發(fā)展，橋梁事業(yè)發(fā)展的水平越來越高，箱梁由于自身的特殊之處在橋梁工程中被廣泛應(yīng)用。將結(jié)合具體的橋梁工程實踐，從預(yù)制箱梁的優(yōu)點與反拱度、徐變對行車穩(wěn)定性、安全性的控制角度出發(fā)，簡要分析了箱梁的模板安裝、鋼筋施工以及混凝土澆筑與養(yǎng)護等關(guān)鍵技術(shù)措施，這些技術(shù)措施表明預(yù)制箱梁在工程中可大幅度提高工作效率，可為同類工程提供參考。

關(guān)鍵詞：預(yù)制箱梁;反拱度控制;徐變控制;預(yù)制技術(shù)

中圖分類號：U445.4

文獻標志碼：A

0引言

在我國社會經(jīng)濟的發(fā)展中，交通扮演著越來越重要的角色，橋梁工程在基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)中發(fā)揮著巨大的作用。進入二十一世紀以來，橋梁工程技術(shù)提升，預(yù)應(yīng)力混凝土施工技術(shù)發(fā)展成熟，預(yù)制箱梁大規(guī)模應(yīng)用于生產(chǎn)實踐。同時，受環(huán)境影響，部分施工技術(shù)需要根據(jù)具體工程條件實施，而且箱梁預(yù)制施工技術(shù)涵蓋面較廣，因此，必須做好質(zhì)量控制工作。目前，國內(nèi)外對箱梁預(yù)制施工技術(shù)以及質(zhì)量控制等進行了相關(guān)研究[1-8]，本論述將以某鐵路段為例，從箱梁的穩(wěn)定性、安全性出發(fā)，簡要論述了箱梁現(xiàn)場預(yù)制施工工程相關(guān)技術(shù)。

1工程概況

在所有橋梁結(jié)構(gòu)體系中，簡支梁體系受力明確，便于分析，并且施工技術(shù)相對成熟，在很多工程中被采用。尤其在高速鐵路中，橋梁結(jié)構(gòu)必須要有足夠的強度來承受列車的沖擊荷載，箱梁由于質(zhì)量輕、結(jié)構(gòu)性強，在橋梁工程中被廣泛運用。漫灣特大橋橋址位于甘肅省皋蘭縣西岔鎮(zhèn)境內(nèi)，地形起伏，鄉(xiāng)村道路密集，為跨越X124、東繞城快速路（規(guī)劃）、蘭州新區(qū)龔巴路而設(shè)，平均海拔1950m。起止里程為DK3+513.565-DK5+369.035，橋梁全1855.47m。橋跨布置為：（1-4m+4-3m）簡支梁+16-64m簡支梁+3-51m+17-3m簡支梁。全橋布置圖如圖1所示。

本箱梁預(yù)制方案適用于17-64m節(jié)拼預(yù)制膠接拼裝簡支箱梁。梁場為其中17孔64m節(jié)段預(yù)制拼裝簡支箱梁預(yù)制、架設(shè)而規(guī)劃。節(jié)段預(yù)制場長約300m，寬3.5m，總占地約0.97hm2。梁場大門吊基礎(chǔ)及制存梁基礎(chǔ)換填30cm三七灰土，夯實處理，地坪做CO混凝土硬化，并設(shè)置5‰縱坡和1%橫向人字坡進行排水。梁頂寬1m，底寬5m，箱梁端部支點位置橫向支座間距4m，梁高5.4m。

2箱梁的安全控制技術(shù)

2.1預(yù)制箱梁的優(yōu)點

現(xiàn)如今的橋梁建設(shè)中，多數(shù)仍然以巾小跨徑的工程為主，現(xiàn)澆箱梁由于具有剛度大、完整連續(xù)性好的優(yōu)勢在橋梁工程中被廣泛運用，但相對于一些跨徑較大的高架橋、跨河、跨海大橋等，現(xiàn)澆箱梁的建設(shè)工藝相對繁瑣，就不能滿足施工要求。工程師們期待能有一種新的施工方法，將簡支梁與連續(xù)梁的各自優(yōu)勢結(jié)合起來，在廠內(nèi)批量生產(chǎn)箱梁，然后在施工現(xiàn)場安裝，增加了連續(xù)梁的生產(chǎn)建設(shè)速度，也免去了現(xiàn)澆梁的模板施工部分，這就是先簡支后連續(xù)的施工方法。該方法加速了橋梁的建設(shè)進度，免去了支模成本，減少了混凝土由于自身荷載所帶來的徐變對構(gòu)造體系的影響。并且該體系橋梁也具有其他體系箱梁的優(yōu)勢，如變形小、剛度大特點，保證了行車平穩(wěn)性。

相較于其他箱梁建設(shè)，先簡支后連續(xù)施工體系具有以下特點：

（1）箱梁可在工廠內(nèi)預(yù)制，完全標準化作業(yè)，減少了現(xiàn)澆箱梁時施工現(xiàn)場的外界干擾，廠內(nèi)統(tǒng)一生產(chǎn)管理，加快了生產(chǎn)速度，也節(jié)省了模板;

（2）廠內(nèi)預(yù)制箱梁，施工現(xiàn)場進行墩臺施工，即橋梁整個體系同時施工，加快了實際工程進度;

（3）減少了大量支模和腳手架，節(jié)約了成本，減少了對外界的干擾;

（4）預(yù)制箱梁，從最開始的預(yù)應(yīng)力張拉，到澆筑接縫，預(yù)應(yīng)力的張拉作用已經(jīng)基本結(jié)束，混凝土的收縮、徐變對預(yù)制箱梁的影響已經(jīng)降低到最小程度。

2.2預(yù)制箱梁的反拱度控制

橋的預(yù)拱度是保證橋梁成型后，車輛在橋面上行駛平穩(wěn)的主要影響因素之一，但是由于預(yù)制箱梁的成型過程中，結(jié)構(gòu)本身的總量以及靜活載產(chǎn)生的預(yù)拱度超過L/1600時，需要進行預(yù)拱度的設(shè)置。大跨度混凝土橋梁中的預(yù)拱度設(shè)置，基本公式如式（1）所示。

△=（fq-fy）[1+φ（t∞，τ）]+1/2fp

（1）式中：fq-橋梁結(jié)構(gòu)荷載引起的豎向撓度;fy-扣除所以預(yù)應(yīng)力損失后的預(yù)加力所發(fā)生的上撓度;fp-汽車荷載（不計沖擊力）產(chǎn)生的豎向撓度。

對于先簡支后連續(xù)體系的橋梁結(jié)構(gòu)而言，其在預(yù)制和施工過程中有如下主要變化：

（1）在預(yù)制箱梁期間，橋梁施工體系為預(yù)應(yīng)力混凝土簡支梁構(gòu)造，預(yù)應(yīng)力造成的反拱（f1）大于自重帶來的下?lián)希╢2）;

（2）在預(yù)制箱梁放置階段，在初始彈性變形的基礎(chǔ)上，徐變作用會讓上拱度繼續(xù)增大，同時，混凝土的收縮使預(yù)應(yīng)力損失，在預(yù)拱度的設(shè)置中要認識到兩者互相之間的耦合作用;

（3）在簡支梁體系向連續(xù)梁體系轉(zhuǎn)換過程巾，將會增加附加應(yīng)力（f3）;

（4）預(yù)制箱梁架設(shè)完成后，在二期橋面鋪裝荷載下，呈現(xiàn)出連續(xù)體系特征的變形（f4）;

（5）橋梁建設(shè)施工完成后，考慮到汽車、人群等活載作用下箱梁的下?lián)隙龋╢5），同時也應(yīng)考慮到一段時間后的收縮徐變等導致的撓度繼續(xù)增加。

在預(yù)拱度的計算中，要考慮荷載短期效應(yīng)組合與預(yù)應(yīng)力長期反拱值的差。因為預(yù)應(yīng)力效應(yīng)而產(chǎn)生的豎向撓度包含兩部分，即預(yù)制箱梁簡支體系下的自身起拱和體系轉(zhuǎn)換過程中頂板互相合攏而產(chǎn)生的豎向撓度。荷載效應(yīng)組合計算撓度時應(yīng)包括：橋梁簡支體系的自重，體系變化時的附近變形，二期橋面鋪裝荷載引起的變形，汽車，人群等活載作用下的變形。反拱度計算公式如式（2）所示。

△=（f1-f2）×[1+φ（t1，τ）]ηθ1+（f3-f4-f5）ηθ2

（2）式中：φ（t1，τ）-預(yù)制箱梁預(yù)應(yīng)力束張拉完成時的徐變系數(shù);

ηθ1-預(yù)制箱梁前期變形的長期增長系數(shù);

ηθ2-體系轉(zhuǎn)換后的撓度長期增長系數(shù)。

預(yù)制箱梁在廠內(nèi)存放，現(xiàn)場施工吊裝過程中，可能會出現(xiàn)三條腿受力現(xiàn)象，預(yù)制箱梁橫向?qū)挾刃?，當每一個支座發(fā)生不均勻沉降時，其他支座會產(chǎn)生較大的反力變化，但整個預(yù)制箱梁的結(jié)構(gòu)內(nèi)應(yīng)力狀態(tài)變化很小，因此需要對預(yù)制箱梁的存梁臺座的不均勻沉降控制在3mm以內(nèi)。

2.3預(yù)制箱梁的徐變控制

在設(shè)計預(yù)制箱梁過程中，嚴格控制箱梁的徐變，確保梁體滿足行車安全要求，可采取以下措施：

（1）利用優(yōu)質(zhì)的骨料，摻加合理的復合外加劑，控制好種類與質(zhì)量，生產(chǎn)高性能混凝土;

（2）控制好混凝土的工作應(yīng)力，以徐變變形實際理論為基礎(chǔ)，按設(shè)計要求施加預(yù)應(yīng)力，不得過度張拉;

（3）延長混凝土的加載齡期，即預(yù)應(yīng)力時的混凝土齡期和二期橋面鋪裝時的齡期;

（4）預(yù)應(yīng)力張拉期間，適當延長混凝土的齡期，并且保證合理的混凝土的強度。此外，修建足夠數(shù)量的臺座，滿足預(yù)制箱梁的存放需求，混凝土齡期不低于10d：

（5）在總工期的安排框架內(nèi)，適當延長二期橋面恒載的時間，確保施加應(yīng)力后不少于60d;

（6）加強預(yù)制箱梁施工流程的控制，從拌和、運輸、灌輸、養(yǎng)護，到后期作業(yè)人員的操作，都須嚴格把關(guān);

（7）在預(yù)制過程巾，在箱梁上部跨中部位，兩側(cè)電纜槽各設(shè)置一個M16螺栓，以此作為上拱的觀測點，用水準儀進行水平觀測。在廠房施工及存放階段，每周觀測一次，施工時，每兩周觀測一次。相關(guān)人員根據(jù)觀測數(shù)據(jù)進行預(yù)制箱梁的上拱變形的分析，并采取合理的措施，確保最終徐變值在規(guī)范值。

3箱梁預(yù)制工程技術(shù)

3.1節(jié)段梁施工工藝流程

箱梁預(yù)制工藝流程如圖2所示，可分為模板安裝、梁體鋼筋綁扎及吊裝、混凝土澆筑、混凝土養(yǎng)護、拆模等環(huán)節(jié)。

3.2模板安裝

預(yù)制型鋼模板由端模、外側(cè)模、內(nèi)模、底模及相互連接的體系組成，模板采用鋼材制作。條形基礎(chǔ)用C30混凝土澆注而成，厚度50cm。

（1）為實現(xiàn)箱梁線形控制，底模采用可調(diào)固定式。通過調(diào)整底模鋼墊塊高度，實現(xiàn)底模預(yù)設(shè)下?lián)?。底模用鋼板與縱橫向鋼架焊接成整體，與底座之間設(shè)置可調(diào)高度的鋼墊塊，側(cè)面安裝橡膠條密封底模和側(cè)模。底模面板厚度為8mm，橫向為H型鋼，間距為300mm。底模段接縫采用螺栓連接，同時采用2mm白色膠帶堵縫，加工后的模板長寬相應(yīng)減少1mm。

（2）外模采用大塊鋼模板，其整體效果良好。板厚6mm，橫肋采用槽14，間距250mm，縱肋采用H型鋼，高度200mm，模板應(yīng)滿足強度和剛度要求，以及滿足梁外形整體尺寸和平整度的精度要求。

（3）預(yù)制節(jié)段梁數(shù)量多，工程量大。為保證預(yù)制速度和質(zhì)量，內(nèi)模設(shè)計為帶液壓調(diào)節(jié)和支撐千斤頂支承的移動裝置，主要由移動系統(tǒng)、液壓調(diào)節(jié)、支撐千斤頂支承系統(tǒng)和模板系統(tǒng)組成。

（4）端模采用鋼板制作，縱橫向加勁肋與型鋼桁架整體連接。面板的厚度為10mm，橫、豎筋采用扁鐵，厚8mm，間距400mm，保證端模安裝時的穩(wěn)定性。端模用連接螺栓與側(cè)模、底模固定，液壓頂與側(cè)模連接，以承受混凝土澆筑時的水平推力。

為保證梁體外形尺寸的準確性，采用側(cè)模、內(nèi)模、底模、側(cè)模覆蓋底模的方式。端模為組合式整體鋼模板，便于拆裝，與底模、內(nèi)外模用螺栓連接固定以保證強度和剛度。剪力鍵和預(yù)應(yīng)力制孔機設(shè)計為可拆卸式，端模預(yù)留剪力鍵和預(yù)應(yīng)力制孔機螺栓孔。端模安裝前應(yīng)檢查板面是否光滑光滑，有無凹凸變形及殘漿。端模螺栓孔應(yīng)清理干凈，未使用的孔應(yīng)密封。剪力鍵、預(yù)應(yīng)力孔道制孔機與端模螺栓逐一連接后，安裝端模，安裝前應(yīng)逐個檢查是否在設(shè)計位置。

3.3鋼筋施工及預(yù)埋件加工安裝

3.3.1鋼筋綁扎

梁場設(shè)置移動式門式起重機，梁截面鋼筋直接綁扎在鋼筋定型胎具上，安裝前在底模上標出中心線或梁端線，控制梁體鋼筋骨架的縱向安裝位置。在梁體鋼筋骨架于底模處就位后，檢查鋼筋骨架的縱向中心線與底?？v向中心線是否重合，如果不重合則應(yīng)局部調(diào)整，使鋼筋骨架縱向中心線與底?？v向中心線重合。調(diào)整時應(yīng)采取有效措施，保證梁體鋼筋不受損傷。

3.3.2預(yù)埋件的加工與安裝

（1）施工前，認真審查圖紙設(shè)計中埋件、留孔的位置、尺寸、數(shù)量、規(guī)格等，完全理解設(shè)計意圖，及時向駐地監(jiān)理工程師和設(shè)計人員報告問題，并以設(shè)計或監(jiān)理工程師的書面通知為實施標準，不得擅自改變原設(shè)計，各結(jié)構(gòu)工段施工前應(yīng)進行預(yù)檢，對預(yù)埋件及預(yù)留孔進行詳細清點，同時繪制交底圖和表格說明，并向施工人員和班組長明確，技術(shù)交底實行審查復核制度。

（2）嚴格控制預(yù)埋件中心線和預(yù)留孔的位置和標高，并在模板或鋼架內(nèi)表面標出中心線和標高線。

（3）預(yù)留孔模型的加工尺寸誤差必須符合設(shè)計和規(guī)范要求，不符合設(shè)計和規(guī)范要求的應(yīng)堅決消除和重做，預(yù)埋件應(yīng)采用合格材料加工，模板應(yīng)牢固支撐，防止因跑模引起預(yù)埋件和預(yù)留孔移位。

（4）在澆筑混凝土之前，負責相關(guān)的工程師和質(zhì)量檢查人員檢查嵌入零件和預(yù)留孔的位置。如果不通過，對其重新加工，直到滿足要求。通過白檢后，反饋監(jiān)督工程師。

3.4預(yù)應(yīng)力波紋管安裝

根據(jù)箱梁腹板和底板縱向預(yù)應(yīng)力鋼絞線水平和垂直彎曲類型及鋼絞線布置要素，利用計算機輔助設(shè)計繪制出每根鋼絞線的線形和長度，梁段鋼絞線的起點按梁段縱、平面圖中錨定板的類型繪制，繪制的鋼束圖放入梁體內(nèi)，并對鋼絞線與梁段節(jié)點相交處與底板的距離進行測量，與截面比較，如有差異，找出原因。在鋼筋束中的曲線的起點、中點、終點和坐標變化處測量X和Y值，并在圖中標出體內(nèi)各梁段每根鋼絞線的X、Y值，使施工時直線截面是縱向每50cm定位一次，曲線段每30cm定位一次。