高速铁路双线箱梁徐变上拱的监控与分析

张艳

摘要：高速铁路无砟轨道技术要求下部结构具有较高的平顺性，对于预应力产生的徐变上拱的控制就成了无砟轨道预应力混凝土箱梁设计和施工的关键。结合西成铁路客运专线和京沪高速铁路的施工，通过对预应力混凝土箱梁徐变上拱的控制和分析研究，得出无砟轨道预应力混凝土箱梁的设计和施工有意义。

关键词：高速铁路;箱梁;徐变上拱;混凝土

中图分类号：U445.469

文献标识码：A

DOI： 10.15913/j.cnki.kjycx.2019.09.009

1 概述

在高速铁路无砟轨道技术应用中，存在两个急需攻克的技术难点：轨道结构、桥梁结构及基础[1]。双线简支梁结构与其他的桥梁结构相比有较多的优点，比如抗扭刚度大、噪声小及建成后的桥梁养护工作量小，所以在高速铁路建设中广泛地选择简支梁结构[2]。桥梁结构在外部荷载作用下产生的变形会对轨道结构的受力、平顺性和行车安全性产生直接的影响[3]。对于铺设无砟轨道的预应力混凝土箱梁，桥面没有道渣来调整徐变上拱的影响，势必会影响高速铁路的行车舒适与安全性，因此对预应力混凝土简支箱梁徐变上拱的研究和控制具有重要的意义。

2 梁体徐变上拱的影响因素

混凝土箱梁徐变上拱的影响因素分为设计影响因素和施工影响因素。

2.1 箱梁设计影响因素

在全预应力梁体中，存在一种理想状态的结构，即梁体一直处于均匀受压状态，为了使梁体处于该种状态，要尽量地使恒载产生的弯矩接近于预应力产生的弯矩，此时，梁体的偏心弯矩平衡恒载，轴向力平衡活载。当梁体偏心受压时，梁体一定会产生上拱或下挠，此时，梁体应力直接关系着由长期受压产生的徐变上拱值，因此，梁体正常使用状态下截面上下缘的应力差和高跨比对梁体因长期受压而产生的徐变上拱起着重要的作用。

2.2 箱梁施工影响因素

2.2.1 水灰比和水泥用量

在施工过程中，混凝土的徐变主要由水泥浆的徐变决定[4]，水灰比和水泥用量决定了水泥浆的徐变，两个影响因素中，当其中一值相同时，徐变上拱和剩余一值呈正相关变化。

2.2.2 骨料的力学性能

骨料对水泥浆徐变的约束作用随骨料的弹性模量和体积含量的增加而增大，因此，在施工时选用高弹性模量岩石（石灰石碎石）和良好的级配可以很好地控制梁体的徐变上拱。徐变上拱量的大小也受梁体的弹性模量影响，梁体的弹性模量越高则徐变上拱量越小。

3 箱梁徐变上拱的监控

梁体徐变拱度的大小与梁体自重产生的拱度、预应力引起的拱度、二期恒载的拱度以及在梁体上施加荷载的时间密切相关。除此之外，施工的温度、湿度以及后期养护对其都有一定的影响。由于其影响因素较多且难以控制，导致尽管是同一次设计的梁体由收缩徐变产生的上拱也不相同，因此，对预应力混凝土的收缩徐变控制比较困难。

对梁体徐变观测时，铺设无砟轨道的关键时间节点和关键工序是重要依据。所以，在实际施工中要保证观测数据的真实性和可靠性，必须加强该控制过程。为了很好地监控梁体的徐变，在施工中编制了梁体变形观测作业指导书来保证测量数据的可靠性和真实性。

3.1 设计参数

梁体理论计算值如表1所示。

梁体徐变上拱度小于等于±∥3 000 mm。为了使梁体恒载产生的弯矩与预应力产生的弯矩接近。通过理论计算可得梁体跨中的反拱量是17.84 mm，施工时在梁体中预设18 mm的反拱量。

3.2 测量点位布置

每孔梁在梁体两侧支点及跨中位置布置6个观测标。观测标用顶部磨圓且刻有十字线的直径为20 mm的不锈钢制成。埋置梁体深度150 mm，高出埋设表面3 mm，且对钢体做好防锈蚀处理，其布置如图1所示。

3.3 观测实施办法

在梁场批量生产的混凝土箱梁中，在30孔梁体中随机抽取1孔设置观测标，当某孔被观测的梁体实测值大于设计值时，此时其前后的梁体按上观测标逐孔进行观测，观测其梁体的上拱量是否合乎设计规范。徐变观测水准路线如图2所示。

此种观测标观测精度为土l mm，读取数至0.01 mm。对梁体的徐变观测量的频次为：预应力终张拉前后各进行1次，其后的Sd每隔ld观测1次，此后每7d观测1次。

4 测量数据分析 根据《高速铁路线下工程沉降变形观测及评估实施细则》的要求，我们对575孔预应力箱梁中随机抽取的23孔进行了上述观测，其中10孔箱梁观测跨中数据如表2所示。

将表2中的数据绘制成弹性模量与徐变量的关系和终张拉龄期与徐变量的关系如图3、4所示。由图可知，箱梁跨中的拱度在预应力作用后的一段时间内发展较快，随着时间推移逐渐趋于平缓，且弹性模量与徐变上拱量成反比。实测结果表明，施工时预设的18 mm反拱量符合设计要求，箱梁徐变控制较好。

5 箱梁徐变上拱的控制措施

在实际施工中由于梁体收缩徐变的影响因素较多，为了保证上拱量能够较好的被控制在10 mm内，采用以下措施控制箱梁徐变上拱量：①混凝土徐变大小的决定性因素是混凝土的弹性模量，弹性模量越高则徐变量越小。在施工过程中应优化混凝土配合比设计。②在施工过程中应确保混凝土振捣密实，尤其是预应力集中区域应特别注意。所以，在施工过程中应加强对该区域的振捣。在施工中可选用附着式振动器或者插入式振捣棒。③由徐变线性理论可知，施加预应力时梁体的弹性上拱量决定了徐变上拱，因此，应严格按照设计规范进行张拉。在张拉之前还应该检测混凝土的弹性模量。在对梁体进行张拉时应严格控制梁体的徐变上拱量，使其满足要求。④梁体完成张拉后，在规定的48 h内对预留孔进行压浆，且严格控制压浆过程，保证压浆密实。⑤应延长混凝土的加载龄期。加载龄期分为预应力施加时龄期和桥面附属工程、无砟轨道基础混凝土浇筑龄期。⑥加强监控。可布置更紧密的观测标，采用更精确的沉降仪器达到严禁监控的目的。

6 结语

本文通过对西成铁路客运专线和京沪高速铁路的施工，结合现场对预应力箱梁徐变拱度的观测，总结出徐变上拱量的影响因素和箱梁徐变上拱的控制措施。通过对梁场预制箱梁的徐变上拱观测，改进施工工艺，规范施工方法，使梁体上拱值满足设计要求，保证无砟轨道的施工质量和高速列车运行的安全。

参考文献：

[1]熊伟.预应力混凝土连续箱梁施工质量控制要点分析[J].广东建材，2011，27（5）：129-135.

[2]宋津喜.武广客运专线32m箱梁预应力效果监测及徐变上拱的控制措施[J].中国工程科学，2009，11（1）： 60-66.

[3]孟宪彪.无碴轨道预应力混凝土箱梁徐变上拱的研究[J].建材技术与应用，2008 （8）： 24-26.

[4]苏更.预应力混凝土梁体上拱度的预测与施工控制[J].交通世界（建养·机械），2007（7）：144.

[5]李延平.预应力混凝土箱梁控制技术[J].交通世界（建养·机械），2013（ 12）：202-203.