高速铁路悬臂浇筑连续梁施工质量控制

吴建强，王鹏翔

（中国铁路兰州局集团有限公司 建设部，甘肃 兰州 730000）

0 引言

在现代交通工程领域中，大跨度连续桥梁应用非常广泛［1-3］，尤其在建设跨江、跨海桥梁项目时，无论公路、铁路，均应采用大跨度连续梁桥［4-8］。随着社会经济高速发展，未来会建设更多的跨江、跨海大桥，而质量控制在大跨度连续梁桥施工中尤为重要［9］。

纵观大跨度连续梁桥的发展趋势，桥梁建设或运行时的管理制度将不断完善，为了避免桥梁因强风等原因导致坍塌事故，施工质量控制应放在首位［10］。

目前，已建成最具代表性的大跨度斜拉桥包括我国苏通长江公路大桥（孔径布置100 m+100 m+300 m+1 088 m+300 m+100 m+100 m）、日本濑户内海多多罗大桥（孔径布置270 m+890 m+320 m）、法国诺曼底大桥（孔径布置547.8 m+856.0 m+737.3 m）等。随着技术的不断进步，大跨度混凝土连续梁桥一般采用悬臂施工和挂篮现浇（拼装）方法进行施工。以挂篮现浇施工方法为例，对其施工质量控制开展研究。

1 施工步骤

要研究高速铁路悬臂浇筑连续梁的施工质量控制，首先应对其施工步骤进行梳理（见图1），具体步骤如下：

图1 高速铁路悬臂浇筑连续梁施工步骤

（1）步骤1：桥梁桩基础、承台、墩身至墩顶施工完毕，拼装0#、1#块支架，并对支架进行预压。

（2）步骤2：在中墩顶安装永久支座；将0#块与各墩顶临时固结，在支架上施工0#块；张拉并锚固纵向预应力束及横向、竖向预应力；接着在支架上浇筑施工1#、1＇#节段，张拉并锚固纵向预应力束及横向、竖向预应力。

（3）步骤3：在1#块安装挂篮，对称悬臂浇筑施工2#、2＇#节段，张拉并锚固纵向预应力束及横向、竖向预应力。

（4）步骤4：分别以各中墩中心线为对称线，依次同时移动挂篮至下1 节段悬臂浇筑3#—7#段，张拉并锚固纵向预应力束及横向、竖向预应力。拆除中跨任意1 个挂篮，中跨合龙利用悬空吊架，利用一侧挂篮改装。安装合龙临时锁定，预张拉锚固束（每束张拉力50 t）对其实施临时锁定，拆除10#、11#墩顶临时固结措施，浇筑中跨合龙段，待合龙段混凝土强度及弹性模量达到设计要求且龄期足够时，张拉锚固束至设计值，拆除合龙临时锁定，中跨合龙后拆除0#段支架，张拉跨中剩余顶底板束及横、竖向预应力。

（5）步骤5：拆除中跨合龙挂篮，搭设边跨现浇段支架并预压，施工边跨直线段。

（6）步骤6：边跨合龙利用悬空吊架，利用一侧挂篮改装，安装边跨合龙临时锁定，预张拉边跨合龙临时预应力束（每束张拉力50 t），对其实施临时锁定，浇筑边跨合龙段，完成边跨合龙施工。待合龙段混凝土强度及弹性模量达到设计要求且龄期足够时，张拉锚固束至设计值，拆除合龙临时锁定，张拉跨中剩余顶底板束及横、竖向预应力，拆除边跨支架，完成体系转换。

（7）步骤7：施工边墩高出部分墩帽，全面成桥。

2 施工及质量控制

2.1 支座安装

（1）垫石凿毛清理：采用风镐人工凿毛，露出75%以上新鲜混凝土面。

（2）测量放线：根据设计图标明的支座中心位置，分别在支座及垫石上划出纵、横轴线，在墩台上放出支座控制标高。

（3）安放支座，采用钢楔块调平支座。安放支座时，支座上座板按图纸设计预设偏心量。

（4）砂浆拌制重力压浆：人工搅拌支座灌浆料，采用重力式灌浆法进行支座灌浆料的浇筑，支座灌浆时，混凝土表面及环境温度≥5 ℃，当气温＞35 ℃时，应采取降温措施，砂浆入模温度≥5 ℃且≤30 ℃。

（5）灌浆料为快硬性胶凝材料，因此，灌浆完成后及时采用塑料薄膜进行包裹覆盖，并洒水养护，养护时间≥3 d。

2.2 支架施工

0#段与1#段施工工艺及方法大体相同，以0#段施工为例进行阐述。0#段支架采用“落地式钢管支架+三角楔形支架”施工。在支架搭设前，应检算支架稳定性，符合要求后，严格按照设计进行施工。支架结构形式见图2。

图2 0#段支架结构形式

2.3 模板安装

（1）底模板。底面模板采用竹胶板和方木，竹胶板规格122.0 cm×244.0 cm×1.5 cm，10 cm×10 cm方木作为竹胶板的横向背楞，纵向中心距30 cm，10 cm×10 cm方木直接作用在分配桁架上。

（2）外侧模。外侧模采用工厂制作的钢模板。模板采用拉杆加固，包括内外模之间对拉和双侧外模板的对拉。除翼缘板部分钢管架承受较小混凝土荷载外，其余仅承受模板自质量及施工荷载。通过与木模板比较，钢模的面板和加劲背楞强度及刚度均较大。

（3）内模板。内模采用木模与钢模搭配，钢模为小块拼装，倒角位置钢模为一次加工定型重复使用，直板钢模采用0.3 m 长的小模板拼装，在地面拼装好之后用钢管顶托加固，整体吊装就位，横隔板部分采用木模。横隔板纵向背楞的竖向中心间距30 cm，竖向背楞采用双10 cm×10 cm方木并穿拉杆，拉杆间距1 m，拉杆采用φ25精轧螺纹钢。

（4）端板与堵头板。端板与堵头板是保证0#段梁端和孔道成形满足要求的措施。端模架为钢骨架，骨架边缘采用7#钢，用拉杆穿过内外模对拉。由于箱梁纵向预应力管道密集，堵头板预应力筋孔道集中，根据施工要求及制作条件，用钢板或竹胶板加工后组拼。外侧模、内模、端模间用拉杆螺栓联结并用钢管作为内撑，以制约模板变位和变形。

2.4 钢筋绑扎

安装底板钢筋骨架→腹板钢筋骨架、竖向预应力筋→腹板钢筋骨架内安装纵向预应力管道→顶板钢筋骨架→顶板锚头及横向预应力管道→安装梁顶预埋钢筋。

底板下层钢筋网片安装前先布设不低于梁体混凝土强度及耐久性能的垫块，垫块错开布置并保证≥4个/m2，底板下层钢筋网片安装后，安装上层钢筋网片，2 层钢筋网片之间按设计布置“［”形钢筋（采用30 cm×30 cm 梅花形布置方式，在预应力钢束锚固段处1 m×1 m 范围内改用间距为20 cm×20 cm 梅花形布置）并与上、下层钢筋网片绑扎牢固。

纵向主筋通过梁部端模控制钢筋间距及线形。端头模板制作时，按设计图纸在主筋及预应力管道位置割出槽口，纵向钢筋采用单面搭接焊，预留长度要满足规范要求，且交错布置，保证同一截面钢筋搭接面积≤50%。钢筋厂加工钢筋时统一加工长度，保证预留钢筋长度一致。

预应力管道的定位，在直线段采用“U”形定位钢筋固定，“U”形定位钢筋与梁体钢筋焊接牢固，预应力管道直线段定位钢筋间距≤0.5 m，曲线段间距≤0.3 m。如金属波纹管与钢筋位置冲突时，应保证管道位置不变，将钢筋稍做调整。预应力防崩钢筋在有竖弯的T束曲线段、底板束的弯曲段和曲线段布设，防崩钢筋在钢束弯曲段间距12.5 cm，在曲线段间距25.0 cm。

顶板下层钢筋网片安装完成后，安装预应力管道、锚头垫板及锚下螺旋筋，然后安装顶板钢筋网片，顶板2层钢筋网片之间按设计布置“［”形钢筋，布置原则同底板。梁顶三墙预埋钢筋严格控制位置、线形及高程，保证后续施工钢筋保护层厚度，预埋钢筋采用型钢提前加工定位模具，定位模具按设计图纸钢筋间距开方形槽口定位钢筋。预埋钢筋时，先定位两端钢筋高度，在2 根钢筋之间拉线控制整体预埋钢筋高度。顶板横向预应力为交错张拉，安装时，注意将张拉端间隔布置，并在横向预应力的弯曲段布置防崩钢筋，布置间距15 cm。

横隔梁横向预应力安装：在0#段横隔梁过人洞上、下位置各设置4 层×5 组4-15.2 预应力钢束，其上、下2 层预应力钢束张拉端反向布置，在张拉撮口位置切断梁体普通钢筋，使钢筋穿入张拉槽口，待张拉完毕后将切断的钢筋等强补焊连接。

2.5 混凝土浇筑

混凝土采用C50 混凝土，塌落度控制在160～200 mm；考虑支座位置钢筋较密集，应加强振捣。封锚采用C50微膨胀细石混凝土，管道压浆所用水泥浆强度等级不低于M50并添加阻锈剂。

混凝土按先中间后两端、由下到上、由低到高的顺序，循环分层分段浇筑。首先浇筑底板，混凝土分层厚度控制在30～40 cm，由低向高处浇筑，避免砂浆集中而流入支座处。浇筑空心段底板时，可采用内模顶板开口的方式，方便底板中间位置混凝土浇筑，开口位置处钢筋在安装时不固定，待底板混凝土浇筑完成后，采用小块铁片封堵内模顶板下料口并将周围钢筋固定好。

腹板浇筑采用斜向分段、水平分层方式，空心段混凝土分层厚度≤30 cm，防止浇筑速度过快导致混凝土从底板下倒角位置溢出；实心段混凝土按30～40 cm厚度分层浇筑；最后，浇筑顶板，顶板采用由内向外的浇筑顺序，有利于控制顶面高程及坡度。上、下层混凝土浇筑间隔时间不超过初凝时间。浇筑腹板时，采用φ15 cm PVC 管作为混凝土下料通道，顺桥向每2 m 设置1 根，此处钢筋在安装时可暂时不固定，待腹板浇筑成型后将钢筋固定好。

混凝土振捣采用插入式振捣器，振捣器要快插慢拔。混凝土振捣完毕后振捣器应缓慢拔出，以便插孔闭合不留空隙和防止出现砂浆柱（只有水泥砂浆没有粗骨料）影响混凝土质量。上层混凝土浇筑时振捣器应伸入下层混凝土5～10 cm，振捣器单次移动距离≤30 cm，混凝土振捣时间以保证混凝土振捣密实为准，混凝土密实标志是混凝土停止下沉、不再冒出气泡、表面呈现平坦、泛浆，注意防止过振。混凝土振捣时，特别注意锚垫板后位置振捣密实，锚垫板位置处钢筋较密，可用ZX-50 振捣器初振，再采用ZX-30 振捣器对锚下位置振捣。支座处钢筋密集，振捣时采用ZX-30 振捣器，加强振捣，防止支座处混凝土产生空洞现象。

2.6 预应力施工

2.6.1 预应力筋下料、穿束

预应力筋采用高强度低松弛，钢绞线公称直径15.2 mm，抗拉强度1 860 MPa，弹性模量1.95×105MPa。

钢铰线按设计图下料，下料长度=管道长度＋工作长度（依据设计图纸钢绞线工作长度70 cm），下料采用砂轮锯切割，禁止用电、气焊切割，以防热损伤，下料后不得散头，同一束内下料长度的相对差值≤计算下料长度的1/5 000，且极差≤5 mm。预应力束搬运做到无损坏、无污物、无锈蚀，且多支点支承，支撑点采用方木，距离≤3 m，端部悬出长度≤1.5 m。短钢束质量小，穿束用人工进行，长大钢束如若困难采用卷扬机牵引，后端用人工协助。

2.6.2 预应力张拉

（1）预应力张拉前，应按设计要求对孔道摩阻损失、锚垫板摩阻损失和锚口摩阻损失进行实际测定；设计单位根据实际测定的结果对张拉控制力进行调整或确认。设计确认后根据实测的摩阻损失、预应力筋弹性模量精确计算预应力筋理论伸长值。

（2）纵向预应力钢束。梁体混凝土强度达到设计值95%、弹性模量达到设计100%且龄期达到7 d 后，预应力钢筋张拉，按控制应力的10%、20%、100%依次进行。同一节段梁体预应力钢筋张拉应按先纵向、次竖向、后横向顺序进行，并且一次张拉到控制吨位，持荷5 min。纵向预应力应按“对称、均衡、先长索后短索”原则进行，桥墩两侧梁段应同时同步、左右对称张拉，张拉顺序先腹板后顶板再底板、从外向内左右对称进行，纵向钢束在横截面上最大不平衡束不超过1 束。预应力钢束张拉时采用张拉力与伸长量双控，并以张拉力为主、以伸长量作为校核的原则，双端张拉的预压力钢束两端伸长量保证基本一致，实测总伸长量与计算总伸长量容许误差控制在±6%以内；每片梁断丝及滑丝数量≤预应力钢绞线总丝束的0.5%，并不应位于梁体的同一侧，且1束内断丝≤1丝。

预应力筋回缩量（含锚具变形）测量及计算：

式中：SH为回缩量；LK为张拉至控制应力的预应力筋伸长量；LM为系统锚固后的剩余伸长量；LQ为张拉工作段长度内的预应力筋；σ0为初始应力；σK为张拉控制应力。

张拉完毕后，预应力钢绞线端头采用切割片切除，严禁采用电气焊烧除，切断处距锚具外端≥30 mm。钢绞线切割完毕后对锚头进行封堵准备管道压浆。

（3）竖向预应力张拉。每个梁段的纵向钢束张拉完毕后，对挂篮进行前移，挂篮前移完成后，应立即进行竖向预应力筋的张拉。每个梁段靠近施工接头的最后一根竖向预应力筋与下一段梁的竖向预应力筋一起张拉。张拉时，锚具回缩值控制在1 mm 以内，若一次张拉难以将回缩量控制在1 mm 以内，应采取反复张拉的应对措施。竖向预应力张拉完毕后，将螺母以上3 cm外多余部分切割掉，不得采用电、气切割。

（4）横向预应力钢束张拉。采用单端交错张拉，预应力张拉采用张拉力与伸长量双控、以张拉力控制为主、以引伸量作为校核。每个梁段的竖向钢束张拉完成后，自节段根部开始顺序张拉横向钢束。每个梁段靠近施工接头的最后1根顶板横向预应力束与下一段的横向预应力束一起张拉。横隔墙预应力筋在其所处的梁段一并张拉。张拉端预应力筋的内缩量采用尺量方式进行测量，本连续梁采用夹片式锚具，故内缩量限值为6 mm。

2.6.3 预应力孔道压浆

钢束张拉完毕24 h 内进行注浆。钢束应张拉一批、压浆一批，压浆顺序同张拉顺序，同一孔道压浆应连续一次完成。本连续梁竖向预应力采用无黏结钢棒故不需要压浆。压浆前采用高强度水泥浆封闭锚具空隙。预应力孔道压浆采用真空辅助压浆法施工。真空辅助压浆技术的基本原理是在孔道的一端采用真空泵对预应力管道先进行抽真空，使之产生−0.06～−0.08 MPa 左右的真空度，管道内压力稳定后立即开启管道压浆端阀门，同时开启压浆泵进行连续压浆。

3 结论

结合包头—银川铁路惠农—银川段（40+64+40）m悬臂现浇连续梁实例，分别从连续梁桥施工的支架搭设、模板安装、钢筋帮扎、混凝土浇筑以及预应力施工等各个步骤按照设计图纸、施工规范以及验收标准进行质量控制，并得到以下几点结论：

（1）连续梁挂篮施工是目前国内外比较成熟的技术，但是近年来还有较多施工项目挂篮施工均出现了不同的质量事故，故在施工过程中的质量控制属于细节问题，尤其是钢筋的绑扎，混凝土的振捣等各个施工步骤的盯控和质量控制的先进方式方法。

（2）对于变截面箱梁，每一节段的内模需要根据截面大小进行裁减和拼装，导致模板接缝处的混凝土出现少量泌水现象，后续施工中还需从材料的种类、刚度研究，保证裁减容易且刚度达到要求的材料作为内模，避免采用钢内模的局限性。

（3）对于截面积较大的连续梁，在混凝土浇注过程中，容易出现振捣不密实现象，进一步研究采用模板开孔，多孔振捣的方式进行振捣。