40m大跨預(yù)制簡(jiǎn)支箱梁建造技術(shù)研究

姚志江

40m大跨預(yù)制簡(jiǎn)支箱梁建造技術(shù)研究

姚志江

（中交第三公路工程局有限公司北京101300）

預(yù)制簡(jiǎn)支箱梁具有受力簡(jiǎn)單、形式簡(jiǎn)潔、外形美觀等特點(diǎn)，同時(shí)施工速度快、施工噪音和污染小，而且建成之后也便于養(yǎng)護(hù)，因此在高速鐵路鐵路橋梁工程中具有非常廣泛的應(yīng)用。本文將結(jié)合具體40米高速鐵路預(yù)制簡(jiǎn)支箱梁施工實(shí)例，簡(jiǎn)要探討簡(jiǎn)支箱梁預(yù)制施工技術(shù)的國(guó)內(nèi)外發(fā)展歷程和具體施工過(guò)程以及簡(jiǎn)支箱梁預(yù)制方案的優(yōu)勢(shì)所在，希望能對(duì)類(lèi)似工程起到借鑒作用。

簡(jiǎn)支箱梁；預(yù)制施工技術(shù)；高速鐵路

0 引言

由于改革開(kāi)放后我國(guó)經(jīng)濟(jì)的迅猛發(fā)展，并伴隨著我國(guó)近些年高速鐵路歷程的快速增加。大眾對(duì)于橋梁的要求也越來(lái)越高。使得建設(shè)者不僅更加注意橋梁的安全而且也越來(lái)越注重橋梁的美觀。預(yù)制簡(jiǎn)支箱梁具有施工方便快捷、剛度大、形式簡(jiǎn)單易懂、受力明確易于分析、外形美觀等特點(diǎn)，越來(lái)越受到建設(shè)方和施工方的喜愛(ài)。同時(shí)預(yù)制簡(jiǎn)支箱梁養(yǎng)護(hù)工作量比較少，在工程建成之后，也讓后期接收的養(yǎng)護(hù)單位減輕了工作量，因此在最近這些年高速鐵路橋梁工程中得到了非常廣泛的應(yīng)用。本文將結(jié)合某高速鐵路橋梁具體施工實(shí)例，探討我國(guó)及世界各國(guó)簡(jiǎn)支箱梁預(yù)制工程的動(dòng)態(tài)和簡(jiǎn)支箱梁預(yù)制施工技術(shù)。

1 簡(jiǎn)支箱梁預(yù)制國(guó)內(nèi)外動(dòng)態(tài)

1.1 國(guó)外研究現(xiàn)狀與水平

國(guó)外的高速鐵路或者客運(yùn)專(zhuān)線的橋梁工程中的簡(jiǎn)支箱梁預(yù)制以亞洲的日本和歐洲德、意、法等國(guó)的具有代表性情況。以下是分別介紹亞洲與歐洲各國(guó)的簡(jiǎn)支箱梁預(yù)制發(fā)展情況。

日本[1]相比與其他國(guó)家較早開(kāi)始進(jìn)行簡(jiǎn)支箱梁預(yù)制技術(shù)的研究，于1964年就開(kāi)始修建高速鐵路新干線,設(shè)計(jì)速度為210-260km/h,到20世紀(jì)90年代末修建就已經(jīng)修建了2000km。當(dāng)中在世界范圍內(nèi)具有知名度的一共有四條為山陽(yáng)新干線、上越新干線、東北新干線和東海道新干線。其中日本山陽(yáng)新干線線路全長(zhǎng)553.7km，新大板~岡山段（160.9km）1972年5月建成；岡山~博多段（392.8km）于1975年3月建成。橋梁工程中有RC簡(jiǎn)支梁35.6km，PC簡(jiǎn)支梁25.3km，鋼梁橋0.8km，結(jié)合梁橋8.1km，連續(xù)剛架高架橋131.0km，整孔簡(jiǎn)支箱梁預(yù)制在其中的有大量的應(yīng)用。

20世紀(jì)70-80年代,德國(guó)、法國(guó)、意大利、西班牙韓國(guó)等歐洲國(guó)家先后修建了高速鐵路。以曼海姆一斯圖加特和德國(guó)漢諾威一維爾茨堡兩條新干線為代表,箱形梁橋形式是單箱單室的預(yù)應(yīng)力混凝土梁體。UIC荷載為其設(shè)計(jì)荷載，高跨比選擇是1/9~1/11之間的整孔簡(jiǎn)支箱梁，多采用雙線單箱單室為其設(shè)計(jì)中截面。采用庸架法施工或架橋機(jī),與我國(guó)目前的施工方案基本相同,其施工工期與我國(guó)相比，較我國(guó)要長(zhǎng)。表1所示為歐洲各國(guó)預(yù)制簡(jiǎn)支箱梁選擇。

表1 歐洲各國(guó)預(yù)制簡(jiǎn)支箱梁選擇實(shí)例

在高速鐵路橋梁施工設(shè)備方面我國(guó)起步晚,外國(guó)鐵路的架橋和預(yù)制橋設(shè)備較我國(guó)來(lái)說(shuō)開(kāi)始較早,所以在施土實(shí)踐中研制了各種噸位的高速鐵路箱梁架橋機(jī)、大量的各種型式,架橋設(shè)備的種類(lèi)也較多。架橋設(shè)備應(yīng)根據(jù)施工需要進(jìn)行設(shè)計(jì),同時(shí)設(shè)備也要適應(yīng)于橋梁結(jié)構(gòu)的全方位需要。

1.2 國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀與水平

本文主要研究的是高速鐵路40m預(yù)制簡(jiǎn)支箱梁，使用壽命要達(dá)100年以上。箱梁的本身自重很大,移運(yùn)控制的標(biāo)準(zhǔn)較高,無(wú)法通過(guò)公路遠(yuǎn)距離運(yùn)輸或鐵路運(yùn)載,只能采取以現(xiàn)場(chǎng)預(yù)制、架橋機(jī)鋪設(shè)為主的方案進(jìn)行施工,其次用移動(dòng)模架造橋機(jī)現(xiàn)澆和橋位現(xiàn)澆為輔的施工方法。下面是國(guó)內(nèi)一些專(zhuān)家學(xué)者對(duì)預(yù)制簡(jiǎn)支箱梁發(fā)展做出的貢獻(xiàn)。

我國(guó)臺(tái)灣省的高鐵于2007年1月5日開(kāi)始進(jìn)行了試運(yùn)營(yíng)，運(yùn)營(yíng)里程345km，其中高架橋雙線箱梁橋中的81％左右是通過(guò)先預(yù)制簡(jiǎn)支箱梁再鋪設(shè)進(jìn)行的，完成4345跨箱梁的預(yù)制，周期約5年。其預(yù)制簡(jiǎn)支箱梁具有如下特點(diǎn)：

（1）箱梁的結(jié)構(gòu)尺寸與國(guó)內(nèi)350km/h鐵路箱梁差不多，但箱梁的預(yù)應(yīng)力形式更多，有完全后張的，有完全先張的，還有先張＋后張的。每個(gè)梁場(chǎng)預(yù)制箱梁的跨度一般有：35m、30m、28m、24m等多個(gè)品種。

（2）臺(tái)灣高鐵向全世界招標(biāo)，讓更多的有技術(shù)水平和豐富經(jīng)驗(yàn)的預(yù)制簡(jiǎn)支箱梁公司參與到其中來(lái)，這些公司的預(yù)制技術(shù)較高，速度較快，產(chǎn)品的質(zhì)量也較高。采用了世界上最先進(jìn)的箱梁預(yù)制技術(shù)。采用預(yù)制臺(tái)座外胎膜具式鋼筋快速綁扎與鋼筋骨架整體搬運(yùn)技術(shù)，節(jié)省了綁扎鋼筋的時(shí)間，提高了臺(tái)座利用率；采用液壓控制的自動(dòng)縮放式內(nèi)模，省時(shí)省力，內(nèi)模精度高，自動(dòng)化程度也大大提高。

（3）箱梁在預(yù)制場(chǎng)個(gè)別的采用專(zhuān)用箱梁移動(dòng)臺(tái)車(chē)通過(guò)軌道移動(dòng)的，而大部分預(yù)制箱梁是通過(guò)龍門(mén)吊完成的。

葉陽(yáng)升[2]梳理我國(guó)高速鐵路常用跨度簡(jiǎn)支梁橋的發(fā)展，從技術(shù)背景、技術(shù)意義、技術(shù)特征等方面分析高速鐵路發(fā)展跨度40m預(yù)制架設(shè)簡(jiǎn)支箱梁的必要性；并與32m預(yù)制架設(shè)簡(jiǎn)支箱梁、40m現(xiàn)澆簡(jiǎn)支箱梁造價(jià)對(duì)比，證明其經(jīng)濟(jì)性。張弛宇[3]研究高鐵雙線簡(jiǎn)支箱梁預(yù)制技術(shù)，其作為高鐵軌道建設(shè)最主要的組成部分，預(yù)制過(guò)程中的工藝標(biāo)準(zhǔn)、技術(shù)指標(biāo)和注意事項(xiàng)，必須嚴(yán)格落實(shí)到位。

陳海濤[4]結(jié)合鄭濟(jì)鐵路黃河特大橋工程，開(kāi)展40m預(yù)制架設(shè)簡(jiǎn)支箱梁的應(yīng)用研究。通過(guò)計(jì)算確定梁高、截面尺寸、鋼束布置等梁體設(shè)計(jì)參數(shù),并進(jìn)行靜力和動(dòng)力分析研究市域鐵路40m簡(jiǎn)支箱梁設(shè)計(jì)方案，并且對(duì)比了40m簡(jiǎn)支梁現(xiàn)澆方案工程造價(jià)，得出預(yù)制架設(shè)方案經(jīng)濟(jì)效益明顯；并且還引入了BIM技術(shù)，創(chuàng)建簡(jiǎn)支箱梁的高精度BIM模型，提高了制梁生產(chǎn)過(guò)程中的標(biāo)準(zhǔn)化。林國(guó)輝[5]介紹了現(xiàn)階段我國(guó)高速鐵路橋梁以預(yù)制架設(shè)的后張法預(yù)應(yīng)力混凝土簡(jiǎn)支箱梁為主，實(shí)踐證明橋梁建造技術(shù)成熟可靠，能夠較好適應(yīng)我國(guó)高速鐵路的建設(shè)特點(diǎn)及運(yùn)營(yíng)模式，但是目前混凝土32m簡(jiǎn)支箱梁已不能滿足高速鐵路發(fā)展的需要。急需發(fā)展40m簡(jiǎn)支箱梁技術(shù)，從箱梁的結(jié)構(gòu)尺寸,經(jīng)濟(jì)對(duì)比,箱梁預(yù)制關(guān)鍵技術(shù),箱梁架設(shè)等方面著手,詳細(xì)介紹了各工序流程的施工注意事項(xiàng)，包括大型設(shè)備的使用，為40m箱梁的推廣應(yīng)用提供有利的施工經(jīng)驗(yàn)。

2 40m簡(jiǎn)支箱梁施工技術(shù)

2.1 模板工程

40米梁體的底模采用分段方式工廠制作，運(yùn)抵現(xiàn)場(chǎng)后進(jìn)行拼裝；安裝過(guò)程中需確保各節(jié)段模板的中心線位于相同直線，且要設(shè)置反拱，拼裝完成后應(yīng)對(duì)底模進(jìn)行預(yù)壓。內(nèi)模則是整體吊入到臺(tái)位，然后借助油缸進(jìn)一步調(diào)整模板的外形尺寸，與梁體孔洞的尺寸吻合。外模在到達(dá)指定位置后，借助移動(dòng)小車(chē)進(jìn)行移動(dòng)調(diào)整，與基礎(chǔ)處的預(yù)設(shè)軸進(jìn)行鉸接之后調(diào)整外模的高度和尺寸。

2.2 混凝土澆注

(1)一般來(lái)講，40米梁體的澆筑順序?yàn)椋旱装濉⒏拱搴晚敯?，在每個(gè)部分澆筑時(shí)，施工作業(yè)必須連續(xù)實(shí)施，不可間斷。對(duì)于斜向分段或水平分層澆筑方式的梁體，其分層厚度應(yīng)小于300mm。

(2)對(duì)于梁體底板的混凝土澆筑過(guò)程中，需要借助布料機(jī)施作。對(duì)于某些位置處混凝土澆筑不到位時(shí)，則在澆筑頂板混凝進(jìn)行補(bǔ)澆筑。

(3)在澆筑腹板、底板交接處時(shí)，通過(guò)振搗觀察孔與斜角處混凝土來(lái)減少斜面氣泡，同時(shí)要對(duì)斜角處補(bǔ)振。

(4)在澆筑梁體腹板混凝土?xí)r，應(yīng)由一端向另一端逐步對(duì)稱(chēng)實(shí)施。在梁體混凝土澆筑完成后，為確保防水層平整、光滑，需對(duì)底、頂板表面混凝土進(jìn)行二次抹面、趕光處理。

2.3 混凝土的振搗

梁體混凝土采用插入式振搗器實(shí)施振搗，梁側(cè)和梁底聯(lián)合振實(shí)方式。在變截面處，要加強(qiáng)振搗的工作強(qiáng)度。振搗時(shí)間一般控制在10s-15s，具體時(shí)間應(yīng)依據(jù)梁體混凝土的情況進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整。

2.4 鋼絞線張拉

高速鐵路40米預(yù)制箱梁鋼絞線的張拉分為三個(gè)節(jié)段，分別是：預(yù)張拉、初張拉以及終張拉。梁體混凝土養(yǎng)護(hù)充分，拆除端模的同時(shí)松開(kāi)內(nèi)模變截面處支撐，之后在混凝土早期裂紋消除之時(shí)，預(yù)應(yīng)力鋼絞線的預(yù)張拉開(kāi)始進(jìn)行。當(dāng)全部拆除內(nèi)外模后，待梁體砼強(qiáng)度達(dá)到80%后，進(jìn)行孔道鋼束初張拉；待梁體砼強(qiáng)度和彈性模量均達(dá)到100%，開(kāi)始終張拉鋼絞線。應(yīng)采取對(duì)稱(chēng)同步張拉的方式對(duì)于同一束鋼絞線的張拉。嚴(yán)格按照張拉順序進(jìn)行作業(yè)，需要注意的是應(yīng)進(jìn)行編號(hào)對(duì)鋼絞線的張拉。

2.5 端頭封堵、管道壓漿

梁體管道壓漿采用普通硅酸鹽水泥，其標(biāo)號(hào)不得低于525。不可加入對(duì)鋼絞線可能造成腐蝕的外加劑。應(yīng)控制在35MPa以上水泥漿強(qiáng)度。當(dāng)施工完成預(yù)應(yīng)力鋼絞線張拉之后，進(jìn)行管道的壓漿施工一般在3d以?xún)?nèi)。

3 40m大跨預(yù)制簡(jiǎn)支梁建造方案優(yōu)勢(shì)

3.1 穩(wěn)定性

高速鐵路采用大量40m簡(jiǎn)支梁，橋梁跨度與列車(chē)長(zhǎng)度的會(huì)產(chǎn)生相互作用，40m簡(jiǎn)支梁的跨撓比與梁端轉(zhuǎn)角、豎向基頻與梁端轉(zhuǎn)角之間的關(guān)系見(jiàn)圖2。

圖2 跨撓比與梁端轉(zhuǎn)角、豎向基頻與梁端轉(zhuǎn)角的關(guān)系

分析表明：基頻滿足、梁端轉(zhuǎn)角在滿足規(guī)范要求情況下，遠(yuǎn)小于L/1?600撓跨比，40m簡(jiǎn)支梁，基頻和梁端轉(zhuǎn)角對(duì)應(yīng)關(guān)系差別較小，滿足穩(wěn)定性對(duì)預(yù)制簡(jiǎn)支梁的的設(shè)計(jì)要求。

3.2 經(jīng)濟(jì)性

以某段高速鐵路典型區(qū)段為代表工點(diǎn)，選取有代表性的橋梁，開(kāi)展了經(jīng)濟(jì)性分析。

3.2.1與32m預(yù)制架設(shè)簡(jiǎn)支箱梁對(duì)比

某鐵路常規(guī)地段橋梁墩高大部分在5~15m，分析表明，墩高10m的常規(guī)區(qū)段抗震設(shè)防等級(jí)與橋梁造價(jià)關(guān)系較大：在地震動(dòng)加速度0.20g（8度）、0.15g（7度）條件下，32?m梁橋與40m簡(jiǎn)支梁的造價(jià)稍有增加或基本持平；在地震動(dòng)加速度0.05g（6度）、0.10g（7度）條件下，40m簡(jiǎn)支梁有一點(diǎn)幅度的降低，大約在2%左右，具有一定的經(jīng)濟(jì)性。

3.2.2與40?m現(xiàn)澆簡(jiǎn)支箱梁對(duì)比

以某特大橋?yàn)榇硇怨c(diǎn)，計(jì)劃采用40?m簡(jiǎn)支箱梁，分別按照移動(dòng)模架現(xiàn)澆、預(yù)制架設(shè)這兩種施工方案進(jìn)行綜合對(duì)比研究。40m預(yù)制簡(jiǎn)支箱梁，梁部費(fèi)用減少12.06%、基礎(chǔ)+橋墩費(fèi)用減少約1.56%，總造價(jià)減少4.97%。40m預(yù)制簡(jiǎn)支箱梁與現(xiàn)澆箱梁相比，經(jīng)濟(jì)性展現(xiàn)的較為明顯。

4 結(jié)語(yǔ)

文章通過(guò)結(jié)合40米鐵路施工實(shí)例，介紹預(yù)制簡(jiǎn)支箱梁國(guó)內(nèi)外研究的動(dòng)態(tài)、簡(jiǎn)支梁施工技術(shù)、方案的優(yōu)勢(shì)，尤其是預(yù)制簡(jiǎn)支箱梁在穩(wěn)定性高和經(jīng)濟(jì)性好等方面突出的特點(diǎn)并結(jié)合工程中的實(shí)際情況，采用了40米梁型無(wú)砟軌道后張法預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁（雙線）作為最終施工方案。有力的推動(dòng)了大跨度預(yù)制簡(jiǎn)支箱梁在今后高速鐵路中的發(fā)展，為今后施工單位做類(lèi)似工程提供的有效的參考和借鑒。

綜合來(lái)看，采用大跨度簡(jiǎn)支箱梁預(yù)制技術(shù)具有技術(shù)創(chuàng)新能力強(qiáng)、結(jié)構(gòu)性能優(yōu)勢(shì)大、穩(wěn)定性能高、設(shè)計(jì)理念突出等特色。有利于我國(guó)高速鐵路建造技術(shù)的發(fā)展與技術(shù)革新。目前我國(guó)也正在積極開(kāi)展成套的大跨度簡(jiǎn)支梁預(yù)制技術(shù)研究工作，以推動(dòng)高速鐵路大跨度簡(jiǎn)支梁預(yù)制的工程應(yīng)用。

[1]肖能立. 高速鐵路簡(jiǎn)支箱梁預(yù)制拼裝施工設(shè)計(jì)[D]. 重慶交通大學(xué)碩士論文, 2011.

[2]葉陽(yáng)升.高速鐵路跨度40m預(yù)制簡(jiǎn)支箱梁建造技術(shù)研究[J].中國(guó)鐵路,2016(9):5-9.

[3]張弛宇.高鐵雙線簡(jiǎn)支箱梁預(yù)制技術(shù)[J].智能施工,2019(5):155-156

[4]陳海濤.鄭濟(jì)高鐵40m整孔預(yù)制簡(jiǎn)支箱梁應(yīng)用研究[J].鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì),2020(10):152-157

[5]林國(guó)輝.高速鐵路40m簡(jiǎn)支箱梁預(yù)制施工關(guān)鍵技術(shù)[J].建筑技術(shù)開(kāi)發(fā),2020(4):58-60

姚志江（1983.01- ），男，河北邯鄲人，本科，交通工程專(zhuān)業(yè)，研究方向：土木工程項(xiàng)目建造技術(shù)與管理。

U445.462

A

1007-6344（2021）04-0091-02