匹配計算在高鐵箱梁架設中的控制與應用

陳太權(quán)

（中鐵二局新運公司， 四川 成都 610031）

0 引言

我國高速鐵路為滿足無砟道床結(jié)構(gòu)施工要求，在《高速鐵路橋涵工程施工質(zhì)量驗收標準》上對軌道上下結(jié)構(gòu)施工偏差方面形成了一套完整且統(tǒng)一的控制體系，就高鐵預制箱梁架設而言，首先對預制箱梁梁體外觀尺寸方面的高度允許偏差進行了規(guī)定（+10、-5mm），其次對橋梁墩臺支承墊石頂面高程施工允許偏差進行了規(guī)定（0、-10mm）。在此基礎(chǔ)上要求箱梁架設后需同時滿足三個條件，一是預制箱梁橋面高程不得高于設計高程，也不得低于設計高程 20mm；二是箱梁架設后的相鄰梁跨梁端橋面之間、梁端橋面與相鄰橋臺胸墻頂面之間的相對高差不得大于 10mm；三是預制箱梁支承墊石頂面與支座底面間的砂漿厚度不應小于20mm，也不應大于30mm。為此，需找到一種簡單快捷控制方法，在箱梁架設中有效應用，使梁體架設就位后，滿足標準相關(guān)要求。

1 施工現(xiàn)狀

高鐵施工橋梁普遍采用箱梁結(jié)構(gòu)，由于梁體制造誤差和墩臺支承墊石施工誤差，實際施工中箱梁架設時施工單位未考慮誤差問題，架梁單位也未對梁體高度和支承墊石頂面標高和高差進行復測就肓目組織架梁，梁體落梁就位后未進行復核即進行支座砂漿灌注，造成支座砂漿厚度超偏差、梁體頂面標高超偏差和同一橋墩（臺）頂面梁端高差超標的情況出現(xiàn)。一旦出現(xiàn)此類情況處理起來十分麻煩，不僅耗費人力、財力，部分問題如果不徹底解決好將對高鐵的運營造成直接影響。以下三種情況是施工中常見的問題和質(zhì)量通病，必須在架梁中得到解決。

1）梁面標高超差。出現(xiàn)正誤差容易造成無砟道床厚度不足帶來質(zhì)量隱患，當出現(xiàn)過大負誤差時，造成無砟道床底座高度偏大、混凝土用量大，不經(jīng)濟。

2）相鄰梁端高差超差。一種情況是梁面端部左右半幅均高于或低于相鄰梁端高差超差，另一種是梁面端部左右半幅不是同時高于或低于相鄰梁端出現(xiàn)高差超差現(xiàn)象，即單面半幅出現(xiàn)高、而另半幅低，且高差較大，出現(xiàn)這種剪刀差的情況除了不方便施工橡膠止水帶外，還對底座混凝土受力不利。

3）支座砂漿厚度超差。厚度低于20mm易造成支座板正下方砂漿無法流入，砂漿不飽滿、出現(xiàn)空洞，嚴重時影響行車安全。厚度大于30mm或更多因支座砂漿脆性大、抗剪性減弱，同時使埋入支承墊石內(nèi)支座螺栓長度變短，不利于設計最大地震裂度時梁體安全。

上述情況當橋梁墩臺和制架梁為同一施工單位實施，問題相對容易解決，實際上現(xiàn)場施工經(jīng)常不是由同一單位施工，造成各自為陣、墩臺移交長期出現(xiàn)扯皮現(xiàn)象，影響架梁進度和質(zhì)量。同時在協(xié)調(diào)過程中因任何一方責任落實不到位、監(jiān)理單位監(jiān)管一旦松懈，勢必無法執(zhí)行好上道工序不清、下道工序不接的情況，在運營前移交設備使用單位時問題才暴露出來，消缺整治工作量大、處置困難，有的缺陷甚至無法處理，勢必造成交驗賠付費用問題，最終損失也由施工單位承擔。

因此我們必須保證架梁工序中各項指標控制在標準要求范圍內(nèi)，為無砟道床施工創(chuàng)造好的條件，也為高鐵最終實現(xiàn)高速、舒適、平穩(wěn)、安全運營提供強有力保障，確保問題在施工過程中得到解決，不留下質(zhì)量隱患。

為做好架梁各項指標滿足標準要求，必須在架梁前通過合理匹配計算，根據(jù)計算結(jié)果指導和控制箱梁架設。

2 匹配計算控制

本文不針對梁體高度和支承墊石標高超橋涵工程施工質(zhì)量驗收標準的情況開展詳細討論。如出現(xiàn)此類情況，可在橋梁和墩臺交接過程中及時發(fā)現(xiàn)，對超標不多的可通過調(diào)整砂漿厚度及時解決，但對支承墊石超標過多的，必須在架梁前對支承墊石進行鑿除降低處理或鑿除后加高處理以達到標準要求。下面我們重點討論梁體高度和支承墊石標高均在標準范圍內(nèi)匹配計算和依此成果控制落梁問題。

根據(jù)《驗標》中允許偏差要求，按最不利原則對各項指標進行組合，即均為正（高限）誤差和負（低限）兩種情況進行計算，看是否能滿足支座砂漿的高限和低限厚度要求，若能滿足，其它處于中間情況的均能達到要求。故只需對表1中兩種極限情況下通過控制砂漿厚度不超標，驗證梁面標高和梁端相對高差也不超標。由公式1計算得出表1結(jié)果，均滿足標準要求，故介于二者之間的情況無需再詳述。實際匹配計算中，在滿足支座砂漿厚度情況下，梁面標高按低于設計3～5mm考慮，反算出落梁控制高度，驗算其它指標也滿足要求情況下，據(jù)此結(jié)果控制架梁，若梁高和支承墊石標高均為較大負偏差時可以降低梁面設計標高值，以不超過20mm控制組織落梁。

公式1：砂漿控制厚度h= 梁面設計標高H-支承墊石實測標高H1-梁體實測高度H2-支座高度H3

h---支座砂漿厚度

H---梁面設計標高。

H1---支承墊石實測標高。

H2---梁體實測高度。

H3---支座高度，根據(jù)不同支座類型確定。

由公式1匹配計算兩種最不利條件組合結(jié)果見表1：

表1 最不利條件組合計算結(jié)果

第一步:建立電子表格小程序，由公式1及相關(guān)要求設置判定條件完成函數(shù)公式輸入，按照“手動調(diào)整、自動計算”原則經(jīng) 2～3次試算即可確定初步落梁成果。

因梁體跨度、實際梁高和支座高度隨孔跨布置有所變化，所以需要根據(jù)實際跨度和采用支座高度手動調(diào)整數(shù)據(jù)，輸入數(shù)據(jù)后將由小程序自動計算結(jié)果。

第二步：根據(jù)初步落梁成果由公式2反算出梁底至支承墊石頂面高度作為架梁控制高度。

公式2：落梁控制高度△H=最后一次匹配計算灌漿厚度+支座高度-（3～5）mm

第三步：根據(jù)架梁控制高度驗算梁面標高實際值、相鄰梁端高差值是否滿足標準要求，不滿足調(diào)整計算至滿足要求。

第四步：根據(jù)最終確定的落梁控制高度形成正式成果，交由架梁單位組織落梁控制，過程中加強溝通，確保落梁控制到位、質(zhì)量優(yōu)良。

匹配計算過程及架梁控制數(shù)據(jù)如表 2，表中架梁資料欄交由架梁單位作為交底資料，隨時檢查復核。

3 匹配計算應用工藝流程

根據(jù)匹配計算控制要求，形成架梁匹配計算應用工藝流程圖如下。

施工準備 → 數(shù)據(jù)收集 → 匹配計算 → 架梁實施。

1）施工準備：加強與制梁單位和墩臺施工單位聯(lián)系，取得施工圖紙及設計資料，開展施工調(diào)查，同時機具、材料及工裝準備到位。

2）數(shù)據(jù)收集及整理：線路平縱斷面圖、梁圖、支座圖、墩臺圖，完成架梁通道中的路基、隧道和墩臺移交資料交接。實測梁體高度、墩臺支層墊石四角標高。對不符合標準要求的及時處理，處理后重新驗收，直至滿足標準要求。

3）匹配計算：根據(jù)收集資料和現(xiàn)場實測數(shù)據(jù)，按設計對應梁號和墩臺號進行匹配計算，如表2。根據(jù)匹配計算成果組織技術(shù)交底。

4）架梁組織實施。嚴格按照批復方案組織架梁，架梁就位后及時檢測支座下板底面至支承墊石頂面厚度是否滿足灌漿厚度要求、檢測梁面實測標高和相鄰梁端高差是否滿足要求、支座四角高差，只有在各項指標均滿足要求、架梁支承油頂受力均勻穩(wěn)定情況下方可松架橋機吊梁螺桿。

箱梁匹配計算案例如表2。

表2 箱梁架設匹配計算表

注明：①根據(jù)梁圖和橋涵平縱斷面圖及實測資料，錄入墩臺號及對應梁面設計高程、實測梁高、墩臺支承墊石設計高程和實測高程；②根據(jù)相關(guān)要求判定條件設置電子表函數(shù)公式自動計算。在梁跨變化時手動調(diào)整公式中梁跨支座設計高度值、支座砂漿厚度超差時手動調(diào)整梁面標高控制數(shù)據(jù)；③遇現(xiàn)澆梁、連續(xù)梁及特殊結(jié)構(gòu)梁按照架梁首未孔方式對照橋臺辦理，實測現(xiàn)澆梁、連續(xù)梁及特殊結(jié)構(gòu)梁體頂面標高值；④反算架梁控制高度時需注意米和毫米單位的轉(zhuǎn)換，以免出錯；⑤當任何一項計算值出現(xiàn)不滿足標準判定條件時，需及時找出原因，調(diào)整到位。

4 落梁控制

架梁前應復核支承墊石的標高、位置、尺寸錨栓孔位置、深度、十字線、跨度等是否滿足設計要求。對支承墊石支座就位部位鑿毛，清除預留錨栓孔中的雜物。

在支座安裝前，檢查支座連接狀況是否正常，但不得任意松動上、下支座連接螺栓。

梁體吊裝前，先將支座按設計位置安裝在預制箱梁的底部，上支座板與梁底預埋鋼板之間不得留有間隙。吊裝預制箱梁（帶支座）。將箱梁落在臨時支撐千斤頂上，通過千斤頂調(diào)整梁體位置及標高。

根據(jù)匹配計算表落梁控制高度要求進行落梁就位，每片梁采用四個測力千斤頂作為臨時支點控制，同時保證每支點反力與四個支點的平均值相差不超過±5%。預制梁架設后，及時檢查與已架設梁片端部的橋面高差不應大于 10mm，支點處橋面標高誤差應在 0～-20mm，若不滿足要求及時調(diào)整到位。具體落梁工藝圖見圖1。

圖1 落梁工藝流程圖

落梁就位并調(diào)整正確后，安裝灌漿用模板，并用水將支承墊石表面濕潤，灌漿用模板可采用預制鋼模，底面設一層 4mm厚橡膠防漏條，通過鋼模螺栓聯(lián)結(jié)固定在支承墊石頂面。支座砂漿灌注完成的根據(jù)氣候條件做好保溫、保濕工作，加強過程中養(yǎng)護。具體灌漿示意圖如圖2

采用重力灌漿方式，灌注支座下部及錨栓孔處空隙，灌漿過程必須從支座中心部位向四周注漿，直至從鋼模與支座底板周邊間隙觀察到灌漿材料全部灌滿為止。為增大灌漿的壓力，可將灌漿用漏斗置放在梁頂。

灌漿前，應初步計算所需的漿體體積，灌注實用漿體數(shù)量不應與計算值產(chǎn)生過大誤差，應防止灌漿過程中缺漿。

當漿體強度達到 20MPa后，拆除鋼模板，檢查是否有漏漿處，必要時對漏漿處進行補漿，擰緊下支座板螺栓，并拆除各支座的上、下支座連接角鋼及螺栓，拆除臨時支承千斤頂，安裝支座鋼圍板。

圖2 箱梁支座砂漿灌注示意圖

5 質(zhì)量措施

按照批復的箱梁架設施工組織設計執(zhí)行外，重點做好以下質(zhì)量控制工作。

1）各施工單位嚴格執(zhí)行橋涵施工質(zhì)量驗收標準，控制好梁體和墩臺施工中各項指標，滿足《驗標》。

2)監(jiān)理單位加強監(jiān)督，確保各工序控制到位，工序交接中加強溝通，對不達標準的提前進行處理。

3）落梁時嚴格按匹配計算成果實施，確保各項要求滿足標準。

4)落梁就位后及時檢查梁面標高、相鄰梁端高差，不滿足要求時需及時調(diào)整到位。

5）支座進場后，按支座技術(shù)條件的規(guī)定對其進行檢查、驗收。支座配置必須與設計相符。運梁出場前核實各固定支座及活動支座的安裝位置、適用的地震裂度和坡度類型。

6)支座錨栓質(zhì)量及埋設深度和螺栓外露長度必須符合設計要求，支座與梁底、支座與支承墊石之間必須密貼無縫隙，灌漿材料強度大于20MPa后方可拆除臨時千斤頂，在拆除千斤頂前嚴禁架橋機過跨。

7）箱梁架設前，對線下墩臺平面、高程進行全面測量，按架梁要求提前在梁面和支承墊石頂面易于觀測處做好測量觀測標志，確保架梁順利進行。

6 結(jié)束語

匹配計算通過京津城際、京滬、石武、昌贛、京唐等多條高鐵線路箱梁架設實踐，克服了常見質(zhì)量通病，確保了架梁質(zhì)量。目前應用于鄭濟40m高鐵箱梁架設控制并成功完成全部箱梁架設工作，質(zhì)量可控。對當前高鐵箱梁架設實現(xiàn)快捷高效落梁就位、架梁質(zhì)量優(yōu)良具備較好控制和指導作用，值得推廣。