普速鐵路預(yù)制T 梁橫向預(yù)應(yīng)力孔道三維空間精確定位技術(shù)

鄒光明

（中鐵十五局集團(tuán)路橋建設(shè)有限公司，江蘇 南京 211899）

0 引言

后張法簡(jiǎn)支T 梁，以其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)和承載能力，長(zhǎng)期廣泛使用于國(guó)家基礎(chǔ)建設(shè)中，因運(yùn)輸相對(duì)方便，最初采用固定工廠化生產(chǎn)鐵路運(yùn)輸，直至20 世紀(jì)80 年代演變成現(xiàn)場(chǎng)預(yù)制采用輪胎或輪軌車倒運(yùn)至架梁現(xiàn)場(chǎng)。T梁適應(yīng)能力強(qiáng)，可由二三四等方式組合成多種形式梁，用于鐵路單雙線、道岔梁等多種線路。預(yù)制T 梁的橫向聯(lián)結(jié)最初是以預(yù)埋聯(lián)結(jié)板焊接的形式實(shí)現(xiàn)，隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展鐵路運(yùn)輸需要不斷提速，該結(jié)構(gòu)的剛度和穩(wěn)定性不能滿足高速安全運(yùn)輸?shù)男枰虼嗽黾訖M向預(yù)應(yīng)力用來(lái)提高T 梁橫向聯(lián)結(jié)的剛度和穩(wěn)定性。橫向預(yù)應(yīng)力筋先期用φ15.2mm 的鋼絞線施工，隨著設(shè)計(jì)的不斷優(yōu)化，2017 版的鐵路預(yù)制橋梁通用圖設(shè)計(jì)使用了預(yù)應(yīng)力鋼棒，該鋼棒直徑φ16mm 兩端有φ17×1.5mm的螺紋，對(duì)梁體橫向孔道位置控制提出了更高的要求。文章結(jié)合T 梁預(yù)制過(guò)程中的實(shí)際情況，分析各施工工序?qū)M向孔道位置控制的影響并進(jìn)行探討、總結(jié)，有效的提高T 梁預(yù)制過(guò)程中橫向孔道的精確控制[1]，使T 梁橫向聯(lián)結(jié)施工更為安全、高效、優(yōu)質(zhì)。現(xiàn)以重慶東環(huán)鐵路東港制梁場(chǎng)32m 預(yù)應(yīng)力混凝土T 梁橫向張拉孔位置的定位控制為例進(jìn)行探討。

1 T 梁產(chǎn)品認(rèn)證和預(yù)制架設(shè)施工產(chǎn)生問(wèn)題的影響

（1）橫向孔道是預(yù)制T 梁產(chǎn)品認(rèn)證時(shí)的關(guān)鍵檢查項(xiàng)目之一。眾所周知，鐵路預(yù)制橋梁正式生產(chǎn)前需獲得全許辦頒發(fā)的《工業(yè)產(chǎn)品生產(chǎn)許可證》后方可正式生產(chǎn)，全許辦委派專家進(jìn)場(chǎng)進(jìn)行產(chǎn)品檢驗(yàn)時(shí)外形尺寸是檢驗(yàn)評(píng)判重要依據(jù)，當(dāng)橫向孔道外形尺寸合格率不滿足80%時(shí)會(huì)影響認(rèn)證工作的通過(guò)。

（2）T 梁預(yù)制施工中會(huì)遇到橫向孔道在三維空間位置偏差大，架設(shè)后鋼棒穿過(guò)孔道困難，硬穿損壞兩端螺紋，更有甚者無(wú)法穿過(guò)造成橋梁的報(bào)廢產(chǎn)生極大的安全風(fēng)險(xiǎn)和經(jīng)濟(jì)損失，很難進(jìn)行安全高效優(yōu)質(zhì)的架設(shè)施工和橫向連接施工。

2 案例鐵路線調(diào)查統(tǒng)計(jì)偏差情況

通過(guò)對(duì)幾個(gè)梁場(chǎng)的梁體外觀尺寸進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，瀏陽(yáng)制梁場(chǎng)橫向孔道偏差有45 個(gè)鋼棒穿束困難，江津制梁場(chǎng)的偏差有27 個(gè)穿束困難，處理穿束困難的孔道要消耗時(shí)間的同時(shí)增加了施工成本，因此，掌握橫向預(yù)應(yīng)力孔道三維空間精確定位技術(shù)至關(guān)重要。

3 原因分析

T 梁架設(shè)后兩端和跨中對(duì)應(yīng)橫隔墻的距離是10cm，鋼棒兩端外徑是17mm，橫向預(yù)留孔直徑為50mm，當(dāng)同孔兩片梁內(nèi)側(cè)對(duì)應(yīng)孔道位置相對(duì)偏差超過(guò)16.5mm，即可造成預(yù)應(yīng)力鋼棒穿束困難。橫向孔道偏差如圖1 所示。ΔL=50-ΔL1-ΔL2，兩個(gè)半徑相同的圓相交，兩圓不重合部分相對(duì)應(yīng)的距離相等，當(dāng)ΔL=17mm時(shí)，ΔL1=ΔL2=（50-17）/2=16.5mm。圖2 為橫向預(yù)應(yīng)力孔道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

圖1 橫向孔道偏差

圖2 橫向孔道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

通過(guò)對(duì)模板進(jìn)場(chǎng)首次整拼后橫向孔道位置的定位、混凝土澆筑過(guò)程中的控制、T 梁終張拉后全長(zhǎng)和上拱度的檢測(cè)等多方面進(jìn)行研究，總結(jié)出造成橫向孔道位置出現(xiàn)偏差的原因主要如下：①梁體上拱度變化導(dǎo)致跨中橫向孔道豎向位移。②梁底模預(yù)留壓縮量變化導(dǎo)致兩端橫向孔道縱向位移。③模板整體拼裝時(shí)橫向孔道位置的定位。④在澆筑過(guò)程中模型連接螺栓對(duì)拉桿斜撐等緊固件松動(dòng)引起側(cè)模上浮脹模偏斜，導(dǎo)致橫向孔道位置偏差。⑤多套模板不同模具底模不統(tǒng)一，模板存在拼縫導(dǎo)致縱向尺寸偏差。⑥混凝土彈模偏差。⑦縱向孔道定位準(zhǔn)確性及張拉力的一致性問(wèn)題。⑧同一跨配孔梁生產(chǎn)周期及間隔時(shí)間的收縮徐變影響。

4 處理措施及施工控制

4.1 底模板預(yù)設(shè)反拱

底模板預(yù)留的反拱，直接影響到T 梁上拱度的大小，橫向孔道的位置也會(huì)隨之上下變化。根據(jù)T 梁設(shè)計(jì)圖得知，在傳力錨固時(shí)，計(jì)入自重作用按理論支點(diǎn)計(jì)算跨中上拱度直線邊梁是29.68mm 中梁是30.63mm，曲線邊梁是34.78mm 中梁是35.8mm。東港制梁場(chǎng)制梁臺(tái)座為鋼底模臺(tái)座，因直曲線梁上拱近似等差變化，因此直、曲線梁可在同一臺(tái)座上施工。按終張拉完成后90d 上二期恒載計(jì)算，3 年總拱度直線邊梁51.79mm，直線中梁為51.39mm，曲線邊梁為58.64mm，曲線中梁為59.37mm[2]，因?yàn)闃蛎娣浪畬雍捅Ｗo(hù)層在梁場(chǎng)施工可作為恒載抵消部分上拱度，所以將預(yù)設(shè)反拱值設(shè)置為40mm。預(yù)留反拱值按二次拋物線y=a×x2設(shè)置，選取跨中為起拱零點(diǎn)，按照2m 為一個(gè)控制點(diǎn)進(jìn)行反拱設(shè)置1。每天安排專人用水準(zhǔn)儀在同一時(shí)間觀測(cè)反拱值，并且在T 梁生產(chǎn)過(guò)程中每次吊移梁后對(duì)底模反拱度進(jìn)行復(fù)測(cè)，發(fā)現(xiàn)反拱變化應(yīng)及時(shí)進(jìn)行調(diào)整，防止反拱誤差造成橫向孔道豎向位置的偏差。技術(shù)人員對(duì)斑竹林雙線大橋第一孔梁上拱數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，彈性上拱度在29.5～30.5mm，30 d 上拱度邊梁均值為39.5mm、中梁為40mm，相差0.5mm，反拱設(shè)置合理。

4.2 側(cè)模試拼預(yù)留壓縮量和橫向孔道的定位

根據(jù)以往經(jīng)驗(yàn)結(jié)合實(shí)際情況初步確定預(yù)留壓縮量為32mm，自跨中向兩端對(duì)稱設(shè)置，底板根據(jù)橫向孔道位置自跨中對(duì)應(yīng)距離預(yù)留，頂板可不設(shè)。技術(shù)人員對(duì)斑竹林雙線大橋第一孔梁全長(zhǎng)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，終張拉后梁體壓縮量在19～22mm，終張拉30d 后的壓縮量在23～25mm，全長(zhǎng)尺寸均實(shí)測(cè)偏差小于5mm 接近設(shè)計(jì)值，現(xiàn)有的驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)對(duì)全長(zhǎng)的允許誤差為±20mm，預(yù)留壓縮量合理。

4.3 模板拼裝孔道定位及施工中模型變形控制

（1）模型首次進(jìn)場(chǎng)時(shí)需要在預(yù)制臺(tái)座上進(jìn)行整體拼裝，各部尺寸驗(yàn)收合格后才能對(duì)橫向孔道進(jìn)行定位開(kāi)孔。首先對(duì)已拼裝完成的底模長(zhǎng)、寬和對(duì)角線尺寸進(jìn)行驗(yàn)收，尺寸均達(dá)標(biāo)后，在兩端把縱向中心線刻畫(huà)引申至端模外側(cè)方便整拼時(shí)吊線錘校準(zhǔn)；其次把側(cè)模的橫向孔道位置刻畫(huà)在底模上并測(cè)量對(duì)角線復(fù)核精度，側(cè)模和端模整拼后在底模相應(yīng)位置用LD 強(qiáng)光水平儀放線至側(cè)模上，再依次刻畫(huà)出相應(yīng)的高度線，最后用水準(zhǔn)儀、鋼卷尺復(fù)核側(cè)模上的橫向孔道位置定位，確定達(dá)到精度后再開(kāi)孔。

（2）模板拼裝的精度決定了梁體的外形尺寸，為減少累積誤差側(cè)模自跨中開(kāi)始向兩端部依次安裝，嚴(yán)禁跳塊安裝避免模型發(fā)生碰撞導(dǎo)致變形，再擰緊螺栓消除拼縫，并用水平尺測(cè)垂直度，拼裝好的側(cè)模板面在同一條直線上能減少拼裝誤差。在拼裝好的側(cè)模上用直徑1mm 鋼絲繩拉梁面中心線，通過(guò)端模中點(diǎn)吊線錘至刻畫(huà)好的底模縱向中心線，線錘與底模中線重合或偏差≤3mm 即合模完成。

當(dāng)模型周轉(zhuǎn)十次或檢測(cè)T 梁橫向孔道位置發(fā)生變化后，應(yīng)用鋼卷尺檢測(cè)橫向孔道的水平尺寸，用水準(zhǔn)儀檢測(cè)橫向孔道的高度和底模的反拱值，發(fā)現(xiàn)偏差應(yīng)及時(shí)調(diào)整，尤其是配孔的制梁臺(tái)座偏差≥5mm 時(shí)必須調(diào)整，消除模型變形對(duì)橫向孔道的影響。

4.4 澆筑過(guò)程中對(duì)模型的控制

T 梁混凝土澆筑工藝是以附著式振動(dòng)器為主插入式振搗棒為輔，兩側(cè)模的高頻振動(dòng)器工作時(shí)會(huì)對(duì)側(cè)模造成較大的擾動(dòng)，導(dǎo)致連接螺栓及底部和頂部對(duì)拉桿、斜撐桿等緊固件的松動(dòng)，再加上混凝土自重力和流動(dòng)性的作用力造成模型向上浮或向外膨脹引起橫向孔道位置發(fā)生變化，因此澆筑時(shí)應(yīng)在模型兩側(cè)和橋面各安排一名盯控人員巡查發(fā)現(xiàn)螺栓松動(dòng)及時(shí)緊固。預(yù)制T 梁的側(cè)模是平放在底模元寶墊上通過(guò)底拉桿將兩邊側(cè)模對(duì)拉擰緊固定，澆筑時(shí)若底拉桿螺栓松動(dòng)極易引起模型上浮，因此設(shè)計(jì)了防爬器來(lái)固定側(cè)模阻止其上浮。防爬器是通過(guò)固定在底模側(cè)面的預(yù)埋鋼板上焊接可活動(dòng)的螺桿，在側(cè)模相應(yīng)的位置焊接連接鋼板，活動(dòng)螺桿旋轉(zhuǎn)至側(cè)模鋼板預(yù)留位置后擰緊，螺帽處加彈簧墊片增強(qiáng)固定效果，側(cè)模拼縫的兩端各安裝一個(gè)。

4.5 嚴(yán)控底、側(cè)模拼裝質(zhì)量，減小裝配誤差

每孔預(yù)制T 梁是由兩套或多套模型澆筑出來(lái)，尺寸存在偏差，自模型進(jìn)場(chǎng)后安排專人對(duì)每扇模型尺寸進(jìn)行驗(yàn)收，控制拼裝后的側(cè)模和底模全長(zhǎng)誤差在5mm以內(nèi)，消除尺寸不統(tǒng)一對(duì)橫向孔道位置的影響。在每扇模型端部安裝柔性堵漏膠條，每次拼裝模型前質(zhì)檢人員先檢查板面有無(wú)脫焊、變形和膠條上的混凝土清理干凈，都合格后方可進(jìn)入拼裝工序。

4.6 混凝土彈模偏差控制

縱向預(yù)應(yīng)力施工后梁體產(chǎn)生壓縮和上拱，不同的預(yù)制梁壓縮量和上拱值也會(huì)有差異，在豎直方向主要是上拱度產(chǎn)生的變化，而上拱度主要是T 梁的剛度和受預(yù)應(yīng)力后混凝土的彈性模量徐變引起的。表1 為張拉6d 內(nèi)的4 片T 梁在相同張拉力下壓縮量和上拱的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)。

由表1 可知，同一片梁應(yīng)力相同彈性模量增大上拱度就減小，在預(yù)拌混凝土?xí)r嚴(yán)格控制各種原材料，配孔的預(yù)制T 梁盡量選用同一批次的原材料生產(chǎn)的混凝土澆筑，以排除彈性模量變化引起的各片梁體橫向孔道相對(duì)位置的變化。

4.7 縱向孔道定位準(zhǔn)確性及張拉力的一致性控制措施

T 梁的腹板厚度相對(duì)較薄，預(yù)應(yīng)力筋位于腹板中心線上，施加縱向預(yù)應(yīng)力時(shí)兩側(cè)混凝土厚度和密度存在偏差會(huì)造成梁體發(fā)生旁彎。首先，在安裝模型時(shí)檢查兩個(gè)端模的中線與底模縱向中心線重合，主梁鋼筋籠順直。其次，灌注混凝土前復(fù)核梁面和底模的中線，確保縱向孔道位置準(zhǔn)確。T 梁終張拉應(yīng)滿足強(qiáng)度、齡期和彈模的設(shè)計(jì)要求，在終張拉過(guò)程中保證縱向孔道、錨具、千斤頂“三同心”，做好張拉中“三控制”即指油壓表讀數(shù)、鋼絞線伸長(zhǎng)值、張拉靜停時(shí)間，預(yù)應(yīng)力以油表讀數(shù)為主[3]、以預(yù)應(yīng)力鋼絞線伸長(zhǎng)作校核的雙控法，保證兩端的鋼絞線伸長(zhǎng)值應(yīng)基本一致[4]，不同步率不大于5%。終張拉后為減少預(yù)應(yīng)力筋的預(yù)應(yīng)力損失，應(yīng)在48h 內(nèi)完成孔道注漿。

4.8 同一孔梁生產(chǎn)周期及間隔時(shí)間的收縮徐變控制措施

混凝土自身結(jié)構(gòu)的性能會(huì)受徐變的影響，通過(guò)選擇合適的混凝土材料、加強(qiáng)梁體混凝土的養(yǎng)護(hù)控制溫度和濕度等措施來(lái)減少其影響，當(dāng)配孔梁存放時(shí)間少于180d 時(shí)灌注和預(yù)應(yīng)力施工不應(yīng)超過(guò)6d，防止形變過(guò)大影響橫向孔道位置產(chǎn)生偏移。

4.9 橋梁配孔的影響及措施

T 梁的各套模型全長(zhǎng)和橫向孔道位置加工尺寸存在不同誤差，質(zhì)檢員對(duì)每套模型的誤差進(jìn)行記錄，發(fā)運(yùn)時(shí)選擇偏差值較小的模型預(yù)制出來(lái)的梁體進(jìn)行配孔。

4.10 其他控制措施

T 梁橫向孔道用抽拔橡膠管或鋼管制孔，當(dāng)采用鋼管制孔時(shí)在鋼管外側(cè)涂刷脫模劑并安排模型工在混凝土初凝后取出，掌握好拔出的時(shí)間，防止混凝土凝固后鋼管拔不出來(lái)，過(guò)早拔出會(huì)塌孔造成孔徑變小[5]。T 梁混凝土澆筑時(shí)要保證梁體各部位振搗均勻密實(shí)養(yǎng)護(hù)要做到及時(shí)充分，控制混凝土的離散性，消除預(yù)應(yīng)力施工時(shí)上拱引起橫向孔道位置變化過(guò)大。

5 架梁作業(yè)對(duì)橫向預(yù)應(yīng)力孔道配孔的影響及解決措施

架梁作業(yè)時(shí)同孔跨首片梁落成，后續(xù)的梁應(yīng)與首片梁第一個(gè)橫向孔道進(jìn)行對(duì)位一致再檢查跨中和另一端的孔道位置，確保橫向孔道對(duì)應(yīng)滿足鋼棒穿過(guò)條件后再落梁。橋墩墊石的標(biāo)高也會(huì)造成T 梁架設(shè)后橫向孔道位置的偏差，各種誤差累加導(dǎo)致鋼棒穿束困難，架設(shè)前應(yīng)復(fù)測(cè)墊石標(biāo)高有誤差應(yīng)進(jìn)行修整后再架梁。部分梁場(chǎng)私自修改設(shè)計(jì)通過(guò)把橫向孔道孔徑擴(kuò)大或減小鋼棒直徑等，這些辦法是治標(biāo)不治本的，不建議采納。

6 控制措施采取后的效果

通過(guò)上述措施有效控制橫向孔道位置，東港制梁場(chǎng)架設(shè)的T 梁避免了鋼棒穿束困難孔道的處理，有效地解決了橫向孔道精確定位的問(wèn)題，提高工效并降低了施工成本，得到業(yè)主的好評(píng)，說(shuō)明本文辦法可行可推廣。

7 結(jié)語(yǔ)

普速鐵路預(yù)制T 梁橫向孔道位置的精確定位施工，有效減少預(yù)應(yīng)力孔道的摩阻影響，壓漿時(shí)漿體充分握裹預(yù)應(yīng)力鋼棒，使之均勻使力，并增強(qiáng)防銹效果，也關(guān)系鐵路運(yùn)營(yíng)后預(yù)制梁的二期恒載和車列荷載的橫向分布，所以在施工過(guò)程中對(duì)模型、混凝土、預(yù)應(yīng)力各工序施工嚴(yán)格控制，做好預(yù)控方案，使預(yù)制T 梁的質(zhì)量得到保證，鐵路運(yùn)營(yíng)才能更安全、高效。