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wangxinglei007 - 2014/7/6 22:47:00

京沪高速铁路900T双线整孔后张法预应力混凝土简支箱梁施工要点

王兴磊 米晓锋

（中国水电集团京沪高铁三标段三工区七局）

摘
要：本文结合京沪高速铁路长清制梁场900T双线整孔后张法预应力混凝土简支箱梁的施工过程，简要论述三项关键工序、高性能混凝土耐久性指标的保证措施、减小箱梁后期徐变的相关施工措施及注意的要点，以确保满足高速铁路运营的安全性、高速度、高平顺性和舒适度。
关键词：高速铁路；后张法；预应力；箱梁
1 概述
京沪高速铁路正线全长1318Km，桥梁占正线长度80%以上。桥梁施工大量采用32、24m双线单箱单室整孔后张法预应力混凝土简支箱梁，采用高性能混凝土结构设计使用年限为100年。采用“ZK标准活载”即0.8UIC（国际铁路联盟标准活载），桥梁设计速度目标值是300～350km／h。要求桥梁整体刚度满足机车行车的安全性、平稳性以及旅客的乘坐舒适性。

图1-1：通桥（2008）2322A-Ⅱ概图（适用CRTS-Ⅱ型板）

其中32m双线整孔单箱单室等高度截面箱梁，全长32.6m，梁宽12.0 m，梁高3.05m，底宽5.5m。C50混凝土334.71m3，梁体重836.8T。梁端顶板、底板及腹板局部向内侧加厚。例如跨度31.5m简支箱梁截面尺寸如图1-1所示。
具体参见：《时速350公里客运专线铁路无砟轨道后张法预应力混凝土简支箱梁（预制、双线、跨度32m）》[通桥（2008）2322A-Ⅱ]。
虽然该梁型具有刚度大、抗冲击力强、稳定性好、噪声小、便于维护保养等优点，但同时也具有结构复杂、工艺新颖、技术含量高、自身体积大、重量重、宽跨比大等特点。因此，这种箱梁的预制难度较大，具有新材料使用广、新技术要求高、施工复杂的特点。我公司长清制梁场在京沪高速铁路施工中负责799榀(其中739榀32 m、60榀24 m)箱梁预制工作。本文简要介绍长清制梁场的箱梁预制施工关键工序的施工要点，以期抛砖引玉，供大家参考。
2 箱梁预制工艺
2．1预制工艺流程

后张法预应力混凝土简支箱梁的预制工艺流程见图2-1：

底腹板钢筋绑扎、报验

底模、外模安装报验

底腹板钢筋吊装入模

管道坐标及保护层调整

端模、内模修整

内模安装、端模安装

顶板钢筋吊装入模

支座、防落梁预埋件安装检查

顶板钢筋绑扎、报验

箱梁混凝土浇筑

混凝土养护

预应力束预、初张拉

混凝土布料机、拖泵准备

混凝土准备

钢绞线穿束

拨胶管、孔道清理

900t搬梁机起吊、横移箱梁

箱梁端、内模拆除

箱梁横移准备

箱梁终张拉

真空压浆设备准备

真空压浆材料准备

张拉设备准备

钢筋、模板报检

箱梁交库存放

钢绞线检验、下料

原材料 进场、 检验

真空辅助压浆

预制箱梁施工工艺流程图

2.2箱梁预制关键工艺
1）混凝土灌筑工艺
混凝土的浇筑采用连续浇筑、一次成型，浇筑时时间不宜超过6h；由试验室对混凝土拌和物进行坍落度损失试验，根据多次试验结果，确定混凝土拌和物的滞留时限和间隔时限（上下两层混凝土）。滞留时限确定为45 min，间隔时限亦为1小时，在上下两层混凝土浇筑时，尽量压缩其间隔时间，避免因时间过长，造成混凝土表面出现条状色差。

图2-2 箱梁浇筑示意图

灌筑总的顺序为“先底腹板倒角、再下腹板、再底板、再上腹板、最后顶板”；总的原则为“由一端向另一端进行、左右对称、斜向分段、水平分层”。当浇筑至距另一梁端6～8m时，由另一梁端开始向回浇筑，然后合拢。用2台HG18型布料机对称布料、连续浇筑，以水平分层的工艺左右对称进行，前后两层混凝土的间隔时间不得超过1小时。混凝土拌和物入模前进行含气量的测定，含气量控制在2%～4%，混凝土入模前测定模板温度，并作好记录及调整。模板温度控制在5～35℃，混凝土拌和物入模温度控制在5～30℃。混凝土的振捣以插入式振捣为主，以高频侧振为辅。腹板混凝土浇筑时在桥面钢筋腹板顶部两侧铺竹胶板，防止混凝土洒落其他部位及污染桥面。
浇筑底腹板倒角处混凝土，也就是从底模往上0cm～70cm部分混凝土，采用插入式振动棒捣固密实，高频振捣器辅助振捣。第1区域从一端向另一端浇筑24m远，留下约1/3的底腹板倒角等第2区域下料时浇筑。为了保证支座板处混凝土振捣密实，在端模上开孔对支座板处进行振捣，并且在支座下面的底模下方安置附着式振捣器加强振捣。
2）预应力张拉工艺
京沪高速铁路采用CRTS-Ⅱ型板式无砟轨道，预应力钢束布置按二期恒载120～140kN/m、140～160kN/m、160～180kN/m三档进行设计、施工。因此每榀箱梁的预施加应力必须根据此箱梁实际所处线路桩号位置的综合情况进行应力调整，以满足箱梁的刚度及抗裂性的要求。并且须通过铁道部质检中心或者铁科院试验确定由于梁场的生产工艺和产品不同引起的管道、锚口、喇叭口等瞬时摩阻引起的预应力损失值，根据实测数据，报请中铁咨询设计院由设计人员对预应力束张拉值进行调整，以保证各束预应力值符合设计要求。
长清制梁场预应力作业按预张拉、初张拉和终张拉三个阶段进行。张拉前清除管道内杂物及积水。带模预张拉，混凝土强度达到设计强度的60%，内模板松开，不对梁体压缩造成阻碍。箱梁终张后需实测弹性上拱度，实测弹性上拱值不大于1.05倍的设计计算值，终张拉30d后实测上拱值在±L/3000(L为梁跨度)。
3）真空压浆工艺
张拉完成后，切割钢绞线后外露40～50mm→清除锚座面、密封槽及装配螺孔内的水泥浆→密封锚头→压浆前准备工作→抽真空及配置浆液→压浆→停抽真空和保压→工后清理→封锚。
压浆设备采用吴桥县山泉建筑机械厂生产的GSZ700型压浆台车（配备吴桥县山泉建筑机械厂生产的MBV80型预应力用水环真空泵，负压能达0.097MPa、 SQG45A灌浆泵）和无锡华群机械有限公司生产的JS-300型自动压浆台车。水泥浆外加剂采用北京巨通物流有限公司生产的TK-G-Ⅲ型管道压浆剂。压浆用水泥为PO42.5硅酸盐水泥。
本梁场理论压浆配合比：水泥：压浆料=9：1；各种材料的称量以质量计，精确到1%，性能符合《铁路后张法预应力混凝土梁管道压浆技术条件》（TB/T3192-2008）要求。
3．高性能混凝土耐久性指标的保证措施
3．1原材料检验
长清制梁场为确保箱梁100年使用寿命，保证高性能混凝土的耐久性，严格进行混凝土材料的选定，并结合济南站－泰山站段T2环境，要求混凝土的各项耐久性指标均符合《客运专线高性能混凝土暂行技术条件》、《铁路混凝土耐久性设计暂行规定》及其补充文件的各项规定，并满足《客运专线预应力混凝土预制梁暂行技术条件》的要求。同时，所选用的原材料必须有供应商提供的出厂合格证，梁场试验室根据认证细则要求进行试验检验。
3．2模板制造安装
箱梁模板的制造精度、安装精度直接影响到箱梁的结构尺寸，因此在模板的招标、合同及进场验收均严格执行《客运专线预应力混凝土预制梁暂行技术条件》表1要求。严格按照梁型设置预设反拱，长清制梁场32m箱梁采用下式计算：y=17X2/16.32。其次，重点对箱梁混凝土的保护层进行监控，确保完全符合保护层厚度的要求，尤其注意倒角位置钢筋N44、N44-1、N44-2与模板的间距。
3．3钢筋绑扎
由于通桥（2008）2322A型箱梁横向、竖向均为普通钢筋结构，因此钢筋位置的正确与否直接影响到结构受力性能。长清制梁场的箱梁钢筋采用了底腹板与顶板分离的绑扎形式，虽然分别在绑扎胎具上进行分体绑扎的工效速度较快，但是在顶板钢筋安装入模就位工序上占用时间过多，并且保护层尺寸控制十分困难，常常出现倒角钢筋保护层尺寸偏差过大的问题，因此，通过对实际的工艺对比，建议今后的箱梁钢筋绑扎采取整体式绑扎后滑移进内模的工艺形式。
3．4高性能混凝土的浇筑
浇筑过程中注意混凝土的工作性能、模板温度、混凝土入模温度、塌落度、扩展度、泌水率等现场试验检测项目，并作强度及弹模试件。
桥面混凝土施工是箱梁混凝土灌注的最后工序，京沪高速铁路采用通桥（2008）2322A型箱梁桥面为6面坡，并且由于该梁适用CRTS-Ⅱ型轨道板，桥面连接套筒144个，并且预留剪力齿槽、侧向挡块、桥面加高台，梁面平整度及坡度控制复杂，因此需要严格控制梁面处理施工的质量，采用坡度工装，同时注意边整平边覆盖，避免因失水过快造成桥面高性能混凝土开裂。
3．5拆模混凝土强度、温度控制
900T高速铁路箱梁拆模前有严格的要求，首先混凝土的强度达到60%以上，梁体的混凝土芯部与表层、箱内与箱外、表层与环境温差不大于15℃，拆除端模后，松开内模但不拆除内模即进行预张拉，此时注意两个梁端内模空腔必须做到挡风隔离严禁空气对流穿膛，待梁体进行初张拉后立即移出内模，在拆除内模的过程中注意操作正确，确保梁体棱角完整。并采用900T搬梁机移梁出制梁台座至存梁台座。
需要注意济南地区秋冬及初春早晚气温急剧变化时候不宜贸然拆模。
3．6箱梁预应力施工控制
后张法预应力混凝土预制梁张拉施工具体工艺要点见前文所述，需要强调的是为确保梁体的耐久性，预应力终张拉的条件除了弹模和强度外，要求龄期必须大于10天。其次是，京沪高速铁路的900T箱梁分直线无声屏障、直线有声屏障、曲线无声屏障、曲线有声屏障4类梁，施加预应力时必须根据线路桥梁表，结合站前四电专业确定相应梁所承受的相应的不同级别的二期恒载进行调整。
3．7管道压浆材料及工艺控制
预应力混凝土简支箱梁终张拉后24小时到48小时之间完成真空辅助管道压浆，根据铁道部要求，压浆材料必须满足《客运专线预应力混凝土预制梁暂行技术条件》及《铁路后张法预应力混凝土梁管道压浆技术条件》（TB/T3192-2008）的要求。
3．8梁体预埋件的材质要求及精确定位安装
根据箱梁设计图纸及暂行技术条件、认证细则要求，所有进入梁体的预埋件均应位置精确，预埋钢板平整、预埋钢筋绑扎焊接牢固，为确保箱梁结构的耐久性，所有预埋件根据所处位置不同均进行了相应的防腐处理，即：多元合金共渗或渗锌+封闭层处理（支座预埋件、防落梁预埋件及接触网预埋钢板1）；多元合金共渗+达可乐+封闭层处理（接触网支柱预埋螺栓基础面以下150mm及外露部分）；渗锌处理（防落梁挡块及除接触网支柱预埋螺栓以外的部件）。在上述部件进入梁体前必须经相关单位检测检验合格后方可使用。
3．9封锚施工控制
封锚前必须对锚穴进行凿毛处理，并利用一端带钩一端带螺纹的短钢筋安装于锚垫板螺栓孔，与锚穴内钢筋网绑扎在一起，保证封锚混凝土与梁体连为一体。封锚后进行防水处理，梁端底板及腹板的锚穴外侧全部涂刷防水涂料。
3．10桥梁端伸缩缝
结合通桥（2008）8388A，京沪高速铁路CRTS-Ⅱ型轨道底座板在梁伸缩缝处连续铺设，在梁端底座板处不设置挡水台，梁端防水伸缩缝必须设置在梁面，因此预制梁时注意预埋伸缩缝型钢，并确保位置精准。
4 关于控制箱梁后期徐变上拱的施工相关措施
京沪高速铁路900T预应力混凝土简支箱梁截面长期处于预应力偏心受压状态，下缘预压应力大，上缘预应力为零，或存在少量的拉应力，随着时间的变化，逐渐产生不同的塑性变形。下缘压缩最大，向上逐渐减小，故变形后下缘缩短，上缘伸长，因而出现梁体向上拱起，即徐变上拱。箱梁徐变随持荷时间（t-t0）的发展按下式计算：

式中：
β(t-t0) ---徐变随持荷时间的发展系数；
(t-t0) ----持荷时间（天）；
βH ------与相对湿度和理论厚度有关的调整系数；
RH ------大气环境的相对湿度（%）；
h --------构件的理论厚度（mm）。
其危害直接影响梁上轨面的平整度，对高速铁路列车行车的安全性和乘坐的舒适性不利。国内早期梁体徐变普遍偏高，平均6cm。部分营运线路曾因此问题导致火车缓行，并且换梁。因此，徐变上拱过大将会对铁路安全运营造成极大影响。
通过试验对比分析，在施工控制方面影响徐变上拱的主要因素有：
（1）水灰比和水泥用量
水灰比相同，徐变变形随水泥用量增多而提高；水泥相同，徐变变形随水灰比增大而提高。
（2）骨料的力学性能
骨料对徐变有约束作用，不同岩石骨料混凝土使徐变增大的次序为：石灰岩、石英岩、砾石、花岗岩及砂岩。
（3）施加预应力时梁体的弹性模量
徐变上拱的大小取决于施加预应力时梁体的弹性上拱量。在施加预应力前，检验混凝土弹性模量。控制预应力调整数值。
（4）施加二期恒载的时间间隔
间隔时间越长，二期恒载影响越小。
针对上述各方面的因素，长请制梁场在箱梁预制过程中主要采取了以下减小后期徐变的施工措施：
（1）在满足高性能混凝土强度与和易性条件下，采用较低的水泥用量和水灰比，并采用低碱水泥（0.6%），确保混凝土的耐久性。
（2）混凝土骨料，选用弹性模量较高的岩石和适当级配，母岩强度必须达到为C50的2倍以上的抗压强度。对骨料进行碱活性试验，严禁使用碱-碳酸盐反应的活性骨料和膨胀率大于0.2%的碱-硅酸盐反应的活性骨料。
（3）采用自动化温控系统控制蒸汽养护，严格遵守“静停、升温、恒温、降温”四阶段的温度控制要求。
（4）在对梁体施加预应力前，针对预张拉、初张拉、终张拉三阶段，除检验每阶段混凝土强度外，同时检查混凝土的弹性模量，确保弹性模量和强度同时符合要求，方可进行张拉施工。张拉作业实行“双控”，严禁超张拉。
（5）采取措施有效降低管道摩阻、管道偏差系数。长清制梁场由于早期实测锚口及喇叭口损失为4.8%，管道摩阻系数0.6239，管道偏差系数0.0018，较设计标准值偏差过大，后经对预应力定位网片的工艺改进及对抽拔成孔的质量管理控制，对混凝土的振捣最大限度减少碰撞管道橡胶棒，对钢筋笼的吊装吊具进行改造，确保足够刚度避免底腹板钢筋骨架变形导致预应力定位网位置变动过大，最后在底腹板钢筋吊装入模后再次精调定位网位置，并拉伸橡胶抽拔棒，确保线形平顺符合设计的预应力管道坐标的偏差限值。
（6）在满足工期及设计规范的前提下，尽量推迟终张拉时间，若30天上拱度超限时，采取吊装或者加载预压措施进行控制。尽可能适当延长施加二期恒载的时间间隔。
5 结语
综上所述，结合京沪高速铁路长清制梁场的900T后张法预应力混凝土箱梁的预制施工，在关于预应力调整、高性能混凝土耐久性指标的保证措施、减小箱梁后期徐变等关键工序中阐述了需要注意的要点及控制方法，以此确保箱梁结构承担恒载的能力、控制结构线型，保证高速列车运行的平稳性、舒适性和安全性。

参考资料

[1]铁道第三勘察设计院．京沪高速铁路设计暂行规定[S]．北京：中国铁道出版社，2003
[2]中华人民共和国铁道部．铁科技函[2004]120号．客运专线预应力混凝土预制梁暂行技术条件[S]．北京：中国铁道出版社，2005
[3]邓运清．高速铁路简支箱梁设计研究[J]．铁道标准设计，2004（07）：125—129
[4]王召祜．京沪高速铁路桥梁设计[J]．铁道科学与工程学报，2005（10）：13—16
[5]中铁十九局集团有限公司．铁路客运专线施工与组织[M]．成都：西南交通大学出

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