邓运清
(中铁工程设计咨询集团有限公司,北京 100055)
客运专线铁路与我国既有铁路相比,具有速度高、对线路平顺性要求高等特点,要求其下部结构物具有较大的抗弯和抗扭刚度,整孔箱梁具有受力简单、明确、形式简洁、外形美观、抗扭刚度大,建成后的桥梁养护工作量小以及噪声小等优点,在许多国家的高速铁路建设中得到了广泛应用,特别是近几年在我国客运专线建设中大量采用。
为提高结构耐久性,混凝土材料的选定及工艺应结合桥梁所处环境,采用性能指标满足环境要求的高性能混凝土。随着季节的变化,环境温度会给梁体制造带来困难。应根据不同季节试验的水化热情况,确定温度控制措施,如混凝土配合比、原材料的储存、降温、制冷设备以及灌注棚等,以保证混凝土的入模温度和最高温度。
温度测试元件埋设在距梁端约1.5 m的位置,同时位于腹板中心与顶底板交界位置(即混凝土较厚的地方)。
(1)梁体钢筋应整体绑扎,先进行底板及腹板钢筋的绑扎,然后进行顶板钢筋的绑扎,梁体钢筋与预应力钢筋相碰时,可适当移动梁体钢筋或进行适当弯折。
(2)施工中应采取措施保证钢筋位置准确,加强定位筋的设置,绑扎铁丝的尾段不应伸入保护层内。
(3)所有梁体预留孔处均增设相应的环状钢筋;桥面泄水孔处钢筋可适当移动,并增设螺旋筋和斜置的井字形钢筋进行加强。
(4)吊点钢筋:整孔预制箱梁采用桥面板预留孔的吊装方式,由于吊点处腹板受力较大,设计中加强了端部吊点附近腹板竖向钢筋的设置,因此施工中应采取措施控制,保证吊点附近腹板钢筋的位置准确。
(5)梁端钢筋:安装端模后应注意梁体端部钢筋的位置准确,特别应注意倒角加强钢筋及底板、腹板钢筋保护层的厚度控制不应大于3.5 cm,以保证箱梁在张拉和后期移运过程中受力。
模板应有足够的刚度以保证结构尺寸,同时应根据梁体压缩量的理论计算值及统计数据设置预留压缩量。模板制作时应注意倒角的构造特别是梁端倒角的构造,防止带模张拉引起梁端混凝土劈裂。底模及侧模应注意反拱度的设置,以保证线路在运营状态下的平顺性。
为防止预张拉及初张拉时底模对梁体压缩的影响,对于客货共线梁底模还应特别注意在向下加厚段采取措施避免预施应力时阻碍梁体的变形。
混凝土灌注过程中应注意加强防风措施,混凝土灌注完后,混凝土表面还应做多次赶压抹平,保证桥面线形良好,并应及时覆盖。终张拉前,桥面应予以覆盖洒水养护。
在梁的生产及养护过程中,应特别注意环境湿度、温度及风力的影响,采取切实可靠措施加以保证,养护时间应结合具体养护措施及环境条件确定。
为防止灌注过程中下雨、停电等意外情况发生,应配备防雨棚、发电机等设备,保证混凝土灌注的连续性。
(1)拆模时的混凝土强度应达到设计强度的60%以上;梁体混凝土芯部与表层、箱内与箱外、表层与环境温差均不宜大于15℃,并应保证梁体棱角完整。
(2)松开内模,拆除端模后进行预张拉,预张拉后可脱出内模,待梁体进行初张拉后方可移出台位或拆除底模支撑。松内模、拆端模的过程中应注意对梁体的保湿、保温、防风措施。
(3)气温急剧变化时不宜拆模。
后张梁预施应力应按预张拉、初张拉和终张拉3个阶段进行,初张拉后梁体可承受自重。预应力施工中应注意锚具应符合《铁路工程预应力筋用夹片式锚具、夹具和连接器技术条件 》(TB/T3193—2008),限位板的使用应严格按照产品特性和钢绞线直径确定。
预应力钢绞线要对称张拉,并严格按照施工图纸上的张拉顺序进行张拉,以使梁体受力均匀。梁体混凝土浇筑完毕以后,要及时进行预张拉,以防出现早期裂纹,张拉过程中应采用张拉力和伸长值双控。
生产初期,应进行孔道摩阻、喇叭口摩阻的测试,以确定终张控制应力。如果出现影响管道摩阻变化的因素,或实测伸长值与计算伸长值差值超限,应及时查找原因,及时对该箱梁进行管道摩阻系数的测试,重新调整张拉力。
(1)终拉完成后,宜在2 d内进行管道压浆。压浆材料及工艺应满足“客运专线预应力混凝土预制梁暂行技术条件”的各项规定。高性能无收缩灌浆剂的技术指标应满足《铁路后张法预应力混凝土梁管道压浆技术条件》(TB/T3192—2008)的要求。
(2)压浆前应清除管道内杂物及积水。压入管道的水泥浆应饱满密实。
(3)水泥浆搅拌结束至压入管道的时间间隔不应超过40 min。
(4)冬季压浆时应采取保温措施,冬季压浆或压浆后3 d内,梁体及环境温度不得低于5℃。
所有预埋件预埋位置应准确,预埋钢板应保持平整,预埋钢筋应绑扎牢固,预埋钢筋包括挡砟墙、接触网支柱基础、电缆槽竖墙、综合接地等。
为保证结构耐久性,应根据预埋件所处位置进行相应的防腐处理。
支座预埋钢板和防落梁预埋钢板中螺栓与螺母的配合公差为6H/6g,并符合GB/T197要求;钢板与套筒的配合公差采用基孔制间隙配合,公差等级为H8/h7,并符合 GB/T1800要求。
为使桥面排水系统在桥面接缝处连续,并保证大型养护机械的施工作业,梁体就位后在梁端接缝处设置伸缩装置。有砟梁伸缩装置安装在梁端保护层内,为保证伸缩装置安装的位置准确,应在梁端梁体顶面预埋连接钢板以满足伸缩缝安装要求。待伸缩装置与梁体预埋钢板连接后,现浇该处保护层混凝土。
无砟梁伸缩装置根据轨道形式的不同确定安装方式。铺设CRTSⅠ型板式轨道和CRTSⅠ型双块式轨道时,伸缩装置安装于梁端挡水台内。铺设CRTSⅡ型轨道时,伸缩缝应与梁顶面平齐。伸缩缝构造详见《客运专线铁路常用跨度梁桥面附属设施》(通桥(2008)8388A),材料及安装工艺等应符合“客运专线铁路桥梁伸缩缝技术条件”要求。
对于无声屏障箱梁和有中继站电缆上桥箱梁,在防护墙外侧电缆槽内设置挡水台,且梁端电缆槽内挡水台应沿槽口设置。
伸缩缝胶条端部以薄橡胶片粘贴封堵,挡砟墙施工时应注意梁端预留宽250 mm、高200 mm孔,以便伸缩缝型钢嵌入。
为提高结构的耐久性,封锚(端)前应对锚穴进行充分凿毛处理,并利用一端带钩一端带有螺纹的短钢筋安装于锚垫板螺栓孔,与封锚(端)钢筋网绑扎在一起,保证封锚(端)混凝土与梁体连为一体。
应采取措施保证封锚混凝土灌注密实,浇筑后,应及时养护,养护可采用节水保湿养护模的方式,并保证足够的养护时间。封锚防水涂料的涂刷应在封锚混凝土充分干燥、工作面清洁、无尘条件下进行。环境温度应满足防水涂料的施工温度,一般应在5~40℃。聚氨酯防水涂料的厚度为1.5 mm,其颜色应与混凝土颜色基本一致。
(1)桥面泄水管:泄水管接口应采用螺纹接口,具体构造参见“客运专线铁路常用跨度梁桥面附属设施图”通桥(2008)8388A图。
(2)通信信号电缆过轨预留孔:为保证通信、信号电缆过轨需要,可根据需要在梁端电缆槽内设置预留孔,预留孔采用外径为110 mm的PVC管,施工时在安装PVC管后进行防水层、保护层的施工,同时应注意预留孔处PVC管的防水处理;PVC管伸出桥面板下缘长度应不小于30 mm。
(3)吊装孔的设置:制梁过程中应保证吊孔的垂直度。梁体架设到桥位后,应采用补偿收缩混凝土将吊装孔封堵,并进行局部防水及保护层的施工。
(4)静载试验孔:制梁时应预留,试验完毕应采用干硬性补偿收缩混凝土将吊装孔封堵。所有梁体开孔应在制梁时予以预留,不得进行后期凿孔操作。
在客运专线铁路设计中充分考虑了桥上通过和摆放的各种设施的需要,主要有电缆槽、接触网支柱基础、声屏障、人行道挡板、防水伸缩缝、综合接地预埋钢筋等。
挡砟墙(防护墙)采用高挡墙结构,高度采用与相邻轨道轨面等高设计。
挡砟墙(防护墙)在桥位上进行现场灌注,梁体浇筑时在防护墙相应部位预埋防护墙钢筋,以确保防护墙与梁体的整体性。防护墙每2 m设10 mm断缝,防护墙下端设泄水孔并进行防水处理,即在泄水孔周围涂刷防水涂料,并将电缆槽内保护层顺坡过渡到防护墙内侧。为便于作业人员通行,在每孔梁梁端对称设置过人槽口。
梁体灌注时,应保证预留钢筋顺直,以避免后期防护墙施工困难和侵界问题。防护墙钢筋绑扎时,应注意综合接地钢筋焊接,应与梁体预制时预留的接地钢筋焊接成回路,保证防灾接地效果。
(1)根据通信、信号、电力等专业需要,在挡砟墙外侧分别设置通信、信号电缆合槽和电力电缆槽。电缆槽由竖墙和盖板组成。电缆槽盖板为预制结构,竖墙在梁体吊装到桥位后进行现场灌注。预制梁体时应在电缆槽竖墙相应部位预埋钢筋,使竖墙与梁体连接为一体,以保证电缆槽竖墙在桥面上的稳定性。为保证通信、信号电缆预留冗余长度要求,局部范围在保证电力电缆槽使用空间的基础上,竖墙外移,加大通信、信号电缆合槽尺寸,具体预留位置可根据相关专业要求确定。
(2)根据通讯、信号、电力电缆综合接地的需要,电缆槽中间竖墙在靠近预留综合接地端子部位可设置预留孔。
(3)施工中应特别注意:竖墙A预埋钢筋的数量(图1)与桥面恒载有关,分为有声屏障和无声屏障2种情况,在考虑发展条件下,近期及远期均不设声屏障时,预埋钢筋可按不设声屏障考虑。
图1 竖墙A预埋钢筋示意(单位:mm)
(4)电缆槽盖板:可采用RPC混凝土或C40混凝土,其中RPC混凝土性能指标应满足《客运专线活性粉末混凝土材料人行道挡板、盖板暂行技术条件》要求。电缆槽盖板的制造应采用集中预制、振动成型工艺,并加强检验,检验内容应包括实体强度和钢筋混凝土保护层厚度检验,承载能力应满足1.5 kN集中荷载和5 kN/m2均布荷载受力要求。盖板的实体承载力检验应采用集中加载方式,即在盖板中点施加一集中等效荷载,集中荷载(下设钢垫板)的分布面积为60 mm×60 mm,集中等效荷载应取1.5 kN集中荷载与作业通道竖向静活载(均布荷载5 kN/m2)等效的集中荷载较大者,即在板底产生的最大拉应力为原则来确定其等效集中荷载。
制梁时应注意接触网支柱基础预埋钢筋和锚固螺栓的设置(图2)。接触网支柱跨距一般为50 m左右,实际设置根据总体布置进行,但支柱中心距梁端距离应不小于5.0 m,困难时不小于4.0 m。如需在桥上设置接触网一般支柱基础,预制梁体时应在相应的位置预埋接触网锚栓及加强钢筋,支柱基础混凝土可在梁体吊装到桥位后与电缆槽竖墙一同灌注。如在桥面板设置接触网锚柱,除预埋锚栓及加强钢筋外,还应注意在相应位置设置下锚拉线基础预留钢筋。
图2 接触网预埋底座示意(单位:mm)
注意接触网支柱基础钢筋应与人行道或声屏障遮板的连接钢筋绑扎牢固,其混凝土灌注应与遮板的安装同时进行。
设计中采用的接触网支柱类型和支柱的外部荷载参照《客运专线铁路接触网H型钢柱》(通化(2008)1301)执行,使用中应根据本线的荷载情况选用,超出荷载范围的应进行检算确认。
梁体施工时应预埋M39锚栓、钢板预埋钢板1、预埋钢板2以及需与梁体钢筋一同绑扎的钢筋。M39锚栓的材质为Q345B(16Mn)或35号优质碳素钢。锚栓采用其他材质时,其机械性能不应低于Q345B钢,螺母垫圈的机械性能等级应与之配套。
水磨石地面通常遇到的典型问题是开裂,如果使用伸缩缝,受损情形可能只局限于部分区域.小且浅的裂缝可暂时不作处理,随着裂缝的加深和范围变大,有必要移除裂缝周边的受损材料,然后采用兼容的水泥浆或环氧树脂填隙[8].如果修补区域表面积较大,则需要分析原水磨石中的水泥强度等级,骨料种类、粒径、级配,制备成与原水磨石相近的原料进行嵌补,正式操作前应进行比对,若存在色差,则需要加入调色剂.嵌补之后进行机械磨光处理,经修补后原裂缝或缺失的表面应与周围地面匹配.
锚栓外露基础面190 mm,螺纹长度190 mm+5 mm,每个锚栓配3个螺母,2个垫圈。锚栓头应采用镦头加工,其构造尺寸应满足GB/T5780—2000规定。
接触网支柱预埋件应严格按照要求预埋,施工过程中及施工完毕均需进行检查和校正。
人行道外侧设置人行道栏杆(挡板)或声屏障,人行道栏杆和声屏障的范围由桥梁所处环境确定。人行道栏杆所需遮板、人行道挡板或分体式声屏障均为预制构件,通过预留钢筋与竖墙预埋钢筋绑扎后现浇竖墙混凝土安装于桥面。在梁体设计图中给出了预埋钢筋的布置,制梁时应注意预埋钢筋的位置及数量准确,特别应注意有、无声屏障在桥上设置,桥面板的配筋及竖墙的连接钢筋不同;同时如远期预留发展有设置声屏障的可能,则应按有声屏障配置竖墙连接钢筋。梁体钢筋及竖墙连接钢筋设计时人行道挡板每侧按8.1 kN/m,声屏障按垂直力17 kN/m,弯矩27.29 kN·m/m(主+特)计算。若实际采用的声屏障荷载有变化,应对声屏障的连接及梁体受力进行检算,必要时采取加强措施。
在结构两侧腹板上设置φ100 mm的通风孔,通风孔纵向间距为2 m。若通风孔与预应力筋相碰,应适当移动其位置,并保证与预应力钢筋的保护层大于1倍管道直径,在通风孔处应增设φ170 mm的螺旋筋。
为保证桥面排水通畅,桥梁顶面设置横向排水坡。对于有砟梁,在挡砟墙内侧桥面板沿纵向间距4 m设置外径为160 mm的PVC泄水管;对于无砟梁,在防护墙内侧设置泄水孔,泄水孔直径、间距及位置根据轨道形式确定。当梁体设于平坡上时,保护层施工时,可根据泄水孔位置沿纵向设置3‰左右的流水坡。
桥梁排水系统的形式,应根据桥梁所处环境确定是否需要进行集中排水,如需集中排水,应注意桥面预埋泄水管通过管卡与集水管道相连,桥梁处于平坡时,应注意纵向集水管道设置1%左右的坡度,保证排水通畅。在严寒地区,桥梁排水系统宜采用直排方式,以减少冻胀病害。
施工中应注意:防水层应在挡砟墙、电缆槽竖墙等桥面设施施工后进行铺设;挡砟墙、竖墙过水孔处应进行防水处理,在泄水管周围、挡砟墙、竖墙与桥面板的接缝处进行封边处理。
考虑景观要求,有条件时中间引出的集水管可在桥墩内预留排水通道,或进行一定的遮挡。
为保证箱内排水的需要,应在箱梁底板沿纵向设置间距不大于4 m,外径为90 mm的泄水孔。施工中应注意在灌注梁底板混凝土时,应在底板上表面根据泄水孔的位置设置一定的汇水坡,避免箱内的积水。
根据通信、信号、电力等专业要求,结合《客运专线综合接地技术实施办法》(铁集成[2006]220号文)进行综合接地设计。其中纵向接地钢筋,接地端子、连接钢筋的材质及焊接质量应满足《客运专线综合接地技术实施办法》(铁集成[2006]220号文)和其他电气化接地短路最大电流以及瞬时短路冲击工频耐压试验要求,并保证耐久性要求。
综合接地钢筋布置应满足相关图纸要求。
为保证梁部结构在地震力作用下的安全性能,在设防烈度为7度或8度(Ag=(0.1~0.3)g)地震区的梁与墩之间设置防落梁设施。当需要更换支座或顶梁作业时,可拆除防落梁连接螺栓,在规定位置进行顶梁。
由于中继站电缆上下桥时需要的空间较大,施工时应根据总体单位要求,在电缆上桥的两孔梁端悬臂板上设置开槽,开槽尺寸与电缆槽宽度一致,深度为250 mm,并设置250 mm×50 mm的倒角。在悬臂板开槽侧梁端腹板外侧预埋电缆上桥的槽道,以固定电缆。避免后期梁端开槽及植螺栓处理。
在移梁、架梁等施工过程中,设计采用桥面板预留吊装孔的方式进行梁体的吊装,制梁过程中应保证吊孔的垂直度。吊点设在梁端腹板内侧,吊点面积不小于460 mm×380 mm;梁体架设到桥位后,应采用干硬性补偿收缩混凝土将吊装孔封堵,并进行局部防水及保护层的施工。梁上每端设4个吊点(全梁共8个吊点)。吊装过程中应采用整体提升装置,保证各吊点的受力均衡,且吊杆与顶板底面垂直。
施工中应注意吊装孔周围钢筋保护层的控制,特别是在内模吊装过程中加强腹板内侧竖段处钢筋的定位,保证其保护层满足设计要求。
初张拉及终张拉时伸长值的测量应从终张拉控制应力的20%测量初始值,图纸伸长值一般为锚具内侧工作段长度的伸长值,应力范围为0~100%σk(σk为张拉控制应力)。实测伸长值应扣除工具锚夹片回缩值,与理论值对比应考虑千斤顶内钢绞线的伸长。
受存梁场地和架设工期影响,部分梁场有采用双层存梁的要求。如确需采用双层存梁,应按照图纸双层存梁技术要求进行,存梁台座基础承载能力和上下层箱梁支点的不均匀沉降施工单位应自行检算。同时存梁施工中应注意及时对支点平整度进行观测,保证上下两层梁支点不平整量均不大于2 mm。
双层存梁只允许同类型箱梁按照上述要求进行叠置,不同跨度箱梁禁止相互叠放。
对于接触网支柱基础,在基础位置需进行部分桥面加高时,浇筑梁体混凝土时,需将竖墙和挡砟墙间桥面加高的混凝土与梁体一同灌注;为便于施工对于挡砟墙底部的那一部分也可以与梁体一同灌注,但竖墙A处的混凝土不能一同灌注。施工中要注意预埋件的精度高度。
加高平台上可仅进行防水涂料的涂刷,涂刷厚度不小于2 mm,在保护层施工时,应注意在加高台梁端顺坡过渡。
桥上连续设置多个接触网基础连续布置时,可按照各类型接触网基础单独布筋,如果钢筋重叠较多,需报设计院检算处理。
设计图中提供的线形参数均为理论计算值,即按混凝土灌注后10 d进行终张,终张60 d上二期恒载的条件进行计算的。由于前期不定因素较多,各梁场终张拉的时间可能相差较大。同时由于实际梁体弹性模量与计算值相差较大,使前期生产的预制梁在终张拉30 d后的梁体挠度为负值,请施工单位注意终张时间、弹模、预应力度等的不同对徐变拱度的影响,及时对张拉过程中及终张拉后的线形进行观测,做好观测记录,并根据实际情况调整预拱度设置。
泄水管应采用整体式,设置长度要求伸出梁翼缘板底,外露约150 mm。泄水管的布置位置见图3。为方便施工现场多采用预埋泄水管,混凝土灌注完毕后再粘接外露段的办法。为保证粘接的耐久性,应选择质量优良、耐久性好的粘接剂,同时连接处应采用螺纹接口方式,保证外露段连接牢固。
图3 泄水管布置示意(单位:mm)
应注意泄水管的材质,PVC含量不低于80%。
为提高结构的耐久性,保证钢筋净保护层厚度,在模板和钢筋之间应采用与梁体同等寿命同强度的高强混凝土的垫块,提高垫块的握裹力和稳定性,避免塑料垫块与混凝土间由于收缩不一致而产生变形不协调现象。
采用插板式声屏障时,应注意声屏障立柱的安装精度,螺栓预紧力的施工应满足声屏障专业相关要求。
为保证后期实测喇叭口摩阻在控制范围内,预应力管道应伸入锚垫板内螺纹口径,当采用抽拔棒成孔时,必须在锚垫板内螺纹口径内设置一段过渡管,其长度不应小于[(D-d)/2]tan5°,其中D为锚垫板内螺纹直径,d为橡胶棒直径。
如果采用半橡胶锥形过渡,橡胶棒抽拔完毕后,应及时清除喇叭口内混凝土。
简支箱梁跨中截面基本静载试验数据参见相关设计图纸,图纸中静载数据的选取应根据梁体属性(直曲线、有无声屏障)对应进行,静载试验过程应按照《预应力混凝土铁路桥简支梁静载弯曲试验方法及评定标准》执行。并注意以下几点。
(1)静载试验加载点位于两侧腹板中心线上,对称梁体中心线;纵向按照《预应力混凝土铁路桥简支梁静载弯曲试验方法及评定标准》中规定执行。
(2)考虑到箱梁在静载试验等效加载和实际设计荷载加载模式的不同,静载试验加载数据计算要考虑剪力滞系数影响。
(3)根据铁道部发布《预应力混凝土铁路桥简支梁静载弯曲试验方法及评定标准》,梁体刚度合格评定标准:f实测(实测挠度值)≤1.05(f设计/ψ),等效荷载加载挠度修正系数ψ见附录E,附录E中未提供的参数应根据设计计算确定。
(4)静载试验的目的是对梁体质量的检验,应尽量减少对梁体的削弱,因此应优先选用不需预留孔的静载试验设备,如必须开孔,则应在需要时设置。
架桥设备的选择应根据桥梁结构的特点进行,并进行桥梁安全性检算后方可使用。过程控制应满足设计规定,支座安装应满足相关支座的安装工艺细则要求。并特别注意以下问题。
(1)在没有可靠保温措施、注浆材料低温性能未进行试验验证时,严禁在负温条件下进行注浆施工。
(2)夏季施工时,应注意注浆材料对高温的适应性,保证浆液流动度,不得中间加水,确保支座砂浆质量。
电缆槽盖板为预制件,桥上电缆槽盖板的安装应注意平整度,在竖墙顶面应以砂浆垫平,使盖板受力均匀。
客运专线铁路常用跨度简支箱梁的质量需要从制造、存梁、运输、架设等多个环节加以控制,其类型多,应用范围广,施工中还应根据各类图纸的具体要求和图纸的应用环境,确定具体措施加以保证。
[1]中华人民共和国铁道部.TB10002.1~TB10002.5—2005 铁路桥涵设计规范[S].北京:中国铁道出版社,2005.
[2]中华人民共和国铁道部.TB10621—2009 高速铁路设计规范(试行)[S].北京:中国铁道出版社,2009.
[3]中华人民共和国铁道部.TB10005—2010 铁路混凝土结构耐久性设计规范[S].北京:中国铁道出版社,2010.
[4]中华人民共和国建设部.GB 50010—2002 混凝土结构设计规范[S].北京:中国建筑工业出版社,2002.
[5]中华人民共和国铁道部.铁建设[2010]241号 高速铁路桥涵工程施工技术指南[S].北京:中国铁道出版社,2011.
[6]中华人民共和国铁道部.高速铁路预制后张法预应力混凝土简支梁(报批稿)[S].北京:2011.
[7]中华人民共和国铁道部.铁建设[2007]39号 铁路防雷、电磁兼容及接地工程技术暂行规定[S].北京:中国铁道出版社,2007.
[8]邓运清.秦沈客运专线整孔箱梁的质量控制因素[J].铁道标准设计,2001(9):23-25.
[9]邓运清.客运专线简支箱梁综述[J].铁道工程学报,2005(1):65-71.
[10]中铁工程设计咨询集团有限公司.有砟轨道后张法预应力混凝土简支整孔箱梁技术交底报告[Z].北京:中铁工程设计咨询集团有限公司,2011.