高速鐵路預(yù)制箱梁混凝土澆筑施工技術(shù)研究

寧鍇NING Kai

（中鐵十二局集團(tuán)第三工程有限公司，太原 030024）

0 引言

箱梁混凝土多利用混凝土罐車運(yùn)輸，輸送至地泵或泵車，再通過(guò)布料機(jī)輸送至橋面進(jìn)行混凝土澆筑施工[1]，混凝土泵送的出現(xiàn)，提高了混凝施工效率，但泵送施工也會(huì)存在一些問(wèn)題，要保證泵送工藝的穩(wěn)定，必須嚴(yán)格把控可泵送性、偏析性和泵送壓力等指標(biāo)，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際操作存在一定的質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)。首先，箱梁均為高標(biāo)號(hào)混凝土，流動(dòng)性差、粘著性大，現(xiàn)場(chǎng)操作時(shí)盡可能加大塌落度，一旦控制不好就可能會(huì)造成底板澆筑時(shí)翻漿；其次，泵送混凝土要提高泵送性，會(huì)相應(yīng)提高砂率，降低了混凝土彈性模量及強(qiáng)度；最后，泵送時(shí)要結(jié)合泵送高度、距離、泵管摩擦力等因素選擇合適的泵壓，泵壓過(guò)大會(huì)引起混凝土偏析，嚴(yán)重時(shí)造成泵管爆罐。泵送工藝需額外考慮諸多因素，增加了不確定性。

本文依托濰宿高速鐵路沂南制梁場(chǎng)，研究預(yù)制箱梁混凝土澆筑施工新技術(shù)[2-3]，剝離泵送環(huán)節(jié)，減少中間環(huán)節(jié)對(duì)混凝土本身的影響。

1 工程概況

濰宿高鐵起自濟(jì)青高鐵濰坊北站，途經(jīng)濰坊市、日照市、臨沂市，進(jìn)入江蘇省內(nèi)徐州新沂市，向南經(jīng)宿遷市，接至徐宿淮鹽鐵路預(yù)留的洋河北線路所。本項(xiàng)目是京滬高鐵輔助通道的關(guān)鍵段落，主要承擔(dān)京津冀及以遠(yuǎn)地區(qū)與長(zhǎng)三角地區(qū)間部分中長(zhǎng)途旅客交流；是膠東半島與長(zhǎng)三角間交流的便捷通路，主要承擔(dān)膠東半島與長(zhǎng)三角及其以遠(yuǎn)地區(qū)間部分旅客交流；是山東半島城市群城際鐵路網(wǎng)的骨干線路，主要承擔(dān)東濱、煙威都市區(qū)與臨沂間及沿線旅客交流。因此，本項(xiàng)目是一條以路網(wǎng)功能為主、兼顧城際功能的高鐵骨干線路，是京滬綜合交通走廊的骨干運(yùn)輸方式。

濰坊至宿遷高速鐵路臨沂段站前工程項(xiàng)目7 標(biāo)段，設(shè)置預(yù)制箱梁場(chǎng)一處，設(shè)置里程DK195+800，供應(yīng)里程DK187+074.28～DK217+377.770，占地面積約189 畝，負(fù)責(zé)本標(biāo)段共計(jì)預(yù)制簡(jiǎn)支梁851 孔（其中32m 雙線箱梁803孔，24m 雙線箱梁48 孔）。梁場(chǎng)采用橫列式布置，制梁臺(tái)座10 個(gè)、鋼筋綁扎臺(tái)座6 個(gè)、雙層存梁臺(tái)座77 個(gè)，其中包含靜載試驗(yàn)臺(tái)座1 個(gè)，提梁臺(tái)座4 個(gè)。

2 總體方案及工藝原理

2.1 總體方案及工藝原理

本技術(shù)采用混凝土攪拌罐撬裝運(yùn)輸系統(tǒng)及混凝土攪拌罐撬裝澆筑系統(tǒng)，用于后張法混凝土預(yù)制箱梁混凝土澆筑施工。撬裝運(yùn)輸系統(tǒng)是在傳統(tǒng)箱梁混凝土運(yùn)輸?shù)幕A(chǔ)上，對(duì)混凝土運(yùn)輸車進(jìn)行改造，形成可吊裝模式，去掉車頭部分，改用軌道平板車運(yùn)輸，混凝土攪拌罐自帶電驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)裝置，配置電瓶進(jìn)行供電。撬裝澆筑系統(tǒng)增加了專用的廠房式布料龍門吊，可同時(shí)兼顧雨棚、保溫棚、起重等作用，其遙控功能可同時(shí)控制攪拌罐放料及放料槽擺動(dòng)幅度。以上兩方面改動(dòng)，大大提高了混凝土的可控制性，加強(qiáng)了現(xiàn)場(chǎng)文明施工，也改善了作業(yè)環(huán)境。

2.2 臨建布局

梁場(chǎng)臨建布局需提前考慮平板車行走通道，攪拌機(jī)設(shè)置在制梁區(qū)端頭，接料口正下方設(shè)置平板車行走軌道，場(chǎng)內(nèi)軌道為閉環(huán)結(jié)構(gòu)，軌道通往制梁區(qū)制梁臺(tái)座旁，位置要在混凝土攪拌撬裝系統(tǒng)60t 門式龍門吊跨下。平板車行走軌道基礎(chǔ)需根據(jù)罐體、單罐最大混凝量、平板車自重、鋼軌自重、運(yùn)輸過(guò)程中的荷載等因素進(jìn)行專業(yè)設(shè)計(jì)。

制梁區(qū)需根據(jù)澆筑系統(tǒng)載重情況，對(duì)不同工況進(jìn)行地基受力驗(yàn)算，設(shè)備采用專用軌道基礎(chǔ)，保證廠房式布料龍門吊運(yùn)行過(guò)程中平穩(wěn)、可控。生產(chǎn)區(qū)平面示意圖見(jiàn)圖1。

圖1 生產(chǎn)區(qū)平面示意圖

3 混凝土澆筑施工技術(shù)

3.1 混凝土運(yùn)輸

3.1.1 混凝土攪拌罐撬裝運(yùn)輸系統(tǒng)

混凝土運(yùn)輸采用混凝土攪拌罐撬裝運(yùn)輸系統(tǒng)完成，該系統(tǒng)主要有兩個(gè)主要部分組成，分別為混凝土攪拌罐、電動(dòng)平板。

混凝土攪拌罐撬裝系統(tǒng)采用15m3罐體，由380V 變頻電機(jī)驅(qū)動(dòng)罐體轉(zhuǎn)動(dòng)，罐體轉(zhuǎn)動(dòng)及放料槽設(shè)置手動(dòng)操控外，增加遙控裝置，并與布料龍門吊進(jìn)行聯(lián)動(dòng)操控，可滿足混凝土攪拌及放料操作。

電動(dòng)平板車有縱橫P43 鋼軌鋪設(shè)，基礎(chǔ)采用混凝土鋼筋結(jié)構(gòu)形成循環(huán)運(yùn)輸線路，縱向軌距中對(duì)中6.8m，橫向軌距2m。平板車用電瓶供電，縱向輪組具有自調(diào)節(jié)軌道不平順功能，橫向輪組采用固定式，配有液壓頂升裝置，用于變軌?；炷翑嚢韫耷搜b運(yùn)輸系統(tǒng)組成示意圖見(jiàn)圖2。

圖2 混凝土攪拌罐撬裝運(yùn)輸系統(tǒng)組成示意圖

3.1.2 混凝土攪拌罐撬裝運(yùn)輸系統(tǒng)施工

電動(dòng)平板運(yùn)載混凝土攪拌罐于攪拌機(jī)處正轉(zhuǎn)接料，并利用攪拌機(jī)配電箱充電。完成接料后，沿場(chǎng)內(nèi)布設(shè)的軌道行走，運(yùn)輸至布料龍門吊跨下等待起吊、放料。運(yùn)輸及等待起吊過(guò)程中，為保證混凝土的均勻性，罐體需不斷低速運(yùn)轉(zhuǎn)。如遇到攪拌罐需要等待的時(shí)間較長(zhǎng)，可就近在制梁區(qū)取電攪拌。運(yùn)輸?shù)竭_(dá)指定位置后，自布料龍門吊上取電（取電電纜隨吊鉤上下）。

混凝土攪拌罐運(yùn)輸過(guò)程中宜以2r/min～4r/min 的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動(dòng)。平板車行走速度50m/min，額定載重不小于50t。

3.1.3 平板車轉(zhuǎn)向

平板車行駛至轉(zhuǎn)向區(qū)，橫向輪組自帶液壓頂升裝置，頂起輪組，使縱向輪組脫離地面，橫向輪組對(duì)齊橫向軌道，進(jìn)行橫向平移，需要轉(zhuǎn)為縱向行走時(shí)，收起橫向輪子，使縱向輪組壓住縱向軌道，進(jìn)行行駛。

3.2 混凝土澆筑

3.2.1 混凝土攪拌罐撬裝澆筑系統(tǒng)

混凝土澆筑采用混凝土攪拌罐撬裝澆筑系統(tǒng)完成，該系統(tǒng)主要有三個(gè)主要部分組成，50t 龍門吊、50t 布料龍門吊、廠棚。

50t 龍門吊為常規(guī)門式結(jié)構(gòu)，主要負(fù)責(zé)整平機(jī)的調(diào)運(yùn)工作。

50t 布料龍門吊為框架結(jié)構(gòu)，主要負(fù)責(zé)混凝土澆筑吊運(yùn)、配合放料工作。上構(gòu)配備縱向移動(dòng)導(dǎo)梁，導(dǎo)梁上配有橫向移動(dòng)小車，帶有4 個(gè)吊鉤，吊鉤縱向間距6.5m，橫向間距2.5m，導(dǎo)梁和小車通過(guò)縱橫移覆蓋起吊、布料范圍，行走速度0～5m/min。澆筑作業(yè)為兩套拼接成長(zhǎng)度為40m 的作業(yè)空間，拼接后，在澆筑過(guò)程中不需進(jìn)行移動(dòng)。導(dǎo)梁縱向移動(dòng)，小車橫向移動(dòng)。布料龍門吊作業(yè)示意圖見(jiàn)圖3。

圖3 布料龍門吊作業(yè)示意圖

廠棚為布料龍門吊結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上增加的廠房結(jié)構(gòu)，上蓋外包，外包部分為可升降卷簾結(jié)構(gòu)，具有全天候作業(yè)能力，且具備橫向、轉(zhuǎn)向功能，受風(fēng)、雨、黑夜影響極小。

3.2.2 混凝土攪拌罐撬裝澆筑施工

施工順序：混凝土攪拌罐就位→布料龍門吊就位→攪拌罐接電→起吊移至梁面→攪拌罐高速旋轉(zhuǎn)20～30s→攪拌罐反轉(zhuǎn)進(jìn)行布料。

澆注順序：從一端向另一端水平分層、斜向分段，兩側(cè)腹板對(duì)稱、連續(xù)澆筑，同一截面混凝土灌注順序?yàn)橄雀拱甯亢蟮装澹俑拱迳喜?，最后頂板。頂板分區(qū)分塊進(jìn)行澆筑。每層混凝土的澆筑高度不超過(guò)30cm，并延伸到下層5～10cm。澆筑底腹板及頂板時(shí)兩布料機(jī)均從一端開(kāi)始，各自向梁的另一端推進(jìn)，邊移動(dòng)邊灌注混凝土，當(dāng)灌注至距梁端6～8m 時(shí)，改為由梁端向跨中方向灌注，將浮漿擠出橋面。

澆筑時(shí)，盡可能降低攪拌罐放料，混凝土下落距離控制不超過(guò)2m，可防止混凝土的離析現(xiàn)象的發(fā)生，并保持預(yù)埋管道不發(fā)生撓曲或移位?；炷琳駬v以插入式振搗為主，附著式振搗為輔，在梁體混凝土澆筑及振搗過(guò)程中，指定專人對(duì)模板及振搗情況進(jìn)行觀察，發(fā)現(xiàn)有加固松動(dòng)或漏漿，應(yīng)及時(shí)進(jìn)行處理，并對(duì)預(yù)埋件進(jìn)行重點(diǎn)觀察。應(yīng)加強(qiáng)箱梁的腹板與底板、預(yù)應(yīng)力筋錨固區(qū)以及其他鋼筋密集區(qū)的混凝土振搗作業(yè)。橋面振搗采用插入式振動(dòng)棒振搗，先提漿整平機(jī)整平，然后人工收面。

采用插入式振搗器振搗混凝土?xí)r，采用垂直點(diǎn)振方式振搗，要做到“快插慢拔”。在振搗上一層時(shí)，插入下層中5～10cm，同時(shí)在振搗上層混凝土?xí)r，要在下層混凝土初凝前進(jìn)行。振搗時(shí)間一般每點(diǎn)振搗時(shí)間為20～30s，視混凝土表面呈水平不再顯著下沉，不再出現(xiàn)大氣泡，表面出現(xiàn)泛漿為度。振搗腹板混凝土?xí)r，每次移動(dòng)位置的距離，不大于振動(dòng)棒作用半徑的1.5 倍。振動(dòng)器使用時(shí)，不能緊靠模板振動(dòng)，與側(cè)模保持5～10cm 距離。

3.2.3 混凝土攪拌罐撬裝澆筑系統(tǒng)轉(zhuǎn)場(chǎng)

布料龍門吊同條生產(chǎn)線轉(zhuǎn)場(chǎng)：松開(kāi)大車固定裝置，縱向平移至指定位置。

布料龍門吊跨線轉(zhuǎn)場(chǎng)：松開(kāi)固定裝置，先縱向平移至轉(zhuǎn)向區(qū)，升起頂升油缸，旋轉(zhuǎn)輪箱90 度，使車輪與橫向軌道對(duì)齊，收起頂升油缸，輪組入橫向軌道，行駛至另一條線路，重復(fù)頂升旋轉(zhuǎn)操作，完成轉(zhuǎn)向，行駛至指定位置，鎖定。

3.2.4 清洗

攪拌罐需及時(shí)清洗，平板車載運(yùn)攪拌罐撬裝行駛至砂石分離機(jī)旁，攪拌罐就近取電，加水、正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)，將清洗廢料流入砂石分離機(jī)進(jìn)行處理，并清理平板車上面灑落的混凝土。

3.2.5 特殊天氣施工

夜間施工時(shí)，在棚頂和側(cè)墻設(shè)置照明燈，使棚內(nèi)光照無(wú)死角。雨天及起風(fēng)時(shí)施工，將側(cè)墻卷簾放下，可擋雨擋風(fēng)。

3.3 制梁臺(tái)座上的混凝土養(yǎng)護(hù)

箱梁底板混凝土澆筑完畢后，立即用篷布將箱梁箱室兩端封閉，避免在箱室內(nèi)形成風(fēng)道，穿堂風(fēng)會(huì)使箱內(nèi)溫度降低過(guò)快。模板護(hù)欄上安裝自動(dòng)噴淋裝置，箱內(nèi)設(shè)置可拆卸式自動(dòng)噴淋裝置，混凝土初凝后開(kāi)始養(yǎng)護(hù)，頂板鋪設(shè)土工布，噴淋次數(shù)應(yīng)以混凝土表面濕潤(rùn)狀態(tài)為度。內(nèi)模牽引出箱室后，立即對(duì)箱內(nèi)進(jìn)行灑水養(yǎng)護(hù)。

在夏日光照較強(qiáng)時(shí)，可利用布料龍門吊廠棚遮陽(yáng)，減少水分蒸發(fā)。如遇冬期施工時(shí)，廠棚可改為保溫板式，在澆筑過(guò)程及澆筑后養(yǎng)護(hù)時(shí)，可對(duì)制梁臺(tái)座整個(gè)區(qū)域進(jìn)行保溫，待混凝土終凝后，替換成普通養(yǎng)護(hù)棚。

4 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)使用本技術(shù)，可解決傳統(tǒng)混凝土澆筑工藝遇到的技術(shù)難題，具有以下優(yōu)點(diǎn)：

一是規(guī)避了混凝土地泵壓力對(duì)混凝土性能的影響，保證混凝土出機(jī)狀態(tài)與入模狀態(tài)相同，確保了混凝土澆筑質(zhì)量；二是制梁區(qū)固定區(qū)域設(shè)置專用的運(yùn)輸軌道，避免傳統(tǒng)罐車與其他工序交叉作業(yè)帶來(lái)的安全隱患；三是施工現(xiàn)場(chǎng)無(wú)混凝土灑落，保證了現(xiàn)場(chǎng)文明施工；四是混凝土攪拌撬裝澆筑系統(tǒng)提升采用2 臺(tái)60t 門式龍門吊組成“20m+20m”“可移動(dòng)廠房”，上蓋外包，具有全天候作業(yè)能力，不受天氣影響，且具備橫向轉(zhuǎn)向功能，其側(cè)面也可封閉，用于低溫期施工澆筑過(guò)程及養(yǎng)護(hù)期間的保溫等特點(diǎn)。