曾小樟

(中鐵武漢大橋工程監(jiān)理咨詢有限公司,武漢 430050)

1 工程概況

1.1 工程簡介

新建石家莊至武漢鐵路客運專線(河南段)工程SWJL-7標段是新建石家莊至武漢鐵路客運專線(河南段)工程的重要組成部分,該標段線路設計速度為350km/h,工程正線全長約63.762km,其中漯駐特大橋橋長61.641km。預制箱梁共計1848孔,沿線路分區(qū)段設3個預制梁場。箱梁截面類型為單箱單室等高度雙線簡支梁,跨度為31.5m和23.5m兩種類型。

1.2 箱梁設計技術(shù)標準

該箱梁為單箱單室等高雙線預應力簡支箱梁,32 m無砟軌道梁梁長為32.6m,梁寬12m,計算跨度為31.5m,截面梁高 3.05m、翼板梁高3.078m,橫向支座中心距為4.5m。存梁支點設置在梁腹板下,距梁端距離≤1.5m;運輸支點設置在梁腹板下,距梁端距離≤3.0m。該梁扣除自重影響后預應力產(chǎn)生的上拱度為10mm。結(jié)構(gòu)重心位于跨中截面梁體中心線,距跨中梁底1.962～1.980m處。正常使用條件下,梁體結(jié)構(gòu)設計使用壽命為100年。24m無砟軌道梁梁長為24.6m,梁寬12m,計算跨度為23.5m,截面梁高3.05m,橫向支座中心距為4.5m,其制作工藝與32m箱梁制作工藝基本相同;本工程預制箱梁混凝土強度等級為C50。

1.3 箱梁預制施工特點

(1)預制梁采用高性能混凝土,對混凝土的耐久性指標要求高,對混凝土原材料技術(shù)指標要求高。

(2)工藝標準要求高。鋼筋連接與安裝、內(nèi)外模板制安、端模預留孔、預應力管道定位、混凝土澆筑工藝與養(yǎng)護、拆模、管道壓漿和封端等,特別是預應力張拉工藝標準要求高。

(3)雙線箱梁斷面大,預應力筋復雜,預張拉、初張拉、終張拉對混凝土階段質(zhì)量(強度與彈性模量參數(shù))要求高。

(4)雙線箱梁結(jié)構(gòu)尺寸大、質(zhì)量大,移梁及出梁比較困難。

(5)由多個施工單位在多個梁場制梁,質(zhì)量管理工作難度較大。

2 箱梁預制施工工藝

制梁模板采用鋼模板,外模數(shù)量與制梁臺座的比例按照1∶1配置(內(nèi)模數(shù)量按照3d一個循環(huán)配置),箱梁外模為定型固定鋼模板,內(nèi)模為開合式液壓可牽引鋼模板;鋼筋在料棚集中下料加工,在胎模上一次綁扎成型,采用2臺50t龍門吊整體吊裝入模,整體吊裝入模后再安裝內(nèi)模。

混凝土采用2座180型混凝土拌和站拌和,3臺HBT90.21.200S型混凝土泵(1臺備用)與 3臺HGY19/2型布料機(1臺備用)配合泵送混凝土入模,采取插入式振搗與附著式振搗相結(jié)合的振搗方式保證混凝土密實,澆筑之后立即用養(yǎng)護棚遮蓋并及時覆蓋土工布灑水保濕養(yǎng)護。冬季施工時,在覆蓋養(yǎng)護棚后輔以蒸汽養(yǎng)護,夏季施工時,在及時灑水潮濕養(yǎng)護的同時,還利用預應力孔道進行循環(huán)水降溫。

簡支箱梁高性能(梁體)混凝土按100年使用壽命(設計)的耐久性指標要求配制,粗骨料選用多(連續(xù))級配骨料,并(雙)摻加活性摻和料和(聚羧酸減水劑)第三代高效減水外加劑。

預應力張拉采取雙側(cè)對稱張拉,按照設計要求分預張拉、初張拉、終張拉3階段進行,預應力管道采用真空輔助壓漿。

初張后將箱梁從制梁臺座移至存梁臺座,終張和預應力孔道壓漿、封錨在存梁臺座進行。

梁場內(nèi)設置1個專用靜載試驗臺,采用固定重力式臺座與反力架進行加載。

預制箱梁施工工藝流程見圖1。

圖1 預制箱梁施工工藝流程

3 箱梁預制質(zhì)量控制

3.1 制梁臺座地基的沉降穩(wěn)定和臺座平整度控制

根據(jù)工期要求,需在梁場設立一定數(shù)量的制梁和存梁臺座;根據(jù)設計及規(guī)范要求,為保證箱梁4個支點不平整度不大于2mm,減少箱梁預制過程中臺座的不均勻沉降及存梁過程中的4點整體受力,在制梁臺座與存梁臺座端部采用φ40cmCFG樁或PHC樁進行地基加固;為保證地基的沉降穩(wěn)定,在施工前進行成樁工藝性試驗,復核地質(zhì)資料以及設備、工藝、管樁施打順序是否適宜,確定CFG樁混合料配合比、坍落度、攪拌時間、拔管速度等各項工藝參數(shù),經(jīng)檢測確認后方可進行施工。

CFG樁施工開始后及時進行復合地基或單樁承載力試驗,以確認設計參數(shù)。

PHC樁地基加固施工相對簡單,施工容易,成型快,但要提前定制。

在制梁臺座與存梁臺座上設置沉降觀測標志,檢測臺座沉降結(jié)果,分析是否均勻沉降,沉降值是否合理,以保證制梁及存梁過程處于穩(wěn)定狀態(tài)。

檢查制梁臺座頂面平整是否能滿足模板安裝的要求。

3.2 混凝土原材料質(zhì)量控制

(1)檢查原材料是否有供應商提供的出廠檢驗合格證,并按有關(guān)檢驗項目、批次規(guī)定嚴格實施進場檢驗,監(jiān)理平行檢驗和見證取樣檢測。

(2)檢查水泥品質(zhì)是否穩(wěn)定,強度不得不低于42.5級的低堿硅酸鹽水泥或低堿普通硅酸鹽水泥。

(3)檢查細骨料,選用級配合理、質(zhì)地均勻堅固、吸水率低、空隙率小的潔凈天然河砂,細度模數(shù)為2.6～3.0。

(4)檢查粗骨料,選用級配合理、粒形良好、質(zhì)地均勻堅固、線脹系數(shù)小的潔凈碎石,也可采用碎卵石,不宜采用砂巖碎石。在配制強度等級C50及以上混凝土時,粗骨料最大公稱粒徑不應大于25mm。粗骨料應采用二級或多組級配,其松散堆積密度應大于1500kg/m3。

(5)檢查外加劑,應采用減水率高、坍落度損失小、適量引氣、能明顯提高混凝土耐久性且質(zhì)量穩(wěn)定的產(chǎn)品。

(6)檢查混凝土礦物摻和料,應采用粉煤灰或磨細礦渣粉,粉煤灰的需水量比不應大于100%。

3.3 模板的強度、剛度、結(jié)構(gòu)尺寸及反拱設置精度的控制

(1)檢查模板及支架的施工工藝設計,其反拱和預留壓縮量的設置是否符合設計和施工工藝要求。

(2)檢查鋼模板是否有足夠的強度、剛度及穩(wěn)定性,應具有經(jīng)多次使用不致產(chǎn)生影響梁體外形的要求。

(3)檢查模板焊接質(zhì)量,接縫是否平整,確保不漏漿。

(4)檢查內(nèi)外模的幾何尺寸、光潔度、平整度,確保梁體各部位尺寸正確,預埋件位置準確。

3.4 鋼筋的加工、連接、安裝質(zhì)量控制

3.4.1 鋼筋連接

檢查鋼筋連接,宜采用閃光對焊,選擇焊接工藝與參數(shù),閃光對焊接頭處不得有橫向裂紋,接頭四周有適當?shù)溺叴中螤?并呈均勻的毛刺外形;與電極接觸處的鋼筋表面不得有明顯的燒傷,接頭處的彎折角不得大于4°,接頭處的軸線偏移不得大于0.1倍鋼筋直徑,同時不得大于2mm。按每批200個接頭做焊接力學檢驗。

3.4.2 鋼筋安裝

檢查鋼筋構(gòu)件的形狀、尺寸、直徑、根數(shù)、間距及位置,現(xiàn)場綁扎鋼筋時應符合相關(guān)規(guī)定。

(1)檢查鋼筋的交叉點是否用鐵絲綁扎牢固,或者點焊焊牢。

(2)檢查除設計有特殊規(guī)定外,梁中的箍筋是否與主筋垂直。

(3)全數(shù)檢查箍筋的末端是否向內(nèi)彎曲;箍筋轉(zhuǎn)角與鋼筋的交點是否綁扎牢固。

(4)全數(shù)檢查交叉處的綁扎是否扎牢,綁扎用的鐵絲是否向里彎,并不得伸向保護層內(nèi),保護層材料和厚度是否符合規(guī)定。

(5)全數(shù)檢查通風孔、吊裝孔、泄水孔處的加強鋼筋是否與設計相符,接地鋼筋是否分別焊接牢固,預埋螺栓是否進行鋅鉻涂層防銹,單獨預留螺栓是否與梁體鋼筋連為一體。

3.5 混凝土配合比、混凝土灌注及養(yǎng)護的控制

3.5.1 混凝土的配合比

根據(jù)石武客運專線梁體高性能混凝土配合比設計參考指標,試生產(chǎn)前應進行混凝土配合比選定試驗,制做各齡期強度立方體試件和棱柱體彈性模量試件,制做抗凍性、抗?jié)B性、抗氯離子滲透性、抗堿-骨料反應性等混凝土耐久性試件。批量生產(chǎn)中,預制梁每2萬m3混凝土應抽取抗凍融循環(huán)、抗?jié)B性、抗氯離子滲透性、堿-骨料反應耐久性試件各1組進行耐久性試驗,檢查混凝土設計配合比是否滿足混凝土耐久性要求,是否符合《客運專線高性能混凝土暫行技術(shù)條件》的規(guī)定。

3.5.2 混凝土的澆筑工藝

(1)檢查混凝土拌和物配料是否采用自動計量裝置,粗細骨料中的含水量應及時測定,并按實際測定值調(diào)整用水量、粗細骨料用量,禁止拌和物出機后隨意加水。

(2)澆筑混凝土前,應仔細檢查鋼筋保護層墊塊的位置、數(shù)量及其堅固程度。構(gòu)件側(cè)面和底面的墊塊至少應為4個/m2,綁扎墊塊和鋼筋的鐵絲不得伸入保護層內(nèi)。

(3)檢查梁體是否采用泵送混凝土連續(xù)灌注、一次成型,灌筑時間不宜超過6h或不得超過混凝土的初凝時間。

(4)測試預制梁混凝土拌和物入模前的含氣量應控制在2%～4%(每50m3測量1次)。

(5)預制梁混凝土灌筑時,檢查模板和鋼筋溫度,宜控制在5～35℃。

(6)量測預制梁混凝土拌和物的入模溫度,宜在5～30℃(每50m3測量1次)。當晝夜平均氣溫低于5℃或最低氣溫低于-3℃時,應采取保暖措施,并按冬季施工處理。

(7)混凝土的振搗質(zhì)量控制:預制梁混凝土應具有良好的密實性,灌注時宜采用附著式側(cè)振并輔以插入式高頻振搗棒振搗成型,振搗棒應垂直點振,不得平拉,快插慢抽,并應防止過振、漏振。

(8)每片梁混凝土標養(yǎng)試件與同條件養(yǎng)護試件制作:底板、腹板、頂板各做4組標準養(yǎng)護試件,5組同條件養(yǎng)護試件,2組彈模試件,同條件試件必須放置在相應部位進行同條件養(yǎng)護。

3.5.3 預制梁體混凝土養(yǎng)護

預制梁體可采用蒸汽養(yǎng)護或自然養(yǎng)護。蒸養(yǎng)采用專門制作的全封閉棚架,內(nèi)部布設表面鉆有小孔的熱鍍鋅管網(wǎng)絡,小孔不能直接對準混凝土面,每根管道進氣口設閥門控制,管道在梁面布設3根,兩側(cè)側(cè)板各布設2根,底部布設3根,箱內(nèi)布設1根,共計10根。注意事項如下。

(1)檢查混凝土蒸汽養(yǎng)護,蒸汽養(yǎng)護分靜停、升溫、恒溫、降溫4個階段。靜停期間應保持不低于5℃,灌注完成4h后方可開始常溫養(yǎng)護,升溫速度不得大于10℃/h,恒溫養(yǎng)護期間蒸汽溫度不宜高于45℃,混凝土芯部溫度不宜超過60℃,個別最大不得超過65℃;降溫速度不大于10℃/h。恒溫養(yǎng)護時間應根據(jù)梁體拆模(放張)強度要求、混凝土配合比及環(huán)境等通過試驗確定。

(2)自然養(yǎng)護時,梁體混凝土應包裹嚴實,且至少有一層不透水的覆蓋層。自然養(yǎng)護時間應根據(jù)混凝土強度發(fā)展能否滿足拆模要求確定。

(3)梁體養(yǎng)護期間及撤除保溫設施時,應采取措施,保證梁體混凝土芯部與表層、表層與環(huán)境溫差不應超過15℃。

(4)當環(huán)境溫度低于5℃時,預制梁表面宜噴涂養(yǎng)護劑,采取保暖措施,禁止灑水養(yǎng)護。

3.6 預制梁拆模質(zhì)量控制

(1)拆模前見證進行1組同條件養(yǎng)護試件強度試驗,拆模時的梁體強度應符合設計要求,且能保證棱角完整。

(2)檢查拆模測溫記錄,拆模時混凝土芯部與表層、箱內(nèi)與箱外、表層與環(huán)境溫度均不得大于15℃。氣溫急劇變化時不宜拆模。

3.7 預應力施工質(zhì)量的控制

3.7.1 預應力筋管道定位及成型

(1)根據(jù)設計要求,結(jié)合預制梁施工工藝,梁場預應力預留孔道采用橡膠抽拔棒成型,每套橡膠抽拔棒可以循環(huán)使用約200次,符合經(jīng)濟、環(huán)保、實用要求;橡膠棒在梁體中間部位對接,用金屬波紋管外包搭接長度500mm,用架立鋼筋網(wǎng)片定位,檢查任何方向與設計位置是否嚴格按照無砟軌道后張法預應力混凝土簡支箱梁(雙線)定位坐標表施工,確保管道位置準確,管節(jié)連接平順;梁體預留管道的允許偏差跨中4m范圍內(nèi)不超過4mm,其他部位不超過6mm?？椎厘^固端的預埋鋼板應垂直于孔道中心線。

(2)橡膠抽拔棒孔道成型工藝控制:橡膠抽拔棒應在混凝土澆筑完成后4～6h開始拔管,混凝土先澆部位先拔,拔管后要求保證孔道圓滑不變形。孔道成型后應對孔道進行檢查,發(fā)現(xiàn)孔道阻塞或殘留物應及時處理。

3.7.2 預應力施加

預施應力宜按預張拉、初張拉和終張拉3個階段進行。

預制梁試生產(chǎn)期間,應至少對2件梁體進行各種預應力瞬時損失的見證測試,確定預應力的實際損失,必要時應由設計方對張拉控制應力進行調(diào)整。正常生產(chǎn)后每100件進行1次損失的見證測試。

(1)檢查張拉用的千斤頂、油壓表、油泵、閥門接頭等應校驗標定,并在有效期內(nèi)使用。預應力設備應建立臺賬及貼上卡片,定期校驗。

(2)控制梁體混凝土強度,當達到設計強度的80%且彈性模量達到設計要求后,即可進行早期部分張拉。在梁體混凝土強度達到設計強度的100%時,且彈性模量達100%時,混凝土齡期達到10d方能進行終張拉。為了不使梁體產(chǎn)生早期裂縫,應在混凝土強度達到50%～60%時拆除內(nèi)模,在外模只拆不移的情況下張拉部分預應力筋,張拉值由設計單位提供。

(3)全程旁站張拉施工,檢查預應力筋張拉程序,除符合設計要求外,一般按下列程序執(zhí)行:0→0.2σk(作伸長量標記)→σk(靜停5min)→補拉至 σk(測伸長量)→錨固(σk為張拉控制應力)。

(4)檢查張拉操作工藝

按每束根數(shù)與相應的錨具配套,帶好夾片,將鋼絞線從千斤頂中心穿過。張拉時當鋼絞線的初應力達到0.2σk時停止供油。檢查夾片情況完好后,畫線做標記,記錄初始伸長值。

向千斤頂油缸充油并對鋼絞線進行張拉。張拉值的大小以油壓表的讀數(shù)為主,以預應力筋伸長值作校核,實際伸長值與理論伸長值應控制在6%范圍內(nèi),每端錨具回縮量應控制在6mm以內(nèi)。檢查兩端伸長量偏差是否控制在規(guī)定范圍內(nèi)。

油壓達到張拉噸位后關(guān)閉主油缸回路,并保持5 min,測量鋼絞線伸長量加以校核。在保持5min后,若油壓下降,須補油到設計噸位的油壓值,夾片自動鎖定則該束張拉結(jié)束,及時做好記錄。全梁斷絲、滑絲總數(shù)不得超過鋼絲總數(shù)的0.5%,且一束內(nèi)斷絲數(shù)量不得超過一絲,也不得在同一側(cè)。

(5)預應力束張拉前,督促施工人員清除管道內(nèi)的雜物和積水。預制梁帶模預張拉時,混凝土強度應達到設計強度的60%,內(nèi)模應松開,不應對梁體壓縮造成阻礙。初張拉應在混凝土強度達到設計值80%和模板拆除后,按設計要求進行。初張拉后,梁體方可吊出臺位。

(6)檢查預施應力是否兩端同步張拉,并符合設計張拉順序。預施應力過程應保持兩端的伸長量基本一致。

(7)檢查張拉期間應采取的措施,避免錨具、預應力筋受雨水、養(yǎng)護用水澆淋,防止錨具及預應力筋出現(xiàn)銹蝕。

(8)檢查張拉千斤頂?shù)男Ｕ禂?shù),不得大于1.05,油壓表的精度不得低于1.0級。千斤頂標定的有效期不得超過1個月或張拉200次,油壓表不得超過1周。預應力錨具、夾具和連接器進場后,應按批次和數(shù)量抽樣檢驗外形外觀和進行錨具組裝件靜力檢驗,并應符合《預應力筋用錨具、夾具和連接器》(GB/T14370)的要求。

(9)后張預制梁終張拉后,實測梁體彈性上拱,實測上拱值不宜大于1.05倍設計計算值。

3.8 預應力管道壓漿與封端質(zhì)量控制

3.8.1 管道壓漿

(1)檢查壓漿時間:后張預制梁終拉完成后,宜在48h內(nèi)進行管道真空輔助壓漿,壓漿3d內(nèi),梁體及環(huán)境溫度不得低于5℃。

(2)檢查壓漿用水泥,水泥應為強度等級不低于42.5級低堿硅酸鹽水泥或低堿普通硅酸鹽水泥,漿體水膠比不應超過0.34,水泥漿不得泌水,在0.14MPa壓力下泌水率不得大于2.5%,漿體流動度不得大于25s,30min后不得大于35s,壓入管道的漿體不得含未攪勻的水泥團塊,終凝時間不宜大于12h,水泥28d抗壓強度不小于35MPa,抗折強度不小于7.0MPa,24h內(nèi)最大自由收縮率不大于1.5%,標準養(yǎng)護條件下28d漿體自由膨脹率為0～0.1%。嚴禁摻入含氯鹽類、亞硝酸鹽類或其他對預應力筋有腐蝕作用的外加劑。

(3)檢查預應力管道壓漿是否采用輔助真空壓漿工藝;壓漿設備應采用連續(xù)式泵,同一管道壓漿應連續(xù)進行,一次完成;管道出漿口應裝有三通管,必須確認出漿濃度與進漿濃度一致時,方可封閉保壓。壓漿前管道真空度應穩(wěn)定在-0.06～-0.10MPa;漿體注滿管道后,應在 0.50～0.60MPa下持壓 2min,壓漿最大壓力不宜超過0.60MPa。

(4)檢查作業(yè)時間,水泥漿攪拌結(jié)束至壓入管道的時間間隔不應超過40min,制作相應試件。

(5)檢查冬季壓漿時是否采取保暖措施,并摻加引氣劑;當氣溫低于5℃以下時,為保證壓漿后3d內(nèi)梁體溫度保持在5℃以上,需在梁體周邊設立保溫棚罩,內(nèi)部充蒸汽加溫。

3.8.2 預制梁預應力筋封端質(zhì)量控制和錨穴封堵

(1)檢查錨穴表面,為保證混凝土接縫處接合良好,應將原混凝土表面鑿毛,并安裝鋼筋網(wǎng)片,封端混凝土應采用C50干硬性補償收縮混凝土,抗壓強度不應低于設計要求;為保證封端混凝土密實,需采用專用電動鑿毛工具對錨穴周邊鑿毛處理后澆筑封端混凝土,振搗密實,表面用薄層水泥砂漿收面壓光,覆蓋保濕養(yǎng)護。

(2)檢查錨具處理,后張梁封端前應對錨具、錨墊板表面及外露鋼絞線用聚氨酯防水涂料進行防銹處理,聚氨酯涂刷時不得污染已鑿毛混凝土面。

(3)檢查接縫處理,封端混凝土養(yǎng)護結(jié)束后,應采用聚氨酯防水涂料對梁端底板及腹板的表面進行防水處理,厚度滿足設計要求,涂層應均勻、光潔,無氣泡、流掛等現(xiàn)象。

4 結(jié)語

石武客運專線(河南段7標)箱梁預制場建設,通過對各個環(huán)節(jié)施工精心組織,嚴格執(zhí)行質(zhì)量控制要點,自2008年11月破土建設到2009年1月試制第一片箱梁僅用了3個月時間,做到了早進場、早投產(chǎn),并在2009年4月3個梁場分別認證通過,實現(xiàn)了7標段預制箱梁100%工廠化生產(chǎn)。目前3個預制梁場生產(chǎn)任務均已完成,預制梁外形美觀、線形流暢,實體質(zhì)量一次性驗收全部合格,做到了內(nèi)實外美,取得了較好的經(jīng)濟和社會效益,為后續(xù)大型鐵路又好又快建設提供了有益借鑒。

[1] JZ210,鐵路混凝土施工技術(shù)指南[S].

[2] 鐵科技(2004)120號,客運專線預應力混凝土預制梁暫行技術(shù)條件[S].

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[8] 張少鋒.客運專線箱梁預制質(zhì)量控制要點[J].鐵道標準設計,2007(6).

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