客运专线箱梁快速预制技术

洪文刚,王和欢

客运专线箱梁快速预制技术

洪文刚1,王和欢2

(1.中铁四局集团第二工程有限公司,江苏苏州 215100;2.中铁四局集团有限公司,合肥 230000)

桥梁结构大量应用于铁路客运专线,其中预应力混凝土简支箱梁因竖横向刚度大,抗扭性能好而在桥梁结构中受到广泛使用。对梁场生产线布置、自动化养护工艺、高性能混凝土制备等进行研究,改进了箱梁预制工艺,缩短了制梁台座的使用循环周期,提高了制梁效率。该技术成果在某客专梁场试制成功并获得了推广。

客运专线;后张法;箱梁;快速预制

1 概述

国内一般单个客运专线箱梁制梁台座循环周期为3.5～6 d/孔,根据理论研究及国内现有的制梁场生产线布置形式[1-3],在铁道部立项的“箱梁快速预制技术研究”课题组在武广客运专线长沙制梁场进行试制工作,通过对长沙制梁场现有的布置及工艺设备进行改进,优化施工工艺,以箱梁预制循环周期目标(单个制梁台座使用周期)为2.5 d/孔的目标开展研究试验工作;试制成功后在其他多家梁场推广应用。

2 快速制梁方案概述

快速制梁方案着眼于从减少工序作业时间和工序衔接时间入手,采用大型设备将部分工序整合,优化高性能混凝土配合比及混凝土养护工艺,从而达到缩短制梁台座周转周期,实现快速制梁的目的[1]。

主要工艺特点:台座底模、侧模固定;钢筋骨架整体绑扎、整体吊装;内模采用全液压内模,整体拖进脱出,梁体采用全自动温控蒸汽养护;大型轮胎式搬运机完成起移梁作业。具体分解试验控制时间见表1。

3 具体工序及施工方法

3.1 模板系统的设计与施工

模板系统设计原则:在保证刚度、强度及其他各项使用性能的前提下,力求操作方便、快捷,尽可能地减少模型安装调整时间,确保达到工序作业目标时间。

箱梁模型由底模、外模、内模、端模4个部分组成。本模板系统组装方式为:外模整体固定(可微调),内模采用整体移动式,外模夹底模,端模包外模并夹在底模、内模两者之间;内模支撑在底模上,总装见图1。

表1 箱梁预制工序分解及时间目标控制

图1 模型整体组装

整体移动式液压内模,采用液压动作,整体拖拉,脱模入模快捷方便,相比现有节段脱模拼装方案,可节省内模周转时间1/2以上。

3.2 钢筋绑扎与安装

通过对梁场已生产的梁进行过工序时间统计,整孔箱梁钢筋完全能在60 h内完成绑扎。故1个绑扎胎具对应1个制梁台座能满足工序安排要求。

端模在绑扎胎具两侧和钢筋骨架连接固定,和钢筋骨架一起吊装入模,减少了在制梁台座上的安装时间。

采用2台龙门吊抬1套钢筋及1套端模,2台龙门吊配置1个吊装扁担;扁担采用桁架式结构,在纵向、横向桁架上按等间距分布设置吊点,整体抬吊入模。图2为钢筋整体吊装实景。

图2 钢筋整体吊装实景

3.3 混凝土制备、浇筑

3.3.1 混凝土制备

为实现快速制梁的目的,需研究开发出适用于快速制梁用耐久性混凝土,混凝土各项物理力学及耐久性指标满足规范标准要求,同时具有养护时间短、施工工作性能好、混凝土初张等强时间短等性能。

以武广客运专线长沙制梁场作为主要试验基地,本着就地选材的原则对混凝土配比进行了优化。箱梁耐久性混凝土优化设计主要开展了以下3个方面的试验研究:(1)快速制梁用复合高活性矿物掺和料配伍技术,降低水化热,改善混凝土和易性、耐久性;(2)快速制梁用复合超塑化剂配伍技术,通过高效减水剂与少量辅助剂复合,提高与胶凝材料的适应性,适度降低水胶比,适度缩短初凝时间,适当减少混凝土初张等强时间;(3)快速制梁蒸汽养护制度的优化设计,寻找主要影响因素,选择最佳蒸汽养护制度,从而缩短混凝土养护时间。

采用上述技术措施,通过大量试验研究,所配制的混凝土40 h抗压强度达到预应力混凝土箱梁初张拉设计要求,弹性模量、抗渗透性能、抗冻性能、徐变等各项性能指标满足规范要求。经委托铁道部产品质量监督检验中心桥基站测试,蒸汽养护混凝土的疲劳性能满足高性能混凝土相关技术要求。图3为蒸汽养护矿物外加剂+硅酸盐水泥28 d水化样SEM照片。

图3 蒸汽养护矿物外加剂+硅酸盐水泥28 d水化样SEM照片

3.3.2 混凝土运输、浇筑[4]

混凝土采用混凝土输送车水平输送,4台HBT90型拖式输送泵分别布置在台座两侧,对称泵送混凝土,2台布料机+1台45m汽车泵同时布料,1孔箱梁混凝土控制在5.5 h内浇筑完成。

预制箱梁浇筑总体按照先浇筑底板混凝土,然后浇筑腹板混凝土,最后浇筑顶板混凝土,从两端向中间合龙的顺序进行。

3.4 梁体养护

蒸汽养护对于确保混凝土早期强度以及梁体混凝土质量起着至关重要的作用,快速预制技术方案拟定自制全封闭移动式蒸养棚,采用自动控制蒸汽养护工艺,28 h达到混凝土设计强度的80%,从而尽快达到初张拉的要求。

3.4.1 蒸汽养护系统方案统由计算机工作站、分布式远程通讯测控模块、数字温度传感器、蒸气阀门电动执行器等组成,通过布设采温点,采集同一孔梁不同部位、不同时间点的温度,绘制出适合耐久性混凝土的温度蒸养变化曲线,采用大范围多点测量、分段分区控制蒸汽供汽量的方法,将整孔箱梁分为15个部分进行温度测量和进汽量的控制;图4为自动温控养护系统。

图4 自动温控养护系统

3.4.2 自动温控工艺实施

按照蒸汽养护的静停、升温、恒温、降温4个阶段[5](总时间控制在28 h)对多孔箱梁预制实施验证,有代表性的温控效果和混凝土水化热发展规律曲线见图5和图6。

图5 环境平均温度历史曲线

图6 混凝土内部温度曲线

试块随梁同条件养护,另一部分放置标准养护箱(按理论曲线设置温度)养护,经过混凝土强度检测,经过28 h养生后的混凝土强度与标准养护箱内的试件强度接近[6],能在40 h内达到设计强度的80%,能满足快速预制的目标要求。

为保证自动温控工艺的顺利实施,研究制作出可方便纵向滑行的滑动式蒸养棚罩养护;养护实景见图7。

图7 滑动式蒸养棚罩养护实景

3.5 预应力张拉

从加快台座周转时间的角度,必须确保混凝土尽早达到初张拉条件并尽可能缩短张拉工序作业时间。张拉工序作业时间以穿钢绞线、安装锚具、上夹片耗时最长。试制时将预张拉、初张拉两道工序合二为一,并将终张拉孔道的穿束、终张拉、压浆、封锚等工序留待存梁台座上进行。从准备工作到初张拉完成,合计初张拉作业控制在14 h内。配置方便简单操作的张拉架,能让千斤顶移动方便迅速。

3.6 梁体搬运

采用900 t轮胎式搬运机,实际使用效果表明轮胎式搬运机具有机动灵活、搬运效率高、稳定可靠的技术优点。该设备按照四点起吊,三点平衡的原理进行设计,全液压操控,可90°转向,实现纵向和横向移动转换[7],对于大型物件的搬运尤为安全适用。

4 结语

(1)2007年11月9日～12月3日在武广客运专线长沙制梁场进行了箱梁试制工作,开展了快速制梁综合工艺试验,共试制了3孔32 m箱梁,均取得成功,台座周转时间均在60 h以内;2009年将箱梁快速预制技术在石武客运专线(河北段)永年制梁场、合蚌客运专线水湖制梁场和下塘制梁场、成绵乐客运专线广汉制梁场等4个梁场进行了推广应用,生产了46孔箱梁,基本实现了既定的目标,同时也表明快速预制技术可适用于各种类型的客运专线箱梁的预制。

(2)通过掺用复合型超塑化剂及复合高活性矿物掺和料配制高性能混凝土,保证了快速制梁条件下混凝土的质量。

(3)采用分区供气控制、多点温度测量的自动温控养护系统,实现了蒸汽养护智能化,混凝土浇筑后40 h达到了初张拉强度要求。

(4)针对预制梁生产线布置和施工工艺,采用了底模与侧模固定、整体式内模、钢筋骨架整体绑扎和搬运机移梁等措施,优化了工艺,提高了工效。

(5)该研究成果取得了客运专线箱梁快速制梁生产线[8]、滑动式蒸汽养护棚罩[9]、箱梁蒸汽养护自动化控制装置及其温度控制方法[10]、全自动液压整体拆装式箱梁钢制内模[11]、用于混凝土梁体蒸汽养护技术的室内模拟养护测试箱[12]等多项专利,社会、经济和环境效益显著。

(6)在推广应用快速预制技术的同时,又要注意由此产生的其他问题,比如快速制梁所应用的蒸汽养护自动控制系统可以很好地实现升温、恒温阶段工艺曲线与实际温度曲线的吻合,但在控制混凝土芯部及表面降温速率等方面做得不够到位,以及不能保证初张拉期间的内外温差控制,因此如何通过温控系统实现对混凝土芯部降温过程的控制是进一步联合研究的课题,目前情况下,快速预制技术更合适在日均温差不大的中部及南方区域应用。

[1] 中铁四局集团有限公司.客运专线整孔箱梁快速预制技术总报告[R].合肥:中铁四局集团有限公司,2009.

[2] 盛兴旺,李志国,邓运清.京沪高速铁路预应力简支箱梁结构参数优选[J].铁道标准设计2003(6):6-8.

[3] 姜丽雯.铁路客运专线预制梁场的规划设计研究[J].铁道标准设计2007(6):8-11.

[4] 中华人民共和国铁道部.TB10424—2003铁路混凝土与砌体工程质量验收标准[S].北京:中国铁道出版社,2004

[5] 中华人民共和国铁道部.TB10415—2003铁路桥涵工程质量验收标准[S].北京:中国铁道出版社,2004

[6] 中华人民共和国铁道部.TB10425—94铁路混凝土强度检验评定标准[S].北京:中国铁道出版社,1994.

[7] 陈浩,吴耀辉,张志华,韩军.铁路客运专线900 t箱梁提运架设备研究[J].铁道标准设计,2008(3):1-4.

[8] 中铁四局集团有限公司.客运专线箱梁快速预制生产线:中国, ZL2007 2 0130078.0[P].2009-3-18.

[9] 中铁四局集团有限公司.滑动式混凝土箱梁蒸汽养护棚罩:中国,ZL2007 2 0130081.2[P].2008-10-29.

[10]中铁四局集团有限公司.箱梁蒸汽养护自动化控制装置及其温度控制方法:中国,ZL 2007 1 0302499.1[P].2009-12-30.

[11]中铁四局集团有限公司.全自动液压整体拆装式箱梁钢制内模:中国,ZL2007 2 0130079.5[P].2008-10-29.

[12]安徽中铁工程技术服务有限责任公司.用于混凝土梁体蒸汽养护技术的室内模拟养护测试箱:中国,ZL 2008 2 0035899.0[P]. 2009-3-18.

H igh Efficient Prefabrication Technology of Box Beam Used in Passenger Dedicated Line

HONGWen-gang1,WANG He-Huan2
(1.The Second Engineering Co.,Ltd.,China Tiesiju Civil Engineering Group,Suzhou 215100,China; 2.China Tiesiju Civil Engineering Group Co.,Ltd.,Hefei230000,China)

Bridge structures have been widely used in railway passenger dedicated lines,especially the prestressed concrete simply-supported box girder,because of its high transverse and vertical rigidity as well as strong torsion resistance performance.The authorsmade a research on relevant technologies,such as the layout of production line of beam-fabrication yard,automation of concrete curing technology, preparation of high performance concrete.As a result,the prefabrication technology of box beam was improved,cycle period of beam-fabrication bed was shortened,and beam fabrication efficiency was increased.This technicalachievementhas successfully been used in beam-fabrication yard on a passenger dedicated line and wide application has been gained since.

passenger dedicated line;post-tensioning method;box beam;high efficient prefabrication method

U238;U445

A

1004- 2954(2013)07- 0057- 03

2012- 11- 09;

2012- 11- 25

铁道部科技研究开发计划项目(2007G009)

洪文刚(1978—),男,工程师,2000年毕业于合肥工业大学,工学学士,E-mail:35544030@qq.com。