40m大跨預制簡支箱梁建造技術研究

姚志江

40m大跨預制簡支箱梁建造技術研究

姚志江

（中交第三公路工程局有限公司北京101300）

預制簡支箱梁具有受力簡單、形式簡潔、外形美觀等特點，同時施工速度快、施工噪音和污染小，而且建成之后也便于養護，因此在高速鐵路鐵路橋梁工程中具有非常廣泛的應用。本文將結合具體40米高速鐵路預制簡支箱梁施工實例，簡要探討簡支箱梁預制施工技術的國內外發展歷程和具體施工過程以及簡支箱梁預制方案的優勢所在，希望能對類似工程起到借鑒作用。

簡支箱梁；預制施工技術；高速鐵路

0 引言

由于改革開放后我國經濟的迅猛發展，并伴隨著我國近些年高速鐵路歷程的快速增加。大眾對于橋梁的要求也越來越高。使得建設者不僅更加注意橋梁的安全而且也越來越注重橋梁的美觀。預制簡支箱梁具有施工方便快捷、剛度大、形式簡單易懂、受力明確易于分析、外形美觀等特點，越來越受到建設方和施工方的喜愛。同時預制簡支箱梁養護工作量比較少，在工程建成之后，也讓后期接收的養護單位減輕了工作量，因此在最近這些年高速鐵路橋梁工程中得到了非常廣泛的應用。本文將結合某高速鐵路橋梁具體施工實例，探討我國及世界各國簡支箱梁預制工程的動態和簡支箱梁預制施工技術。

1 簡支箱梁預制國內外動態

1.1 國外研究現狀與水平

國外的高速鐵路或者客運專線的橋梁工程中的簡支箱梁預制以亞洲的日本和歐洲德、意、法等國的具有代表性情況。以下是分別介紹亞洲與歐洲各國的簡支箱梁預制發展情況。

日本[1]相比與其他國家較早開始進行簡支箱梁預制技術的研究，于1964年就開始修建高速鐵路新干線,設計速度為210-260km/h,到20世紀90年代末修建就已經修建了2000km。當中在世界范圍內具有知名度的一共有四條為山陽新干線、上越新干線、東北新干線和東海道新干線。其中日本山陽新干線線路全長553.7km，新大板~岡山段（160.9km）1972年5月建成；岡山~博多段（392.8km）于1975年3月建成。橋梁工程中有RC簡支梁35.6km，PC簡支梁25.3km，鋼梁橋0.8km，結合梁橋8.1km，連續剛架高架橋131.0km，整孔簡支箱梁預制在其中的有大量的應用。

20世紀70-80年代,德國、法國、意大利、西班牙韓國等歐洲國家先后修建了高速鐵路。以曼海姆一斯圖加特和德國漢諾威一維爾茨堡兩條新干線為代表,箱形梁橋形式是單箱單室的預應力混凝土梁體。UIC荷載為其設計荷載，高跨比選擇是1/9~1/11之間的整孔簡支箱梁，多采用雙線單箱單室為其設計中截面。采用庸架法施工或架橋機,與我國目前的施工方案基本相同,其施工工期與我國相比，較我國要長。表1所示為歐洲各國預制簡支箱梁選擇。

表1 歐洲各國預制簡支箱梁選擇實例

在高速鐵路橋梁施工設備方面我國起步晚,外國鐵路的架橋和預制橋設備較我國來說開始較早,所以在施土實踐中研制了各種噸位的高速鐵路箱梁架橋機、大量的各種型式,架橋設備的種類也較多。架橋設備應根據施工需要進行設計,同時設備也要適應于橋梁結構的全方位需要。

1.2 國內研究現狀與水平

本文主要研究的是高速鐵路40m預制簡支箱梁，使用壽命要達100年以上。箱梁的本身自重很大,移運控制的標準較高,無法通過公路遠距離運輸或鐵路運載,只能采取以現場預制、架橋機鋪設為主的方案進行施工,其次用移動模架造橋機現澆和橋位現澆為輔的施工方法。下面是國內一些專家學者對預制簡支箱梁發展做出的貢獻。

我國臺灣省的高鐵于2007年1月5日開始進行了試運營，運營里程345km，其中高架橋雙線箱梁橋中的81％左右是通過先預制簡支箱梁再鋪設進行的，完成4345跨箱梁的預制，周期約5年。其預制簡支箱梁具有如下特點：

（1）箱梁的結構尺寸與國內350km/h鐵路箱梁差不多，但箱梁的預應力形式更多，有完全后張的，有完全先張的，還有先張＋后張的。每個梁場預制箱梁的跨度一般有：35m、30m、28m、24m等多個品種。

（2）臺灣高鐵向全世界招標，讓更多的有技術水平和豐富經驗的預制簡支箱梁公司參與到其中來，這些公司的預制技術較高，速度較快，產品的質量也較高。采用了世界上最先進的箱梁預制技術。采用預制臺座外胎膜具式鋼筋快速綁扎與鋼筋骨架整體搬運技術，節省了綁扎鋼筋的時間，提高了臺座利用率；采用液壓控制的自動縮放式內模，省時省力，內模精度高，自動化程度也大大提高。

（3）箱梁在預制場個別的采用專用箱梁移動臺車通過軌道移動的，而大部分預制箱梁是通過龍門吊完成的。

葉陽升[2]梳理我國高速鐵路常用跨度簡支梁橋的發展，從技術背景、技術意義、技術特征等方面分析高速鐵路發展跨度40m預制架設簡支箱梁的必要性；并與32m預制架設簡支箱梁、40m現澆簡支箱梁造價對比，證明其經濟性。張弛宇[3]研究高鐵雙線簡支箱梁預制技術，其作為高鐵軌道建設最主要的組成部分，預制過程中的工藝標準、技術指標和注意事項，必須嚴格落實到位。

陳海濤[4]結合鄭濟鐵路黃河特大橋工程，開展40m預制架設簡支箱梁的應用研究。通過計算確定梁高、截面尺寸、鋼束布置等梁體設計參數,并進行靜力和動力分析研究市域鐵路40m簡支箱梁設計方案，并且對比了40m簡支梁現澆方案工程造價，得出預制架設方案經濟效益明顯；并且還引入了BIM技術，創建簡支箱梁的高精度BIM模型，提高了制梁生產過程中的標準化。林國輝[5]介紹了現階段我國高速鐵路橋梁以預制架設的后張法預應力混凝土簡支箱梁為主，實踐證明橋梁建造技術成熟可靠，能夠較好適應我國高速鐵路的建設特點及運營模式，但是目前混凝土32m簡支箱梁已不能滿足高速鐵路發展的需要。急需發展40m簡支箱梁技術，從箱梁的結構尺寸,經濟對比,箱梁預制關鍵技術,箱梁架設等方面著手,詳細介紹了各工序流程的施工注意事項，包括大型設備的使用，為40m箱梁的推廣應用提供有利的施工經驗。

2 40m簡支箱梁施工技術

2.1 模板工程

40米梁體的底模采用分段方式工廠制作，運抵現場后進行拼裝；安裝過程中需確保各節段模板的中心線位于相同直線，且要設置反拱，拼裝完成后應對底模進行預壓。內模則是整體吊入到臺位，然后借助油缸進一步調整模板的外形尺寸，與梁體孔洞的尺寸吻合。外模在到達指定位置后，借助移動小車進行移動調整，與基礎處的預設軸進行鉸接之后調整外模的高度和尺寸。

2.2 混凝土澆注

(1)一般來講，40米梁體的澆筑順序為：底板、腹板和頂板，在每個部分澆筑時，施工作業必須連續實施，不可間斷。對于斜向分段或水平分層澆筑方式的梁體，其分層厚度應小于300mm。

(2)對于梁體底板的混凝土澆筑過程中，需要借助布料機施作。對于某些位置處混凝土澆筑不到位時，則在澆筑頂板混凝進行補澆筑。

(3)在澆筑腹板、底板交接處時，通過振搗觀察孔與斜角處混凝土來減少斜面氣泡，同時要對斜角處補振。

(4)在澆筑梁體腹板混凝土時，應由一端向另一端逐步對稱實施。在梁體混凝土澆筑完成后，為確保防水層平整、光滑，需對底、頂板表面混凝土進行二次抹面、趕光處理。

2.3 混凝土的振搗

梁體混凝土采用插入式振搗器實施振搗，梁側和梁底聯合振實方式。在變截面處，要加強振搗的工作強度。振搗時間一般控制在10s-15s，具體時間應依據梁體混凝土的情況進行動態調整。

2.4 鋼絞線張拉

高速鐵路40米預制箱梁鋼絞線的張拉分為三個節段，分別是：預張拉、初張拉以及終張拉。梁體混凝土養護充分，拆除端模的同時松開內模變截面處支撐，之后在混凝土早期裂紋消除之時，預應力鋼絞線的預張拉開始進行。當全部拆除內外模后，待梁體砼強度達到80%后，進行孔道鋼束初張拉；待梁體砼強度和彈性模量均達到100%，開始終張拉鋼絞線。應采取對稱同步張拉的方式對于同一束鋼絞線的張拉。嚴格按照張拉順序進行作業，需要注意的是應進行編號對鋼絞線的張拉。

2.5 端頭封堵、管道壓漿

梁體管道壓漿采用普通硅酸鹽水泥，其標號不得低于525。不可加入對鋼絞線可能造成腐蝕的外加劑。應控制在35MPa以上水泥漿強度。當施工完成預應力鋼絞線張拉之后，進行管道的壓漿施工一般在3d以內。

3 40m大跨預制簡支梁建造方案優勢

3.1 穩定性

高速鐵路采用大量40m簡支梁，橋梁跨度與列車長度的會產生相互作用，40m簡支梁的跨撓比與梁端轉角、豎向基頻與梁端轉角之間的關系見圖2。

圖2 跨撓比與梁端轉角、豎向基頻與梁端轉角的關系

分析表明：基頻滿足、梁端轉角在滿足規范要求情況下，遠小于L/1?600撓跨比，40m簡支梁，基頻和梁端轉角對應關系差別較小，滿足穩定性對預制簡支梁的的設計要求。

3.2 經濟性

以某段高速鐵路典型區段為代表工點，選取有代表性的橋梁，開展了經濟性分析。

3.2.1與32m預制架設簡支箱梁對比

某鐵路常規地段橋梁墩高大部分在5~15m，分析表明，墩高10m的常規區段抗震設防等級與橋梁造價關系較大：在地震動加速度0.20g（8度）、0.15g（7度）條件下，32?m梁橋與40m簡支梁的造價稍有增加或基本持平；在地震動加速度0.05g（6度）、0.10g（7度）條件下，40m簡支梁有一點幅度的降低，大約在2%左右，具有一定的經濟性。

3.2.2與40?m現澆簡支箱梁對比

以某特大橋為代表性工點，計劃采用40?m簡支箱梁，分別按照移動模架現澆、預制架設這兩種施工方案進行綜合對比研究。40m預制簡支箱梁，梁部費用減少12.06%、基礎+橋墩費用減少約1.56%，總造價減少4.97%。40m預制簡支箱梁與現澆箱梁相比，經濟性展現的較為明顯。

4 結語

文章通過結合40米鐵路施工實例，介紹預制簡支箱梁國內外研究的動態、簡支梁施工技術、方案的優勢，尤其是預制簡支箱梁在穩定性高和經濟性好等方面突出的特點并結合工程中的實際情況，采用了40米梁型無砟軌道后張法預應力混凝土箱梁（雙線）作為最終施工方案。有力的推動了大跨度預制簡支箱梁在今后高速鐵路中的發展，為今后施工單位做類似工程提供的有效的參考和借鑒。

綜合來看，采用大跨度簡支箱梁預制技術具有技術創新能力強、結構性能優勢大、穩定性能高、設計理念突出等特色。有利于我國高速鐵路建造技術的發展與技術革新。目前我國也正在積極開展成套的大跨度簡支梁預制技術研究工作，以推動高速鐵路大跨度簡支梁預制的工程應用。

[1]肖能立. 高速鐵路簡支箱梁預制拼裝施工設計[D]. 重慶交通大學碩士論文, 2011.

[2]葉陽升.高速鐵路跨度40m預制簡支箱梁建造技術研究[J].中國鐵路,2016(9):5-9.

[3]張弛宇.高鐵雙線簡支箱梁預制技術[J].智能施工,2019(5):155-156

[4]陳海濤.鄭濟高鐵40m整孔預制簡支箱梁應用研究[J].鐵道標準設計,2020(10):152-157

[5]林國輝.高速鐵路40m簡支箱梁預制施工關鍵技術[J].建筑技術開發,2020(4):58-60

姚志江（1983.01- ），男，河北邯鄲人，本科，交通工程專業，研究方向：土木工程項目建造技術與管理。

U445.462

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1007-6344（2021）04-0091-02