京沪高速铁路 900 t箱梁混凝土施工

陈庆杰, 王涣强

(中国水利水电第七工程局有限公司 第五分局,四川彭山 620860)

1 概 述

京沪高速铁路正线全长 1 318 km,桥梁占正线长度 80%以上。桥梁施工大量采用 32、24 m双线单箱单室整孔后张法预应力混凝土简支箱梁,采用高性能混凝土结构设计,使用年限为 100年,设计时速 350 km/h。全线桥梁上部结构预应力混凝土简支箱梁大部分采用工场预制、架桥机架设的方法。预应力混凝土箱梁外形尺寸大、施工集中、工艺标准严、技术难度大、施工工艺复杂,其中 32 m双线整孔单箱单室等高度截面箱梁全长 32.6 m,梁宽 12.0 m,梁高 3.05 m,底宽 5.5 m。C50混凝土 334.71 m3,梁体重 836.8 t。

笔者结合长清制梁场混凝土施工情况,重点阐述了混凝土拌合及灌注过程中的注意事项,以确保耐久性要求,满足 100年的设计使用年限。

2 混凝土施工准备

混凝土施工前应取得施工配合比通知单,确认灌注箱梁混凝土的集料、水泥等已到达混凝土搅拌站。严禁采取边运输、边开盘拌制的方法进行梁体混凝土灌注作业;原材料质量已检验合格;对混凝土运输设备进行认真检查使之处于良好状态;振捣器、龙门吊等设备应确认其状态良好;水电供应系统必须保证,意外停水、停电的备用措施必须落实;模板、钢筋、预埋构件等工序的检查签证已经完成;混凝土的灌注设备输送泵、布料机状态良好;适应季节及气象预报的施工措施完备。

3 混凝土配合比设计

预制梁混凝土的强度、弹模须符合规定;混凝土配合比应通过试验确定;每 m3混凝土胶凝材料用量由梁场试验室设计,见表 l。混凝土坍落度按 160～200 mm设计;混凝土在拌合时,应按选定的理论配合比换算成施工配合比,计算每盘混凝土各种材料的实际用量,投料拌合。

C50预制箱梁混凝土理论配合比试件送铁道部产品质量监督检验中心铁道部建筑检验站检验,耐久性指标应符合《客运专线预制梁混凝土暂行技术条件》(铁科技【2004】120号文)要求。

高性能混凝土配合比初步选定后,做混凝土抗裂性、护筋性、耐蚀性、抗冻性、抗渗性、电通量、抗碱骨料反应性等耐久性检验。

表 1 混凝土设计配合比表 /kg◦m-3

4 混凝土的拌制

搅拌站操作人员应按规定检查机械是否正常,应按施工配合比通知单投料搅拌,严格输入和检查配合比;搅拌前将搅拌机用水湿润,检查卸料闸门是否灵活,开动搅拌机空车运转 2～3 min,确认正常后排尽积水,再投料搅拌。拌合混凝土的下料顺序依次为:先向搅拌机投入细骨料、水泥和矿物掺合料,搅拌均匀后,加水和外加剂将其搅拌成砂浆,再向搅拌机投入粗骨料搅拌,混凝土应搅拌均匀,颜色一致。前 3盘每盘检查 1次混凝土塌落度等技术指标,正常施工后每 50 m3检查一次。自全部材料进入搅拌机起至开始出料时止,总搅拌时间为 2～2.5 min;搅拌因故中断时,搅拌出的混凝土滞留时间不得超过 30 min;最长不得超过混凝土的初凝时问;拌和好的混凝土出罐后不得再加水,不得出现离析现象;混凝土的拌制速度应和灌注速度密切配合,拌制服从灌注;混凝土灌注完后,拌合机及全部容器均应及时冲刷清洗干净,并及时进行维修保养;质量低劣的混凝土及有异常情况的混凝土均不得灌入梁内;司拌人员及值班试验人员除认真填写规定的施工记录项目外,还应如实记录配合比调整情况、施工中发现问题以及处理方法。

5 混凝土运输

采用 2台输送泵输送混凝土,布料杆布料入模;混凝土输送、灌注及间歇的全部时间不得超过混凝土的初凝时间;混凝土运输时间不得超过 20 min;泵送时输送管路的起始水平段长度不应小于15 m,除出口处采用软管外,输送管路其它部分不得采用软管或锥形管。输送管路应固定牢固,且不与模板或钢筋直接接触。泵送过程中,混凝土拌和物应始终连续输送。高温或低温环境下输送管路应分别采用湿帘或保温材料覆盖。输送管道牢固支撑,采用最短距离并尽量减少弯管数。所有管道接头必须连接牢固,密封可靠,严防漏浆漏水。输送混凝土之前,必须先润滑管道,以防堵塞。输送混凝土时,操作人员必须与生产指挥者取得密切联系。输送泵在工作过程中,不能使装料吸空,料斗内要保持一定存料,否则空气进入泵缸或管道将会引起堵塞事故;输送泵在使用过程中要连续输送,尽可能减少停机时间和停机次数。管道堵塞时,应及时在被堵塞段管壁外用木棍轻轻敲击,使之疏通,必要时拆卸排除。

6 混凝土灌注

混凝土灌注前应做好模板、钢筋、预埋件及预留孔道位置检查记录,并将预应力孔道位置作为一个重点检查项目进行检查。在混凝土灌注前,应将模板、钢筋上的杂物清除干净,阴雨天气,上模型作业人员应将鞋子冲洗干净,防止泥土污染钢筋或混凝土。冬季模型内不得有积雪或冰块,并做好防雨雪遮盖防护措施;在梁体混凝土灌注过程中,指定专人看护模板、钢筋和附着式振动器,发现螺栓、支撑等松动时应及时拧紧,钢筋和预埋件如有位移,及时调整以保证位置正确;灌注前应检查所有振动器电机是否完好、紧固,接线时要防止缺相,振动器控制箱应设在人行道步板上。

(1)混凝土的灌注采用水平分层、纵向分段对称连续灌注,自一端向另一端循序渐进的施工方法。灌注厚度不得大于 30 cm,上、下层灌注时间相隔不超过混凝土的允许延续时间。先用布料杆从箱梁两侧腹板上部同步对称均匀灌注腹板与底板连接处的混凝土,再灌注底板,最后再灌注顶板。混凝土灌注顺序见图 1。

(2)腹板混凝土灌注时,采用同步对称灌注,防止两边混凝土面高低悬殊,造成内模偏移或其它后果。

(3)桥面混凝土也从两端向中心灌注。但必须保证腹板混凝土初凝前顶板混凝土灌注完毕,并及时整平、收浆。

(4)从两端向中心灌注混凝土时不得在梁体纵向中心处进行接头,必须错开 4 m以上。

(5)混凝土灌注入模时下料要均匀,注意与振捣相配合,混凝土不准集中在一处下料,以免因混凝土分层厚度太大振捣困难,使梁体混凝土产生蜂窝麻面等缺陷,灌注底板混凝土时,为防止布料杆散落的混凝土污染顶板,应拨开内模预留孔处的钢筋并采用下料漏斗集中下混凝土。

(6)在封堵内模预留孔时,应注意清扫活动板处的多余混凝土,保证活动钢板顶面与内模面板顶部平齐,防止顶板灌灰孔处混凝土形成错台。

(7)梁体混凝土灌注采用侧振并辅以插入式高频振动棒振捣成型,梁体腹板、底板采用侧振和插入式振动;在混凝土灌注前 4 m和后 4 m必须上下前后同时开启振动器,振动时间以混凝土不再下沉、不出气泡、表面开始泛浆为度,使梁体混凝土表面光洁,没有或极少气泡。

(8)附着式振动器采用 1.5 kW高频振动器,振动时间一般为 30 s左右。振动棒施工时必须严格控制“三度”(速度、深度、密度),要坚持快插慢拔、边振边拔的原则,深度以不触及梁体波纹管为原则,密度间距为 30 cm,振动棒应垂直点振,不得平拉,并应防止过振、漏振、欠振。

图 1 混凝土灌注顺序示意图

(9)桥面混凝土采用插入式振动棒振动,辅以提浆整平机振动。振动棒移动距离应不超过振动棒作用半径的 1.5倍(约 30 cm),每点振动时间约 20 430 s。振动时振动棒上下略微抽动,振动棒插入深度以进入前次灌注的混凝土面层下50 mm为宜。灌注过程中应注意加强倒角、交界面及钢筋密集部位的振捣。为达到混凝土外观质量要求,在侧模上安装高频振动器,当混凝土振捣密实后才开启,以保证脱模后梁体表面光滑平整。

(10)桥面板混凝土灌注到设计标高后用提浆整平机振动找平并及时赶压、抹平,以保证排水坡度和平整度。收浆抹平执行两次,以防裂纹。

选择模板温度在 5℃～35℃的时段灌注预制梁混凝土。在炎热气候下灌注混凝土时,应避免模板和新浇混凝土受阳光直射,入模前的模板与钢筋温度以及附近的局部气温不应超过 35℃。应尽可能安排在傍晚灌注而避开炎热的白天,也不宜在早上灌注以免气温升到最高时加速混凝土的内部温升。在相对湿度较小、风速较大的环境下,宜采取喷雾、挡风等措施或在此时避免灌注有较大面积混凝土暴露的桥面板。

(11)当室外温度超过 35℃或混凝土拌合物出盘温度达到 25℃及以上时,应按夏季施工办理,尽量安排在上午 11∶00以前灌注完或下午 16∶00以后开盘灌注。

当昼夜平均气温低于 5℃或最低气温低于 -3℃时,需采取保温措施,并按冬季施工处理。

7 混凝土养护

7.1 混凝土蒸汽养护

混凝土养护工序流程为:吊装蒸养罩——静停——接蒸汽管路——安装测温仪——升温——恒温——降温——拆除蒸养罩——拆模——自然养护;桥梁梁体混凝土前期养护采用蒸汽养护并加养护罩形式,拆模后进行洒水自然养护。在灌注混凝土收面时,养护罩要及时跟进,做到收面与覆盖基本同步。蒸汽管道分别布置在外模的两侧及底模下面,蒸汽不得直接吹向混凝土和模板。蒸养养护按四个阶段执行,即静停、升温、恒温、降温。静停期间保持棚温不低于 5℃;在灌注完 4 h后方可升温,升温速度控制在 10℃/h以下;恒温时蒸汽温度不超过 45℃,梁体芯部混凝土温度不超过 65℃,恒温养护时间根据拆模强度要求、混凝土配合比情况以及环境条件等通过试验确定;试验室根据随梁养护混凝土试件强度结果出具停汽通知单后开始降温。降温速度控制在10℃/h以下。撤除保温设施后,梁体表面温度与环境温度之差不得大于 15℃。在养护过程中,送气后半小时测温一次并记录,当发现混凝土内外温差或升降温速率出现异常时应立即报告,分析原因,采取措施。测量温度计的布置:每孔箱梁共布置 9个测温点。用 2个长尾温度计插入箱梁预留孔道内,测混凝土内部温度;6个测蒸汽温度布置在两侧腹板的 L/4、L/2、3L/4位置;1个测环境温度。梁体混凝土初凝后应在梁顶及箱梁底板上铺设棉毡子,并洒水饱水养护。

7.2 混凝土自然养护

蒸汽养护结束后继续保温保湿进行自然养护,自然养护采用草袋或麻袋覆盖洒水养护。洒水养护采用自动喷水系统和喷雾器进行,保证养护不间断;梁体养护用水与拌制梁体混凝土用水相同,水温与表面混凝土之间的温差不得大于 15℃;洒水次数以保持混凝土表面湿润状态为度,一般情况下,白天以 1～2 h一次,晚上 4 h一次;洒水养护的时间:当环境相对湿度小于 60时,自然养护不少于 28 d;当环境相对湿度大于 60时,自然养护不少于 14 d。在对梁体进行洒水养护的同时,要对随梁养护的混凝土试件进行洒水养护,使试件与梁体混凝土强度同步增长。

当环境气温低于 5℃时,梁体表面应喷涂养护剂,采取保温保湿措施,禁止对混凝土洒水。

8 混凝土试验

在混凝土浇注过程中,随机取样制作混凝土强度及弹性模量试件,其中强度和弹性模量试件分别从箱梁底板、腹板和顶板取样。试件要随梁体或在同样条件下振动成型;每灌注一孔梁取强度试件 21组(3组作拆模依据,3组为早期张拉依据,3组为终张拉依据,12组同条件 28 d养护);每灌注一孔梁做弹性模量试件 6组,3组用于终张,3组为 28 d标养试件。当现场养护结束、试件脱模后,将标养试件立即放入标养池内养护;施工用试件继续与梁体同条件养护,直到规定龄期或试压为止;批量生产中,预制梁每生产 20 000 m3,混凝土抽取抗冻融循环、抗渗性、抗氯离子渗透性、碱-骨料反应的耐久性试件各一组,进行耐久性试验。

9 结 语

京沪高速铁路长清制梁场箱梁混凝土施工实践经验证实,单孔梁灌注时间基本控制在 6 h左右,梁体混凝土外观色泽一致、气泡极少,梁体混凝土强度及耐久性指标符合规范要求,质量较好。

[1] 铁路混凝土工程施工技术指南,TZ210—2005[S].