高速鐵路大跨度64m現(xiàn)澆預(yù)應(yīng)力簡(jiǎn)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(duì)于高速鐵路的建設(shè)，我國(guó)通常采用后張法預(yù)應(yīng)力現(xiàn)澆簡(jiǎn)支箱梁進(jìn)行施工，但多數(shù)跨徑以24m、36m、48m 等為主，而對(duì)于跨徑為64m的預(yù)應(yīng)力現(xiàn)澆現(xiàn)澆簡(jiǎn)支箱梁施工研究較為少見。本文依托休寧河特大橋?yàn)楣こ瘫尘?，從支架施工到預(yù)應(yīng)力簡(jiǎn)支箱梁施工完成整個(gè)過(guò)程的施工工藝分析進(jìn)行跨度64m預(yù)應(yīng)力簡(jiǎn)支箱梁施工的必要性。工程跨越G205國(guó)道，且澆筑的同時(shí)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(shí)進(jìn)行正常施工是本工程的重難點(diǎn)之一。另一方面，對(duì)于跨度為64m的預(yù)應(yīng)力現(xiàn)澆簡(jiǎn)支箱梁采用什么樣的施工工藝是本工程的又一重難點(diǎn)。研究表明，64m現(xiàn)澆簡(jiǎn)支箱梁技術(shù)提高了簡(jiǎn)支梁的跨越能力、減少了墩臺(tái)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(jiǎn)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(jì)為1孔64m跨雙線現(xiàn)澆簡(jiǎn)支梁（0#臺(tái)～1#墩），且為有聲屏障現(xiàn)澆梁，跨越G205國(guó)道（國(guó)道寬10m），與國(guó)道斜交60。休寧河特大橋64m預(yù)應(yīng)力現(xiàn)澆簡(jiǎn)支箱梁為單箱單室、等高度簡(jiǎn)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(jiǎn)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(zhǎng)65.1m，計(jì)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(jiǎn)支箱梁縱斷面圖如圖1所示。

圖1 現(xiàn)澆簡(jiǎn)支箱梁縱斷面圖

梁體采用C50混凝土，防護(hù)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(qiáng)度等級(jí)不低于M50，保護(hù)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(bǔ)償收縮混凝土，封錨后用聚氨酯防水涂料進(jìn)行防水處理。

2 施工重難點(diǎn)分析

該工程施工重難點(diǎn)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(guò)程中，應(yīng)嚴(yán)格按照規(guī)范的要求進(jìn)行搭設(shè)，現(xiàn)澆箱梁施工前應(yīng)對(duì)支架進(jìn)行預(yù)壓，并安排專職測(cè)量人員對(duì)支架進(jìn)行沉降觀測(cè)以及專職安全人員對(duì)支架進(jìn)行驗(yàn)收和檢查；

②預(yù)應(yīng)力張拉及壓漿控制是工程難點(diǎn)之一，應(yīng)嚴(yán)格按照規(guī)范要求進(jìn)行控制，張拉前應(yīng)確定張拉的順序和準(zhǔn)確測(cè)量伸長(zhǎng)量，對(duì)于管道應(yīng)該進(jìn)行精準(zhǔn)的定位，準(zhǔn)確地測(cè)定管道的摩阻，在張拉完成后的48h內(nèi)進(jìn)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(jiǎn)支梁梁體高、跨度大，澆筑要在24h澆筑完成，澆筑過(guò)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(diǎn)之一；

④施工過(guò)程中，橋梁跨越205國(guó)道，對(duì)于國(guó)道的正常運(yùn)行有所影響，為保證現(xiàn)澆現(xiàn)澆箱梁施工階段G205國(guó)道公路車輛能正常通行，上跨現(xiàn)澆箱梁滿堂支架施工時(shí)預(yù)留2個(gè)機(jī)動(dòng)車道、2個(gè)非機(jī)動(dòng)車道，作為機(jī)動(dòng)車和非機(jī)動(dòng)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(jì)圖紙，對(duì)橋梁各部分尺寸、標(biāo)高、墩臺(tái)里程、預(yù)偏心等進(jìn)行核實(shí)，并認(rèn)真核對(duì)地形地貌，探明地下管線類型及位置，嚴(yán)禁盲目施工；

②對(duì)現(xiàn)場(chǎng)管理人員和作業(yè)人員進(jìn)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(qiáng)對(duì)支架等周轉(zhuǎn)材料的進(jìn)行報(bào)驗(yàn)工作，由安質(zhì)部組織各部門核對(duì)進(jìn)場(chǎng)材料是否與方案內(nèi)材料相符，符合要求可簽認(rèn)工序報(bào)驗(yàn)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(jī)2套。混凝土攪拌站均采用電子自動(dòng)計(jì)量系統(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(jiǎn)支箱梁提供C50混凝土942.5m，計(jì)劃一次澆筑成型，澆筑時(shí)5個(gè)拌合機(jī)同時(shí)啟動(dòng)（一分部2個(gè)，二分部3個(gè)），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(shì)平坦，與G205國(guó)道順接，交通便利，混凝土到64m現(xiàn)澆簡(jiǎn)支箱梁處運(yùn)距僅200m。

3.3 鋼筋加工場(chǎng)

建設(shè)2#鋼筋加工廠1個(gè)，鋼筋全部集中加工，采用平板車運(yùn)輸至施工現(xiàn)場(chǎng)。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(chǎng)向休寧河大橋64m現(xiàn)澆簡(jiǎn)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)底模→支架預(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(hù)→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(jìn)行0#臺(tái)～1#墩63.4m跨簡(jiǎn)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(jìn)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(tái)階支架搭設(shè)高度9m，第二臺(tái)階支架搭設(shè)高度6m，第三臺(tái)階支架搭設(shè)高度2m。支架現(xiàn)場(chǎng)搭設(shè)圖如圖2、圖3所示。

圖2 支架現(xiàn)場(chǎng)搭設(shè)模型圖

圖3 支架現(xiàn)場(chǎng)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(shí)為取得支架與地基的彈性變形實(shí)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(jìn)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(duì)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(duì)稱進(jìn)行。先加載腹板，再加載頂板。加載分四級(jí)進(jìn)行：按照加載重量的30%、60%、100%、110%加載，加載應(yīng)按照對(duì)稱、分層、分級(jí)的原則進(jìn)行，嚴(yán)禁集中加載。

4.4 支架監(jiān)測(cè)

預(yù)壓時(shí)高支模系統(tǒng)對(duì)支架自動(dòng)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，然后通過(guò)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)線形進(jìn)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(jì)一致，從而對(duì)于工程進(jìn)行質(zhì)量控制。

4.4.1 預(yù)壓監(jiān)測(cè)

按照規(guī)范要求，對(duì)于預(yù)壓的模板進(jìn)行監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)斷面應(yīng)設(shè)置在預(yù)壓區(qū)域的兩端及間隔1/4長(zhǎng)度位置，根據(jù)本橋支架形式，首孔支架預(yù)壓監(jiān)測(cè)設(shè)置5個(gè)斷面，跨中、兩端及距兩端L/4、L/2、L3/4處，每個(gè)斷面設(shè)置5個(gè)監(jiān)測(cè)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(cè)及平面位移均采用高支模平臺(tái)系統(tǒng)進(jìn)行觀測(cè)，沉降觀測(cè)點(diǎn)及觀測(cè)斷面圖如圖4、圖5所示。

圖4 沉降觀測(cè)點(diǎn)布置圖

圖5 沉降觀測(cè)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(guò)支架上方木處加不同厚度的鋼板墊塊來(lái)實(shí)現(xiàn)。支架預(yù)壓完成后，對(duì)監(jiān)測(cè)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(shí)要綜合考慮下列因素：

①設(shè)計(jì)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(diǎn)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(shí)設(shè)置好預(yù)留拱度。通過(guò)預(yù)壓試驗(yàn)確定跨中的拱度值，其余各點(diǎn)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(xiàng)目部中心拌合站集中供應(yīng)混凝土，采用12臺(tái)混凝土運(yùn)輸車運(yùn)輸，運(yùn)距及運(yùn)輸時(shí)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(xiàng)準(zhǔn)備工作，尤其保證施工便道暢通無(wú)阻，滿足運(yùn)輸要求。澆注采取3臺(tái)汽車泵（物資另外準(zhǔn)備1臺(tái)備用），合理布局，確定每臺(tái)泵的澆注范圍，保證混凝土施工的同步性。同時(shí)現(xiàn)場(chǎng)場(chǎng)地滿足運(yùn)輸要求。

混凝土澆注開始時(shí)間應(yīng)在當(dāng)天早晨4-5點(diǎn)開盤，保證混凝土初凝時(shí)間處于1天最低或較低時(shí)間?；炷练搅?42.5m，C50混凝土初凝時(shí)間4h 58min，終凝時(shí)間7h 12min，計(jì)劃采用3臺(tái)泵車進(jìn)行澆筑，每臺(tái)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(jì)16h。

混凝土澆筑時(shí)，澆筑順序同預(yù)壓順序：從跨中往兩側(cè)。縱向從一端向另一端，水平分層，縱向溜坡推進(jìn)，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(shí)兩側(cè)均勻?qū)ΨQ下料。澆筑底板時(shí)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(duì)混凝土進(jìn)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(hù)，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(hù)應(yīng)不間斷，不得形成干濕循環(huán)?；炷琉B(yǎng)護(hù)時(shí)間不應(yīng)少于14d。

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

創(chuàng)新目的：①為了保證混凝土澆筑中實(shí)現(xiàn)對(duì)支架模板的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，有效控制模板預(yù)拱度梁體；②對(duì)高大模板支撐系統(tǒng)進(jìn)行變形監(jiān)測(cè)，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(dòng)化實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)技術(shù)通過(guò)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(duì)各元器件的立桿軸力、立桿傾角、水平位移、模板沉降進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。本項(xiàng)目委托有監(jiān)測(cè)能力的第三方監(jiān)測(cè)單位對(duì)64m梁危險(xiǎn)性較大的高支模進(jìn)行預(yù)壓監(jiān)測(cè)和混凝土澆筑過(guò)程的安全監(jiān)測(cè)，實(shí)現(xiàn)“實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、超限預(yù)警、危險(xiǎn)報(bào)警、預(yù)防事故、減少損失”的功能。

項(xiàng)目根據(jù)高支模專項(xiàng)施工方案以及高支模支架搭設(shè)的實(shí)際情況，提出各監(jiān)測(cè)參數(shù)的預(yù)警值及報(bào)警值，參數(shù)錄入平臺(tái)系統(tǒng)后，連接好所有通道并進(jìn)行初始化，在現(xiàn)澆梁支架預(yù)壓及混凝土澆筑過(guò)程中進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)安全質(zhì)量監(jiān)測(cè)。

以下以澆筑過(guò)程為例，整個(gè)澆筑過(guò)程分為三個(gè)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(cè)

圖9 立桿傾角監(jiān)測(cè)

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

混凝土澆筑過(guò)程中，通過(guò)對(duì)支架模板的沉降變形觀測(cè)，立桿軸力，傾角均未超出預(yù)警值，支架模板全過(guò)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(jìn)行預(yù)應(yīng)力張拉和壓漿施工。

圖10 過(guò)程監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)圖

圖11 過(guò)程監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)圖

預(yù)施應(yīng)力按初張拉和終張拉兩個(gè)階段進(jìn)行。梁體帶模張拉時(shí)，內(nèi)模應(yīng)松開，以免對(duì)梁體壓縮造成障礙。初張拉應(yīng)在梁體混凝土強(qiáng)度及彈性模量均達(dá)到設(shè)計(jì)值60%后進(jìn)行。終張拉應(yīng)在梁體混凝土齡期不少于10天，強(qiáng)度及彈性模量達(dá)到設(shè)計(jì)值后，且在確保施工工藝和質(zhì)量的前提下進(jìn)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(duì)稱進(jìn)行，最大不平衡束不應(yīng)超過(guò)1束。

當(dāng)梁體混凝土強(qiáng)度和彈性模量均達(dá)到設(shè)計(jì)要求100%且齡期不少于5天時(shí)，進(jìn)行預(yù)應(yīng)力施工，張拉過(guò)程由張拉力和鋼絞線伸長(zhǎng)值雙重控制，以油表讀數(shù)控制為主，以預(yù)應(yīng)力筋伸長(zhǎng)值進(jìn)行校核。張拉控制程序?yàn)椋海?→初應(yīng)力（0.2σk）（作伸長(zhǎng)量標(biāo)記）→σcon（持荷2分鐘，測(cè)伸長(zhǎng)量）→錨固。

4.8 管道壓漿施工

在張拉結(jié)束24h內(nèi)進(jìn)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(jìn)行管道壓漿施工。首先在攪拌機(jī)中加入實(shí)際拌合水的80%～90%，開動(dòng)攪拌機(jī)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(jìn)口處設(shè)置過(guò)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(guò)0.6MPa，當(dāng)管道較長(zhǎng)或一次壓漿時(shí)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(wú)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(shí)間間隔不應(yīng)超過(guò)40min，漿體與梁體混凝土養(yǎng)護(hù)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(jìn)行橋梁封端、封錨處理，封端混凝土采用無(wú)收縮混凝土，混凝土強(qiáng)度等級(jí)不低于50MPa。為加強(qiáng)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(shí)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(yàn)收

見下表。

64m現(xiàn)澆梁梁體質(zhì)量驗(yàn)收表

5 結(jié)論

本文依據(jù)休寧河特大橋施工重難點(diǎn)介紹了大跨度預(yù)應(yīng)力現(xiàn)澆簡(jiǎn)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(shí)施效果，實(shí)際工程也表明開展64m現(xiàn)澆簡(jiǎn)支箱梁技術(shù)提高了現(xiàn)澆簡(jiǎn)支梁的跨越能力，減少了墩臺(tái)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(jiǎn)支梁的進(jìn)一步講究打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，同時(shí)為以后類似工程提供了借鑒。