40m大跨预制简支箱梁建造技术研究

姚志江

40m大跨预制简支箱梁建造技术研究

姚志江

（中交第三公路工程局有限公司北京101300）

预制简支箱梁具有受力简单、形式简洁、外形美观等特点，同时施工速度快、施工噪音和污染小，而且建成之后也便于养护，因此在高速铁路铁路桥梁工程中具有非常广泛的应用。本文将结合具体40米高速铁路预制简支箱梁施工实例，简要探讨简支箱梁预制施工技术的国内外发展历程和具体施工过程以及简支箱梁预制方案的优势所在，希望能对类似工程起到借鉴作用。

简支箱梁；预制施工技术；高速铁路

0 引言

由于改革开放后我国经济的迅猛发展，并伴随着我国近些年高速铁路历程的快速增加。大众对于桥梁的要求也越来越高。使得建设者不仅更加注意桥梁的安全而且也越来越注重桥梁的美观。预制简支箱梁具有施工方便快捷、刚度大、形式简单易懂、受力明确易于分析、外形美观等特点，越来越受到建设方和施工方的喜爱。同时预制简支箱梁养护工作量比较少，在工程建成之后，也让后期接收的养护单位减轻了工作量，因此在最近这些年高速铁路桥梁工程中得到了非常广泛的应用。本文将结合某高速铁路桥梁具体施工实例，探讨我国及世界各国简支箱梁预制工程的动态和简支箱梁预制施工技术。

1 简支箱梁预制国内外动态

1.1 国外研究现状与水平

国外的高速铁路或者客运专线的桥梁工程中的简支箱梁预制以亚洲的日本和欧洲德、意、法等国的具有代表性情况。以下是分别介绍亚洲与欧洲各国的简支箱梁预制发展情况。

日本[1]相比与其他国家较早开始进行简支箱梁预制技术的研究，于1964年就开始修建高速铁路新干线,设计速度为210-260km/h,到20世纪90年代末修建就已经修建了2000km。当中在世界范围内具有知名度的一共有四条为山阳新干线、上越新干线、东北新干线和东海道新干线。其中日本山阳新干线线路全长553.7km，新大板~冈山段（160.9km）1972年5月建成；冈山~博多段（392.8km）于1975年3月建成。桥梁工程中有RC简支梁35.6km，PC简支梁25.3km，钢梁桥0.8km，结合梁桥8.1km，连续刚架高架桥131.0km，整孔简支箱梁预制在其中的有大量的应用。

20世纪70-80年代,德国、法国、意大利、西班牙韩国等欧洲国家先后修建了高速铁路。以曼海姆一斯图加特和德国汉诺威一维尔茨堡两条新干线为代表,箱形梁桥形式是单箱单室的预应力混凝土梁体。UIC荷载为其设计荷载，高跨比选择是1/9~1/11之间的整孔简支箱梁，多采用双线单箱单室为其设计中截面。采用庸架法施工或架桥机,与我国目前的施工方案基本相同,其施工工期与我国相比，较我国要长。表1所示为欧洲各国预制简支箱梁选择。

表1 欧洲各国预制简支箱梁选择实例

在高速铁路桥梁施工设备方面我国起步晚,外国铁路的架桥和预制桥设备较我国来说开始较早,所以在施土实践中研制了各种吨位的高速铁路箱梁架桥机、大量的各种型式,架桥设备的种类也较多。架桥设备应根据施工需要进行设计,同时设备也要适应于桥梁结构的全方位需要。

1.2 国内研究现状与水平

本文主要研究的是高速铁路40m预制简支箱梁，使用寿命要达100年以上。箱梁的本身自重很大,移运控制的标准较高,无法通过公路远距离运输或铁路运载,只能采取以现场预制、架桥机铺设为主的方案进行施工,其次用移动模架造桥机现浇和桥位现浇为辅的施工方法。下面是国内一些专家学者对预制简支箱梁发展做出的贡献。

我国台湾省的高铁于2007年1月5日开始进行了试运营，运营里程345km，其中高架桥双线箱梁桥中的81％左右是通过先预制简支箱梁再铺设进行的，完成4345跨箱梁的预制，周期约5年。其预制简支箱梁具有如下特点：

（1）箱梁的结构尺寸与国内350km/h铁路箱梁差不多，但箱梁的预应力形式更多，有完全后张的，有完全先张的，还有先张＋后张的。每个梁场预制箱梁的跨度一般有：35m、30m、28m、24m等多个品种。

（2）台湾高铁向全世界招标，让更多的有技术水平和丰富经验的预制简支箱梁公司参与到其中来，这些公司的预制技术较高，速度较快，产品的质量也较高。采用了世界上最先进的箱梁预制技术。采用预制台座外胎膜具式钢筋快速绑扎与钢筋骨架整体搬运技术，节省了绑扎钢筋的时间，提高了台座利用率；采用液压控制的自动缩放式内模，省时省力，内模精度高，自动化程度也大大提高。

（3）箱梁在预制场个别的采用专用箱梁移动台车通过轨道移动的，而大部分预制箱梁是通过龙门吊完成的。

叶阳升[2]梳理我国高速铁路常用跨度简支梁桥的发展，从技术背景、技术意义、技术特征等方面分析高速铁路发展跨度40m预制架设简支箱梁的必要性；并与32m预制架设简支箱梁、40m现浇简支箱梁造价对比，证明其经济性。张弛宇[3]研究高铁双线简支箱梁预制技术，其作为高铁轨道建设最主要的组成部分，预制过程中的工艺标准、技术指标和注意事项，必须严格落实到位。

陈海涛[4]结合郑济铁路黄河特大桥工程，开展40m预制架设简支箱梁的应用研究。通过计算确定梁高、截面尺寸、钢束布置等梁体设计参数,并进行静力和动力分析研究市域铁路40m简支箱梁设计方案，并且对比了40m简支梁现浇方案工程造价，得出预制架设方案经济效益明显；并且还引入了BIM技术，创建简支箱梁的高精度BIM模型，提高了制梁生产过程中的标准化。林国辉[5]介绍了现阶段我国高速铁路桥梁以预制架设的后张法预应力混凝土简支箱梁为主，实践证明桥梁建造技术成熟可靠，能够较好适应我国高速铁路的建设特点及运营模式，但是目前混凝土32m简支箱梁已不能满足高速铁路发展的需要。急需发展40m简支箱梁技术，从箱梁的结构尺寸,经济对比,箱梁预制关键技术,箱梁架设等方面着手,详细介绍了各工序流程的施工注意事项，包括大型设备的使用，为40m箱梁的推广应用提供有利的施工经验。

2 40m简支箱梁施工技术

2.1 模板工程

40米梁体的底模采用分段方式工厂制作，运抵现场后进行拼装；安装过程中需确保各节段模板的中心线位于相同直线，且要设置反拱，拼装完成后应对底模进行预压。内模则是整体吊入到台位，然后借助油缸进一步调整模板的外形尺寸，与梁体孔洞的尺寸吻合。外模在到达指定位置后，借助移动小车进行移动调整，与基础处的预设轴进行铰接之后调整外模的高度和尺寸。

2.2 混凝土浇注

(1)一般来讲，40米梁体的浇筑顺序为：底板、腹板和顶板，在每个部分浇筑时，施工作业必须连续实施，不可间断。对于斜向分段或水平分层浇筑方式的梁体，其分层厚度应小于300mm。

(2)对于梁体底板的混凝土浇筑过程中，需要借助布料机施作。对于某些位置处混凝土浇筑不到位时，则在浇筑顶板混凝进行补浇筑。

(3)在浇筑腹板、底板交接处时，通过振捣观察孔与斜角处混凝土来减少斜面气泡，同时要对斜角处补振。

(4)在浇筑梁体腹板混凝土时，应由一端向另一端逐步对称实施。在梁体混凝土浇筑完成后，为确保防水层平整、光滑，需对底、顶板表面混凝土进行二次抹面、赶光处理。

2.3 混凝土的振捣

梁体混凝土采用插入式振捣器实施振捣，梁侧和梁底联合振实方式。在变截面处，要加强振捣的工作强度。振捣时间一般控制在10s-15s，具体时间应依据梁体混凝土的情况进行动态调整。

2.4 钢绞线张拉

高速铁路40米预制箱梁钢绞线的张拉分为三个节段，分别是：预张拉、初张拉以及终张拉。梁体混凝土养护充分，拆除端模的同时松开内模变截面处支撑，之后在混凝土早期裂纹消除之时，预应力钢绞线的预张拉开始进行。当全部拆除内外模后，待梁体砼强度达到80%后，进行孔道钢束初张拉；待梁体砼强度和弹性模量均达到100%，开始终张拉钢绞线。应采取对称同步张拉的方式对于同一束钢绞线的张拉。严格按照张拉顺序进行作业，需要注意的是应进行编号对钢绞线的张拉。

2.5 端头封堵、管道压浆

梁体管道压浆采用普通硅酸盐水泥，其标号不得低于525。不可加入对钢绞线可能造成腐蚀的外加剂。应控制在35MPa以上水泥浆强度。当施工完成预应力钢绞线张拉之后，进行管道的压浆施工一般在3d以内。

3 40m大跨预制简支梁建造方案优势

3.1 稳定性

高速铁路采用大量40m简支梁，桥梁跨度与列车长度的会产生相互作用，40m简支梁的跨挠比与梁端转角、竖向基频与梁端转角之间的关系见图2。

图2 跨挠比与梁端转角、竖向基频与梁端转角的关系

分析表明：基频满足、梁端转角在满足规范要求情况下，远小于L/1 600挠跨比，40m简支梁，基频和梁端转角对应关系差别较小，满足稳定性对预制简支梁的的设计要求。

3.2 经济性

以某段高速铁路典型区段为代表工点，选取有代表性的桥梁，开展了经济性分析。

3.2.1与32m预制架设简支箱梁对比

某铁路常规地段桥梁墩高大部分在5~15m，分析表明，墩高10m的常规区段抗震设防等级与桥梁造价关系较大：在地震动加速度0.20g（8度）、0.15g（7度）条件下，32 m梁桥与40m简支梁的造价稍有增加或基本持平；在地震动加速度0.05g（6度）、0.10g（7度）条件下，40m简支梁有一点幅度的降低，大约在2%左右，具有一定的经济性。

3.2.2与40 m现浇简支箱梁对比

以某特大桥为代表性工点，计划采用40 m简支箱梁，分别按照移动模架现浇、预制架设这两种施工方案进行综合对比研究。40m预制简支箱梁，梁部费用减少12.06%、基础+桥墩费用减少约1.56%，总造价减少4.97%。40m预制简支箱梁与现浇箱梁相比，经济性展现的较为明显。

4 结语

文章通过结合40米铁路施工实例，介绍预制简支箱梁国内外研究的动态、简支梁施工技术、方案的优势，尤其是预制简支箱梁在稳定性高和经济性好等方面突出的特点并结合工程中的实际情况，采用了40米梁型无砟轨道后张法预应力混凝土箱梁（双线）作为最终施工方案。有力的推动了大跨度预制简支箱梁在今后高速铁路中的发展，为今后施工单位做类似工程提供的有效的参考和借鉴。

综合来看，采用大跨度简支箱梁预制技术具有技术创新能力强、结构性能优势大、稳定性能高、设计理念突出等特色。有利于我国高速铁路建造技术的发展与技术革新。目前我国也正在积极开展成套的大跨度简支梁预制技术研究工作，以推动高速铁路大跨度简支梁预制的工程应用。

[1]肖能立. 高速铁路简支箱梁预制拼装施工设计[D]. 重庆交通大学硕士论文, 2011.

[2]叶阳升.高速铁路跨度40m预制简支箱梁建造技术研究[J].中国铁路,2016(9):5-9.

[3]张弛宇.高铁双线简支箱梁预制技术[J].智能施工,2019(5):155-156

[4]陈海涛.郑济高铁40m整孔预制简支箱梁应用研究[J].铁道标准设计,2020(10):152-157

[5]林国辉.高速铁路40m简支箱梁预制施工关键技术[J].建筑技术开发,2020(4):58-60

姚志江（1983.01- ），男，河北邯郸人，本科，交通工程专业，研究方向：土木工程项目建造技术与管理。

U445.462

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1007-6344（2021）04-0091-02