姚志江

40m大跨預(yù)制簡支箱梁建造技術(shù)研究

姚志江

（中交第三公路工程局有限公司北京101300）

預(yù)制簡支箱梁具有受力簡單、形式簡潔、外形美觀等特點(diǎn)，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(yǎng)護(hù)，因此在高速鐵路鐵路橋梁工程中具有非常廣泛的應(yīng)用。本文將結(jié)合具體40米高速鐵路預(yù)制簡支箱梁施工實例，簡要探討簡支箱梁預(yù)制施工技術(shù)的國內(nèi)外發(fā)展歷程和具體施工過程以及簡支箱梁預(yù)制方案的優(yōu)勢所在，希望能對類似工程起到借鑒作用。

簡支箱梁；預(yù)制施工技術(shù)；高速鐵路

0 引言

由于改革開放后我國經(jīng)濟(jì)的迅猛發(fā)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(shè)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(yù)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(diǎn)，越來越受到建設(shè)方和施工方的喜愛。同時預(yù)制簡支箱梁養(yǎng)護(hù)工作量比較少，在工程建成之后，也讓后期接收的養(yǎng)護(hù)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(yīng)用。本文將結(jié)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(yù)制工程的動態(tài)和簡支箱梁預(yù)制施工技術(shù)。

1 簡支箱梁預(yù)制國內(nèi)外動態(tài)

1.1 國外研究現(xiàn)狀與水平

國外的高速鐵路或者客運(yùn)專線的橋梁工程中的簡支箱梁預(yù)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(yù)制發(fā)展情況。

日本[1]相比與其他國家較早開始進(jìn)行簡支箱梁預(yù)制技術(shù)的研究，于1964年就開始修建高速鐵路新干線,設(shè)計速度為210-260km/h,到20世紀(jì)90年代末修建就已經(jīng)修建了2000km。當(dāng)中在世界范圍內(nèi)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(jié)合梁橋8.1km，連續(xù)剛架高架橋131.0km，整孔簡支箱梁預(yù)制在其中的有大量的應(yīng)用。

20世紀(jì)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(yù)應(yīng)力混凝土梁體。UIC荷載為其設(shè)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(shè)計中截面。采用庸架法施工或架橋機(jī),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(yù)制簡支箱梁選擇。

表1 歐洲各國預(yù)制簡支箱梁選擇實例

在高速鐵路橋梁施工設(shè)備方面我國起步晚,外國鐵路的架橋和預(yù)制橋設(shè)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(jī)、大量的各種型式,架橋設(shè)備的種類也較多。架橋設(shè)備應(yīng)根據(jù)施工需要進(jìn)行設(shè)計,同時設(shè)備也要適應(yīng)于橋梁結(jié)構(gòu)的全方位需要。

1.2 國內(nèi)研究現(xiàn)狀與水平

本文主要研究的是高速鐵路40m預(yù)制簡支箱梁，使用壽命要達(dá)100年以上。箱梁的本身自重很大,移運(yùn)控制的標(biāo)準(zhǔn)較高,無法通過公路遠(yuǎn)距離運(yùn)輸或鐵路運(yùn)載,只能采取以現(xiàn)場預(yù)制、架橋機(jī)鋪設(shè)為主的方案進(jìn)行施工,其次用移動模架造橋機(jī)現(xiàn)澆和橋位現(xiàn)澆為輔的施工方法。下面是國內(nèi)一些專家學(xué)者對預(yù)制簡支箱梁發(fā)展做出的貢獻(xiàn)。

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

（1）箱梁的結(jié)構(gòu)尺寸與國內(nèi)350km/h鐵路箱梁差不多，但箱梁的預(yù)應(yīng)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(yù)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(biāo)，讓更多的有技術(shù)水平和豐富經(jīng)驗的預(yù)制簡支箱梁公司參與到其中來，這些公司的預(yù)制技術(shù)較高，速度較快，產(chǎn)品的質(zhì)量也較高。采用了世界上最先進(jìn)的箱梁預(yù)制技術(shù)。采用預(yù)制臺座外胎膜具式鋼筋快速綁扎與鋼筋骨架整體搬運(yùn)技術(shù)，節(jié)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(nèi)模，省時省力，內(nèi)模精度高，自動化程度也大大提高。

（3）箱梁在預(yù)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(yù)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(fā)展，從技術(shù)背景、技術(shù)意義、技術(shù)特征等方面分析高速鐵路發(fā)展跨度40m預(yù)制架設(shè)簡支箱梁的必要性；并與32m預(yù)制架設(shè)簡支箱梁、40m現(xiàn)澆簡支箱梁造價對比，證明其經(jīng)濟(jì)性。張弛宇[3]研究高鐵雙線簡支箱梁預(yù)制技術(shù)，其作為高鐵軌道建設(shè)最主要的組成部分，預(yù)制過程中的工藝標(biāo)準(zhǔn)、技術(shù)指標(biāo)和注意事項，必須嚴(yán)格落實到位。

陳海濤[4]結(jié)合鄭濟(jì)鐵路黃河特大橋工程，開展40m預(yù)制架設(shè)簡支箱梁的應(yīng)用研究。通過計算確定梁高、截面尺寸、鋼束布置等梁體設(shè)計參數(shù),并進(jìn)行靜力和動力分析研究市域鐵路40m簡支箱梁設(shè)計方案，并且對比了40m簡支梁現(xiàn)澆方案工程造價，得出預(yù)制架設(shè)方案經(jīng)濟(jì)效益明顯；并且還引入了BIM技術(shù)，創(chuàng)建簡支箱梁的高精度BIM模型，提高了制梁生產(chǎn)過程中的標(biāo)準(zhǔn)化。林國輝[5]介紹了現(xiàn)階段我國高速鐵路橋梁以預(yù)制架設(shè)的后張法預(yù)應(yīng)力混凝土簡支箱梁為主，實踐證明橋梁建造技術(shù)成熟可靠，能夠較好適應(yīng)我國高速鐵路的建設(shè)特點(diǎn)及運(yùn)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(fā)展的需要。急需發(fā)展40m簡支箱梁技術(shù)，從箱梁的結(jié)構(gòu)尺寸,經(jīng)濟(jì)對比,箱梁預(yù)制關(guān)鍵技術(shù),箱梁架設(shè)等方面著手,詳細(xì)介紹了各工序流程的施工注意事項，包括大型設(shè)備的使用，為40m箱梁的推廣應(yīng)用提供有利的施工經(jīng)驗。

2 40m簡支箱梁施工技術(shù)

2.1 模板工程

40米梁體的底模采用分段方式工廠制作，運(yùn)抵現(xiàn)場后進(jìn)行拼裝；安裝過程中需確保各節(jié)段模板的中心線位于相同直線，且要設(shè)置反拱，拼裝完成后應(yīng)對底模進(jìn)行預(yù)壓。內(nèi)模則是整體吊入到臺位，然后借助油缸進(jìn)一步調(diào)整模板的外形尺寸，與梁體孔洞的尺寸吻合。外模在到達(dá)指定位置后，借助移動小車進(jìn)行移動調(diào)整，與基礎(chǔ)處的預(yù)設(shè)軸進(jìn)行鉸接之后調(diào)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(yè)必須連續(xù)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(yīng)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(jī)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(jìn)行補(bǔ)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(bǔ)振。

(4)在澆筑梁體腹板混凝土?xí)r，應(yīng)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(jìn)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(cè)和梁底聯(lián)合振實方式。在變截面處，要加強(qiáng)振搗的工作強(qiáng)度。振搗時間一般控制在10s-15s，具體時間應(yīng)依據(jù)梁體混凝土的情況進(jìn)行動態(tài)調(diào)整。

2.4 鋼絞線張拉

高速鐵路40米預(yù)制箱梁鋼絞線的張拉分為三個節(jié)段，分別是：預(yù)張拉、初張拉以及終張拉。梁體混凝土養(yǎng)護(hù)充分，拆除端模的同時松開內(nèi)模變截面處支撐，之后在混凝土早期裂紋消除之時，預(yù)應(yīng)力鋼絞線的預(yù)張拉開始進(jìn)行。當(dāng)全部拆除內(nèi)外模后，待梁體砼強(qiáng)度達(dá)到80%后，進(jìn)行孔道鋼束初張拉；待梁體砼強(qiáng)度和彈性模量均達(dá)到100%，開始終張拉鋼絞線。應(yīng)采取對稱同步張拉的方式對于同一束鋼絞線的張拉。嚴(yán)格按照張拉順序進(jìn)行作業(yè)，需要注意的是應(yīng)進(jìn)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(biāo)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(yīng)控制在35MPa以上水泥漿強(qiáng)度。當(dāng)施工完成預(yù)應(yīng)力鋼絞線張拉之后，進(jìn)行管道的壓漿施工一般在3d以內(nèi)。

3 40m大跨預(yù)制簡支梁建造方案優(yōu)勢

3.1 穩(wěn)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(chǎn)生相互作用，40m簡支梁的跨撓比與梁端轉(zhuǎn)角、豎向基頻與梁端轉(zhuǎn)角之間的關(guān)系見圖2。

圖2 跨撓比與梁端轉(zhuǎn)角、豎向基頻與梁端轉(zhuǎn)角的關(guān)系

分析表明：基頻滿足、梁端轉(zhuǎn)角在滿足規(guī)范要求情況下，遠(yuǎn)小于L/1?600撓跨比，40m簡支梁，基頻和梁端轉(zhuǎn)角對應(yīng)關(guān)系差別較小，滿足穩(wěn)定性對預(yù)制簡支梁的的設(shè)計要求。

3.2 經(jīng)濟(jì)性

以某段高速鐵路典型區(qū)段為代表工點(diǎn)，選取有代表性的橋梁，開展了經(jīng)濟(jì)性分析。

3.2.1與32m預(yù)制架設(shè)簡支箱梁對比

某鐵路常規(guī)地段橋梁墩高大部分在5~15m，分析表明，墩高10m的常規(guī)區(qū)段抗震設(shè)防等級與橋梁造價關(guān)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(diǎn)幅度的降低，大約在2%左右，具有一定的經(jīng)濟(jì)性。

3.2.2與40?m現(xiàn)澆簡支箱梁對比

以某特大橋為代表性工點(diǎn)，計劃采用40?m簡支箱梁，分別按照移動模架現(xiàn)澆、預(yù)制架設(shè)這兩種施工方案進(jìn)行綜合對比研究。40m預(yù)制簡支箱梁，梁部費(fèi)用減少12.06%、基礎(chǔ)+橋墩費(fèi)用減少約1.56%，總造價減少4.97%。40m預(yù)制簡支箱梁與現(xiàn)澆箱梁相比，經(jīng)濟(jì)性展現(xiàn)的較為明顯。

4 結(jié)語

文章通過結(jié)合40米鐵路施工實例，介紹預(yù)制簡支箱梁國內(nèi)外研究的動態(tài)、簡支梁施工技術(shù)、方案的優(yōu)勢，尤其是預(yù)制簡支箱梁在穩(wěn)定性高和經(jīng)濟(jì)性好等方面突出的特點(diǎn)并結(jié)合工程中的實際情況，采用了40米梁型無砟軌道后張法預(yù)應(yīng)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(yù)制簡支箱梁在今后高速鐵路中的發(fā)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(yù)制技術(shù)具有技術(shù)創(chuàng)新能力強(qiáng)、結(jié)構(gòu)性能優(yōu)勢大、穩(wěn)定性能高、設(shè)計理念突出等特色。有利于我國高速鐵路建造技術(shù)的發(fā)展與技術(shù)革新。目前我國也正在積極開展成套的大跨度簡支梁預(yù)制技術(shù)研究工作，以推動高速鐵路大跨度簡支梁預(yù)制的工程應(yīng)用。

[1]肖能立. 高速鐵路簡支箱梁預(yù)制拼裝施工設(shè)計[D]. 重慶交通大學(xué)碩士論文, 2011.

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

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

[4]陳海濤.鄭濟(jì)高鐵40m整孔預(yù)制簡支箱梁應(yīng)用研究[J].鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計,2020(10):152-157

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

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

U445.462

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1007-6344（2021）04-0091-02