匹配计算在高铁箱梁架设中的控制与应用

陈太权

（中铁二局新运公司， 四川 成都 610031）

0 引言

我国高速铁路为满足无砟道床结构施工要求，在《高速铁路桥涵工程施工质量验收标准》上对轨道上下结构施工偏差方面形成了一套完整且统一的控制体系，就高铁预制箱梁架设而言，首先对预制箱梁梁体外观尺寸方面的高度允许偏差进行了规定（+10、-5mm），其次对桥梁墩台支承垫石顶面高程施工允许偏差进行了规定（0、-10mm）。在此基础上要求箱梁架设后需同时满足三个条件，一是预制箱梁桥面高程不得高于设计高程，也不得低于设计高程 20mm；二是箱梁架设后的相邻梁跨梁端桥面之间、梁端桥面与相邻桥台胸墙顶面之间的相对高差不得大于 10mm；三是预制箱梁支承垫石顶面与支座底面间的砂浆厚度不应小于20mm，也不应大于30mm。为此，需找到一种简单快捷控制方法，在箱梁架设中有效应用，使梁体架设就位后，满足标准相关要求。

1 施工现状

高铁施工桥梁普遍采用箱梁结构，由于梁体制造误差和墩台支承垫石施工误差，实际施工中箱梁架设时施工单位未考虑误差问题，架梁单位也未对梁体高度和支承垫石顶面标高和高差进行复测就肓目组织架梁，梁体落梁就位后未进行复核即进行支座砂浆灌注，造成支座砂浆厚度超偏差、梁体顶面标高超偏差和同一桥墩（台）顶面梁端高差超标的情况出现。一旦出现此类情况处理起来十分麻烦，不仅耗费人力、财力，部分问题如果不彻底解决好将对高铁的运营造成直接影响。以下三种情况是施工中常见的问题和质量通病，必须在架梁中得到解决。

1）梁面标高超差。出现正误差容易造成无砟道床厚度不足带来质量隐患，当出现过大负误差时，造成无砟道床底座高度偏大、混凝土用量大，不经济。

2）相邻梁端高差超差。一种情况是梁面端部左右半幅均高于或低于相邻梁端高差超差，另一种是梁面端部左右半幅不是同时高于或低于相邻梁端出现高差超差现象，即单面半幅出现高、而另半幅低，且高差较大，出现这种剪刀差的情况除了不方便施工橡胶止水带外，还对底座混凝土受力不利。

3）支座砂浆厚度超差。厚度低于20mm易造成支座板正下方砂浆无法流入，砂浆不饱满、出现空洞，严重时影响行车安全。厚度大于30mm或更多因支座砂浆脆性大、抗剪性减弱，同时使埋入支承垫石内支座螺栓长度变短，不利于设计最大地震裂度时梁体安全。

上述情况当桥梁墩台和制架梁为同一施工单位实施，问题相对容易解决，实际上现场施工经常不是由同一单位施工，造成各自为阵、墩台移交长期出现扯皮现象，影响架梁进度和质量。同时在协调过程中因任何一方责任落实不到位、监理单位监管一旦松懈，势必无法执行好上道工序不清、下道工序不接的情况，在运营前移交设备使用单位时问题才暴露出来，消缺整治工作量大、处置困难，有的缺陷甚至无法处理，势必造成交验赔付费用问题，最终损失也由施工单位承担。

因此我们必须保证架梁工序中各项指标控制在标准要求范围内，为无砟道床施工创造好的条件，也为高铁最终实现高速、舒适、平稳、安全运营提供强有力保障，确保问题在施工过程中得到解决，不留下质量隐患。

为做好架梁各项指标满足标准要求，必须在架梁前通过合理匹配计算，根据计算结果指导和控制箱梁架设。

2 匹配计算控制

本文不针对梁体高度和支承垫石标高超桥涵工程施工质量验收标准的情况开展详细讨论。如出现此类情况，可在桥梁和墩台交接过程中及时发现，对超标不多的可通过调整砂浆厚度及时解决，但对支承垫石超标过多的，必须在架梁前对支承垫石进行凿除降低处理或凿除后加高处理以达到标准要求。下面我们重点讨论梁体高度和支承垫石标高均在标准范围内匹配计算和依此成果控制落梁问题。

根据《验标》中允许偏差要求，按最不利原则对各项指标进行组合，即均为正（高限）误差和负（低限）两种情况进行计算，看是否能满足支座砂浆的高限和低限厚度要求，若能满足，其它处于中间情况的均能达到要求。故只需对表1中两种极限情况下通过控制砂浆厚度不超标，验证梁面标高和梁端相对高差也不超标。由公式1计算得出表1结果，均满足标准要求，故介于二者之间的情况无需再详述。实际匹配计算中，在满足支座砂浆厚度情况下，梁面标高按低于设计3～5mm考虑，反算出落梁控制高度，验算其它指标也满足要求情况下，据此结果控制架梁，若梁高和支承垫石标高均为较大负偏差时可以降低梁面设计标高值，以不超过20mm控制组织落梁。

公式1：砂浆控制厚度h= 梁面设计标高H-支承垫石实测标高H1-梁体实测高度H2-支座高度H3

h---支座砂浆厚度

H---梁面设计标高。

H1---支承垫石实测标高。

H2---梁体实测高度。

H3---支座高度，根据不同支座类型确定。

由公式1匹配计算两种最不利条件组合结果见表1：

表1 最不利条件组合计算结果

第一步:建立电子表格小程序，由公式1及相关要求设置判定条件完成函数公式输入，按照“手动调整、自动计算”原则经 2～3次试算即可确定初步落梁成果。

因梁体跨度、实际梁高和支座高度随孔跨布置有所变化，所以需要根据实际跨度和采用支座高度手动调整数据，输入数据后将由小程序自动计算结果。

第二步：根据初步落梁成果由公式2反算出梁底至支承垫石顶面高度作为架梁控制高度。

公式2：落梁控制高度△H=最后一次匹配计算灌浆厚度+支座高度-（3～5）mm

第三步：根据架梁控制高度验算梁面标高实际值、相邻梁端高差值是否满足标准要求，不满足调整计算至满足要求。

第四步：根据最终确定的落梁控制高度形成正式成果，交由架梁单位组织落梁控制，过程中加强沟通，确保落梁控制到位、质量优良。

匹配计算过程及架梁控制数据如表 2，表中架梁资料栏交由架梁单位作为交底资料，随时检查复核。

3 匹配计算应用工艺流程

根据匹配计算控制要求，形成架梁匹配计算应用工艺流程图如下。

施工准备 → 数据收集 → 匹配计算 → 架梁实施。

1）施工准备：加强与制梁单位和墩台施工单位联系，取得施工图纸及设计资料，开展施工调查，同时机具、材料及工装准备到位。

2）数据收集及整理：线路平纵断面图、梁图、支座图、墩台图，完成架梁通道中的路基、隧道和墩台移交资料交接。实测梁体高度、墩台支层垫石四角标高。对不符合标准要求的及时处理，处理后重新验收，直至满足标准要求。

3）匹配计算：根据收集资料和现场实测数据，按设计对应梁号和墩台号进行匹配计算，如表2。根据匹配计算成果组织技术交底。

4）架梁组织实施。严格按照批复方案组织架梁，架梁就位后及时检测支座下板底面至支承垫石顶面厚度是否满足灌浆厚度要求、检测梁面实测标高和相邻梁端高差是否满足要求、支座四角高差，只有在各项指标均满足要求、架梁支承油顶受力均匀稳定情况下方可松架桥机吊梁螺杆。

箱梁匹配计算案例如表2。

表2 箱梁架设匹配计算表

注明：①根据梁图和桥涵平纵断面图及实测资料，录入墩台号及对应梁面设计高程、实测梁高、墩台支承垫石设计高程和实测高程；②根据相关要求判定条件设置电子表函数公式自动计算。在梁跨变化时手动调整公式中梁跨支座设计高度值、支座砂浆厚度超差时手动调整梁面标高控制数据；③遇现浇梁、连续梁及特殊结构梁按照架梁首未孔方式对照桥台办理，实测现浇梁、连续梁及特殊结构梁体顶面标高值；④反算架梁控制高度时需注意米和毫米单位的转换，以免出错；⑤当任何一项计算值出现不满足标准判定条件时，需及时找出原因，调整到位。

4 落梁控制

架梁前应复核支承垫石的标高、位置、尺寸锚栓孔位置、深度、十字线、跨度等是否满足设计要求。对支承垫石支座就位部位凿毛，清除预留锚栓孔中的杂物。

在支座安装前，检查支座连接状况是否正常，但不得任意松动上、下支座连接螺栓。

梁体吊装前，先将支座按设计位置安装在预制箱梁的底部，上支座板与梁底预埋钢板之间不得留有间隙。吊装预制箱梁（带支座）。将箱梁落在临时支撑千斤顶上，通过千斤顶调整梁体位置及标高。

根据匹配计算表落梁控制高度要求进行落梁就位，每片梁采用四个测力千斤顶作为临时支点控制，同时保证每支点反力与四个支点的平均值相差不超过±5%。预制梁架设后，及时检查与已架设梁片端部的桥面高差不应大于 10mm，支点处桥面标高误差应在 0～-20mm，若不满足要求及时调整到位。具体落梁工艺图见图1。

图1 落梁工艺流程图

落梁就位并调整正确后，安装灌浆用模板，并用水将支承垫石表面湿润，灌浆用模板可采用预制钢模，底面设一层 4mm厚橡胶防漏条，通过钢模螺栓联结固定在支承垫石顶面。支座砂浆灌注完成的根据气候条件做好保温、保湿工作，加强过程中养护。具体灌浆示意图如图2

采用重力灌浆方式，灌注支座下部及锚栓孔处空隙，灌浆过程必须从支座中心部位向四周注浆，直至从钢模与支座底板周边间隙观察到灌浆材料全部灌满为止。为增大灌浆的压力，可将灌浆用漏斗置放在梁顶。

灌浆前，应初步计算所需的浆体体积，灌注实用浆体数量不应与计算值产生过大误差，应防止灌浆过程中缺浆。

当浆体强度达到 20MPa后，拆除钢模板，检查是否有漏浆处，必要时对漏浆处进行补浆，拧紧下支座板螺栓，并拆除各支座的上、下支座连接角钢及螺栓，拆除临时支承千斤顶，安装支座钢围板。

图2 箱梁支座砂浆灌注示意图

5 质量措施

按照批复的箱梁架设施工组织设计执行外，重点做好以下质量控制工作。

1）各施工单位严格执行桥涵施工质量验收标准，控制好梁体和墩台施工中各项指标，满足《验标》。

2)监理单位加强监督，确保各工序控制到位，工序交接中加强沟通，对不达标准的提前进行处理。

3）落梁时严格按匹配计算成果实施，确保各项要求满足标准。

4)落梁就位后及时检查梁面标高、相邻梁端高差，不满足要求时需及时调整到位。

5）支座进场后，按支座技术条件的规定对其进行检查、验收。支座配置必须与设计相符。运梁出场前核实各固定支座及活动支座的安装位置、适用的地震裂度和坡度类型。

6)支座锚栓质量及埋设深度和螺栓外露长度必须符合设计要求，支座与梁底、支座与支承垫石之间必须密贴无缝隙，灌浆材料强度大于20MPa后方可拆除临时千斤顶，在拆除千斤顶前严禁架桥机过跨。

7）箱梁架设前，对线下墩台平面、高程进行全面测量，按架梁要求提前在梁面和支承垫石顶面易于观测处做好测量观测标志，确保架梁顺利进行。

6 结束语

匹配计算通过京津城际、京沪、石武、昌赣、京唐等多条高铁线路箱梁架设实践，克服了常见质量通病，确保了架梁质量。目前应用于郑济40m高铁箱梁架设控制并成功完成全部箱梁架设工作，质量可控。对当前高铁箱梁架设实现快捷高效落梁就位、架梁质量优良具备较好控制和指导作用，值得推广。