高速铁路大跨度64m现浇预应力简支箱梁施工技术研究

陈 鑫 （皖赣铁路安徽有限责任公司黄山指挥部，安徽 黄山 245000）

0 前言

对于高速铁路的建设，我国通常采用后张法预应力现浇简支箱梁进行施工，但多数跨径以24m、36m、48m 等为主，而对于跨径为64m的预应力现浇现浇简支箱梁施工研究较为少见。本文依托休宁河特大桥为工程背景，从支架施工到预应力简支箱梁施工完成整个过程的施工工艺分析进行跨度64m预应力简支箱梁施工的必要性。工程跨越G205国道，且浇筑的同时要保证下部车辆的正常通行，增加了工程难度，如何在保证通行的同时进行正常施工是本工程的重难点之一。另一方面，对于跨度为64m的预应力现浇简支箱梁采用什么样的施工工艺是本工程的又一重难点。研究表明，64m现浇简支箱梁技术提高了简支梁的跨越能力、减少了墩台的数量、提高了生产效率和节约大量成本，因此开展64m大跨度预应力现浇简支箱梁施工研究是非常有必要的。

1 工程概况

休宁河特大桥位于安徽省黄山市休宁县境内，设计为1孔64m跨双线现浇简支梁（0#台～1#墩），且为有声屏障现浇梁，跨越G205国道（国道宽10m），与国道斜交60。休宁河特大桥64m预应力现浇简支箱梁为单箱单室、等高度简支箱梁，梁高为5.5m，跨径为64m，梁端顶板、底板及腹板局部向内侧加厚（顶板厚度 35cm～65cm，腹板厚度50cm～110cm，底板厚度30cm～100cm）。简支现浇梁桥面防撞墙内侧净宽9.0m，桥面宽12.6m，桥梁建筑总宽12.9m，梁全长65.1m，计算跨度为63.4m。截面中心处箱梁高度为5.586m，横桥向支座中心距为5.3m。

休宁河特大桥64m预应力现浇简支箱梁纵断面图如图1所示。

图1 现浇简支箱梁纵断面图

梁体采用C50混凝土，防护墙、遮板及电缆槽竖墙采用C40混凝土，管道压浆采用水泥浆强度等级不低于M50，保护层采用C40纤维混凝土和C40纤维细石混凝土，封锚采用C50干硬性补偿收缩混凝土，封锚后用聚氨酯防水涂料进行防水处理。

2 施工重难点分析

该工程施工重难点如下：

①支架搭设高度高，最高支架搭设高度9.08m，安全隐患大，搭设难度大，施工过程中，应严格按照规范的要求进行搭设，现浇箱梁施工前应对支架进行预压，并安排专职测量人员对支架进行沉降观测以及专职安全人员对支架进行验收和检查；

②预应力张拉及压浆控制是工程难点之一，应严格按照规范要求进行控制，张拉前应确定张拉的顺序和准确测量伸长量，对于管道应该进行精准的定位，准确地测定管道的摩阻，在张拉完成后的48h内进行管道压浆，压浆前应清除管道内的杂物和积水；

③考虑到简支梁梁体高、跨度大，浇筑要在24h浇筑完成，浇筑过程中如何保证混凝土的供应和质量控制是工程的难点之一；

④施工过程中，桥梁跨越205国道，对于国道的正常运行有所影响，为保证现浇现浇箱梁施工阶段G205国道公路车辆能正常通行，上跨现浇箱梁满堂支架施工时预留2个机动车道、2个非机动车道，作为机动车和非机动车的通行。

3 施工准备

3.1 技术、材料准备

①施工前认真复核设计图纸，对桥梁各部分尺寸、标高、墩台里程、预偏心等进行核实，并认真核对地形地貌，探明地下管线类型及位置，严禁盲目施工；

②对现场管理人员和作业人员进行技术培训和安全培训，提高管理人员和作业人员的素质和操作、管理技能；

③加强对支架等周转材料的进行报验工作，由安质部组织各部门核对进场材料是否与方案内材料相符，符合要求可签认工序报验单，同意支架搭设施工。

3.2 混凝土拌合站

布置混凝土集中搅拌站1座，位于DK11+600左 200m，占地 1.09hm（16.4亩），配备120型搅拌机2套。混凝土搅拌站均采用电子自动计量系统，经标定后投入使用。拌合站需向休宁河大桥64m现浇简支箱梁提供C50混凝土942.5m，计划一次浇筑成型，浇筑时5个拌合机同时启动（一分部2个，二分部3个），配备3辆汽车泵。桥区新建便道位于桥梁红线左侧，地势平坦，与G205国道顺接，交通便利，混凝土到64m现浇简支箱梁处运距仅200m。

3.3 钢筋加工场

建设2#钢筋加工厂1个，钢筋全部集中加工，采用平板车运输至施工现场。钢筋厂设置在拌合站旁，与拌合站交通环境一致。钢筋加工场向休宁河大桥64m现浇简支箱梁提供钢筋241.4t。

4 施工工艺

4.1 工艺流程

施工准备→基础施工→支架搭设→安装支座、铺设底模→支架预压→侧模安装、钢筋绑扎、预应力管道安装→混凝土浇筑并养护→预应力筋安装及张拉、拆侧模→孔道压浆→支架卸落、底模拆除→防水层、桥面工程施工。

4.2 支架搭设

基础施工准备完成后，进行0#台～1#墩63.4m跨简支现浇梁支架搭设，采用满堂支架及门洞支架组合结构形式进行搭设。盘扣支架采用Φ60×3.2mm标准盘扣支架作为支撑，盘扣支架立杆纵向间距布置形式为6×0.6m+30×0.9m+4×0.9m+6×0.6m，除0#墩和1#墩旁为6×0.6m外，其余间距均为0.9m。

横向间距布置形式为3×0.9m+3×0.3m+6×0.9m+3×0.3m+3×0.9m。腹板下立杆横向间距为0.3m，箱梁底板下立杆横向间距为0.9m，支架水平杆步距按1m设置，满堂支架外圈竖向斜杆满布，中间竖向斜杆间隔布置。支架顶部设置横向I14工字钢，工字钢上部设置纵向8.5cm×8.5cm方木，横向间距腹板下8.5cm，底板下20cm，模板采用15mm竹胶板。第一台阶支架搭设高度9m，第二台阶支架搭设高度6m，第三台阶支架搭设高度2m。支架现场搭设图如图2、图3所示。

图2 支架现场搭设模型图

图3 支架现场搭设图

4.3 支架预压

为检查支架的安全性，消除支架基础压缩沉降和非弹性变形及支架非弹性变形的影响，保证箱梁混凝土结构的质量，同时为取得支架与地基的弹性变形实际数值，作为梁体立模预拱数据设置的依据，首孔支架搭设完毕底模铺设后必须进行预压处理，根据规范的要求预压荷载为结构荷载的1.1倍。

预压材料采用混凝土预制块，混凝土预制块布置在箱梁墩顶横梁及纵向腹板位置。为防止加载对箱梁底模板的破坏，在底板上铺一层旧木模板作垫层。加载顺序从跨中向两边对称进行。先加载腹板，再加载顶板。加载分四级进行：按照加载重量的30%、60%、100%、110%加载，加载应按照对称、分层、分级的原则进行，严禁集中加载。

4.4 支架监测

预压时高支模系统对支架自动进行监测，然后通过监测数据对线形进行控制，确定现浇箱梁的预拱度，保证现浇施工的线形与设计一致，从而对于工程进行质量控制。

4.4.1 预压监测

按照规范要求，对于预压的模板进行监测，监测断面应设置在预压区域的两端及间隔1/4长度位置，根据本桥支架形式，首孔支架预压监测设置5个断面，跨中、两端及距两端L/4、L/2、L3/4处，每个断面设置5个监测元件，分别位于箱梁中心、腹板下方及两侧翼缘板。支架沉降监测及平面位移均采用高支模平台系统进行观测，沉降观测点及观测断面图如图4、图5所示。

图4 沉降观测点布置图

图5 沉降观测断面布置图

4.4.2 线形控制

箱梁线性控制根据预压数据确定预拱度的设置：预拱度的设置是通过支架上方木处加不同厚度的钢板垫块来实现。支架预压完成后，对监测数据分析基础沉降量和支架弹性变形、非弹性变形及平面位移数据等。在确定预拱度时要综合考虑下列因素：

①设计要求的预拱度δ1；

②支架在荷载作用下的弹性压缩δ2；

③支架在荷载作用下的非弹性压缩δ3；

④支架基底在荷载作用下的非弹性沉陷 δ4。

当侧模及底模安装就位后，调整各支点模板纵向标高，使钢模板处于浇筑混凝土时的正确位置，同时设置好预留拱度。通过预压试验确定跨中的拱度值，其余各点标高按二次抛物线设置。

4.5 混凝土浇筑

由于混凝土为整跨一次浇注，方量较大（全桥混凝土方量942.5m）。采取项目部中心拌合站集中供应混凝土，采用12台混凝土运输车运输，运距及运输时间满足规范要求。拌合站的混凝土原材料规格尽量各采用同一厂家的产品。浇注前做好各项准备工作，尤其保证施工便道畅通无阻，满足运输要求。浇注采取3台汽车泵（物资另外准备1台备用），合理布局，确定每台泵的浇注范围，保证混凝土施工的同步性。同时现场场地满足运输要求。

混凝土浇注开始时间应在当天早晨4-5点开盘，保证混凝土初凝时间处于1天最低或较低时间。混凝土方量942.5m，C50混凝土初凝时间4h 58min，终凝时间7h 12min，计划采用3台泵车进行浇筑，每台泵车每h浇筑20m，底板浇筑完需 4.7h，静停 30min后浇筑腹板，腹板浇筑需4.5h，顶板浇筑需6.5h，共计16h。

混凝土浇筑时，浇筑顺序同预压顺序：从跨中往两侧。纵向从一端向另一端，水平分层，纵向溜坡推进，均匀连续浇筑；横向首先浇筑底板与腹板倒角，再浇注底板中部混凝土，然后浇筑腹板混凝土，最后浇筑顶板混凝土。施工时两侧均匀对称下料。浇筑底板时利用预留浇筑孔。为保证浇筑质量，采用多孔下料和多孔振捣工艺，混凝土布料通道与振捣管道设置如下。

图6 下料通道侧面图

图7 隔墙处振捣孔示意图

混凝土浇注完成初凝收光后，应立即对混凝土进行养生。根据工期，混凝土浇筑为夏季，表面应覆盖浸湿的土工布，经常喷淋洒水养护，保证模板接缝处不至失水干燥，洒水次数应能保持混凝土表面充分潮湿为度。湿养护应不间断，不得形成干湿循环。混凝土养护时间不应少于14d。

4.6 创新应用——高支模自动化变形监测

创新目的：①为了保证混凝土浇筑中实现对支架模板的实时监测，有效控制模板预拱度梁体；②对高大模板支撑系统进行变形监测，超限预警，以防高支模局部失稳坍塌或整体倾覆。

高支模体系自动化实时监测技术通过在高大模板与支架的关键部位或者薄弱部位安装元器件，对各元器件的立杆轴力、立杆倾角、水平位移、模板沉降进行实时监测。本项目委托有监测能力的第三方监测单位对64m梁危险性较大的高支模进行预压监测和混凝土浇筑过程的安全监测，实现“实时监测、超限预警、危险报警、预防事故、减少损失”的功能。

项目根据高支模专项施工方案以及高支模支架搭设的实际情况，提出各监测参数的预警值及报警值，参数录入平台系统后，连接好所有通道并进行初始化，在现浇梁支架预压及混凝土浇筑过程中进行现场安全质量监测。

以下以浇筑过程为例，整个浇筑过程分为三个阶段，开始浇筑到底板浇筑完成，腹板开始浇筑到腹板浇筑完成，顶板开始浇筑到顶板浇筑完成。

图8 立杆轴力监测

图9 立杆倾角监测

在浇筑底板及隔墙的过程中产生模板沉降的最大值在±0.01mm内。

混凝土浇筑过程中，通过对支架模板的沉降变形观测，立杆轴力，倾角均未超出预警值，支架模板全过程处于安全状态。

4.7 预应力张拉施工

钢筋及预应力管道安装完成和混凝土浇筑完成后进行预应力张拉和压浆施工。

图10 过程监测数据图

图11 过程监测数据图

预施应力按初张拉和终张拉两个阶段进行。梁体带模张拉时，内模应松开，以免对梁体压缩造成障碍。初张拉应在梁体混凝土强度及弹性模量均达到设计值60%后进行。终张拉应在梁体混凝土龄期不少于10天，强度及弹性模量达到设计值后，且在确保施工工艺和质量的前提下进行。终张拉完成后，可拆除支架。预施应力采用两端同步张拉，左右对称进行，最大不平衡束不应超过1束。

当梁体混凝土强度和弹性模量均达到设计要求100%且龄期不少于5天时，进行预应力施工，张拉过程由张拉力和钢绞线伸长值双重控制，以油表读数控制为主，以预应力筋伸长值进行校核。张拉控制程序为：：0→初应力（0.2σk）（作伸长量标记）→σcon（持荷2分钟，测伸长量）→锚固。

4.8 管道压浆施工

在张拉结束24h内进行压浆施工，压浆前孔道先用清水冲洗，高压风吹干，然后进行管道压浆施工。首先在搅拌机中加入实际拌合水的80%～90%，开动搅拌机均匀加入除水泥外的全部压浆材料，边加入边搅拌，然后均匀加入全部水泥。全部加入后再搅拌2min，然后加入剩下的拌合水继续搅拌2min。压浆灌水泥浆进口处设置过滤网，以防杂物堵管,压浆按先下后上的顺序，由一端向另一端压送水泥浆。

梁体纵向或横向压浆最大压力不超过0.6MPa，当管道较长或一次压浆时最大压力宜为1.0MPa；梁体浆体注满管道后应保持0.5～0.6MPa，持压5min。

压完浆后保压1～2h，如无水泥浆反溢现象，则拆卸压浆连接管和连接阀门。为了保证压浆质量，水泥浆搅拌结束至压入管道的时间间隔不应超过40min，浆体与梁体混凝土养护保温措施相同

4.9 封端处理

管道压浆结束、并经检查合格后进行桥梁封端、封锚处理，封端混凝土采用无收缩混凝土，混凝土强度等级不低于50MPa。为加强后灌部分混凝土与梁端的连接，梁端锚穴处应凿毛处理，同时应将锚垫板上的浮浆及油污全部清除，并采用锚具安装孔连接一端带螺绞一端带钩的短钢筋，使之与封锚钢筋连接为一体。

4.10 成品验收

见下表。

64m现浇梁梁体质量验收表

5 结论

本文依据休宁河特大桥施工重难点介绍了大跨度预应力现浇简支箱梁的施工工艺，从地基处理、支架搭设及预压、模板搭设、混凝土浇筑到应力张拉、管道压浆以及封端施工，工程取得了较好的实施效果，实际工程也表明开展64m现浇简支箱梁技术提高了现浇简支梁的跨越能力，减少了墩台的数量、提高了生产效率和节约大量成本，为64m现浇简支梁的进一步讲究打下坚实的基础，同时为以后类似工程提供了借鉴。