无砟轨道底座板施工过程温度应力与控制

南昌轨道交通集团有限公司 南昌 330038

1 工程概况

图1 临时端刺区底座结构布置

BL1后浇带宽度为500 mm，为钢筋连接器后浇带，作用是提供底座连接或张拉，主要目的是避免桥梁上浇筑混凝土时混凝土水化热产生的强制力。BL2后浇带宽度约678 mm（简支梁上2 排剪力齿槽），是剪力齿槽后浇带，主要作用是避免力在底座与桥梁间通过剪力齿槽传递。

2 底座施工[1-8]

桥上底座施工大致可以分为四步：浇筑底座混凝土、测量各浇筑段长度和温度、钢筋的张拉与连接及后浇带的浇筑。常规区两端及两临时端刺区后浇带按单元段中心按照对称原则和顺序进行连接施工，其工艺、工序如下：

（a）浇筑底座混凝土。底座支模，铺设浇筑段钢筋；浇筑常规区和临时端刺区混凝土；常规区底座板混凝土浇筑段长度约160 m，混凝土浇筑段中部的剪力齿槽和底座板一起浇筑，其余剪力齿槽设立齿槽后浇带(BL2)，待张拉连接后底座板应力均匀后二次浇筑完成。 临时端刺总长约800 m，包括5个混凝土浇筑段。依次以LP1到LP5表示，浇筑段长度和常规区不同，2 个220 m段（LP1及LP2）、2 个130 m段（LP4及 LP5）、1 个100 m段（LP3），共设J1、J2、J3、J4 4个BL1后浇带，并在每孔梁上设置齿槽后浇带。与常规区不同，在临时端刺底座板浇筑时，所有的齿槽后浇带全部留空，不浇筑。

（b）测量各浇筑段板温和长度，计算张拉值。基准测量尽可能在与底座连接时间靠近的时间段（即连接温度尽可能与测量时的温度接近）进行。第一步：长度测量：测量LP1～LP5段的长度,准确记录各分段长度值；第二步：使用预埋在混凝土底座中的测温电偶测量温度。时间为12：00～13：00。然后计算张拉值。

（c）张拉与连接底座钢筋。在板温35℃(Ts为底座板锁定温度)以下进行底座钢筋的连接，张拉连接操作按照规定步骤，先连接一部分，再连接全部。施工时必须严格区分用手拧紧与用扳手拧紧。

（d）后浇带混凝土施工。BL1后浇带混凝土施工。后浇带钢筋连接完成后应随即浇筑后浇带混凝土，浇筑范围应包括常规区所有后浇带及两临时端刺中的K0、J1后浇带。此工序与后浇带连接应接续施工，不出现间隔施工。J2、J3、J4后浇带于相邻单元段底座连接后再施工。BL2后浇带混凝上施工。临时端刺区BL2后浇带分为早期固定连接和后期固定连接，在单元段底座钢筋连接完成3～5 d后（底座内的应力调整期）进行早期固定连接，位置在LP2范围内与LP2相邻的两个固定连接后浇带（左右线要错开两个梁段位置），两临时端刺后浇带对称施工。后期BL2后浇带混凝土在相邻单元段底座连接后再施工。

3 问题的提出

该项目施工单位于3月份（平均气温为15℃）进行了底板的混凝土浇筑、底座钢筋的张拉及BL1后浇带及早期BL2后浇带混凝土的浇筑，由于相邻单元为另一施工单位施工，后期BL2后浇带一直未能浇筑。于5月下旬（平均气温为30℃），92#墩处BL2后浇带位置混凝土底板上翘起拱，如图2所示，剪力齿槽后浇带钢筋发生明显的弯曲变形，如图3所示。

图2 底板上翘起拱

图3 剪力齿槽后浇带钢筋弯曲变形

4 原因分析

经过分析，认为引起本次质量问题可能的原因有如下几方面：

本机制动管减压，平均管、作用管增压，机车制动缸充风产生制动作用。补机接收制动管压力减少的变化，通过DBTV模块停止制动管给辅助风缸充风，并将辅助风缸的风压传送到16TV作用管；补机接收平均管压力增高的变化，通过BCCP给制动缸充风，补机制动

（a）起拱位置处在桥梁纵坡的坡底附近，在温度变化和重力的影响下，底板整体向纵坡坡底滑移，使得处于坡底处的钢筋在剪力齿槽后浇带浇筑前就处于受压状态。BL2 处的钢筋数量偏少、BL2 后浇带宽度较宽，在受压状态下，钢筋发生屈曲，对混凝土板的约束降低，从而产生翘曲起拱的现象。

（b）施工过程中该起拱92#墩两边多跨桥墩钢板连接器钢筋张拉没有达到设计要求值，造成温度升高后，钢筋应力增加，最终通过使底板上翘起拱来释放。

出现底板起拱后，立即进行跟踪调查，记录的数据有环境温度、起拱位置板温、起拱高度（板端竖向位移）、水平位移，起拱影响长度等，测量数据情况如图4所示。

图4 测量数据示意

起拱高度、起拱影响长度和钢筋竖向反力之间的关系可利用如图5所示模型计算。根据实测竖向位移和起拱影响长度，利用公式（1）～（3），即可求出钢筋的竖向反力。

图5 计算模型

在均布荷载q作用下，自由端位移：

在集中力F作用下，自由端位移：

在均布荷载q和集中力F共同作用下自由端位移：

根据实测数据，可得底板温度与起拱影响长度的关系如图6（a）所示，从图中可以看出，随温度升高，起拱影响长度越大，呈曲线关系，当温度升高的越多，起拱影响长度越大。图6（b）为温度与起拱高度的关系通过曲线拟合，可知在线弹性状态下，当温度在19.33℃时，起拱高度为0，由此可以推断，浇筑混凝土时的气温在19.33℃左右。根据图6（c）可以看出，当温度为25.15℃时，水平相对位移为0，可以认为该温度为出现起拱事故后，标定测量位移刻度时的初始温度。图6（d）为根据公式计算后的钢筋提供的竖向反力与温度之间的关系曲线，该曲线数据较分散，但从曲线的规律来看，随着温度的升高，钢筋提供的竖向反力越大。图6（e）为钢筋的水平反力与温度之间的关系，可以看出，当温度升高，钢筋的水平反力，亦即板端的轴力有减小的趋势，当温度为43.59℃时，板端的轴力接近于0。此时可以认为由于起拱翘起的板端水平方向没有外力，造成这种现象的原因为，当起拱高度越高，钢筋在水平方向力的分量越小，另外由于起拱到一定的高度后，底板由于温度产生的内力已经释放。图6（f）为起拱高度与水平相对位移的关系，通过曲线可以判断，当起拱高度为0时，板端相对于初始记录数据时的水平相对位移为－1.539 mm，也就是开始起拱时，板端的位置位于初始记录数据时的前方1.539 mm处。起拱高度与板端轴力的关系曲线如图6（g）所示，通过曲线拟合，可以看出，在线弹性状态下，起拱高度越高，底板板端的轴力越小。当起拱高度为0时，底板板端轴力为1 154 kN。此时的轴力与起拱位置处钢筋的最小稳定临界荷载1 266 kN接近。说明当温度升高使底板伸长产生的温度应力造成钢筋失稳是底板的起拱的直接原因，这一结论也证明了，初步分析的事故原因是正确的。

图6 实测数据与钢筋内力的关系

5 处理方法

为了使混凝土底板满足施工验收要求，必须对该起拱的混凝土底板进行整治，其指导思想是把该段底板受力恢复到发生上翘以前的状态，并尽可能减小对已浇筑的剪力齿槽后浇带BL2 受力和变形的影响及已施工的常规区的影响。因此必须恢复由于屈曲而减弱的临时端刺LP1 段的承载能力和受力状态，通过堆载对向上翘的底座板进行下压的方法恢复混凝土底板的受力状态。基于上述原因，在理论计算和数据分析基础上，提出处理方案。

（a）观测92#墩左右相邻的桥墩上面已经浇筑的剪力齿槽及墩顶的桥梁支座是否发生破坏、固定支座与梁体之间是否发生相对位移。

（b）对92#墩上的剪力齿槽采取保护措施，防止在施工过程中的破坏，并对该墩BL2两侧的底座板进行侧向固定。

（c）在没有上翘的底座板上放置3 层轨道板。另外，在与损坏位置相邻的区域，至少4 跨梁范围内，使用3层轨道板对临时端刺的浇注段进行加载。堆载的目的是使底座板与桥梁之间有足够的摩擦力，以免在处理起拱位置时，释放应力后的底板回移距离过大，破坏已经浇筑好的剪力齿槽。

（d）底座板温度必须低于锁定温度T0=25℃。在上翘弯折的底座板旁边，放置2 台千斤顶以控制下压加载的速度。轨道板放在钢梁上，钢梁放在千斤顶上。通过千斤顶缓慢地放下，压载逐步地作用在向上翘的底座板的端部。

（e）下压结束后，割断后浇带钢筋。取下上翘部分的压重轨道板，打掉混凝土，重新铺土工布，应在低温时绑扎钢筋，并立刻采用加早强剂的强度等级不低于C50的混凝土，并同时浇筑混凝土底板和BL2 后浇带，注意养护。待混凝土硬化后临时端刺恢复了原有的受力状态，又可以承载压力并能够发挥固定常规区的作用。

（f）其余的BL2后浇带按常规方法进行浇筑。

（g）整修完成后要对纵向固定的桥梁支座进行损伤检查，必要时，采取附加措施。对已经起作用的的剪力齿槽进行损伤检查，并进行几个月的监测。

6 结语

按照以上步骤对该起拱区段进行处理后，继续对此区段内的混凝土底座板和前期已浇筑好的剪力齿槽和桥墩进行监控，没有发现桥墩、剪力齿槽和底座板有任何异常现象。由此可知，无砟轨道底座板在施工过程的温度应力控制非常重要，起拱后的处理方案切实可行，并可对类似工程具有一定的借鉴作用。