高速铁路梁桥施工技术与质量控制

http://www.chinaqking.com 期刊门户-中国期刊网2019/1/9来源:《建筑学研究前沿》2018年第31期文/王宏
[导读]本文对高速铁路梁桥施工技术与质量控制进行了探讨。

中铁广州工程局集团第三工程有限公司  526020
        摘要:高速铁路高平顺性、高稳定性、高精度特点决定了大量以桥代路的建设方案,建桥成为高速铁路施工中极为重要的环节,因此本文对高速铁路梁桥施工技术与质量控制进行了探讨。
        关键词:高速铁路;梁桥;施工技术;质量控制
       
       
        近年来,我国高速铁路建设取得很大成就。截至2017年底,我国高速铁路里程数已达到2.5万公里,占运营铁路里程的20%左右。高速铁路对线路平顺性、稳定性、精度、残变等有很高的要求,所以大量采用以桥代路的建设方案,据统计桥梁结构占线路里程的50%以上[1]。梁桥因其具有结构受力合理、技术成熟等特点而成为高速铁路桥梁的主要桥型。由于高速铁路梁桥行车速度、运输量以及对平稳性、舒适性、耐久性等要求超过了普通铁路梁桥和公路梁桥,故对施工技术和质量控制提出了更高要求,因此本文对这方面内容进行了探讨。
        1 高速铁路梁桥施工概述
        1.1 梁桥结构类型及特点
        高铁梁桥主要采有简支梁桥、连续梁桥两种桥型。简支梁桥受结构形式限制,跨度一般不超过50m,采用现场预制、架桥机架设较为便捷,我国已形成以32m 跨度为主、24m调跨的双线整孔预应力混凝土简支箱梁桥的标准化施工模式。连续梁桥属超静定结构,伸缩缝少,整体性好,适于跨度40~200m,多用于跨河、谷路段。
        1.2 梁桥施工
        根据《高速铁路桥涵工程施工技术规程》(Q/CR 9603-2015),高铁梁桥施工一般分为施工准备、施工测量、地基基础施工、墩台施工、预应力混凝土桥梁施工、桥面附属设施施工等部分。本文主要讨论预应力混凝土桥梁的施工。
        简支梁桥施工分为预制架设法和支架浇筑法。预制架设法是在预制场预制整孔箱梁,然后用架桥机安装就位,适于长大的多孔预应力混凝土简支梁施工,施工高效,质量易于保证。支架浇筑法又分为满堂支架法和移动模架法。满堂支架法适于桥墩高度较低的桥梁,需使用较多膺架材料,并且由于膺架变形不易控制,所以质量难保证。移动模架法采用定型模架逐孔拼装和浇筑混凝土梁,故无需在地面设置支撑,但模架设备投入较高。
        连续梁桥施工分为支架浇筑法和分段施工法。支架浇筑法施工方法同简支梁桥。分段施工法是指将连续梁分解为长度不同的梁段,各段施工后再湿接缝成连续梁,所以这种方法也称为先简支后连续法。根据所采用的工艺,分段施工法又分为悬臂浇筑法、悬臂拼装法、顶推法、浮吊法、旋转施工法等。悬臂浇筑法利用挂篮在桥墩两侧对称施工,最后合龙,适于跨越江河、山谷的连续桥,施工设备简单,施工不受外界因素影响。悬臂拼装法先在预制场预制梁段,再在桥墩两侧对称起吊、拼装和接缝。顶推法等应用不如悬臂浇筑法和悬臂拼装法广泛,不过在特定条件下也有其优势,例如顶推法用于曲线连续桥施工,可以缩短工期,节约施工费用[2]。
        下面以连续梁桥悬臂浇筑法为例分析高铁梁桥施工技术与质量控制。
        2 高速铁路梁桥施工技术与质量控制
        2.1 工艺流程
        基础、墩台施工→0#块施工→1#节段施工┄(包括边跨施工)┄→n#节段施工→合龙段施工。
        2.2 基础、墩台施工
        基础和墩台用于支撑桥梁上部结构,它们的施工方法与一般桥梁的基础、墩台施工无异,只是因为高铁荷载稳定性要求更高,质量控制更加严格,限于篇幅本文不做详细叙述。
        2.3 0#块施工
        0#块是连续梁桥上部结构施工的起点,由于混凝土体积大、钢筋密布、预应力管道集中,所以也是整个悬臂浇筑法中最复杂的节段。
        一般利用支架或托架进行施工,支架适用于墩高较低、地势较平坦处的桥墩,托架适用于高桥墩或地势落差较大处。一般托架不用落地,拼装简单快捷,相应的临时支撑采用在墩顶预埋钢筋(伸入梁底部)后浇筑混凝土形成支撑,施工简便,故应用较广。托架的材料为型钢、万能杆件等,利用墩身上的预埋铁焊接临时托架的纵横梁,通过螺栓连接各杆件。为了保证托架的安全性,应建立托架空间模型,再利用有限元软件分析承载力并验算稳定性。托架搭建好后必须经过预压,以验证托架设计的可靠性以及消除安装时的非弹性变形、重载下的弹性变形。预压可采用砂袋预压、水箱预压和千斤顶预压中的任一种方式,并且由小到大逐级加载,例如30%→50%→80%→100%→120%,至120%后稳压不小于24小时才能卸载,卸载也需由大到小逐级卸载。预压前在牛腿支点、纵横梁交叉点等处设置测点标记,加载时利用精密水准仪测量各测点的高程变化,计算非弹性变形、弹性变形,以调整底、侧模的安装尺寸,保证立模标高的准确性。
        模板、钢筋及预应力管道安装。模板分内、外模及端模,先安装外模,再安装内模和端模。外模分底模、侧模和人洞模板。人洞模板采用木夹板和背衬木方制成,其他模板为钢模。钢模安装时需涂刷脱模剂。因为混凝土分次浇筑,所以模板不是一次就安装到位的,同样钢筋也需分次安装。预应力管道一般采用波纹管,应一次安装到位,并且在运输、安装时需避免挤压变形和碰撞损坏。
        高铁梁桥混凝土采用高强混凝土,利用泵送方式入模。浇筑顺序应由悬空端到两墩间,从底板到腹板、再到顶板。浇筑时应两侧对称进行,保证两侧重量大致相当。在混凝土浇筑同时留取试件,以便掌握混凝土强度发展情况。因0#块为大体积混凝土,可通过设在底部的冷却水管进水冷却。浇筑完成12h后开始浇水养护,应保持混凝土表面湿润,若冬季施工温度较低应采用蒸汽养护。混凝土强度及弹性模量达到100%拆除内模及端模后可穿预应力筋并张拉,张拉完成才能拆除外模、底模。
        张拉预应力筋采用穿心千斤顶,先张拉纵向筋,再张拉横向筋和竖向筋。加载从0%到100%分5次完成,在每一加载点持荷2min以上,100%处持荷5min。张拉完成后48小时内,预应力管道要及时进行压浆、封锚,以免应力损失。
        2.4 悬臂段施工
        安装挂篮。挂篮是可移动的施工平台,要求足够的强度和稳定性,并且装拆简单、施工快捷,目前倾向于自重与悬浇重量比更小的挂篮,如菱形挂篮、滑动斜拉式挂篮等。挂篮的装卸由具有相应资质的安装单位完成,经检测机构检查验收合格再交付施工单位使用。挂篮使用前要像托(支)架那样进行预压,目的也是为了检验挂篮的可靠性及消除安装后的非弹性变形、加载后的弹性变形。加载及测点布置类似托(支)架。后面的模板、钢筋、预应力管道安装以及混凝土浇筑、预应力筋张拉、压浆、封锚等操作与0#块施工大同小异。完成一个循环后移动挂篮到新位置,开始下一个循环,挂篮行走时必须两侧同步,不得造成偏压。每节段梁体施工前后都要进行线性测量,并且委托具有相关资质的单位进行验算,用以指导下一节段梁体的线性控制。
        2.5 合龙段施工
        合龙是连续梁悬浇施工的关键环节,合龙效果直接关系到成桥内力和线型。合龙顺序应先边跨合龙,再中跨合龙,而且应对称合龙,例如两侧边跨同时合龙,这样内力和结构变形较小[3]。中跨合龙时,挂篮行走至合龙段位置,然后挂篮提升锚固,并对悬臂段进行压重。可采用水箱压重,较易控制配重。校正模板后类似0#块那样安装钢筋、预应力管道。中跨合龙临时联接前应解除0#块上的临时支座固结,锁定合龙后加水箱配重,锁定应选择一天中气温最低时段。浇筑合龙段混凝土时同步卸载。预应力筋张拉、压浆、锚固后,可拆除挂篮。
        3 结语
        预应力混凝土梁桥是高速铁路建设中应用最广泛的一种桥型,该桥施工方法与普通铁路梁桥和公路梁桥相差不大,但因为高铁对列车行驶的安全性、平稳性要求很高,相应地桥梁整体结构抗冲击性和耐久性要求更好,所以桥梁施工精度更考究,质量控制更严格,因此对高速铁路梁桥施工技术与质量控制的研究更具现实意义。
        参考文献
        [1] 刘勇,戴公连,康崇杰.中国高速铁路简支梁综述[J].铁道科学与工程学报,2015,12(12):242-249.
        [2] 张勇,马宏亮.高速铁路曲线连续梁桥顶推施工关键技术研究[J].铁道建筑,2015(7):16-18.
        [3] 徐天良.预应力混凝土连续梁桥合龙施工关键技术[J].铁道建筑,2017(4):37-39,55.