高速鐵路大跨度64m現(xiàn)澆預(yù)應(yīng)力簡支箱梁施工技術(shù)研究

陳 鑫 （皖贛鐵路安徽有限責(zé)任公司黃山指揮部，安徽 黃山 245000）

0 前言

對于高速鐵路的建設(shè)，我國通常采用后張法預(yù)應(yīng)力現(xiàn)澆簡支箱梁進行施工，但多數(shù)跨徑以24m、36m、48m 等為主，而對于跨徑為64m的預(yù)應(yīng)力現(xiàn)澆現(xiàn)澆簡支箱梁施工研究較為少見。本文依托休寧河特大橋為工程背景，從支架施工到預(yù)應(yīng)力簡支箱梁施工完成整個過程的施工工藝分析進行跨度64m預(yù)應(yīng)力簡支箱梁施工的必要性。工程跨越G205國道，且澆筑的同時要保證下部車輛的正常通行，增加了工程難度，如何在保證通行的同時進行正常施工是本工程的重難點之一。另一方面，對于跨度為64m的預(yù)應(yīng)力現(xiàn)澆簡支箱梁采用什么樣的施工工藝是本工程的又一重難點。研究表明，64m現(xiàn)澆簡支箱梁技術(shù)提高了簡支梁的跨越能力、減少了墩臺的數(shù)量、提高了生產(chǎn)效率和節(jié)約大量成本，因此開展64m大跨度預(yù)應(yīng)力現(xiàn)澆簡支箱梁施工研究是非常有必要的。

1 工程概況

休寧河特大橋位于安徽省黃山市休寧縣境內(nèi)，設(shè)計為1孔64m跨雙線現(xiàn)澆簡支梁（0#臺～1#墩），且為有聲屏障現(xiàn)澆梁，跨越G205國道（國道寬10m），與國道斜交60。休寧河特大橋64m預(yù)應(yīng)力現(xiàn)澆簡支箱梁為單箱單室、等高度簡支箱梁，梁高為5.5m，跨徑為64m，梁端頂板、底板及腹板局部向內(nèi)側(cè)加厚（頂板厚度 35cm～65cm，腹板厚度50cm～110cm，底板厚度30cm～100cm）。簡支現(xiàn)澆梁橋面防撞墻內(nèi)側(cè)凈寬9.0m，橋面寬12.6m，橋梁建筑總寬12.9m，梁全長65.1m，計算跨度為63.4m。截面中心處箱梁高度為5.586m，橫橋向支座中心距為5.3m。

休寧河特大橋64m預(yù)應(yīng)力現(xiàn)澆簡支箱梁縱斷面圖如圖1所示。

圖1 現(xiàn)澆簡支箱梁縱斷面圖

梁體采用C50混凝土，防護墻、遮板及電纜槽豎墻采用C40混凝土，管道壓漿采用水泥漿強度等級不低于M50，保護層采用C40纖維混凝土和C40纖維細(xì)石混凝土，封錨采用C50干硬性補償收縮混凝土，封錨后用聚氨酯防水涂料進行防水處理。

2 施工重難點分析

該工程施工重難點如下：

①支架搭設(shè)高度高，最高支架搭設(shè)高度9.08m，安全隱患大，搭設(shè)難度大，施工過程中，應(yīng)嚴(yán)格按照規(guī)范的要求進行搭設(shè)，現(xiàn)澆箱梁施工前應(yīng)對支架進行預(yù)壓，并安排專職測量人員對支架進行沉降觀測以及專職安全人員對支架進行驗收和檢查；

②預(yù)應(yīng)力張拉及壓漿控制是工程難點之一，應(yīng)嚴(yán)格按照規(guī)范要求進行控制，張拉前應(yīng)確定張拉的順序和準(zhǔn)確測量伸長量，對于管道應(yīng)該進行精準(zhǔn)的定位，準(zhǔn)確地測定管道的摩阻，在張拉完成后的48h內(nèi)進行管道壓漿，壓漿前應(yīng)清除管道內(nèi)的雜物和積水；

③考慮到簡支梁梁體高、跨度大，澆筑要在24h澆筑完成，澆筑過程中如何保證混凝土的供應(yīng)和質(zhì)量控制是工程的難點之一；

④施工過程中，橋梁跨越205國道，對于國道的正常運行有所影響，為保證現(xiàn)澆現(xiàn)澆箱梁施工階段G205國道公路車輛能正常通行，上跨現(xiàn)澆箱梁滿堂支架施工時預(yù)留2個機動車道、2個非機動車道，作為機動車和非機動車的通行。

3 施工準(zhǔn)備

3.1 技術(shù)、材料準(zhǔn)備

①施工前認(rèn)真復(fù)核設(shè)計圖紙，對橋梁各部分尺寸、標(biāo)高、墩臺里程、預(yù)偏心等進行核實，并認(rèn)真核對地形地貌，探明地下管線類型及位置，嚴(yán)禁盲目施工；

②對現(xiàn)場管理人員和作業(yè)人員進行技術(shù)培訓(xùn)和安全培訓(xùn)，提高管理人員和作業(yè)人員的素質(zhì)和操作、管理技能；

③加強對支架等周轉(zhuǎn)材料的進行報驗工作，由安質(zhì)部組織各部門核對進場材料是否與方案內(nèi)材料相符，符合要求可簽認(rèn)工序報驗單，同意支架搭設(shè)施工。

3.2 混凝土拌合站

布置混凝土集中攪拌站1座，位于DK11+600左 200m，占地 1.09hm（16.4畝），配備120型攪拌機2套?；炷翑嚢枵揪捎秒娮幼詣佑嬃肯到y(tǒng)，經(jīng)標(biāo)定后投入使用。拌合站需向休寧河大橋64m現(xiàn)澆簡支箱梁提供C50混凝土942.5m，計劃一次澆筑成型，澆筑時5個拌合機同時啟動（一分部2個，二分部3個），配備3輛汽車泵。橋區(qū)新建便道位于橋梁紅線左側(cè)，地勢平坦，與G205國道順接，交通便利，混凝土到64m現(xiàn)澆簡支箱梁處運距僅200m。

3.3 鋼筋加工場

建設(shè)2#鋼筋加工廠1個，鋼筋全部集中加工，采用平板車運輸至施工現(xiàn)場。鋼筋廠設(shè)置在拌合站旁，與拌合站交通環(huán)境一致。鋼筋加工場向休寧河大橋64m現(xiàn)澆簡支箱梁提供鋼筋241.4t。

4 施工工藝

4.1 工藝流程

施工準(zhǔn)備→基礎(chǔ)施工→支架搭設(shè)→安裝支座、鋪設(shè)底?！Ъ茴A(yù)壓→側(cè)模安裝、鋼筋綁扎、預(yù)應(yīng)力管道安裝→混凝土澆筑并養(yǎng)護→預(yù)應(yīng)力筋安裝及張拉、拆側(cè)?！椎缐簼{→支架卸落、底模拆除→防水層、橋面工程施工。

4.2 支架搭設(shè)

基礎(chǔ)施工準(zhǔn)備完成后，進行0#臺～1#墩63.4m跨簡支現(xiàn)澆梁支架搭設(shè)，采用滿堂支架及門洞支架組合結(jié)構(gòu)形式進行搭設(shè)。盤扣支架采用Φ60×3.2mm標(biāo)準(zhǔn)盤扣支架作為支撐，盤扣支架立桿縱向間距布置形式為6×0.6m+30×0.9m+4×0.9m+6×0.6m，除0#墩和1#墩旁為6×0.6m外，其余間距均為0.9m。

橫向間距布置形式為3×0.9m+3×0.3m+6×0.9m+3×0.3m+3×0.9m。腹板下立桿橫向間距為0.3m，箱梁底板下立桿橫向間距為0.9m，支架水平桿步距按1m設(shè)置，滿堂支架外圈豎向斜桿滿布，中間豎向斜桿間隔布置。支架頂部設(shè)置橫向I14工字鋼，工字鋼上部設(shè)置縱向8.5cm×8.5cm方木，橫向間距腹板下8.5cm，底板下20cm，模板采用15mm竹膠板。第一臺階支架搭設(shè)高度9m，第二臺階支架搭設(shè)高度6m，第三臺階支架搭設(shè)高度2m。支架現(xiàn)場搭設(shè)圖如圖2、圖3所示。

圖2 支架現(xiàn)場搭設(shè)模型圖

圖3 支架現(xiàn)場搭設(shè)圖

4.3 支架預(yù)壓

為檢查支架的安全性，消除支架基礎(chǔ)壓縮沉降和非彈性變形及支架非彈性變形的影響，保證箱梁混凝土結(jié)構(gòu)的質(zhì)量，同時為取得支架與地基的彈性變形實際數(shù)值，作為梁體立模預(yù)拱數(shù)據(jù)設(shè)置的依據(jù)，首孔支架搭設(shè)完畢底模鋪設(shè)后必須進行預(yù)壓處理，根據(jù)規(guī)范的要求預(yù)壓荷載為結(jié)構(gòu)荷載的1.1倍。

預(yù)壓材料采用混凝土預(yù)制塊，混凝土預(yù)制塊布置在箱梁墩頂橫梁及縱向腹板位置。為防止加載對箱梁底模板的破壞，在底板上鋪一層舊木模板作墊層。加載順序從跨中向兩邊對稱進行。先加載腹板，再加載頂板。加載分四級進行：按照加載重量的30%、60%、100%、110%加載，加載應(yīng)按照對稱、分層、分級的原則進行，嚴(yán)禁集中加載。

4.4 支架監(jiān)測

預(yù)壓時高支模系統(tǒng)對支架自動進行監(jiān)測，然后通過監(jiān)測數(shù)據(jù)對線形進行控制，確定現(xiàn)澆箱梁的預(yù)拱度，保證現(xiàn)澆施工的線形與設(shè)計一致，從而對于工程進行質(zhì)量控制。

4.4.1 預(yù)壓監(jiān)測

按照規(guī)范要求，對于預(yù)壓的模板進行監(jiān)測，監(jiān)測斷面應(yīng)設(shè)置在預(yù)壓區(qū)域的兩端及間隔1/4長度位置，根據(jù)本橋支架形式，首孔支架預(yù)壓監(jiān)測設(shè)置5個斷面，跨中、兩端及距兩端L/4、L/2、L3/4處，每個斷面設(shè)置5個監(jiān)測元件，分別位于箱梁中心、腹板下方及兩側(cè)翼緣板。支架沉降監(jiān)測及平面位移均采用高支模平臺系統(tǒng)進行觀測，沉降觀測點及觀測斷面圖如圖4、圖5所示。

圖4 沉降觀測點布置圖

圖5 沉降觀測斷面布置圖

4.4.2 線形控制

箱梁線性控制根據(jù)預(yù)壓數(shù)據(jù)確定預(yù)拱度的設(shè)置：預(yù)拱度的設(shè)置是通過支架上方木處加不同厚度的鋼板墊塊來實現(xiàn)。支架預(yù)壓完成后，對監(jiān)測數(shù)據(jù)分析基礎(chǔ)沉降量和支架彈性變形、非彈性變形及平面位移數(shù)據(jù)等。在確定預(yù)拱度時要綜合考慮下列因素：

①設(shè)計要求的預(yù)拱度δ1；

②支架在荷載作用下的彈性壓縮δ2；

③支架在荷載作用下的非彈性壓縮δ3；

④支架基底在荷載作用下的非彈性沉陷 δ4。

當(dāng)側(cè)模及底模安裝就位后，調(diào)整各支點模板縱向標(biāo)高，使鋼模板處于澆筑混凝土?xí)r的正確位置，同時設(shè)置好預(yù)留拱度。通過預(yù)壓試驗確定跨中的拱度值，其余各點標(biāo)高按二次拋物線設(shè)置。

4.5 混凝土澆筑

由于混凝土為整跨一次澆注，方量較大（全橋混凝土方量942.5m）。采取項目部中心拌合站集中供應(yīng)混凝土，采用12臺混凝土運輸車運輸，運距及運輸時間滿足規(guī)范要求。拌合站的混凝土原材料規(guī)格盡量各采用同一廠家的產(chǎn)品。澆注前做好各項準(zhǔn)備工作，尤其保證施工便道暢通無阻，滿足運輸要求。澆注采取3臺汽車泵（物資另外準(zhǔn)備1臺備用），合理布局，確定每臺泵的澆注范圍，保證混凝土施工的同步性。同時現(xiàn)場場地滿足運輸要求。

混凝土澆注開始時間應(yīng)在當(dāng)天早晨4-5點開盤，保證混凝土初凝時間處于1天最低或較低時間?；炷练搅?42.5m，C50混凝土初凝時間4h 58min，終凝時間7h 12min，計劃采用3臺泵車進行澆筑，每臺泵車每h澆筑20m，底板澆筑完需 4.7h，靜停 30min后澆筑腹板，腹板澆筑需4.5h，頂板澆筑需6.5h，共計16h。

混凝土澆筑時，澆筑順序同預(yù)壓順序：從跨中往兩側(cè)?？v向從一端向另一端，水平分層，縱向溜坡推進，均勻連續(xù)澆筑；橫向首先澆筑底板與腹板倒角，再澆注底板中部混凝土，然后澆筑腹板混凝土，最后澆筑頂板混凝土。施工時兩側(cè)均勻?qū)ΨQ下料。澆筑底板時利用預(yù)留澆筑孔。為保證澆筑質(zhì)量，采用多孔下料和多孔振搗工藝，混凝土布料通道與振搗管道設(shè)置如下。

圖6 下料通道側(cè)面圖

圖7 隔墻處振搗孔示意圖

混凝土澆注完成初凝收光后，應(yīng)立即對混凝土進行養(yǎng)生。根據(jù)工期，混凝土澆筑為夏季，表面應(yīng)覆蓋浸濕的土工布，經(jīng)常噴淋灑水養(yǎng)護，保證模板接縫處不至失水干燥，灑水次數(shù)應(yīng)能保持混凝土表面充分潮濕為度。濕養(yǎng)護應(yīng)不間斷，不得形成干濕循環(huán)?；炷琉B(yǎng)護時間不應(yīng)少于14d。

4.6 創(chuàng)新應(yīng)用——高支模自動化變形監(jiān)測

創(chuàng)新目的：①為了保證混凝土澆筑中實現(xiàn)對支架模板的實時監(jiān)測，有效控制模板預(yù)拱度梁體；②對高大模板支撐系統(tǒng)進行變形監(jiān)測，超限預(yù)警，以防高支模局部失穩(wěn)坍塌或整體傾覆。

高支模體系自動化實時監(jiān)測技術(shù)通過在高大模板與支架的關(guān)鍵部位或者薄弱部位安裝元器件，對各元器件的立桿軸力、立桿傾角、水平位移、模板沉降進行實時監(jiān)測。本項目委托有監(jiān)測能力的第三方監(jiān)測單位對64m梁危險性較大的高支模進行預(yù)壓監(jiān)測和混凝土澆筑過程的安全監(jiān)測，實現(xiàn)“實時監(jiān)測、超限預(yù)警、危險報警、預(yù)防事故、減少損失”的功能。

項目根據(jù)高支模專項施工方案以及高支模支架搭設(shè)的實際情況，提出各監(jiān)測參數(shù)的預(yù)警值及報警值，參數(shù)錄入平臺系統(tǒng)后，連接好所有通道并進行初始化，在現(xiàn)澆梁支架預(yù)壓及混凝土澆筑過程中進行現(xiàn)場安全質(zhì)量監(jiān)測。

以下以澆筑過程為例，整個澆筑過程分為三個階段，開始澆筑到底板澆筑完成，腹板開始澆筑到腹板澆筑完成，頂板開始澆筑到頂板澆筑完成。

圖8 立桿軸力監(jiān)測

圖9 立桿傾角監(jiān)測

在澆筑底板及隔墻的過程中產(chǎn)生模板沉降的最大值在±0.01mm內(nèi)。

混凝土澆筑過程中，通過對支架模板的沉降變形觀測，立桿軸力，傾角均未超出預(yù)警值，支架模板全過程處于安全狀態(tài)。

4.7 預(yù)應(yīng)力張拉施工

鋼筋及預(yù)應(yīng)力管道安裝完成和混凝土澆筑完成后進行預(yù)應(yīng)力張拉和壓漿施工。

圖10 過程監(jiān)測數(shù)據(jù)圖

圖11 過程監(jiān)測數(shù)據(jù)圖

預(yù)施應(yīng)力按初張拉和終張拉兩個階段進行。梁體帶模張拉時，內(nèi)模應(yīng)松開，以免對梁體壓縮造成障礙。初張拉應(yīng)在梁體混凝土強度及彈性模量均達(dá)到設(shè)計值60%后進行。終張拉應(yīng)在梁體混凝土齡期不少于10天，強度及彈性模量達(dá)到設(shè)計值后，且在確保施工工藝和質(zhì)量的前提下進行。終張拉完成后，可拆除支架。預(yù)施應(yīng)力采用兩端同步張拉，左右對稱進行，最大不平衡束不應(yīng)超過1束。

當(dāng)梁體混凝土強度和彈性模量均達(dá)到設(shè)計要求100%且齡期不少于5天時，進行預(yù)應(yīng)力施工，張拉過程由張拉力和鋼絞線伸長值雙重控制，以油表讀數(shù)控制為主，以預(yù)應(yīng)力筋伸長值進行校核。張拉控制程序為：：0→初應(yīng)力（0.2σk）（作伸長量標(biāo)記）→σcon（持荷2分鐘，測伸長量）→錨固。

4.8 管道壓漿施工

在張拉結(jié)束24h內(nèi)進行壓漿施工，壓漿前孔道先用清水沖洗，高壓風(fēng)吹干，然后進行管道壓漿施工。首先在攪拌機中加入實際拌合水的80%～90%，開動攪拌機均勻加入除水泥外的全部壓漿材料，邊加入邊攪拌，然后均勻加入全部水泥。全部加入后再攪拌2min，然后加入剩下的拌合水繼續(xù)攪拌2min。壓漿灌水泥漿進口處設(shè)置過濾網(wǎng)，以防雜物堵管,壓漿按先下后上的順序，由一端向另一端壓送水泥漿。

梁體縱向或橫向壓漿最大壓力不超過0.6MPa，當(dāng)管道較長或一次壓漿時最大壓力宜為1.0MPa；梁體漿體注滿管道后應(yīng)保持0.5～0.6MPa，持壓5min。

壓完漿后保壓1～2h，如無水泥漿反溢現(xiàn)象，則拆卸壓漿連接管和連接閥門。為了保證壓漿質(zhì)量，水泥漿攪拌結(jié)束至壓入管道的時間間隔不應(yīng)超過40min，漿體與梁體混凝土養(yǎng)護保溫措施相同

4.9 封端處理

管道壓漿結(jié)束、并經(jīng)檢查合格后進行橋梁封端、封錨處理，封端混凝土采用無收縮混凝土，混凝土強度等級不低于50MPa。為加強后灌部分混凝土與梁端的連接，梁端錨穴處應(yīng)鑿毛處理，同時應(yīng)將錨墊板上的浮漿及油污全部清除，并采用錨具安裝孔連接一端帶螺絞一端帶鉤的短鋼筋，使之與封錨鋼筋連接為一體。

4.10 成品驗收

見下表。

64m現(xiàn)澆梁梁體質(zhì)量驗收表

5 結(jié)論

本文依據(jù)休寧河特大橋施工重難點介紹了大跨度預(yù)應(yīng)力現(xiàn)澆簡支箱梁的施工工藝，從地基處理、支架搭設(shè)及預(yù)壓、模板搭設(shè)、混凝土澆筑到應(yīng)力張拉、管道壓漿以及封端施工，工程取得了較好的實施效果，實際工程也表明開展64m現(xiàn)澆簡支箱梁技術(shù)提高了現(xiàn)澆簡支梁的跨越能力，減少了墩臺的數(shù)量、提高了生產(chǎn)效率和節(jié)約大量成本，為64m現(xiàn)澆簡支梁的進一步講究打下堅實的基礎(chǔ)，同時為以后類似工程提供了借鑒。