夏 冰

(江蘇科技大學土木工程與建筑學院，鎮(zhèn)江 212003)

1 工程概況

京滬高速鐵路是目前世界上一次建設(shè)標準最高、線路最長、穿越城鎮(zhèn)最多的高速鐵路,是新中國成立以來投資規(guī)模最大、技術(shù)含量最高的一項工程；也是我國第一條真正意義上的高速鐵路,線路自北京南站西端南側(cè)引出,終到上海虹橋高速站.北京南站站中心至虹橋站站中心正線運營長度1 308.598 km.

中交第二航務(wù)工程局有限公司常州制梁場箱梁預(yù)制和安裝的里程范圍為DK 1148+522.00～DK 1177+750,工程正線長度29.228 km,共計852榀預(yù)應(yīng)力雙線簡支箱梁.所有梁體均為適應(yīng)CRTS II型板式無砟軌道后張預(yù)應(yīng)力混凝土簡支箱梁,其中,31.5 m跨箱梁781孔,23.5 m跨箱梁71孔雙線簡支箱梁截面類型都為單箱單室結(jié)構(gòu),梁端頂板、底板及腹板局部向內(nèi)側(cè)加厚.

2 箱梁高性能混凝土施工技術(shù)

2.1 高性能混凝土

京滬高速鐵路設(shè)計對箱梁制造和架設(shè)施工質(zhì)量要求極高,必須滿足高速列車開行高安全性、高舒適性和使用壽命的要求.箱梁混凝土采用C 50高性能混凝土[1].

選定的C50預(yù)制箱梁混凝土每立方米用量為水泥∶砂∶碎石∶粉煤灰∶礦粉∶外加劑∶水=308∶720∶1080∶72∶100∶4.56∶140(單位：kg)；C50封錨混凝土施工配合比為:水泥∶粉煤灰∶砂∶碎石∶水∶外加劑∶膨脹劑=1∶0.45∶0.134∶2.32∶3.48∶0.45∶0.015∶0.097；坍落度：70 mm～90 mm.

2.2 高性能混凝土的澆筑

高性能灌注總的順序為“先底腹板倒角、再下腹板、再底板、再上腹板、最后頂板”;總的原則為“由一端向另一端進行、左右對稱、斜向分段、水平分層”[2].用2臺布料機對稱布料、連續(xù)澆筑,以水平分層的工藝左右對稱進行,前后兩層混凝土的間隔時間不得超過90 min拌合物入模前進行含氣量的測定,含氣量控制在2 %～4 %,混凝土入模前模板溫度必須在5℃～3℃之間.混凝土澆筑時間控制在6 h左右,混凝土的振搗以插入式振搗為主,以高頻側(cè)振為輔.箱梁澆筑順序見見圖1.

同一截面上澆筑先后順序:底腹板交接處(0～70 cm)→下腹板(70 cm～150 cm)→底板→上腹板(150 cm～240 cm)→頂板.箱梁橫斷面上分了5個區(qū)域,每個區(qū)域內(nèi)要分層下料和振搗,每層下料和振搗厚度不超過30 cm.在每個區(qū)域內(nèi)的分層為斜向分層(厚度是30 cm),斜角(30°～45°;4 m/段～8 m/段),斜向分層的長度視現(xiàn)場坍落度大小而定,坍落度較大取6 m～8 m,坍落度較小取4 m～6 m.第2,3,4區(qū)域內(nèi)的混凝土從北京端向上海端澆筑,當澆筑到3/4梁長位置時侯,兩根布料桿再同時從另一端頭向中間澆完該區(qū)域的混凝土,防止砂漿向上海端頭聚集.腹板左右側(cè)必須同時進行,防止腹板混凝土下料不均勻擠偏內(nèi)模.

圖1 箱梁混凝土澆筑示意圖

2.3 箱梁混凝土收面

箱梁橋面加高平臺與橋面一同澆筑,加高平臺平整度控制是混凝土施工控制的難點.先用整平提漿機進行提漿,控制梁頂面標高和傾斜度,整平機按照梁頂面截面形狀制作,混凝土澆筑時,可將梁頂截面初次收面;在箱梁端模上加高平臺標識處固定夾尺鉗,上面用1 mm鋼絲作為箱梁頂面收面的邊坡點,隨后用抹刀進行多次收面,在初凝前定漿后,用抹刀進行最后一次收面,在收面時嚴禁人工補水[3].

收面時,隨時用4 m的鋁合金刮尺檢測混凝土平整度,對混凝土高處部位及時抹低,混凝土不足部位及時填補,反復進行.按照底模設(shè)置的反拱度,在頂板走道上相應(yīng)位置設(shè)置行走軌道,每條行走軌道縱向標高與反拱度相對應(yīng),施工時將整平提漿機放置相應(yīng)位置,依據(jù)相應(yīng)位置梁頂標高,測量整平提漿機底面標高進行梁頂標高控制.往往由于箱內(nèi)混凝土翻漿嚴重和混凝土拌合物初凝時間較短,會出現(xiàn)箱內(nèi)底板及頂板加高平臺平整度不良,可增加頂板收面次數(shù),在混凝土初凝前用4 m鋁合金逐段檢查來解決這個問題.

2.4 高性能混凝土的養(yǎng)護

為加快制梁速度,縮短工期,冬季施工混凝土的養(yǎng)護采用蒸汽養(yǎng)護,其余季節(jié)采用自然養(yǎng)護.混凝土箱梁的蒸汽養(yǎng)護時間為靜停4 h,升溫4 h,溫度升至30 ℃～40 ℃,升溫速度必須保持在10 ℃/h以內(nèi),恒溫36 h,再用4 h降至環(huán)境溫度,降溫速度保持在10 ℃/h以內(nèi).[4]

自然養(yǎng)護時,梁體表面用土工布覆蓋保濕養(yǎng)護.當環(huán)境溫度5 ℃以上時,可對橋面采用灌水養(yǎng)護.灌水時間在第二次抹面完成后0.5 h～2 h,但以手壓表面不留痕為準,水不得直接沖擊橋面混凝土,灌水養(yǎng)護時間須在1 d以上;當環(huán)境氣溫低于5 ℃時,梁體表面噴涂養(yǎng)護劑,采取保溫保濕措施,禁止對混凝土灑水.

3 箱梁預(yù)應(yīng)力施工技術(shù)

3.1 后張法預(yù)應(yīng)力設(shè)計概述

(1) 預(yù)應(yīng)力鋼筋束布置. 預(yù)制箱梁分為無砟、有砟兩大類型.其中,有砟箱梁又分為直線無聲屏障、直線有聲屏障、曲線無聲屏障、曲線有聲屏障4種類型;無砟箱梁分為直線無聲屏、直線有聲屏障、曲線無聲屏障、曲線有聲屏障4種類型,共計8種預(yù)應(yīng)力體系布置類型；

(2) 預(yù)應(yīng)力鋼束張拉和錨固. 預(yù)應(yīng)力鋼束按照預(yù)張拉、初張拉、終張拉3個階段進行.預(yù)張拉帶模張拉,但是內(nèi)模板要松開,同時梁體混凝土強度達到設(shè)計值的60 %(33.5 MPa),初張拉在梁體混凝土強度達到設(shè)計值的80 %(43.5 MPa)后進行,初拉后即可將梁體吊出預(yù)制臺座,終張拉在梁體混凝土強度、彈性模量達到設(shè)計值(強度53.5 MPa,彈模36.0 GPa)且混凝土齡期大于10 d.采用自錨式拉絲錨固體系,管道形成采用直徑分別為90 mm,80 mm和70 mm的抽拔棒[5-6].

3.2 預(yù)應(yīng)力施工

3.2.1 理論伸長值的計算

(1) 參數(shù)取值. 鋼絞線強度:Ryb=186 MPa;管道摩擦系數(shù):μ=0.575，根據(jù)前兩孔梁摩阻試驗實測取值;管道偏差系數(shù):k=0.002 99，根據(jù)前兩孔梁摩阻試驗實測取值;錨外張拉力:根據(jù)設(shè)計研究院調(diào)整后的錨外張拉控制應(yīng)力取值;鋼絞線相關(guān)參數(shù)(鋼絞線截面積A、鋼絞線彈性模量Ep)按各批號鋼絞線試驗實測取值；

(2) 計算方法. 預(yù)應(yīng)力鋼絞線伸長值采用分段計算,箱梁腹板中的預(yù)應(yīng)力鋼束為既有豎彎又有平彎的空間曲線束,應(yīng)以空間曲線的包角計算θ值,X亦應(yīng)取相應(yīng)空間曲線的弧長.由于本工程的預(yù)應(yīng)力鋼束在平彎方向的距離較短,平彎角較小,可按平面曲線來計算.經(jīng)驗證,其誤差很小.同時,從張拉端至計算截面的孔道長度(m)也近似按X軸投影長度計算.分段第一段長度應(yīng)加上工作錨具至工具錨具段鋼絞線工具長度,每端按0.5 m計.具體分段如圖2所示.

圖2 預(yù)應(yīng)力鋼束分段示意圖

① 分段終點力計算

Px=P0×e-(kx+μθ)

(1)

式中,Px為與錨具相隔X的后張力;P0為錨具的后張力,即設(shè)計張拉力,張拉作業(yè)中以鋼絞線在初始力荷載作用下為伸長的起點,則P0=P控-P初;e-自然對數(shù)的基數(shù);μ為管道摩擦系數(shù);k為管道偏差系數(shù);θ=在X距離內(nèi)管道所用平面的角度偏差總和,以弧度表示.

② 分段平均張拉力計算

Pab=(Pa-Pb)/(kX+μθ)；Pbc=(Pb-Pc)/(kX+μθ)；Pcd=(Pc-Pd)/(kX+μθ)

(2)

③ 分段伸長量計算

(3)

總伸長量ΔL=2×(ΔLab+ΔLbc+ΔLcd)

(4)

3.2.2 后張箱梁張拉控制應(yīng)力計算

(1) 參數(shù)取值. 張拉時,錨口及管道內(nèi)受力復雜,至今仍無較為準確的計算公式,一般需通過現(xiàn)場測定來得出預(yù)應(yīng)力損失值.通過現(xiàn)場對選定的兩孔32m箱梁孔道進行摩阻實驗實測,求出孔道偏差系數(shù)k=0.002 99和孔道摩阻系數(shù)μ=0.575,從而通過公式σn=σk[1-e(μθ+kX)]求出孔道摩阻導致的預(yù)應(yīng)力損失σn.預(yù)應(yīng)力束在施工中為兩端同時張拉,換算到跨中時,實測32m箱梁跨中管道摩阻比設(shè)計大1.4%;錨口和喇叭口摩阻損失為6.1%,錨具回縮量ΔL為5.62 mm.根據(jù)規(guī)范,知道設(shè)計張拉控制應(yīng)力σcon≤0.75fpk=1 342.95 MPa.

(2) 管道摩阻實測值σL1和設(shè)計值σL1′

σL1=σcon[1-e-(μθ+kX)]=135.3 MPa；σL1′=σcon[1-e-(μθ+kX)]=104.7 MPa

(5)

式中,σL1為由于摩擦引起的應(yīng)力損失(MPa);σcon為錨下控制應(yīng)力,考慮錨圈口摩阻為控制應(yīng)力的6.1%.此時:σcon=1 342.95×(1-6.1 %)=1 261.03 MPa;θ為從張拉端至計算截面的長度上,預(yù)應(yīng)力筋彎起角度之和.此時:θ=2 264/20 000=0.113 2 rad;k為實測為0.002 99,設(shè)計采用的為0.001 5;μ為實測為0.575,設(shè)計采用0.55;X為從張拉端至計算截面的管道長度跨中時,X=16.2 m.

(3) 錨圈口與喇叭口的摩阻實測值σ錨和設(shè)計值σ錨′

錨口和喇叭口摩阻損失實測為6.1 %,設(shè)計為6 %.

σ錨=1 342.95×6.1 %=81.92 MPa;σ錨′=1 342.95×6 %=80.58 MPa

(4) 錨具變形、鋼筋回縮和接縫壓縮應(yīng)力損失實測值σL2與設(shè)計值σL2′

錨具回縮量實測值ΔL=5.62 mm,設(shè)計值ΔL′=6 mm.

σL2=ΔL×Ep/L=33.8 MPa；σL2′=ΔL′×Ep/L=36.1 MPa

(6)

(5) 張拉應(yīng)力. 調(diào)整后的錨下控制應(yīng)力:

σcon′=σcon(1-6.1%)+(σL1-σL1′)+(σL2-σL2′)=1 293.9 MPa≤1 342.95 MPa(可以)

(7)

調(diào)整后的錨外控制應(yīng)力為:

σcon外=σcon+(σL1-σL1′)+(σL2-σL2′)+(σ錨-σ錨′)=1 377.19 MPa

(8)

3.2.3 張拉操作步驟

預(yù)施應(yīng)力按預(yù)張拉、初張拉和終張拉3個階段進行.預(yù)制梁帶模預(yù)張拉時,混凝土強度應(yīng)達到設(shè)計強度的60%,內(nèi)模板應(yīng)松開,不應(yīng)對梁體壓縮造成阻礙.張拉數(shù)量及張拉力值按理論計算出的設(shè)計值取值.[7]

(1) 預(yù)張拉. 當梁體混凝土強度達到設(shè)計值的60 %(33.5 MPa)后,拆除端模、松內(nèi)模后,按照設(shè)計要求對梁體進行預(yù)張拉.為防止梁體早期裂紋,應(yīng)盡早進行預(yù)張拉.

張拉順序如下(σk—指張拉控制應(yīng)力,σk1—指預(yù)張設(shè)計應(yīng)力):

0→0.2σk(測伸長值,測工具錨夾片外露)→σk1(靜停5 min)→補油σk1(測伸長值,測工具錨夾片外露)→回油錨固.

(2) 初張拉. 當梁體混凝土強度達到設(shè)計值的80 %(43.5 MPa),脫出內(nèi)模后,按照設(shè)計要求對梁體進行初張拉.初張拉結(jié)束后,方可將梁體移出臺座.張拉順序如下:

0→0.2σk(測伸長值,測工具錨夾片外露)→σk1(靜停5 min)→補油σk1(測伸長值,測工具錨夾片外露)→回油錨固.

(3) 終張拉. 當梁體混凝土強度及彈性模量達到設(shè)計值(強度為53.5 MPa,彈模36.0 GPa)且混凝土齡期大于10 d時,進行終張拉.張拉順序如下:

0→0.2σk(測伸長值,測工具錨夾片外露)→σk(靜停5 min)→補油σk(測伸長值,測工具錨夾片外露)→回油錨固(測總回縮量、測工作錨夾片外露)→畫線作鋼絞線滑絲觀察標記.

3.3 張拉數(shù)據(jù)

油表讀數(shù)是預(yù)應(yīng)力施工控制過程中最直接最關(guān)鍵的一步,張拉過程以油表讀數(shù)控制為主.鋼絞線實測伸長值Δl(mm):

Δl=(lH-l0)+(ΔH-Δ0)

(9)

式中,Δl為兩端工具錨之間的鋼絞線在P=P控-P初荷載作用下的伸長值,以初始荷載作用下作為伸長值測量的起點;lH,ΔH別為張拉控制荷載下張拉缸,工具夾片外露長度(mm);l0,Δ0分別為張拉初始荷載下張拉缸,工具夾片外露長度(mm).可以讓實測伸長值與之前的理論計算伸長值進行對比驗證,來驗證預(yù)應(yīng)力施工有沒有達到預(yù)計的要求.

4 結(jié)語

(1) 高性能混凝土對混凝土施工工藝每道環(huán)節(jié)要求均比較高,在施工中必須嚴格控制每道工序施工質(zhì)量,注重每個施工細節(jié),以適應(yīng)鐵路工程尤其是高速鐵路或客運專線對工程質(zhì)量的要求;

(2) 在施工中注重科學的探討和創(chuàng)新,并且根據(jù)實際情況解決問題,在配合比、澆筑、收面和養(yǎng)護等過程中根據(jù)技術(shù)要求和實際需要不斷創(chuàng)新探討,本文中的施工技術(shù)成果很不錯;

(3) 預(yù)應(yīng)力中采用優(yōu)化過的經(jīng)驗公式,并且用理論來指導施工,用施工數(shù)據(jù)來調(diào)整理論數(shù)據(jù),這樣將理論與實踐完全結(jié)合在了一起;

(4) 預(yù)應(yīng)力施工中,尤其注意不斷調(diào)整張拉控制力,并且能實行正確的應(yīng)力張拉控制工藝,最后計算得到鋼筋束實際伸長值與理論伸長值偏差控制在6%范圍內(nèi),證明此預(yù)應(yīng)力施工技術(shù)和計算方法是科學的.

參 考 文 獻

[1] 楊漢峰.石武客運專線漯駐特大橋高性能混凝土施工工藝探討[J].鐵道標準設(shè)計,2010,17(3):21-29.

[2] 許紅梅,王憶寧.高性能混凝土施工質(zhì)量控制措施[J].鐵道建筑,2010,29(6):513-521.

[3] 高華東,曹 晨.高性能混凝土施工技術(shù)[J].北京工業(yè)大學學報,2010,7(1):76-89.

[4] 孫 樹,劉加平,繆昌文.客運專線箱梁高性能混凝土施工技術(shù)[J].混凝土,2008,33(2):132-147.

[5] 翟 偉,丁 毅.后張拉預(yù)應(yīng)力梁施工技術(shù)[J].煤炭工程,2002,3(5):65-70.

[6] 李學斌,侯建軍,馬 林.鐵路橋梁預(yù)應(yīng)力管道摩阻試驗方法及控制[J].鐵道標準設(shè)計,2011,5(11):712-833.

[7] 范 勇.京石客運專線雙線整榀箱梁預(yù)應(yīng)力施工技術(shù)[J].鐵道標準設(shè)計,2010,7(1):35-41.