沙特麦麦高铁跨既有高速公路现浇箱梁施工技术

2018-11-22茹孜卡热吐尔逊

建筑机械 2018年10期

茹孜卡热吐尔逊

（中铁十八局集团国际公司，天津 300222）

1 工程概况

麦麦高铁是沙特政府投资修建的国内第1条设计最高时速360km的铁路客运专线，连接圣城麦加和麦地那，全长450.28km。中铁十八局集团公司承担K2-K183里程范围内的大部分铁路桥、公路桥、骆驼通道、地下通道、涵洞等结构物的施工，总投资金额约17.6亿元。

本工程现浇简支梁位于沙特麦麦高铁K94+263处，公路桥STA.0+740.23～STA.0+964.43（1号台～4号墩）段，计算跨度为55m。桥墩基础采用钻孔桩基础，墩（台）高分别为11.0m、13.8m、13.5m、14.5m。桥台采用双线一字型桥台，桥墩采用双线流线型圆端实体墩，简支梁为箱梁，2-3号梁尽空高7m，其余6m，宽8.05m。

箱梁全长224.2m，计算跨度55m，截面中心处高度7m，线路中心线及底座板范围梁高度2.5m。桥面防护墙内侧净宽14.5m，桥面板宽15.35m，桥梁建筑总宽31.15m，横桥向支座中心距为4.1m，六面坡（三列排水），详见图1和图2。

梁体为单箱单室等高度简支箱梁，梁端顶板、底板及腹板局部向内侧加厚结构。箱梁顶宽15.35m，底宽8.05m。梁顶板厚度28cm，梁端处加厚，按直线变化，厚度为28～61cm；底板厚度25cm，梁端处加厚，按直线变化，厚度为25～70cm；腹板厚60cm，梁端处加厚，按直线变化，厚度为60～105cm。

梁体混凝土强度等级为C50，防护墙、遮板及电缆槽竖墙混凝土强度等级为C40，封锚采用强度等级为C50干硬性补偿收缩混凝土。

2 施工方法及技术措施

2.1 施工工艺流程

现浇箱梁施工工艺流程见图3。

2.2 地基处理

该合同段施工的现浇箱梁所处的环境较为复杂，为保证箱梁的施工质量，针对不同地基情况制定不同的施工处理措施，在满足施工要求的前提下做到经济合理。基础处理工程从每联箱梁墩柱施工完成后进行，处理工作连续、一次性完成[1]。

2.2.1 原状土地面处

该处土体以地面为准换填不少于30cm厚的石渣。石渣铺设完成后采用振动压路机压实，碾压过程不得少于4～6遍，然后上摊铺一层细料嵌缝料，经过处理后的地面应平整、密实。最后做一层20cm厚的C50混凝土垫层，以利用箱梁支撑架施工。同时在固化层向外1m挖排水沟，做好地表排水，防止长时间浸泡地基造成翻浆冒泥。

2.2.2 承台基坑开挖处

承台基坑开挖深度较大的，在承台四周用石渣回填并进行压实，回填至原地面，首先平整施工场地，采用压路机碾压密实，再铺设30cm厚石渣，用重型压路机碾压密实。同时在固化层向外1m挖排水沟，顶面浇注20cm厚C50素混凝土。为保证结构施工安全，在基础处理过程中严格控制墩柱附近石渣的碾压质量[2]。

2.2.3 泥浆坑开挖处

用挖掘机对箱梁下方箱梁宽度范围内泥浆坑、松软地段全部挖除，采用分层回填石渣，每层为30cm，用22t振动压路机碾压4～6遍，碾压密实，表面平整无轮迹，局部有反弹地段重新换填处理。为了保证地基的稳定，回填至原地面，支架施工范围内做排水横坡，坡度控制在0.5%，以减小下雨时雨水对地基的冲刷及浸泡。同时支架两侧（地基两侧）开设纵向排水沟，避免雨水对地基的浸泡。排水沟内缘距离地基边缘大于1.0m，以保证主梁施工过程中支架的刚度及稳定性，地基碾压后在表面浇注20cm厚C50混凝土垫层[1]。

图1 K94+263公路桥纵断面图

图2 箱梁剖面图

2.3 支座安装

盆式支座在安装前，检查产品合格证书中有关技术性能指标，如不符合设计要求，不得使用。安装时须严格按设计要求布置，不得发生差错。

支座垫石的混凝土强度符合设计要求，顶面要求标高准确、表面平整，水平面尽量处于同一平面内。支座四角高差不得超过2mm，以免支座发生偏歪、不均匀受力的现象。

盆式支座的底板与墩柱预埋螺栓按设计图纸进行固定，支座顶板用螺栓与4cm厚钢板固定，钢板上按照设计焊上U形钢筋，钢板外露部分涂上防锈漆。

2.4 支架的选取

回填处理地段的地基虽被处理好，但整体上稳定时间短，不宜承受较大跨径支架（如型钢支架）所产生的集中力，而满堂式碗扣支架则可以很好地将荷载分散开。碗扣支架具有单个杆件轻、由人工操作、极少使用起重机、拆卸轻便、快捷、周转灵活、承载力高等优点，所以决定采用碗扣式支架作为连续箱梁施工的支撑。立杆纵向间距为60cm、90cm，按梁体结构布置[2]。

2.4.1 支架材料

外观质量要求：钢管无裂纹、凹陷、锈蚀，不得采用接长钢管；铸造件表面光整，不得有砂眼、缩孔、裂纹、浇冒口残余等缺陷，表面粘砂清除干净；冲压件不得有毛刺、裂纹、氧化皮等缺陷；各焊缝饱满，焊渣清除干净，不得有未焊透、夹砂、咬肉、裂纹等缺陷；构配件防锈漆涂层均匀、牢固；主要构、配件上的生产厂标识清晰。

图3 现浇箱梁施工工艺流程

2.4.2 支架设计

本工程所有现浇桥支架均采用Ф48mm×3.5mm碗扣式钢管满堂支架。支架从上至下依次采用竹胶板（厚1.5m）＋横向方木（10cm×10cm）＋纵向方木（10cm×10cm）＋碗扣支架。跨中处横向方木间距为0.25m，在端、中横梁处和桥下净空突然增大处前后3～5m范围内横向方木间距为0.2m，纵向方木间距同立杆间距；跨中区支架纵、横向布设间距为90cm×60cm；端、中横梁区支架纵、横向60cm×60cm；翼板区支架纵、横向90cm×60cm设计；竖向步距采用120cm。

特殊段支架搭设：主要包括位于曲线上的匝道桥，带有纵、横坡，梁净高也较高等因素，支架的整体稳定性较差；支架搭设时需要加强，具体采用支架曲线半径内侧梁底范围外增加2排支架，支架横向间距为60cm，纵向同梁底立杆间距；并依据现场实际情况竖向步距从90cm调整至60cm，支架顶部自由端长度较大时，增加1道水平杆连接，确保顶部自由端长度不超过40cm。除了匝道范围内，路基填、挖方段边坡处支架也同样进行支架加密，将纵横向间距均调整至60cm×60cm，竖向步距采用120cm[3]。

2.4.3 支架搭设

碗扣架的搭设顺序是：做好搭设的准备工作→按支撑施工图放线→按立杆间距排放底座→放置扫地杆（扫地杆距砼面高度不大于35cm）→逐根拉立杆并随即与扫地杆扣牢→安装第一步纵向水平杆（与各立杆插牢）→安装第一步横向水平杆→第二步纵向水平杆→第二步横向水平杆→第三、四步纵、横向水平杆→接立杆→加设剪刀撑。

2.5 人行斜梯的构造及搭设

（1）梯架附着外脚手架设置。总高根据支架高度而定，当支架高度小于6m时采用一字形斜道，大于6m时采用之字形斜道；人行斜道宽度不小于1m，坡度不大于1∶3；拐弯处设置平台，其宽度不小于斜道宽度。

（2）斜道两侧及平台外围和端部均设置栏杆及挡脚板。栏杆高度不小于1.2m，挡脚板高度不小于18cm。

（3）人行斜道的脚手板上每隔25～30cm设置1根防滑木条，木条厚度为2～3cm。

2.6 跨高速公路门洞搭设

主线桥上跨某高速公路，按照实测高速路面标高与现浇箱梁底板底标高之间的关系，确保门洞净空5.0m，净宽8.5m，综合考虑后确定采用宽1.0×高0.6m条形基础、406螺旋钢管间距为2m、双拼40a工字钢横梁、50a工字钢纵梁间距为30cm和60cm搭设，两孔门洞之间以及螺旋钢管之间均增设纵梁联系，形成整体结构。搭设时从下向上逐一进行，每种构件搭设完成后必须进行验收，符合要求后才能向上搭设。

2.7 支架预压

支撑系统在底模铺设完成后，采用沙袋模拟箱梁结构荷载对支架进行预压，预压荷载不小于单位面积全部荷载（包括浇筑混凝土、振捣混凝土等产生的恒、动荷载）的1.1倍，以确定支架安全性，消除支撑系统非弹性变形，并确定施工预拱度值。

支架预压施工流程：支架验收→标高测量→砂袋就位→加载60%→沉降变形观测→加载80%→沉降变形观测→加载100%→沉降变形观测→表面覆盖→卸载→标高调整。

考虑梁体自重、地面下沉及支架的弹性和非弹性变形等因素影响，按设计要求对支架进行预压。箱梁模板安装完毕，以箱梁各类荷载相等的沙袋对支架及基础进行预压，支架变形及地基压缩量主要考虑以下因素

式中： ζ1——箱梁自重产生的弹性变形；

ζ2——支架弹性压缩量；

ζ3——支架与方木，方木与模板，支架与垫木之间的非弹性压缩量；

ζ4——支架基础地基的弹性压缩量；

ζ5——支架基础地基的非弹性压缩量。

通过预压施工，可以消除ζ3，ζ5的影响，在底模安装时，其预拱度的设置Δ=ζ1＋ζ2＋ζ4，在模板顶面高程控制时加入预拱度数值，Δ值在施工中实测取得。预拱度由跨中向两端逐渐减少。

2.8 预应力筋张拉

2.8.1 张拉准备工作

（1）张拉前对千斤顶及配套油泵、油表选择有资质单位进行标定。根据校验张拉力与压力表度数之间的关系曲线或回归方程计算出控制张拉吨位时的压力表度数。

（2）根据钢绞线实测的面积、弹性模量和施工图设计文件中钢束的曲线要素逐级计算出钢绞线的理论伸长量。

（3）检查梁体混凝土强度，根据施工图设计文件规定，梁体混凝土强度必须达到设计强度的90%且弹性模量不低于混凝土28d弹性模量的80%。

（4）检查油泵储油量，必要时进行加注，油泵、千斤顶、压力表根据校验配套情况对号入座。

（5）确定张拉操作人员，预应力张拉操作人员均须经过培训，并有相当长时间操作经验的技术能手实施。

（6）在张拉工作端及附近做好安全工作，严禁与张拉无关的人员进入张拉施工区域。

2.8.2 预应力张拉的实施

（1）施加预应力采用“双控法”（张拉力与伸长量双控制）、“双称法”（同排横向对称、同束纵向对称），每次张拉须有完整的原始张拉记录，且在监理工程师全过程旁站下进行。

（2）预应力钢绞线张由φs15.2钢绞线分级进行张拉：0→20%σk（测延伸量）→40%σk（测延伸量）→100%σk（测延伸量并核对）→（持荷5min，以消除夹片锚固回缩时的预应力损失）→锚固（观测回缩）。按照图纸要求顺序进行张拉。

（3）预应力张拉步骤。

① 锚具定位：清洁锚垫板，梳理张拉端钢束，将工作锚具及工作夹片安装就位后用钢管适当用力定紧，使工作夹片后端平齐。

② 安装千斤顶：先将限位板装在锚具后端，利用三角架和手拉葫芦将千斤顶安装在限位板后端，安装工具锚和工具夹片，调整千斤顶的位置及方向，使限位板与锚具紧贴，并在后端用钢管适当用力使工具夹片平齐。

③ 张拉：张拉时由专人负责指挥，保证两端同步张拉（部分匝道桥采用单端张拉除外），每端配备3名操作人员（1名控制油泵、1名测量伸长量、1名记录），张拉现场配备对讲机。专人检查张拉各项准备工作就绪后，在指挥人员的统一指挥下，两端同时缓缓开始张拉，待油压表上读数显示在初力值时停止张拉，分别测量出此时各自千斤顶的伸长量读数L1并记录；指挥员继续下令两端同时继续张拉，待油压表读数显示在2倍初力值时停止张拉，分别测量出此时各自的伸长量读数L2并记录；指挥员继续下令两端同时继续张拉，此后张拉须缓慢同步进行，待两端压力表上显示出控制张拉力对的读数时，保持油压，读数定格，分别测量出此时各自的伸长量读数L3并记录，两端同时持荷5min后回油。两端的记录人员分别将各自测得的伸长量数据交给指挥员，计算出钢束总伸长量。

④ 实测总伸长量与理论计算伸长值比较。如果-6%≤[（ΔL-L）/L]≤+6%，则该束预应力张拉伸长量符合设计要求，否则必须查明原因，并予以解决。如果在张拉过程中出现断丝、滑丝现象，必须重新张拉。式中L——理论伸长量；ΔL——为实际伸长量。

2.9 自密实混凝土

由于本桥钢筋布置较密，采用普通混凝土振捣困难，故施工时采用自密实混凝土。随着混凝土工程向大体积、大跨度、复杂化方向发展，结构物内配筋越来越致密，造成施工难度较大，而高流态自密实混凝土恰好解决了这一问题。

麦麦高铁设计图纸上，所有的混凝土强度都是采用圆柱体抗压强度，圆柱体试模的规格为150mm×300mm，本配合比要求的强度等级为C50。根据沙特M.O.C.Circular 855/409 条款要求，本配合比采用体积法进行设计，每个混凝土配合比需要递交5个不同的水灰比，最终监理根据试验结果，选择最佳的水灰比进行施工（见表1）。

表1 高流态自密实混凝土设计配合比参数

3 混凝土浇筑措施

因混凝土浇筑时混凝土方量大，大气温度高（可达到40°），为保证混凝土浇筑质量，在高度方向采用分层浇注。第一次浇到底板上倒角处，这样可减少一次性浇筑的混凝土方量。同时在混凝土梁端部处，最大宽度达55m。在横向浇筑时，如果从一侧向另一侧浇筑，或从两侧向中间浇筑，已浇筑混凝土会有较大收缩，从而带来混凝土的开裂。为保证混凝土质量，浇筑时采用横向分段的方法，留2～3个纵向后浇带。在其余部分混凝土浇筑完成后，再浇筑后浇带混凝土，避免混凝土收缩量过大，从而产生裂缝。

3.1 预应力筋管道压浆

预应力箱梁张拉完成后，必须在24h内进行孔道注浆。根据施工图设计文件要求，为保证预应力混凝土箱梁孔道注浆密实，采用真空辅助注浆技术。

（1）真空辅助压浆的原理。

压浆前，先用真空泵抽吸预应力孔道中的空气，使孔道的真空度达到负压0.06～0.1MPa，然后在孔道另一端用压浆泵以一定的压力将搅拌好的水泥灰浆压入预应力孔道并产生一定的压力。由于孔道内只有极少数空气，浆体中很难形成气泡，同时由于孔道内与压浆泵之间的正负压力差，大大提高了孔道内浆体的饱满度和密实度。

（2）真空辅助压浆的主要设备包括：灰浆搅拌机、压浆泵、高压管、真空压浆组件、各种接头阀门、拌浆筒等。

3.2 封端、封人孔

孔道压浆完成后将箱梁两端部被污染的水泥浆冲洗干净，清除锚垫板、锚具及箱梁上的污垢，并将箱梁端部凿毛处理，理顺调直箱梁端部的预埋钢筋，并按设计图纸要求进行封锚、封端钢筋网布设。经验收合格后立模，浇筑与箱梁同标号混凝土。

箱梁顶板人孔，在箱室内预应力筋张拉、压浆、封锚、封端完成，并清理干净室内建筑垃圾后进行封闭。采用吊模施工，在箱室内用方木做加强肋制作人孔底模板，底模每边大于孔边10～20cm，用大号铁线绑住方木、穿过底模板；对人孔周边混凝土进行凿毛处理，清理预留钢筋，以焊接方式连接钢筋，焊接符合规范要求；在梁面架方木横于孔顶，将底模吊起后把底模上的铁线与孔顶方木绑牢，完成模板安装；用与顶板同标号混凝土浇筑封孔，再覆盖土工布并浇水养护。