哈大客运专线900 t整孔箱梁支座锚固技术

杨庆勇，王红刚

(中铁一局集团新运工程有限公司,陕西咸阳 712000)

1 概述

哈大客运专线是国家“十一五”规划的重点建设工程项目,北起黑龙江省哈尔滨市,南至辽宁省大连市,纵贯东北平原和辽东半岛,线路正线全长904 km。我公司承担了哈大客专TJ-1标段(起讫里程为DK35+434.06～DK141+569.89)106.071 km范围内共1 194孔900 t整孔箱梁的架设任务,该标段地处辽宁省南端大连市境内,沿线属暖温带、湿润～半湿润的季风气候,春秋多风、冬季寒冷,最冷月平均气温-3.9～-11.3 ℃,极端最低气温-18.8～-33.1 ℃。由于受冬季多风、严寒等自然条件的制约,架梁施工中对桥梁的支座锚固关键工序提出了更高的要求。

支座锚固作为900 t箱梁架设的最后一个关键环节,对环境温度的要求非常严格。如果锚固温度过低,就会降低锚固层的强度,延长锚固层达到设计强度的时间,影响架桥机过孔工效,同时会对以后的行车安全产生很大的影响。为此,根据现场的具体情况,在施工中对锚固过程中的每个环节均采取了一系列行之有效的保温措施,确保了冬季桥梁支座锚固施工的质量。

2 施工方案的提出

考虑现场大部分架梁施工均在冬季完成,为了确保桥梁支座锚固质量,迅速达到架桥机过跨条件,提高架梁工效,通过对桥梁支座锚固各工序细致分析,在投入成本可控的情况下,决定从支座锚固原材料储存、支承垫石处理等各个施工环节进行控制,采取加热、保温、隔风等措施,确保砂浆锚固质量,使锚固砂浆达到设计强度的时间在可控范围内,从而使整个架梁施工形成流水作业,达到提高工效的目的。

3 桥梁支座安装及锚固技术

3.1 正常情况下桥梁支座安装及锚固技术

高速铁路900 t整孔箱梁架设总体工艺流程如图1所示。

图1 900 t整孔箱梁架设总体工艺流程

3.1.1 桥梁整备时支座安装

首先清除桥梁两端梁底板的油迹、杂物等。按照桥梁表上提供的线路坡度值及线路坡度方向配置好相对应的固定支座、横向活动支座、纵向活动支座和多向活动支座。在接收支座时如发现有掉漆现象,必须采用与支座颜色相同的防锈漆进行修补。固定支座安装位置在线路前进方向的右侧,横向活动支座和固定支座在箱梁的同一端,纵向活动支座和多向活动支座在箱梁的同一端；固定支座和纵向活动支座在箱梁的同一侧,横向活动支座和多向活动支座在箱梁的同一侧,具体布置如图2所示。

注：HX代表横向活动支座；DX代表多向活动支座；ZX代表纵向活动支座；GD代表固定支座。

用红色铅笔标识出支座上下座板的中心点。检查支座上下座板错动量,若其错动量大于2 mm,必须松动上下座板的连接扁钢,重新对正后,连接好支座上下座板的连接扁钢。按照桥梁表配置好的固定支座、活动支座,采用专用运输工具将支座从存放点运输到支座安装处,放置在桥梁两端对应的设计位置。在安装支座前,先用螺栓与梁底每个预留孔进行试安装,检查预留孔孔径、深度、丝扣,清除支座上座板的表面杂物,但不得拆除支座上下座板间的连接扁钢。同时,在安装支座前,认真核对,确保支座上座板坡度与桥梁表中线路前进方向坡度相同,将坡度标示在支座上座板靠桥梁外侧的侧面上,标明坡度方向,以便于自检及相关人员的检查。利用支座安装设备将支座上座板预留孔和梁底预留孔位对齐。对支座连接螺栓涂适量的黄油加上垫圈后进行安装,用专用扳手紧固。同时对锚定钢棒连接螺栓也涂上黄油,方便落梁组的施工。支座安装在箱梁底部后,应拧紧支座与梁体的连接螺栓(含垫圈),在支座与梁底预埋钢板之间不得有间隙,如有空隙按设计规定处理。检查每一孔梁端两支座的横向中心距离、纵向活动支座的坡度方向,并记录。

对锚定钢棒螺栓涂适量的黄油,预先将螺栓旋入锚定钢棒,检查螺栓丝扣与锚定钢棒的丝纹,按照支座搭配的数量将其放置在箱梁内。需要注意的是每个锚定钢棒螺栓必须配螺栓垫圈。

3.1.2 现场架梁时桥墩台支座就位

架设箱梁时,箱梁落梁应先落在千斤顶上,再对支座下座板与支承垫石之间、锚固栓孔内进行压力注浆。

常规施工时,首先需将垫石表面混凝土凿毛,清除垫石表面、支座锚栓孔内的冰雪、雨水、石块及其他杂物。并检查支座锚定钢棒的连接螺栓、垫圈数量是否齐全,在连接螺栓内涂抹黄油。支座上各个部件纵横向必须对中。调整后的支座下座板十字线与墩台十字线的纵横向错动量以及同端两支座中心线横向距离的误差应满足质量标准。支座上下座板螺栓的螺帽应安装齐全,并涂上黄油,无松动现象。支座与梁底,支座与支承垫石应密贴,无缝隙。

落梁后应立即检查支座十字线和桥梁伸缩缝是否符合要求。梁体中心线与设计位置误差不得超过±2 mm。支座安装后,检查支座安装应符合表1的规定。

表1 支座安装允许偏差[2]

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、箱梁桥面高程是否符合规范要求。

3.1.3 正常工况灌注锚固砂浆

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,以防止中间缺浆。灌浆用模板采用钢模,在模板底面设1层4 mm厚橡胶防漏条。灌注的砂浆应严格按照M50灌注砂浆试验配合比拌和。采用注浆设备,灌注支座下部及锚栓孔处空隙,灌浆过程应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。按照要求做好砂浆试验的试块。灌浆材料强度达到后,拆除钢模板,检查是否有漏浆处,必要时对漏浆处进行补浆,拧紧上、下支座板连接螺栓,并拆除各支座的上、下支座连接板及螺栓,拆除临时支承千斤顶,安装支座钢围板。

3.2 低温条件下的支座锚固技术

一般情况下,自室外平均气温连续5 d低于+5 ℃的时间起,至次年最后一阶段室外日平均气温连续5 d低于+5 ℃的期间应按冬季施工规定执行。当昼夜平均气温低于+5 ℃或最低气温低于-3 ℃时,应采取冬施措施进行箱梁架设支座安装施工。在支座锚固过程中,通过对各个施工环节温度的控制以及锚固后所采取的一系列保温养护措施,使得锚固灌浆料的强度一般不超过2 h就可以达到架梁要求。

桥梁支座冬季锚固施工工艺流程如图3所示。

图3 支座锚固冬季施工工艺流程

3.2.1 锚固料的存放、转运

为了防止锚固料存放过程当中被外界环境污染,一般要存放在相对封闭、干燥的地方。低温季节,灌浆料应储存在有供暖设备的暖房里,灌浆料温度宜控制在20～30 ℃,用棚布覆盖防潮。

由于冬季雨雪天气较多,而且外界风大、气温很低,锚固料宜采用梁腹或厢型汽车运输。通常利用木板或防潮的塑料布支垫,然后利用棉被包裹,保持锚固料的正常温度,防止大风使灌浆料温度急剧下降。

3.2.2 工机具保温

为了避免锚固料浆体的热量在拌和及灌注过程中通过工机具迅速散失,要对拌和料桶、灌注漏斗及灌注导管进行包裹保温处理。

一般情况下,以上工机具可利用棉布包裹。由于锚固料搅拌时间相对较长,天气较冷的情况下,也可利用电热毯对拌和料桶进行包裹保温。浆体灌注前,要用热水对灌注漏斗及灌注导管进行冲洗,达到预热目的。

3.2.3 垫石、锚栓孔预热处理

落梁就位前,必须先将垫石表面及锚栓孔内的积雪、积水、冰块等杂物清除干净。采用保温罩罩住垫石表面,罩内四边各放置1盏500 W的碘钨灯,对垫石表面及锚栓孔进行预热处理。天气较冷的情况下,可在保温罩外面盖上棉被,确保灌浆时垫石表面及锚栓孔内的温度不低于5 ℃。

3.2.4 锚固料拌和

灌浆料在加水搅拌前,采用棉被包裹加热,灌浆料的温度控制10～30 ℃。根据锚固料的冬季使用要求,锚固料拌和前必须对搅拌用水进行加热处理。一般情况下,水温要控制在40～60 ℃,最高不应超过60 ℃。搅拌温度低于25 ℃时,搅拌时间应取常温搅拌时间的1.5倍,宜控制在3～5 min。灌浆料搅拌温度低于25 ℃时,入模温度不得低于10 ℃。灌浆料在加水搅拌成浆体后,应迅速完成灌浆,以减少浆体在灌注过程中的热量损失。灌注前,用30 ℃的水冲刷灌注塑料管。

3.2.5 保温养护及拆模养护

灌浆完毕后,可以通过加热灌浆料构件周围的空气,将热量传给灌浆料,或直接对灌浆料加热,使灌浆料处于正温条件下能正常硬化,在规定时间内达到要求强度。为了确保锚固层的环境温度,锚固结束后用棉被将锚固层进行包裹,并且利用电暖风进行加热养护,保证2 h内锚固强度不低于20 MPa。

当灌浆料达到终凝(即表面硬化发热)时,用温水进行覆盖养护,在整个养护过程中应保证养护水不被冻结和短缺。灌浆料强度达到20 MPa时,拆除钢模板,在灌浆料的表面涂刷2层混凝土养护剂,并在养护剂未干时粘贴1层塑料保鲜膜,然后用棉被覆盖保温,确保棉被内温度不低于5 ℃,直到试件的抗折强度达到10 MPa之后停止保温养护。

拆模后的灌浆部位应及时进行养护并覆盖保温材料,以防内外温差过大而产生温度裂缝。

3.2.6 施工机具配备

低温情况下支座锚固施工所用机具见表2。

表2 低温情况下支座锚固施工所用机具配置

4 质量及安全保证措施

4.1 质量保证措施

(1)工前检查。支座安装前技术人员应根据桥梁表检查现场安装所选支座类型,确保正确无误。

(2)施工中持续自检。对支座的平整度、四角高差、扭转等进行检查,发现超标的要及时调整,确保支座的质量合格；对支座的配件进行检查,确无遗漏；落梁就位前应对支座四角高差、扭转等再次进行检查,发现超标的及时调整到标准范围内；已架设的箱梁要不定期对支座进行检查,及时清理上面的污垢等,并及时补充遗失的配件；对变形较大的支座要分析原因,及时上报。

(3)低温期支座锚固质量保证措施

按照工艺要求做好各环节的保温措施。①气温低于0 ℃时,必需对支承垫石及支座进行预热。灌浆2 h前将螺栓置于螺栓孔中,然后在支座基础上覆盖电加热毯,并将保温被覆盖在上面或搭设保温棚,在棚内用碘钨灯照射加热。灌浆前10～30 min停止加热,并去除保温物,以使基础表面温度降低至30 ℃左右。除去保温物的时间视环境情况(温度,风速等)而定。②气温低于5 ℃,应对拌和水和灌浆料加热。施工前48 h,将灌浆料置放于室温不低于10 ℃的房间,以使料温与室温平衡。当气温低于15 ℃时,应对拌和水加热。③气温低于0 ℃以下时,应在灌浆结束后立即搭设保温棚,并对其加热,加热时间不少于2 h,然后自然冷却。保温期注水养护,初始水温高于60 ℃。拆除保温棚和模板后可在裸露部位涂刷养护剂。条件允许时,采用蒸汽养护效果更好。

确保锚固料存放和转运过程中保持干燥,防止受潮及变质；拌和时严格按照试验所确定的水料比进行锚固料的拌和作业,并控制好锚固料拌和用水的温度,避免由于水温过高导致灌浆料速凝产生堵管现象。

4.2 安全保证措施

作业人员施工前要将作业区的冰雪彻底清理干净,大雪后必须将灌浆料施工机具上的积雪清扫干净,锚栓孔内的积雪、积水、积冰必须处理干净,并按要求佩戴好安全防护用品,做好各项防滑措施。对于带电工具,要定期检查带电设备及工机具的完好程度,杜绝带病作业。电源开关、控制箱等设施要统一布置,加锁保护, 防止乱拉电线,设专人负责管理,防止漏电触电。

5 结语

国内目前高速铁路建设已全面启动,受国内复杂多变的地域环境和工期影响,箱梁架设在严寒地区、寒冷的冬季等恶劣施工工况不可避免,而箱梁支座锚固是其中重要的环节,关系到箱梁架设质量和进度。通过在哈大、京沪、西宝、兰新二线等高速及客运专线铁路冬施期间共架设900 t箱梁1 200余孔的施工实践证明,此工艺在严寒地区900 t箱梁支座锚固施工中切实可行、效果明显,对类似工程具有广泛的推广应用及借鉴参考价值。

[1]铁建设[2006]181号 铁路架桥机架梁暂行规程[S]．

[2]铁建设[2005]160号 客运专线铁路桥涵工程施工质量验收暂行标准．

[3]铁建设[2005]160号 铁路混凝土工程施工质量验收补充标准．

[4]科技基[2005]101号 客运专线桥梁盆式橡胶支座暂行技术条件[S]．

[5]科技基[2007]97号 客运专线桥梁盆式橡胶支座暂行技术条件补充规定[S].

[6]TB/T2331—2004 铁路桥梁盆式橡胶支座[S].

[7]TZ213—2005 客运专线铁路桥涵工程施工技术指南[S].