大跨度铁路V形刚构桥梁施工质量控制探讨

2011-11-27苏伟清

铁道建筑 2011年12期

苏伟清

(广州新客站工程建设指挥部，广东广州 511495)

1 工程概况

新广州站地处广州市番禺区钟村镇石壁村附近，站场设计28股道，15座旅客站台，采用站桥共柱形式，将地铁站、铁路桥梁和站房融为一体，车站主站房、轨道、站台及雨棚全部设置在桥梁上，站房桥承担铁路和站房双重荷载，属于新型的结构体系。站房桥桥梁由并排的14座桥梁组成，每座桥全长575.9 m，孔跨布置为3×32 m连续梁+3×32 m连续梁+(2×32+64+2×32)m V构连续梁 +3×32 m连续梁 +3×32 m连续梁。其中5轴～11轴V构连续梁孔跨布置为(2×32+64+2×32)m，5轴，11轴两端各悬臂 6.8 m，全长205.6 m，为变截面 V构连续梁，支座处梁高5.4 m，跨中梁高3.5 m，7轴和9轴为V构墩，其 V形结构斜腿和桥墩为矩形实体截面。V构连续梁分三种形式:正线双线V构连续梁、到发线双线V构连续梁、到发线单线并置V构连续梁。正线双线V构连续梁(E2，C1轴共2座桥)与到发线双线 V构连续梁外形一致，但为了高速通过的列车振动力不影响高架站房，让其受力分开，高架站房结构不与V构连续梁相连。本文以到发线双线 V构连续梁(简称V构连续梁)为例。

V构连续梁为鱼腹式三腹板槽型双箱梁结构，桥面宽13.1 m，支点梁高为5.4 m，跨中梁高为3.5 m，边支座中心线至梁端 6.8 m，顶板厚 0.5 m，底板厚0.5 m，中腹板厚1.5 m，边腹板厚1.2 m，支点横隔板宽度为2.0 m。V形结构斜腿及桥墩为实体截面(见图1和图2)。

图1 V构连续梁纵断面示意(单位:cm)

2 施工工艺

V构连续梁线形及受力复杂，每片V构连续梁线形分7个或8个施工段，包括垂直段、斜腿部分和主梁梁部分，且由于站桥一体的原因，各施工段差异很大。根据广州南站工程总体施工组织设计的安排，综合考虑各方因素，V构连续梁采用满堂支架现浇施工。

2.1 地基与基础

根据总体施工安排，地下室底板或地铁框架结构作为V构连续梁支架的基础，因V构连续梁自重很大，在施工图设计时已按地下室底板或地铁顶板承受V构连续梁的施工荷载，但地铁框架未考虑承受V构连续梁的施工荷载，因此，地铁框架的施工支架在V构连续梁完成后才可拆除。另外，对于地下室与地铁框架之间的7轴和9轴承台基坑范围，回填时应作加固处理，使地基承载力满足V构连续梁施工荷载的要求。

图2 V构连续梁横断面(单位:cm)

2.2 碗扣支架布置

V构连续梁现浇支架体系采用 φ48 mm壁厚3.5 mm钢管碗扣式满堂布置，搭设在地铁顶板或已完成的地下室底板上，立杆间距为0.6 m×0.6 m，个别实体梁段适当加密为0.3 m×0.6 m，步距为1.2 m，剪刀撑按规范要求纵横向每3 m加固一道(见图3和图4)。

图3 V构连续梁斜腿满堂支架立面图(一)(单位:mm)

图4 V构连续梁满堂支架立面图(二)(单位:mm)

2.3 斜腿临时拉索

斜腿上部梁体双线梁段混凝土为1 144.5 m3，单线梁段混凝土为786.5 m3，均要在已完成的斜腿上搭设支架，其施工荷载要通过支架传递到斜腿上，会产生较大水平力，仅靠在满堂支架上固结水平撑杆、斜杆撑不能确保斜腿的变形和位移。因此在施工斜腿上部梁体时，单线梁在斜腿上部施加3根临时预应力索，双线梁在斜腿上部施加8根临时预应力索，使其与满堂支架固结的水平撑杆、斜杆撑共同承受上部梁体施工荷载所产生的水平力，增加斜腿承受水平力的能力，以防止斜腿变形开裂。临时预应力索采用12-φ15.24 mm，在浇筑斜腿混凝土前预埋临时预应力索管道及预埋钢板，当混凝土强度达到90%后张拉预应力，每根索张拉力为1 200 kN(见图5)。

图5 斜腿临时拉索设计(单位:mm)

支架搭设完成后，根据V构所处区域的地基处理方式和V构自身结构形式，选择具有代表性和指导性的施工段进行压载试验，采用C15混凝土预制块堆载法，预压观测点采用在支架顶部工字钢焊钢筋和支架底部混凝土面上打膨胀钉埋钢板的方式进行预压，预压按照加压荷载的 0，10%，40%，70%，100%，120%分级进行，加载完成后 12 h，24 h，36 h，48 h 读数，直至最后的平均沉降值＜3 mm，并满足24 h以上时方可逐级卸载，最后再测量一次卸载后读数。测出加载前、加载后和卸载后的测量比较值，得出弹性变形值和支架预拱值，以确定基础是否需加固。

2.4 模板体系

由于V构连续梁梁体庞大、结构复杂，要求一次浇筑形成，且要达到清水混凝土效果，则对模板的设计、加工制作要求比较严格，通过有限元模型对箱梁模板体系进行受力分析，底模和侧模采用8 mm厚板肋式定型大钢模，端模和内模采用木模板，同时使用ABS塑料条，用107胶水或双面海绵胶粘贴在模板上的办法解决梁底板表面设置装饰槽，在两块直线梁段定型钢模之间采用特制钢模进行曲线渐变过渡的办法，满足部分曲线梁模板的需要。

模板安装采用吊车与塔吊相结合的方式，按照底模安装—外侧模安装—端模安装—内模安装—内侧模安装的顺序进行安装，要求相互连接面要对齐，连接缝间隙应用灰膏类填缝或贴胶带密封，安装完成后应涂刷三旗牌BT－20模板漆脱模剂，最后对模板进行测量复核，确保其平面位置和高程符合设计要求。

2.5 钢筋、预应力束及预埋件安装

2.5.1 钢筋安装

底模安装调试完成后，在底模上放出梁体所有腹板和横隔梁的中线和边线，经检查合格后，方可开始安装底板钢筋。钢筋安装按底板—横隔梁—腹板—顶板的顺序进行。在拼装钢筋骨架时，应严格控制骨架位置，施焊顺序由中间到两边，对称地向两端进行，并先焊下部后焊上部，每条焊缝一次成形，相邻的焊缝要分区对称进行跳焊。钢筋混凝土保护层控制采用厚4.5 cm的C50高性能混凝土垫块，呈梅花形布置，每平方米数量≥4个，确保混凝土保护层厚度满足设计要求。

2.5.2 波纹管及锚具安装

波纹管孔道的安装时间要与钢筋绑扎保持同步，自下而上逐层逐步安装。波纹管采用U形卡予以固定，定位卡间距为直线段1.0 m，曲线段0.5 m，并保证管道位置准确、线形顺直、管道畅通。端部的锚垫板与波纹管中心应垂直，管端接头应严密，其长度为被接管道内径的5倍。

穿束前应全面检查锚垫板和孔道。锚垫板位置应准确，孔道内应畅通，无水分和杂物，检查制好的钢绞线束绑扎是否牢固，端头有无弯折现象。钢丝束按长度和孔位编号，穿束时应核对长度，对号穿入孔道，穿束一般采用人工直接穿束，较长的预应力筋可借助一根φ5 mm的长钢丝作为引线，用卷扬机进行穿束，预留孔按设计规范要求，并需预留排气、排水和灌浆孔。

2.5.3 预埋件安装

预埋件应位置准确，预埋钢筋应绑扎牢固;对预埋件外露部分应进行防腐处理后方可预埋，预埋后在外露部分补涂一层面漆;混凝土浇筑前各种预埋、预留构件必须得到相关专业的现场确认。

2.6 梁体混凝土施工

2.6.1 优化梁体混凝土配合比

梁体采用C50高性能混凝土，混凝土要具有良好泵送性和缓凝性，结合当地原材料供应情况，经过多次对比试验，优选出了满足设计强度要求的配合比。理论配合比为水泥∶细骨料∶粗骨料∶水∶粉煤灰∶矿粉∶外加剂 =1∶2.03∶3.18∶0.44∶0.23∶0.20∶0.015 7。其中，水泥为P.O42.5普通硅酸盐水泥，细骨料中砂细度模数2.6～3.0，粗骨料为 5～20 mm，粉煤灰为一级，外加剂为聚羧酸。坍落度要求(210±10)mm;初凝时间为8～10 h。

2.6.2 混凝土浇筑顺序

V构连续梁混凝土浇筑用2台混凝土泵车左右对称布料，另安排1台备用。纵向浇筑顺序为从横隔梁附近位置开始向另一方向浇筑，保证每个作业面混凝土不超过初凝时间，同时保证内模底板不得翻浆。横向浇筑顺序(如图6所示):①自中腹板下料至底部倒角平为止，再向前浇筑;②自两侧腹板下料至边腹板底部倒角平为止，再向前浇筑;③中腹板分层浇筑至顶板下倒角底部平为止，再向前浇筑;④边腹板分层浇筑至顶板下倒角底部平为止，再向前浇筑;⑤顶板自中间向两边逐渐浇筑至顶板上倒角底部平为止，再向前浇筑;⑥中腹板分层浇筑至结束;⑦边腹板分层浇筑至结束。

图6 混凝土浇筑顺序横断面示意(单位:mm)

2.6.3 混凝土温控措施

在梁体每个施工段3个断面即距梁端2 m，L/4，L/2处共设15个测温点，每个断面设置5个测温点，具体设置位置为:① 距离顶板、边腹板及底板外表面50～100 mm各1点共3点，测试混凝土表面温度;②中腹板、边腹板与顶板斜交处(截面最大处)各1点共设2点，预埋热敏电阻感应片，测试混凝土芯部温度。

2.6.4 混凝土养护

混凝土养护从最早浇筑混凝土初凝后即开始进行洒水养护，在箱梁顶板上覆盖土工布，并使土工布保持潮湿，模板未拆除前向模板表面洒水降温，箱梁外侧用安装在两侧的喷头进行洒水养护，使内模板、混凝土表面在14 d内保持湿润状态，对箱室内进行洒水、通风、降温，消除因内外温差引起的梁体混凝土表面裂缝。

2.7 预应力施工

2.7.1 钢绞线安装

V构连续梁预应力筋主要分布在腹板以及腹板与底板交汇处梁体，大部分沿曲线设置。施工中P锚及全联通长索采取“先穿法”(即在混凝土浇筑前将预应力钢绞线穿入波纹管)，其余预应力索采取“后穿法”(即在混凝土浇筑前先穿内衬管，混凝土浇筑后再将预应力钢绞线穿入波纹管)。

2.7.2 预应力张拉

1)管道摩阻试验。在预应力张拉之前应进行管道摩阻试验并与设计所采用的参数进行对照，如出入比较大，应提请设计方进行进一步的检核，必要时需调整张拉力。

2)预应力张拉顺序。在梁体混凝土强度及弹性模量达到设计强度的100%，且梁体混凝土龄期＞7 d后，便可以进行张拉;张拉采用4台YCW 250型千斤顶从两端同步对称张拉，最大不平衡束不超过一束。张拉顺序为先腹板束后顶板束，从外到内左右对称进行，同一施工节段预应力按纵向—横向顺序进行。

3)孔道压浆及封锚。当预应力钢绞线张拉完成后48 h以内进行孔道压浆，以防止预应力筋锈蚀和松弛，预应力管道压浆采用真空辅助压浆工艺，同一管道压浆应连续进行，一次完成。对孔道阻塞或孔道灌浆密实情况有怀疑时，可局部凿开或钻孔检查。

2.8 合龙段锁定施工

拆除合龙段外其余各段的支架，在合龙口两端混凝土中预埋型钢件，在跨中加一对大小相等(P=6 000 kN)，方向相反的预应力，安装刚撑架，搭设合龙段临时支架，浇筑合龙段混凝土。

3 施工质量控制要点

3.1 支架的选用关键

选用碗扣式满堂支架，充分利用了碗扣式支架灵活拼装支架高度和分布传递荷载的优点，一是有效地解决了鱼腹式双曲面连续箱梁梁底高程和支架基础(跨越广州地铁2#，7#线地铁结构顶板)承载力为均布荷载的要求;二是通过预压后得出的弹性、塑性变形值，确定出支架的预留沉降量，从而准确地保证了桥梁截面尺寸与设计吻合。

3.2 模板的应用关键

合理安排混凝土浇筑顺序和在内模底倒角处延伸0.6 m，底板及内模设置I14工字钢纵梁加钢筋拉杆装置，可有效地控制内翻混凝土和防止芯模上浮。模板连接缝间距＞2 mm时应用灰膏类填缝或贴胶带密封。

3.3 各类埋件控制关键

新广州站桥梁附属工程主要有桥面布置、防排水布置、综合接地、接触网立柱预埋、伸缩装置、防落梁措施等，对于桥梁结构，重点盯控控制截面，细化到各个节段的施工中，如要重点盯控抗剪钢筋的布置。使用的塑料波纹管必需符合《预应力混凝土桥梁用塑料波纹管》(JT/529—2004)所规定的材质、壁厚、肋间距、刚度、柔韧性、耐温度等各项指标;要求对波纹管道固定牢固，位置准确。

3.4 混凝土施工控制关键

3.4.1 混凝土施工

浇筑前，要将模板内的杂物、积水及钢筋上的污垢清理干净，模板内面要刷脱模剂，模板接缝要堵塞严密;混凝土配比设计时，尽量减少水泥用量，掺加矿粉和粉煤灰降低水化热;在混凝土搅拌时，在粗骨料中添加冰快降低混凝土入模温度;混凝土运输过程中，采取措施保证混凝土和易性和规定的坍落度，且选在每天最低温度(在15℃ ～20℃)时进行混凝土搅拌、浇筑。

3.4.2 混凝土养护

利用风机对箱室内吹风和浇筑后利用预先布置冷却水管及时通水散发热量等措施对梁体进行养护，并将温差控制上限为25℃，且养护时间≥14 d。

3.5 锚具安装关键

预应力采用ATM锚固体系，其中固定端P型锚为挤压式，连接器为整体式多孔连接器。对于使用P型锚和连接器的预应力体系，挤压头加工质量非常重要，每挤压完一个要清理挤压模内孔，不得有钢丝碎块存留，同时，必须检查挤压质量，钢绞线应露出挤压头1～5 mm。

3.6 预应力施工关键

3.6.1 预应力张拉

V构连续梁预应力按设计分阶段进行张拉，张拉龄期按设计要求的混凝土强度指标和弹性模量指标双控，在两个指标均满足要求且梁体混凝土龄期＞7 d后，才可进行预应力张拉。预应力束张拉时，实行伸长量和张拉力双控，以张拉力为主、伸长量校核为辅的原则，两端对称、同步张拉，要求实测伸长量与设计伸长量误差在±6%以内，即为合格。

3.6.2 预应力管道压浆

孔道压浆是预应力施工的最后工序，压浆质量很难检查，因此，预应力张拉完毕，应及时对预应力管道压浆。主要从压浆材料、工艺等方面在施工过程中进行有效的控制，压浆作业时尽可能选择在气温较低的时段进行，水泥浆搅拌及压浆时温度应＜35℃，其浆体采用与梁体同标号、同牌号的水泥，水灰比为0.29～0.35;浆体在拌和3 h后，其泌水率应＜2%，且泌水应在24 h内被浆体完全吸收;稠度控制在13～18 s，在45 min内，灰浆的稠度变化≤2 s;初凝时间≥3 h，终凝时间＞17 h;膨胀率＜5%;密度≥2 g/cm3;标准养护条件下，7 d龄期的强度≥40 MPa，28 d龄期的强度≥50 MPa。