高鐵預制箱梁施工關鍵技術研究

文／馬俊飛 中鐵十一局集團橋梁有限公司 江西鷹潭 335000

引言:

隨著我國社會和經濟的發展，交通運輸的重要性與日俱增，而橋梁工程對城市的發展起著舉足輕重的作用。21世紀后，隨著橋梁技術的不斷進步，預應力混凝土的施工技術得到了長足的發展，并在實際生產中得到了廣泛的應用。但由于環境的原因，一些施工工藝要按具體的工程情況來進行，而箱梁的預制技術覆蓋面很大，所以要對其進行質量管理。本文通過一個實例，從穩定性和安全性的角度，對箱梁的預制施工技術和施工工藝進行了簡單的探討。

1.預制梁場的選址和布置

在選擇預制場地時，要充分的結合實際工作需求。首先，為了保證設備的合理布局以及穩固性，要盡量選擇地勢平坦的場地，并且要具有一定的承載能力。其次，在施工過程中，需要一定量的水，所以，在選擇場地時要保證有一定的水源，這是施工要滿足的必要條件。另外，預制場地要具有一定的防洪抗震能力，這樣能夠保證施工過程順利的進行，從而不會耽誤工程的進度。在對設備進行安裝時，要科學合理的對場地進行布置，這樣既能夠方便操作，也能夠節約場地。在建設過程中，要充分的了解設備的功能，在此基礎上最大限度的利用現有的資源。有些設備對承載力有著一定的要求，必要時要對地基進行加固處理。除此之外，該過程中所使用的混凝土，應該滿足相關的供應要求，并且其性能也要符合標準。

2.工程概況

某高速鐵路一標段起止里程DK0+000 ～DK29+765，正線長度29.765km，其中箱梁預制架設510 孔。截面類型為單箱單室等高度簡支箱梁，梁端頂板、底板及腹板局部向內側加厚。標準梁:雙線梁橋面寬12.6m，防護墻內側凈寬9.0m；單線梁橋面寬7.4m，防護墻內側凈寬4.4m；梁長為32.6m 和24.6m，計算跨度為31.5m 和23.5m；雙線橫橋向支座中心距為4.5m，單線橫橋向支座中心距為2.7m；雙線梁高度為3.035m，單線梁高為2.80m。梁場占地面積146 畝，龍門吊基礎、制存梁地基更換30 厘米的三七灰進行加固，主要路面采用C30 水泥混凝土加固，縱向5‰和1%水平人字坡。

3.箱梁的安全控制技術

3.1 預制箱梁的優點

目前，我國的橋梁建設大多還是以中跨徑的項目為主，現澆箱梁因其剛度大、連續性完整等優點而得到了廣泛的應用，但現澆梁施工工藝較為復雜，造價也相對較高，難以達到節約成本的要求，外部環境影響也較大。工程師希望能找到一種新的施工方式，把簡支梁和連續梁的優點結合在一起，在工廠大量制造箱梁，并在工地上進行裝配，這樣既加快了建造進度，又省去了現澆梁的模板，這就是預制箱梁的施工方法。采用這種方法，可以加快施工速度，節省支撐費用，降低因自身荷載引起的徐變對結構系統的影響。同時，它還具備其他結構的優點，如變形小、剛度大，確保了行車平穩。與其他的箱梁工程相比，預制箱梁的結構形式有如下特征：

（1）箱梁可以在工廠預制，操作完全規范化，降低了施工場地對現澆箱梁的外部干擾，實現了內部統一的生產管理，提高了生產效率，節約了模板；

（2）工廠預制箱梁，在工地上進行橋墩的施工，也就是整個橋梁系統的同步施工，加速了實際的工程進度；

（3）減少了大量的支架，降低了成本，也降低了對外部環境的干擾；

（4）預制箱梁，從最初的預應力張拉，到混凝土的壓漿、張拉的作用基本上完成，收縮徐變對預制箱梁的影響小。

3.2 預制箱梁的反拱度控制

橋體的預拱度是影響橋體成形后車輛在橋面上行駛平穩性的重要因素，然而，在預制箱梁成形工藝中，由于結構自身的總重量和靜態荷載所引起的預拱度大于L/600，則必須進行預拱度的設定。對于先簡支后連續體系的橋梁結構組成，其預制和施工過程主要發生了以下變化：

（1）在預制箱梁階段，該橋梁結構是由預應力混凝土簡支結構，其由預應力引起的反拱（f1）比由自重引起的下撓（f2）大；（2）在預制箱梁布置階段，由于徐變作用，會發生初始的彈性變形，上部拱度持續增加，而混凝土的收縮引起了預應力的損失，因此，在預拱度的設定中，必須充分考慮二者的耦合效應；（3）在由簡支梁系統過渡到連續梁系統時，會產生額外的應力（f3）；（4）在預制箱梁架布置完畢后，在第二階段鋪裝荷載下，出現了連續系統的變形（f4）；（5）在橋梁施工完畢后，考慮到車輛、人群等活荷載情況下的箱梁的下變形（f5），并考慮到一段時期內由于收縮徐變等原因造成的變形持續增大。在計算預拱度時，必須同時考慮預應力的短期效果和預應力長期反拱之間的差異。由于預應力作用引起的豎向變形由預制箱梁簡支系統本身起拱和在系統轉變時由頂板相互閉合引起的垂直變形兩個方面組成。在考慮荷載影響的情況時，應考慮簡支系統的自重、結構變動時的鄰近變形、二期鋪裝荷載下的變形，以及車輛、行人等動載荷下的變形。預制箱梁儲存于工廠，現場施工吊裝時，可能會有三只腳的受力現象，每個支架的不均勻沉降都會引起其他支架的反力，而整個預制箱梁的內部應力狀況幾乎沒有改變，所以對預制箱梁支架的非均勻沉降必須控制在3mm 之內。

3.3 預制箱梁的徐變控制

在設計預制箱梁時，應對箱梁的徐變進行嚴格的控制，以保證梁的安全運行。

（1）采用高品質骨料，加入適當的混凝土外加劑，嚴格控制品種和品質，可生產出高品質的混凝土；（2）根據徐變變形的實踐原理，對混凝土的工作應力進行有效的控制，并按照設計要求施加預應力，不能過分張拉；（3）提高混凝土的加載齡期，即在預應力階段為混凝土齡期，在第二階段為鋪砌階段；（4）在預應力張拉過程中，混凝土的齡期要適當地延長，混凝土強度也要得到合理的保證，另外，建造充足的存梁臺座，以滿足預制箱梁的儲存要求，且混凝土齡不少于10 天；（5）在整個工程進度計劃的范圍內，對第二階段的恒載進行適當的延長，以保證在應力作用后60 天以內完工；（6）強化預制箱梁施工過程的管理，從拌和、運輸、灌漿、養護到后期工人的操作都要進行嚴格的檢查；（7）在預制期間，在箱梁的上跨中部，及兩側的纜線溝槽內各安裝一根M16 螺釘，以作為上拱的觀測點，通過水平儀進行水平觀察。在工廠的建設和儲存期，每隔一周進行一次觀察，而在建筑過程中，每隔兩周進行一次觀察。有關部門在實測資料的基礎上，對預制箱梁的上拱變形進行了分析，并采用了相應的控制措施，保證了最終徐變值在標準范圍內。

4.高鐵預制箱梁施工關鍵技術

4.1 模板安裝

預型鋼模板由端模、外側模、內模、底模和互相連接的系統構成，模板由鋼制成。

（1）為了實現箱梁的線型控制，底部模型為可調整的固定型。通過調節底模鋼墊片的高度，可以達到預置下撓的目的。底模由鋼板與縱向鋼框焊接而成，基部與基部間設有可調整的鋼墊片，側部裝有橡膠條，用于密封底模和側模。鋼模板的設計制造要有足夠的強度、剛度及穩定性、密封性，確保梁體各部位尺寸正確，預埋件位置準確。模板全長及跨度要考慮反拱及預留壓縮量。為便于拆模及提高表面光潔度，與混凝土接觸表面均勻涂脫模劑。

（2）預制梁數較多、工作量較大。為了確保模具的裝配速度與質量，模具采用液壓調節、支撐千斤頂支撐的移動機構，其主要由移動系統、液壓調節、支撐千斤頂支撐系統、模板系統等構成。

4.2 鋼筋施工及預埋件加工安裝

4.2.1 鋼筋綁扎

梁場設有可移動的龍門吊，橫梁部分直接固定在已定型的鋼筋胎具上，并在安裝之前在底模上畫出中心線或梁端線，并對梁體的縱向裝配進行控制。梁體框架在底模位置到位后，要對其縱向中心線和底模縱軸軸線重合，若不一致，要進行局部調整，以保證鋼筋骨架縱軸與下模縱軸中心線相一致。在進行調整時，要對梁的鋼筋進行有效的保護。

4.2.2 預埋件的加工與安裝

（1）對預埋件的中心線、預留孔的高度、位置進行嚴格的控制，中心線及標高線在模板或鋼框架上做標記。

（2）預留孔模的加工尺寸偏差，要按設計及技術規范規定進行，不滿足設計、規格要求的，堅決清除、重新制作；預埋件選用優質材料，模板支撐牢固，避免由于模具跑偏造成的預埋件及預留孔洞位移。

（3）在澆筑混凝土前，由有關工程師及質檢員對埋設部件及預留孔洞進行檢驗。若不合格，則再進行處理直至符合規定為止。在完成自檢后，向監理工程師匯報。

4.3 橡膠抽拔管安裝

預應力孔道成型是運用橡膠抽拔管，它是同綁扎鋼筋骨架同時進行的。為了保障制孔位置的準確率，運用定位網進行定位、將橡膠抽拔管固定，定位網應按照設計的位置進行測量然后定位，并且同鋼筋骨架要綁扎的牢固。保障管道的平穩及位置定位準確，在混凝土澆筑時，要保障抽拔管不上浮、不旁移、管道與錨具錨墊板垂直。在安設橡膠抽拔管時，要嚴格的按照坐標位置進行控制，線型應保持良好，膠管的接頭應設置在跨中處，并且，包扎應采用白鐵皮，同時套接處應使用塑料膠帶纏緊，保障密封不漏漿，避免水泥漿串入橡膠抽拔管內。

4.4 混凝土澆筑與養護

混凝土運輸車將混凝土直接運輸到澆筑梁處，并按照要求分段、分層連續進行澆筑。底梁混凝土先澆筑，封底后再澆筑腹板和頂板。梁段底板在澆筑過程中，利用下料槽，間接灌注物料，腹板與頂板的混凝土按規定應從上向下澆筑。混凝土在振搗時，應根據現場生產狀況，嚴格控制振搗時間、振搗強度，保障其施工質量。

（1）在澆筑之前，要做好充分的準備工作。為了避免出現漏振、欠振、過振現象，應明確工作人員的職責，并實行分區管理。

（2）在混凝土運抵工地后，對坍落度、含氣量、混凝土溫度進行檢測。將混凝土運送至工地后，在澆筑之前，先進行二次快速攪拌，不得加入水，各項指標符合要求后方可進行澆筑。在澆筑混凝土時，模板的溫度應在5～35℃之間，拌和料的入模溫度應在5 ～30℃之間。

（3）混凝土的澆筑采用連續澆筑、一次成型，澆筑時間不超過6h 或不應超過混凝土的初凝時間。箱梁梁體混凝土澆筑時采用斜向分段、水平分層，按照先腹板、然后底板、再腹板、后頂板的澆筑順序進行，各工序緊跟、整體推進、連續澆筑、一次成型方式澆筑混凝土，其工藝斜度為30°～45°之間，大小根據混凝土坍落度而定，水平分層厚度不得大于30cm，斜向分段長度8m，先后兩層混凝土的間隔時間不得超過一小時。

（4）在澆筑底腹板混凝土時，出料口要控制水泥漿不能進入成孔橡膠抽拔管，應及時將滴落在內模和機翼頂板上的混凝土清理干凈，避免在底部形成干灰、夾渣和麻點，對梁體外觀質量造成影響。

（5）在澆筑腹板時，應注意左右方向的大致一致，避免因混凝土表層兩側的高差太大而使內模產生偏移。由于腹板較高，在澆筑時應盡可能地減小漏斗的高度，并利用管線輸送的方式防止混合料的分離。目前，混凝土的振動方式以附著式振動為主，輔以插入式振動。對于密度較大的鋼筋，要加強側向振動，或者采用小直徑的插入式振搗機。當采用插入式振動機時，要迅速地插入，然后慢慢地拔出。插入式振動機的運動范圍不能大于它的工作半徑1.5 倍。振動時，振動錘要稍微上下移動。在50-100 毫米深度以前，將攪拌機打入混凝土表面。混凝土不會沉降，也不會產生大的氣泡，混凝土的表面會發生翻轉，通常在20-30 秒左右，以防止產生過大的震動。防止振動器與預應力管道、鋼筋、模板、預埋件等發生碰撞。定期安排人員對模板、管道、支撐預埋件進行定期檢查，保證它們的位置和大小與設計要求相符。

5.高鐵預制箱梁施工注意事項

5.1 鋼筋工程

為了保證鋼筋綁扎精度，梁體底腹板和頂板鋼筋在綁扎胎具上整體綁扎成型，然后一次吊裝入模。鋼筋的骨架是由兩部分構成的，分別是底腹板和頂板，要對它們進行綁扎以及吊裝。在綁扎過程中，要重視鋼筋交叉點、箍筋轉角、以及受力鋼筋交叉點的綁扎。在對箍筋彎鉤接頭進行布置時，要保證其交叉布置。在進行鋼筋骨架的入模工作時，需要進行墊塊的安裝，在安裝過程中要使用到扎絲，把其固定在鋼筋骨架的正確位置上，保證保護層具有一定的厚度。預應力管道成型所使用的成孔工藝是抽拔橡膠管，在此過程中會使用到定位網片進行定位。在焊制定位網片時，需要在專用胎具上進行。在對定位網片進行焊接時，要保證其位置準確，保證其尺寸偏差在要求的范圍內。在對鋼筋骨架進行吊裝時，要保證吊架有一定的剛度，這樣才能夠保證在吊運過程中不會出現變形的情況，在進行吊裝工作時，要避免出現快速升降以及緊急制動的情況。

5.2 混凝土工程

在預制鐵路箱梁時，要想保證其質量合格，那么就要控制水泥混凝土的質量，包括混凝土原材料的選擇以及養護工作。在對混凝土進行配置時，要保證投入使用的原材料符合相關指標，這樣才能夠保證混凝土的質量。為了保證混凝土的配合比符合要求，需要保證材料的品質以及設計強度符合施工標準，在此基礎上還要進行相應的調整。為了保證箱梁有較高的成型效率，要對混凝土的拌和工作進行控制，在此過程中要保證施工配合比符合相關標準和要求，在拌和過程中，要選擇集中拌和的方式。另外，混凝土的澆筑和振搗工作與箱梁的質量也有很大的關系，所以在進行梁體混凝土的澆筑時，要一次性成型，在進行振搗工作時要使用相應的振動工具，要重視梁體隔墻倒角處的振搗，該部位的振搗工作如果做到位，那么能夠有效的避免混凝土表面出現問題。在進行養護工作時，要重視箱梁頂板、翼緣板底面等部位的養護，灑水養護工作要及時的進行，并且要保證灑水的次數科學合理。

5.3 預應力智能施工

在對預應力進行張拉時，采用全自動智能張拉設備，并且有相應的信息化管理系統，該系統能夠很好的對數據進行收集和傳遞，對參數進行判別，并且對進度和質量動態進行跟蹤，這樣能夠很好的對張拉質量進行控制并加大管理力度。在此過程中，遠程數據的傳輸依靠的是智能張拉設備，該設備具有自動平衡、同步張拉等功能。無線網絡會把相關的查數據傳入到鐵路工程管理部門，有關部門人員可以仔細的對查結果以及張拉過程進行分析，然后對相應的參數信息進行調整。

5.4 管道壓漿及封錨工程施工要點

管道壓漿作業是在混凝土預應力張拉后進行的，此時需要使用真空輔助壓漿工藝，并且要對壓漿溫度進行控制，一般情況下施工溫度要大于5℃，并且還要對總體的流動性以及水泥漿質量進行把控。在進行壓漿施工之前，要對管道的密封性進行測試，在此過程中要使用的鋼制密封罩封錨，并且還要打開真空泵，保持一定的真空度，然后再啟動壓漿泵，對管道的水分以及空氣進行排除，這樣才能夠正式開始壓漿，直到排出的漿液稠度與儲漿筒內的相一致，就可以停止壓漿，壓漿端的拆除一般是在壓漿完成12 小時之后。要想做好管道壓漿工作，一定要保證水泥漿只有一定的均勻性，并且在攪拌過程中要使用高速攪拌機。鋼制密封罩封錨一般是使用在真空輔助壓漿時，在此過程中要控制壓漿過程以及壓漿數量，這樣才能夠保證最終的壓漿質量。預制箱梁預應力施工在封錨時，使用干硬性補償收縮混凝土進行封錨，然后再經過一系列的濕潤養護，就能夠很好的防止裂紋的產生，從而能夠保證箱梁的質量。

5.5 箱梁移運的注意事項

在對箱梁進行移運時，首先要進行試吊工作。在此過程中需要充分了解提梁機以及繩索的具體情況，確保這些設備都正常之后才能夠投入使用，這樣才能夠避免發生安全事故，另外，還能夠很好的保證工作的進度。其次，再進行起吊工作時，要保證其速度在一定范圍內，實現緩慢地起吊。初次起吊時，其高度一般控制在20 厘米左右。在保證各項指標都正常的情況下，可以科學的對馬力進行增加，然后再進行吊運工作。

結語:

隨著社會經濟的快速發展，傳統的現場制梁法已無法滿足鐵路建設項目的需求，因此預制簡支箱梁因其自身的優勢而成為我國橋梁工程中應用最為廣泛的一種方法。箱梁預制構件的質量保證關系到整個工程的質量，相關企業應積極開展技術交流，使施工人員準確掌握技術，提高施工質量和安全性能。