高速鐵路雙線箱梁徐變上拱的監控與分析

張艷

摘要：高速鐵路無砟軌道技術要求下部結構具有較高的平順性，對于預應力產生的徐變上拱的控制就成了無砟軌道預應力混凝土箱梁設計和施工的關鍵。結合西成鐵路客運專線和京滬高速鐵路的施工，通過對預應力混凝土箱梁徐變上拱的控制和分析研究，得出無砟軌道預應力混凝土箱梁的設計和施工有意義。

關鍵詞：高速鐵路;箱梁;徐變上拱;混凝土

中圖分類號：U445.469

文獻標識碼：A

DOI： 10.15913/j.cnki.kjycx.2019.09.009

1 概述

在高速鐵路無砟軌道技術應用中，存在兩個急需攻克的技術難點：軌道結構、橋梁結構及基礎[1]。雙線簡支梁結構與其他的橋梁結構相比有較多的優點，比如抗扭剛度大、噪聲小及建成后的橋梁養護工作量小，所以在高速鐵路建設中廣泛地選擇簡支梁結構[2]。橋梁結構在外部荷載作用下產生的變形會對軌道結構的受力、平順性和行車安全性產生直接的影響[3]。對于鋪設無砟軌道的預應力混凝土箱梁，橋面沒有道渣來調整徐變上拱的影響，勢必會影響高速鐵路的行車舒適與安全性，因此對預應力混凝土簡支箱梁徐變上拱的研究和控制具有重要的意義。

2 梁體徐變上拱的影響因素

混凝土箱梁徐變上拱的影響因素分為設計影響因素和施工影響因素。

2.1 箱梁設計影響因素

在全預應力梁體中，存在一種理想狀態的結構，即梁體一直處于均勻受壓狀態，為了使梁體處于該種狀態，要盡量地使恒載產生的彎矩接近于預應力產生的彎矩，此時，梁體的偏心彎矩平衡恒載，軸向力平衡活載。當梁體偏心受壓時，梁體一定會產生上拱或下撓，此時，梁體應力直接關系著由長期受壓產生的徐變上拱值，因此，梁體正常使用狀態下截面上下緣的應力差和高跨比對梁體因長期受壓而產生的徐變上拱起著重要的作用。

2.2 箱梁施工影響因素

2.2.1 水灰比和水泥用量

在施工過程中，混凝土的徐變主要由水泥漿的徐變決定[4]，水灰比和水泥用量決定了水泥漿的徐變，兩個影響因素中，當其中一值相同時，徐變上拱和剩余一值呈正相關變化。

2.2.2 骨料的力學性能

骨料對水泥漿徐變的約束作用隨骨料的彈性模量和體積含量的增加而增大，因此，在施工時選用高彈性模量巖石（石灰石碎石）和良好的級配可以很好地控制梁體的徐變上拱。徐變上拱量的大小也受梁體的彈性模量影響，梁體的彈性模量越高則徐變上拱量越小。

3 箱梁徐變上拱的監控

梁體徐變拱度的大小與梁體自重產生的拱度、預應力引起的拱度、二期恒載的拱度以及在梁體上施加荷載的時間密切相關。除此之外，施工的溫度、濕度以及后期養護對其都有一定的影響。由于其影響因素較多且難以控制，導致盡管是同一次設計的梁體由收縮徐變產生的上拱也不相同，因此，對預應力混凝土的收縮徐變控制比較困難。

對梁體徐變觀測時，鋪設無砟軌道的關鍵時間節點和關鍵工序是重要依據。所以，在實際施工中要保證觀測數據的真實性和可靠性，必須加強該控制過程。為了很好地監控梁體的徐變，在施工中編制了梁體變形觀測作業指導書來保證測量數據的可靠性和真實性。

3.1 設計參數

梁體理論計算值如表1所示。

梁體徐變上拱度小于等于±∥3 000 mm。為了使梁體恒載產生的彎矩與預應力產生的彎矩接近。通過理論計算可得梁體跨中的反拱量是17.84 mm，施工時在梁體中預設18 mm的反拱量。

3.2 測量點位布置

每孔梁在梁體兩側支點及跨中位置布置6個觀測標。觀測標用頂部磨圓且刻有十字線的直徑為20 mm的不銹鋼制成。埋置梁體深度150 mm，高出埋設表面3 mm，且對鋼體做好防銹蝕處理，其布置如圖1所示。

3.3 觀測實施辦法

在梁場批量生產的混凝土箱梁中，在30孔梁體中隨機抽取1孔設置觀測標，當某孔被觀測的梁體實測值大于設計值時，此時其前后的梁體按上觀測標逐孔進行觀測，觀測其梁體的上拱量是否合乎設計規范。徐變觀測水準路線如圖2所示。

此種觀測標觀測精度為土l mm，讀取數至0.01 mm。對梁體的徐變觀測量的頻次為：預應力終張拉前后各進行1次，其后的Sd每隔ld觀測1次，此后每7d觀測1次。

4 測量數據分析 根據《高速鐵路線下工程沉降變形觀測及評估實施細則》的要求，我們對575孔預應力箱梁中隨機抽取的23孔進行了上述觀測，其中10孔箱梁觀測跨中數據如表2所示。

將表2中的數據繪制成彈性模量與徐變量的關系和終張拉齡期與徐變量的關系如圖3、4所示。由圖可知，箱梁跨中的拱度在預應力作用后的一段時間內發展較快，隨著時間推移逐漸趨于平緩，且彈性模量與徐變上拱量成反比。實測結果表明，施工時預設的18 mm反拱量符合設計要求，箱梁徐變控制較好。

5 箱梁徐變上拱的控制措施

在實際施工中由于梁體收縮徐變的影響因素較多，為了保證上拱量能夠較好的被控制在10 mm內，采用以下措施控制箱梁徐變上拱量：①混凝土徐變大小的決定性因素是混凝土的彈性模量，彈性模量越高則徐變量越小。在施工過程中應優化混凝土配合比設計。②在施工過程中應確保混凝土振搗密實，尤其是預應力集中區域應特別注意。所以，在施工過程中應加強對該區域的振搗。在施工中可選用附著式振動器或者插入式振搗棒。③由徐變線性理論可知，施加預應力時梁體的彈性上拱量決定了徐變上拱，因此，應嚴格按照設計規范進行張拉。在張拉之前還應該檢測混凝土的彈性模量。在對梁體進行張拉時應嚴格控制梁體的徐變上拱量，使其滿足要求。④梁體完成張拉后，在規定的48 h內對預留孔進行壓漿，且嚴格控制壓漿過程，保證壓漿密實。⑤應延長混凝土的加載齡期。加載齡期分為預應力施加時齡期和橋面附屬工程、無砟軌道基礎混凝土澆筑齡期。⑥加強監控。可布置更緊密的觀測標，采用更精確的沉降儀器達到嚴禁監控的目的。

6 結語

本文通過對西成鐵路客運專線和京滬高速鐵路的施工，結合現場對預應力箱梁徐變拱度的觀測，總結出徐變上拱量的影響因素和箱梁徐變上拱的控制措施。通過對梁場預制箱梁的徐變上拱觀測，改進施工工藝，規范施工方法，使梁體上拱值滿足設計要求，保證無砟軌道的施工質量和高速列車運行的安全。

參考文獻：

[1]熊偉.預應力混凝土連續箱梁施工質量控制要點分析[J].廣東建材，2011，27（5）：129-135.

[2]宋津喜.武廣客運專線32m箱梁預應力效果監測及徐變上拱的控制措施[J].中國工程科學，2009，11（1）： 60-66.

[3]孟憲彪.無碴軌道預應力混凝土箱梁徐變上拱的研究[J].建材技術與應用，2008 （8）： 24-26.

[4]蘇更.預應力混凝土梁體上拱度的預測與施工控制[J].交通世界（建養·機械），2007（7）：144.

[5]李延平.預應力混凝土箱梁控制技術[J].交通世界（建養·機械），2013（ 12）：202-203.