高速铁路预制混凝土简支箱梁实际上拱值和理论上拱值的分析研究

陈鑫辉

中建水务环保有限公司华东分公司

1 引言

高铁箱梁在设计时有一定的上拱度，这是为了保证梁体在架设铺装后及行车荷载作用下仍有较高的平顺性，这既保证了行车安全也保证了行车舒适性和线路的耐久性。而梁体的上拱度一般分为两种，一是梁体在预加应力后产生的弹性上拱，二是预应力作用下，随着时间的推移引起的徐变上拱。

2 工程概况

杭黄铁路临溪制梁场一共有预制箱梁342榀，主要为24M和32M 的单双线混凝土简支箱梁，全部采用后张法预应力张拉施工工艺。

3 模板预设反拱

根据图纸，为保证线路在运营状态下的平顺性，梁体预设反拱，考虑到施加预应力梁体的弹性压缩、梁体上拱和徐变收缩影响，底模和侧模在设计时预留有一定的长度和反拱度。跨度31.5 箱梁侧模的预留压缩量下部16mm、上部7mm（即下部长32616mm，上部长32607mm）；跨度31.5m梁底模预留反拱均按二次抛物线设置，其坐标按下式计算：

跨中为抛物线顶点，并设为坐标原点时，则：

式中：

a——控制点反拱值；

x——控制点距跨中的距离；

y——预留反拱。

以32M 双线有声屏障直线箱梁为例，理论计算跨中反拱值为24.42mm，按照二次抛物线计算，得到模板预设反拱值。

4 预应力张拉

预应力张拉是控制桥梁达到上拱度的关键一环，施工时张拉力达到设计值且减小后期预应力损失是控制的重点。

预制梁在试生产期间即取证前，需要对梁体进行有关的预应力瞬时损失测试，管道摩阻试验等，得到相关的数据参数，如实际损失较大且难以调整，需由设计方重新调整控制应力，正常生产后，按照规范要求，相同梁型达到一定片数再次试验，并配合进行静载试验，以保证箱梁生产满足质量要求。

梁体混凝土浇筑完成并满足强度和龄期要求后，先后进行箱梁预张拉、初张拉和终张拉。

（1）预张拉在箱梁脱内模和端模后进行，且梁体混凝土强度达到33.5MPa。初张拉在预张拉后1～2天，且梁体混凝土强度达到43.5MPa后进行，张拉完成后吊至存梁区存放。终张拉在初张拉完成后一周左右，且梁体混凝土强度达到53.5MPa、弹性模量达到35.5GPa，龄期一般不少于10天。

（2）张拉过程应严格控制，须保证梁体两端千斤顶同步、左右对称、持荷时间相同，张拉孔道顺序按照图纸要求进行，禁止从低到高。每束孔道在持荷时，应汇总两端的伸长量，相同孔道伸长量相加，检验是否与张拉通知单上的控制伸长量相符，若偏差较大，应查明原因后再进行下一孔道张拉。

（3）张拉千斤顶和对应的油表应定期检验，检验完成后需对张拉油表计算书数据进行修正。

（4）张拉时应考虑冬季施工情况，温度较低的环境应在混凝土强度满足要求后进行，一般可考虑在混凝土浇筑台座进行蒸汽养护。

在终张拉开始前，进行第一次梁体上拱度测量，终张拉完成后进行第二次测量，得到弹性上拱值（弹性上拱值=终张后上拱度-终张拉前上拱度。）

5 压浆、封端

预施应力终张完毕后，应在48小时内进行管道压浆，以减少预应力损失，而影响上拱度的准确性。压浆时，浆体应拌和均匀，不得有团块，浆体搅拌完毕后，应尽快压入孔道，压浆次序自下而上，集中一处的孔道一次压完。

封端时，先对锚具、外露钢绞线进行防水处理。锚穴应凿毛处理后采用无收缩性混凝土填塞。封端混凝土采用C50干硬性补偿收缩混凝土。封端混凝土按梁体养护规定处理，以减少收缩，防止封端混凝土与梁体之间产生裂纹，封端之后，梁端面要进行防水处理，在梁端面涂刷用于防水的聚氨酯防水涂料，其涂层厚度不小于1.5mm。

6 徐变

按照二等水准测量要求，对作为徐变观测梁的箱梁进行后续徐变观测，在对多片梁进行持续2-3个月左右观测，可以得到汇总的如表1。

以32M 双线有声屏障直线箱梁为例，理论计算残余徐变拱度值为7.17mm，扣除自重影响后预应力产生的上拱度为19.12mm，通过多片梁的观测数据，比较设计预应力产生的上拱度、理论残余徐变拱度值和实际张拉后预应力产生的上拱度、残余徐变拱度值，不难发现这两项的实际值均略小于理论值。而这也是符合《客专无砟轨道铺设条件评估技术指南中》对预应力混凝土桥梁上部结构的变形规定：终张拉完成时，梁体跨中弹性变形不宜大于设计值的1.05倍；扣除各项弹性变形，终张拉60天后，L≤50m梁体跨中徐变上拱度实测值不应大于7mm。

7 数据分析总结

在对多片梁持续地观测后，可以发现张拉完成后预应力产生的上拱度基本与设计图纸的基本持平，而残余徐变产生的上拱度也基本不超过7mm，也在设计范围之内。从数据和施工工艺过程综合分析来看，张拉过程主要由人工操作且存在多种应力损失的情况，加上双层存梁长期存放地缘故，导致最终实际梁体预应力产生的上拱度和残余徐变拱度值均略小于理论设计值，只要终张拉完成时的跨中弹性变形不大于设计值的1.05倍、终张拉60天后，L≤50m梁体跨中徐变上拱度不大于7mm，这都是满足梁体上拱度设计要求的。

8 结束语

表1 梁体徐变上拱观测汇总表

在施工过程中，我们必须严格控制各项工艺过程，让箱梁的上拱量在设计的范围内，同时我们还要寻找更加先进的工艺技术，不断改进生产作业方式减小应力损失，不断提高高铁线路的高平顺性、高舒适度和行车安全。