石武客运专线(河南段7标段)箱梁预制质量控制

曾小樟

(中铁武汉大桥工程监理咨询有限公司,武汉 430050)

1 工程概况

1.1 工程简介

新建石家庄至武汉铁路客运专线(河南段)工程SWJL-7标段是新建石家庄至武汉铁路客运专线(河南段)工程的重要组成部分,该标段线路设计速度为350km/h,工程正线全长约63.762km,其中漯驻特大桥桥长61.641km。预制箱梁共计1848孔,沿线路分区段设3个预制梁场。箱梁截面类型为单箱单室等高度双线简支梁,跨度为31.5m和23.5m两种类型。

1.2 箱梁设计技术标准

该箱梁为单箱单室等高双线预应力简支箱梁,32 m无砟轨道梁梁长为32.6m,梁宽12m,计算跨度为31.5m,截面梁高 3.05m、翼板梁高3.078m,横向支座中心距为4.5m。存梁支点设置在梁腹板下,距梁端距离≤1.5m;运输支点设置在梁腹板下,距梁端距离≤3.0m。该梁扣除自重影响后预应力产生的上拱度为10mm。结构重心位于跨中截面梁体中心线,距跨中梁底1.962～1.980m处。正常使用条件下,梁体结构设计使用寿命为100年。24m无砟轨道梁梁长为24.6m,梁宽12m,计算跨度为23.5m,截面梁高3.05m,横向支座中心距为4.5m,其制作工艺与32m箱梁制作工艺基本相同;本工程预制箱梁混凝土强度等级为C50。

1.3 箱梁预制施工特点

(1)预制梁采用高性能混凝土,对混凝土的耐久性指标要求高,对混凝土原材料技术指标要求高。

(2)工艺标准要求高。钢筋连接与安装、内外模板制安、端模预留孔、预应力管道定位、混凝土浇筑工艺与养护、拆模、管道压浆和封端等,特别是预应力张拉工艺标准要求高。

(3)双线箱梁断面大,预应力筋复杂,预张拉、初张拉、终张拉对混凝土阶段质量(强度与弹性模量参数)要求高。

(4)双线箱梁结构尺寸大、质量大,移梁及出梁比较困难。

(5)由多个施工单位在多个梁场制梁,质量管理工作难度较大。

2 箱梁预制施工工艺

制梁模板采用钢模板,外模数量与制梁台座的比例按照1∶1配置(内模数量按照3d一个循环配置),箱梁外模为定型固定钢模板,内模为开合式液压可牵引钢模板;钢筋在料棚集中下料加工,在胎模上一次绑扎成型,采用2台50t龙门吊整体吊装入模,整体吊装入模后再安装内模。

混凝土采用2座180型混凝土拌和站拌和,3台HBT90.21.200S型混凝土泵(1台备用)与 3台HGY19/2型布料机(1台备用)配合泵送混凝土入模,采取插入式振捣与附着式振捣相结合的振捣方式保证混凝土密实,浇筑之后立即用养护棚遮盖并及时覆盖土工布洒水保湿养护。冬季施工时,在覆盖养护棚后辅以蒸汽养护,夏季施工时,在及时洒水潮湿养护的同时,还利用预应力孔道进行循环水降温。

简支箱梁高性能(梁体)混凝土按100年使用寿命(设计)的耐久性指标要求配制,粗骨料选用多(连续)级配骨料,并(双)掺加活性掺和料和(聚羧酸减水剂)第三代高效减水外加剂。

预应力张拉采取双侧对称张拉,按照设计要求分预张拉、初张拉、终张拉3阶段进行,预应力管道采用真空辅助压浆。

初张后将箱梁从制梁台座移至存梁台座,终张和预应力孔道压浆、封锚在存梁台座进行。

梁场内设置1个专用静载试验台,采用固定重力式台座与反力架进行加载。

预制箱梁施工工艺流程见图1。

图1 预制箱梁施工工艺流程

3 箱梁预制质量控制

3.1 制梁台座地基的沉降稳定和台座平整度控制

根据工期要求,需在梁场设立一定数量的制梁和存梁台座;根据设计及规范要求,为保证箱梁4个支点不平整度不大于2mm,减少箱梁预制过程中台座的不均匀沉降及存梁过程中的4点整体受力,在制梁台座与存梁台座端部采用φ40cmCFG桩或PHC桩进行地基加固;为保证地基的沉降稳定,在施工前进行成桩工艺性试验,复核地质资料以及设备、工艺、管桩施打顺序是否适宜,确定CFG桩混合料配合比、坍落度、搅拌时间、拔管速度等各项工艺参数,经检测确认后方可进行施工。

CFG桩施工开始后及时进行复合地基或单桩承载力试验,以确认设计参数。

PHC桩地基加固施工相对简单,施工容易,成型快,但要提前定制。

在制梁台座与存梁台座上设置沉降观测标志,检测台座沉降结果,分析是否均匀沉降,沉降值是否合理,以保证制梁及存梁过程处于稳定状态。

检查制梁台座顶面平整是否能满足模板安装的要求。

3.2 混凝土原材料质量控制

(1)检查原材料是否有供应商提供的出厂检验合格证,并按有关检验项目、批次规定严格实施进场检验,监理平行检验和见证取样检测。

(2)检查水泥品质是否稳定,强度不得不低于42.5级的低碱硅酸盐水泥或低碱普通硅酸盐水泥。

(3)检查细骨料,选用级配合理、质地均匀坚固、吸水率低、空隙率小的洁净天然河砂,细度模数为2.6～3.0。

(4)检查粗骨料,选用级配合理、粒形良好、质地均匀坚固、线胀系数小的洁净碎石,也可采用碎卵石,不宜采用砂岩碎石。在配制强度等级C50及以上混凝土时,粗骨料最大公称粒径不应大于25mm。粗骨料应采用二级或多组级配,其松散堆积密度应大于1500kg/m3。

(5)检查外加剂,应采用减水率高、坍落度损失小、适量引气、能明显提高混凝土耐久性且质量稳定的产品。

(6)检查混凝土矿物掺和料,应采用粉煤灰或磨细矿渣粉,粉煤灰的需水量比不应大于100%。

3.3 模板的强度、刚度、结构尺寸及反拱设置精度的控制

(1)检查模板及支架的施工工艺设计,其反拱和预留压缩量的设置是否符合设计和施工工艺要求。

(2)检查钢模板是否有足够的强度、刚度及稳定性,应具有经多次使用不致产生影响梁体外形的要求。

(3)检查模板焊接质量,接缝是否平整,确保不漏浆。

(4)检查内外模的几何尺寸、光洁度、平整度,确保梁体各部位尺寸正确,预埋件位置准确。

3.4 钢筋的加工、连接、安装质量控制

3.4.1 钢筋连接

检查钢筋连接,宜采用闪光对焊,选择焊接工艺与参数,闪光对焊接头处不得有横向裂纹,接头四周有适当的镦粗形状,并呈均匀的毛刺外形;与电极接触处的钢筋表面不得有明显的烧伤,接头处的弯折角不得大于4°,接头处的轴线偏移不得大于0.1倍钢筋直径,同时不得大于2mm。按每批200个接头做焊接力学检验。

3.4.2 钢筋安装

检查钢筋构件的形状、尺寸、直径、根数、间距及位置,现场绑扎钢筋时应符合相关规定。

(1)检查钢筋的交叉点是否用铁丝绑扎牢固,或者点焊焊牢。

(2)检查除设计有特殊规定外,梁中的箍筋是否与主筋垂直。

(3)全数检查箍筋的末端是否向内弯曲;箍筋转角与钢筋的交点是否绑扎牢固。

(4)全数检查交叉处的绑扎是否扎牢,绑扎用的铁丝是否向里弯,并不得伸向保护层内,保护层材料和厚度是否符合规定。

(5)全数检查通风孔、吊装孔、泄水孔处的加强钢筋是否与设计相符,接地钢筋是否分别焊接牢固,预埋螺栓是否进行锌铬涂层防锈,单独预留螺栓是否与梁体钢筋连为一体。

3.5 混凝土配合比、混凝土灌注及养护的控制

3.5.1 混凝土的配合比

根据石武客运专线梁体高性能混凝土配合比设计参考指标,试生产前应进行混凝土配合比选定试验,制做各龄期强度立方体试件和棱柱体弹性模量试件,制做抗冻性、抗渗性、抗氯离子渗透性、抗碱-骨料反应性等混凝土耐久性试件。批量生产中,预制梁每2万m3混凝土应抽取抗冻融循环、抗渗性、抗氯离子渗透性、碱-骨料反应耐久性试件各1组进行耐久性试验,检查混凝土设计配合比是否满足混凝土耐久性要求,是否符合《客运专线高性能混凝土暂行技术条件》的规定。

3.5.2 混凝土的浇筑工艺

(1)检查混凝土拌和物配料是否采用自动计量装置,粗细骨料中的含水量应及时测定,并按实际测定值调整用水量、粗细骨料用量,禁止拌和物出机后随意加水。

(2)浇筑混凝土前,应仔细检查钢筋保护层垫块的位置、数量及其坚固程度。构件侧面和底面的垫块至少应为4个/m2,绑扎垫块和钢筋的铁丝不得伸入保护层内。

(3)检查梁体是否采用泵送混凝土连续灌注、一次成型,灌筑时间不宜超过6h或不得超过混凝土的初凝时间。

(4)测试预制梁混凝土拌和物入模前的含气量应控制在2%～4%(每50m3测量1次)。

(5)预制梁混凝土灌筑时,检查模板和钢筋温度,宜控制在5～35℃。

(6)量测预制梁混凝土拌和物的入模温度,宜在5～30℃(每50m3测量1次)。当昼夜平均气温低于5℃或最低气温低于-3℃时,应采取保暖措施,并按冬季施工处理。

(7)混凝土的振捣质量控制:预制梁混凝土应具有良好的密实性,灌注时宜采用附着式侧振并辅以插入式高频振捣棒振捣成型,振捣棒应垂直点振,不得平拉,快插慢抽,并应防止过振、漏振。

(8)每片梁混凝土标养试件与同条件养护试件制作:底板、腹板、顶板各做4组标准养护试件,5组同条件养护试件,2组弹模试件,同条件试件必须放置在相应部位进行同条件养护。

3.5.3 预制梁体混凝土养护

预制梁体可采用蒸汽养护或自然养护。蒸养采用专门制作的全封闭棚架,内部布设表面钻有小孔的热镀锌管网络,小孔不能直接对准混凝土面,每根管道进气口设阀门控制,管道在梁面布设3根,两侧侧板各布设2根,底部布设3根,箱内布设1根,共计10根。注意事项如下。

(1)检查混凝土蒸汽养护,蒸汽养护分静停、升温、恒温、降温4个阶段。静停期间应保持不低于5℃,灌注完成4h后方可开始常温养护,升温速度不得大于10℃/h,恒温养护期间蒸汽温度不宜高于45℃,混凝土芯部温度不宜超过60℃,个别最大不得超过65℃;降温速度不大于10℃/h。恒温养护时间应根据梁体拆模(放张)强度要求、混凝土配合比及环境等通过试验确定。

(2)自然养护时,梁体混凝土应包裹严实,且至少有一层不透水的覆盖层。自然养护时间应根据混凝土强度发展能否满足拆模要求确定。

(3)梁体养护期间及撤除保温设施时,应采取措施,保证梁体混凝土芯部与表层、表层与环境温差不应超过15℃。

(4)当环境温度低于5℃时,预制梁表面宜喷涂养护剂,采取保暖措施,禁止洒水养护。

3.6 预制梁拆模质量控制

(1)拆模前见证进行1组同条件养护试件强度试验,拆模时的梁体强度应符合设计要求,且能保证棱角完整。

(2)检查拆模测温记录,拆模时混凝土芯部与表层、箱内与箱外、表层与环境温度均不得大于15℃。气温急剧变化时不宜拆模。

3.7 预应力施工质量的控制

3.7.1 预应力筋管道定位及成型

(1)根据设计要求,结合预制梁施工工艺,梁场预应力预留孔道采用橡胶抽拔棒成型,每套橡胶抽拔棒可以循环使用约200次,符合经济、环保、实用要求;橡胶棒在梁体中间部位对接,用金属波纹管外包搭接长度500mm,用架立钢筋网片定位,检查任何方向与设计位置是否严格按照无砟轨道后张法预应力混凝土简支箱梁(双线)定位坐标表施工,确保管道位置准确,管节连接平顺;梁体预留管道的允许偏差跨中4m范围内不超过4mm,其他部位不超过6mm。孔道锚固端的预埋钢板应垂直于孔道中心线。

(2)橡胶抽拔棒孔道成型工艺控制:橡胶抽拔棒应在混凝土浇筑完成后4～6h开始拔管,混凝土先浇部位先拔,拔管后要求保证孔道圆滑不变形。孔道成型后应对孔道进行检查,发现孔道阻塞或残留物应及时处理。

3.7.2 预应力施加

预施应力宜按预张拉、初张拉和终张拉3个阶段进行。

预制梁试生产期间,应至少对2件梁体进行各种预应力瞬时损失的见证测试,确定预应力的实际损失,必要时应由设计方对张拉控制应力进行调整。正常生产后每100件进行1次损失的见证测试。

(1)检查张拉用的千斤顶、油压表、油泵、阀门接头等应校验标定,并在有效期内使用。预应力设备应建立台账及贴上卡片,定期校验。

(2)控制梁体混凝土强度,当达到设计强度的80%且弹性模量达到设计要求后,即可进行早期部分张拉。在梁体混凝土强度达到设计强度的100%时,且弹性模量达100%时,混凝土龄期达到10d方能进行终张拉。为了不使梁体产生早期裂缝,应在混凝土强度达到50%～60%时拆除内模,在外模只拆不移的情况下张拉部分预应力筋,张拉值由设计单位提供。

(3)全程旁站张拉施工,检查预应力筋张拉程序,除符合设计要求外,一般按下列程序执行:0→0.2σk(作伸长量标记)→σk(静停5min)→补拉至 σk(测伸长量)→锚固(σk为张拉控制应力)。

(4)检查张拉操作工艺

按每束根数与相应的锚具配套,带好夹片,将钢绞线从千斤顶中心穿过。张拉时当钢绞线的初应力达到0.2σk时停止供油。检查夹片情况完好后,画线做标记,记录初始伸长值。

向千斤顶油缸充油并对钢绞线进行张拉。张拉值的大小以油压表的读数为主,以预应力筋伸长值作校核,实际伸长值与理论伸长值应控制在6%范围内,每端锚具回缩量应控制在6mm以内。检查两端伸长量偏差是否控制在规定范围内。

油压达到张拉吨位后关闭主油缸回路,并保持5 min,测量钢绞线伸长量加以校核。在保持5min后,若油压下降,须补油到设计吨位的油压值,夹片自动锁定则该束张拉结束,及时做好记录。全梁断丝、滑丝总数不得超过钢丝总数的0.5%,且一束内断丝数量不得超过一丝,也不得在同一侧。

(5)预应力束张拉前,督促施工人员清除管道内的杂物和积水。预制梁带模预张拉时,混凝土强度应达到设计强度的60%,内模应松开,不应对梁体压缩造成阻碍。初张拉应在混凝土强度达到设计值80%和模板拆除后,按设计要求进行。初张拉后,梁体方可吊出台位。

(6)检查预施应力是否两端同步张拉,并符合设计张拉顺序。预施应力过程应保持两端的伸长量基本一致。

(7)检查张拉期间应采取的措施,避免锚具、预应力筋受雨水、养护用水浇淋,防止锚具及预应力筋出现锈蚀。

(8)检查张拉千斤顶的校正系数,不得大于1.05,油压表的精度不得低于1.0级。千斤顶标定的有效期不得超过1个月或张拉200次,油压表不得超过1周。预应力锚具、夹具和连接器进场后,应按批次和数量抽样检验外形外观和进行锚具组装件静力检验,并应符合《预应力筋用锚具、夹具和连接器》(GB/T14370)的要求。

(9)后张预制梁终张拉后,实测梁体弹性上拱,实测上拱值不宜大于1.05倍设计计算值。

3.8 预应力管道压浆与封端质量控制

3.8.1 管道压浆

(1)检查压浆时间:后张预制梁终拉完成后,宜在48h内进行管道真空辅助压浆,压浆3d内,梁体及环境温度不得低于5℃。

(2)检查压浆用水泥,水泥应为强度等级不低于42.5级低碱硅酸盐水泥或低碱普通硅酸盐水泥,浆体水胶比不应超过0.34,水泥浆不得泌水,在0.14MPa压力下泌水率不得大于2.5%,浆体流动度不得大于25s,30min后不得大于35s,压入管道的浆体不得含未搅匀的水泥团块,终凝时间不宜大于12h,水泥28d抗压强度不小于35MPa,抗折强度不小于7.0MPa,24h内最大自由收缩率不大于1.5%,标准养护条件下28d浆体自由膨胀率为0～0.1%。严禁掺入含氯盐类、亚硝酸盐类或其他对预应力筋有腐蚀作用的外加剂。

(3)检查预应力管道压浆是否采用辅助真空压浆工艺;压浆设备应采用连续式泵,同一管道压浆应连续进行,一次完成;管道出浆口应装有三通管,必须确认出浆浓度与进浆浓度一致时,方可封闭保压。压浆前管道真空度应稳定在-0.06～-0.10MPa;浆体注满管道后,应在 0.50～0.60MPa下持压 2min,压浆最大压力不宜超过0.60MPa。

(4)检查作业时间,水泥浆搅拌结束至压入管道的时间间隔不应超过40min,制作相应试件。

(5)检查冬季压浆时是否采取保暖措施,并掺加引气剂;当气温低于5℃以下时,为保证压浆后3d内梁体温度保持在5℃以上,需在梁体周边设立保温棚罩,内部充蒸汽加温。

3.8.2 预制梁预应力筋封端质量控制和锚穴封堵

(1)检查锚穴表面,为保证混凝土接缝处接合良好,应将原混凝土表面凿毛,并安装钢筋网片,封端混凝土应采用C50干硬性补偿收缩混凝土,抗压强度不应低于设计要求;为保证封端混凝土密实,需采用专用电动凿毛工具对锚穴周边凿毛处理后浇筑封端混凝土,振捣密实,表面用薄层水泥砂浆收面压光,覆盖保湿养护。

(2)检查锚具处理,后张梁封端前应对锚具、锚垫板表面及外露钢绞线用聚氨酯防水涂料进行防锈处理,聚氨酯涂刷时不得污染已凿毛混凝土面。

(3)检查接缝处理,封端混凝土养护结束后,应采用聚氨酯防水涂料对梁端底板及腹板的表面进行防水处理,厚度满足设计要求,涂层应均匀、光洁,无气泡、流挂等现象。

4 结语

石武客运专线(河南段7标)箱梁预制场建设,通过对各个环节施工精心组织,严格执行质量控制要点,自2008年11月破土建设到2009年1月试制第一片箱梁仅用了3个月时间,做到了早进场、早投产,并在2009年4月3个梁场分别认证通过,实现了7标段预制箱梁100%工厂化生产。目前3个预制梁场生产任务均已完成,预制梁外形美观、线形流畅,实体质量一次性验收全部合格,做到了内实外美,取得了较好的经济和社会效益,为后续大型铁路又好又快建设提供了有益借鉴。

[1] JZ210,铁路混凝土施工技术指南[S].

[2] 铁科技(2004)120号,客运专线预应力混凝土预制梁暂行技术条件[S].

[3] 铁科技(2004)120号,客运专线预应力混凝土预制梁暂行技术条件[S].

[4] 铁科技(2004)120号,客运专线预应力混凝土预制梁暂行技术条件[S].

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

[6] 铁科技(2004)120号,客运专线预应力混凝土预制梁暂行技术条件[S].

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[8] 张少锋.客运专线箱梁预制质量控制要点[J].铁道标准设计,2007(6).

[9] 周玉华,赵秀典,李 平.客运专线预制箱梁高性能混凝土质量控制技术[J].铁道标准设计,2008(8):63-66.