石武客运专线现浇箱梁施工质量控制要点

宋宗波,张满堂

(中铁工程设计咨询集团有限公司郑州设计院,郑州 450052)

1 概述

石武客运专线SWZQ-8标段在上井湾隧道和屈庄隧道间有大宋庄、黄店跨107国道和臻头河3座特大桥共248孔箱梁需原位现浇施工,其中99%的孔跨为32m双线预应力混凝土箱梁。线路经过的地方地形为微丘,地势较平坦,梁底至地面净高在4～12m。根据施工组织设计,该3座桥梁梁部施工采用移动模架及满堂支架法原位现浇。由于原位现浇箱梁施工受施工场地、地形条件、混凝土运输等客观原因限制,施工质量控制比在预制梁场难度大,箱梁质量也易出现波动,现结合本标段施工实际情况,按施工的先后顺序,浅谈现浇箱梁施工时支架预压、施工配合比、混凝土施工、预应力钢绞线施工及管道压浆的质量控制要点。

2 质量控制要点

2.1 支架预压

支架预压是对已拼装好的结构模拟混凝土施工浇筑过程,提前检验结构稳定、消除地基不均匀沉降、计算结构非弹性变形量及弹性变形量,为正确计算、设置支架各部高程、合理设置预拱度做好数据准备,预压是按照施工荷载的 20%、50%、80%、100%、120%逐级加载,并按上述相反顺序逐级卸载的过程[1]。支架、模板立好后,先在箱梁翼缘板、腹板、底板上按5m一个断面对称布设测点,用于加载时模板及支架的沉降变形观测。测点布设完毕后进行第一次测量,然后开始分级加载,每级加载完毕后及时观测,并做好记录,一般按一天早、中、晚3次观测,全部加载完毕后,若连续2d沉降量小于2mm,证明支架沉降已经稳定,可以卸载,卸载时同样做好观测记录[1]。预压完毕后根据测量数据计算出支架的弹性变形量、非弹性变形量及基础沉降变形量,模拟变形曲线,根据曲线数据,再结合梁跨、混凝土收缩徐变、二期荷载等理论计算的上拱值,调整支架各部高程,合理设置预拱度。

在施工中,如果不进行支架预压或预压不到位,首先易出现安全问题,尤其是满堂支架施工,因安装时人为因素较多,各节点间的连接未经过受力检验,连接是否牢靠、基础是否稳定都不得而知,存在安全隐患。其次,各部位高程设置不准确,最终导致预拱度设置不合理,影响沉降观测数据、梁体徐变观测数据及后期无砟轨道的铺设。

2.2 施工配合比

为保证高性能混凝土的良好工作性能,并满足耐久性等其他各项技术指标的要求,配合比的选定尤其关键。

(1)原材料选用优质材料。水泥选用P.O42.5低碱水泥,粗骨料选用粒形良好、质地均匀坚固、线胀系数小、洁净的级配碎石;细骨料选用细度模数为2.7～2.8,级配合理、质地均匀坚固、吸水率底、孔隙率小、洁净的天然河沙。

(2)混凝土水泥用量控制在300kg/m3,粉煤灰掺量应控制30%以内[2～3]。

(3)选用优质外加剂,既能减少缓凝,又能提高混凝土拌和物的和易性,同时使混凝土含气量满足3%～4%的要求[2～3]。

2.3 混凝土施工

2.3.1 混凝土拌制

混凝土拌制要严格按照施工配合比进行,原材料计量必须准确,必须勤检查拌和楼的计量系统。严格控制混凝土的出机坍落度和含气量,由于混凝土运输过程有坍落度损失,所以混凝土出机坍落度应控制在20～22cm,含气量控制在3%～4%,基本能保证混凝土运输到施工现场坍落度在18～20cm[2,4]。

尽量降低混凝土拌和物出机温度和浇筑温度,确保混凝土入模温度控制在5～30℃,因为入模温度直接影响水泥水化反应,影响箱梁混凝土的芯部温度,使温差偏大,易产生温度裂纹。施工时如果气温较高,可以采取拌和用水用冰水、送冷风对拌和物降温、原材及拌和楼遮盖等方法降低混凝土的出机温度。冬天施工,可采用拌和用水用热水、对粗骨料进行热水冲洗、拌和楼用棉被包裹等方法提高混凝土的出机温度。

2.3.2 混凝土浇筑

混凝土浇筑时间在夏季应避开太阳辐射较高的时间(上午10点至下午3点)浇筑,冬季须在采取保暖措施后方可浇筑。

混凝土浇筑时需保证有2台泵车从梁的两侧同时、对称分层浇筑,每层厚度不大于30cm,同时保证上层混凝土在下层混凝土初凝前浇筑。混凝土泵车布料时沿梁长方向延伸,长度应在8m左右,过大易导致每层浇筑时间过长,易出现“冷缝”,过小则无法形成水平分层。浇筑过程中要保证混凝土振捣密实,振捣时间应均匀一致,以表面泛浆为宜,间距要均匀,以振捣力波及范围重叠1/2为宜,箱梁腹板下倒角处易出现振捣不到位现象,施工时可采取由腹板内膜上孔洞进入腹板振捣或在顶板上沿腹板方向均匀布置角铁,将在线绳上做好记号的振捣棒沿角铁滑下振捣,每次振捣完毕后角铁跟着上提。禁止将振捣棒放在模板上振动。两腹板下料与振捣应同时对称进行,防止芯模跑偏,当混凝土浇筑完毕后,及时抹面并用塑料薄膜覆盖,混凝土初凝后及时压光并覆盖,以消除早期混凝土塑性裂缝,整个箱梁浇筑时间应控制在6h内,浇筑要连续进行,无特殊情况不得间断。避免设置纵向施工缝,提高结构整体性和抗剪性。

箱梁浇筑完毕后应立即全覆盖保温养生,并做好温度观测记录。拆模时混凝土强度不小于设计值的60%,混凝土表面与环境温差应小于15℃[1,5]。

2.4 预应力钢绞线施工

2.4.1 预应力钢绞线的安装

预应力孔道的位置是否准确、钢绞线是否发生绞缠是质量控制的关键,孔道位置不准确,改变了结构的受力状态,使施工预应力值与设计值无法吻合,从而影响结构安全,如果偏差过大,会导致使用阶段梁体出现裂纹。若多根钢绞线绞缠在一起,张拉时每根钢绞线受力不一致,增大了钢绞线间的摩阻,最终导致预应力损失增加。

2.4.2 预应力钢绞线张拉

当混凝土强度达到设计要求张拉强度时开始预应力筋张拉,张拉分“预张拉、初张拉和终张拉”3个阶段,预应力筋张拉应按照设计要求的顺序对称、两端同时张拉。现场施工中混凝土强度是控制重点,决定每阶段张拉开始的时间,张拉应力和钢束伸长量是控制重点,施工现场采用应力和伸长值同时控制,但以应力控制为主,伸长量控制为辅,共同控制张拉结果。

张拉开始前技术人员应先弄清楚两件事,(1)张拉油压表读数与对应千斤顶张拉拉力之间的线性关系(该线性关系一般由千斤顶质检部门核定),根据该线性关系,按照设计给出的3个阶段的张拉力值,换算出各阶段的油压表读数。(2)计算各钢束的理论伸长量,钢束的理论伸长量可以按照规范给定的公式进行计算,但公式参数取值时应注意:L为钢束的有效长度及工作锚与工具锚之间的钢绞线工作段长度之和;Ap和Ep的取值必须是进场钢绞线随机抽样的随机值;μ值取经验值0.2,计算结果与实际伸长量更接近。

张拉过程中应控制好张拉操作、伸长量量测和锚固3个环节,需注意的是伸长量测量时不仅要量取伸长值,而且要量取回缩值,同时注意3次量测要选取同一个基准面,否则量测结果错误。

施工过程中,由于操作失误、千斤顶压力与读数关系不准确、锚具安装误差或夹片质量差等原因,会发生断丝、滑丝现象。现场处理方法为:当断丝、滑丝数量不超过规范值时,可采取超张拉方式补足应力,补足应力处理时,可根据断丝数确定应力损失值,通过提高其他钢丝应力补足断丝造成的应力损失,但在任何情况下都不得使钢绞线应力达到0.8Rb,否则必须更换钢束[6];若断丝、滑丝数量超过规范值时必须卸锚,更换钢束,更换钢束的处理方式:首先进行丝束放松,将千斤顶按张拉状态装好,并将钢丝在夹盘内楔紧。一端张拉,当钢丝受力伸长时,锚塞稍被带出,这时应立即用一个细钢钎卡住锚塞螺纹,然后主缸缓慢回油,如此反复,直至锚塞退出为止,最后拉出钢丝束更换新的钢丝束和锚具即可;如果是单根滑丝,可单根补拉,将滑进的钢丝楔紧在卡盘上,张拉达到应力后顶压楔紧即可。

2.5 管道压浆

预应力张拉完毕后应在48h内及时压浆,压浆时浆体温度不应超过35℃。冬季施工时,压浆及压浆后3d内,梁体及环境温度不得低于5℃[1,5,7]。如果因其他原因无法在48h内压浆,需立即将锚具两端进行封堵保护,但最迟应在14d内完成孔道压浆。压浆前,将锚具周围的钢丝间隙和孔洞封填,用压缩空气机清洗管道。压浆过程应均匀连续进行,不得中断,为保证孔道中充满灰浆,关闭出浆口后,应保持不小于0.5 MPa的稳压期,持续时间不少于2min[1,5]。

在施工过程中如出现压浆孔道堵塞现象,其处理可采取如下方法:(1)当压浆比较少时就发生堵孔,可采用高压水泵直接冲洗,直到把水泥浆冲出为止;(2)压浆至最后发生堵孔,这时需确定堵孔的位置,可采取1/2法则,即在跨中、1/4等位置凿出1个孔,根据是否冒浆来判断堵孔的位置,然后从另一侧压浆至规范压力。

3 结语

石武客运专线是我国高速铁路“四纵、四横”规划的路网之一,铁路时速高,对箱梁要求制作精度高、变形量低、使用寿命长,相对普通铁路梁来说,其施工工艺有了更高的质量标准和要求,因此控制箱梁质量的因素远不止这些,笔者仅就本工程中出现的一些问题,结合在施工现场对质量控制的关键点进行了分析、总结,希望对同类施工有所帮助。

[1] TZ213—2005,客运专线铁路桥涵工程施工技术指南[S].

[2] 科技基[2005]101号,客运专线高性能混凝土暂行技术条件[S].

[3] 铁建设[2005]160号,铁路混凝土结构耐久性暂行规定[S].

[4] 铁建设[2005]160号,客运专线铁路混凝土工程施工质量验收补充标准[S].

[5] 铁科技[2004]120号,客运专线预应力混凝土预制梁技术条件[S].

[6] TB10002.3—2005,铁路桥涵钢筋混凝土和预应力混凝土结构设计规范[S].

[7] 铁建设[2005]160号,客运专线铁路桥涵工程施工质量验收暂行标准[S].

[8] 李铁翔,宋宏坤,李 波.客运专线32m简支箱梁原位现浇施工技术[J].铁道标准设计,2008(4):13-15.