1、1秦沈客运专线 PC 箱型简支梁现浇施工技术杨 勇 刘治宝 刘贞东中铁十四局集团第五工程有限公司摘要: 针对秦沈客运 专线 B28-9 标段现浇箱梁施工，综合介绍 PC 简支箱梁的现浇施工方法，重点对现浇箱梁膺架的设计及膺架预拱度调整、 砼施工、 预施 应力、高位落梁等施工工艺作详细的论述。该综合施工技术针对性较强，有多项技术为国内铁路桥梁施工首次应用，具有 较高的推广价值。关键词 现浇箱梁 膺架 高位落梁 施工技术引言 PC 箱型简支梁由于其整体性好、刚度大，首次在秦沈客运专线采用，我单位承建的箱梁施工任务中，其梁型有 32m 单线、24m 单双线、20m 单双线，共计 5 种梁型，全 部
2、箱梁现浇采用膺架法原桥位浇筑混凝土的施工工艺，根据桥下净空及预施应力需要，箱梁现浇又分为高位制梁、两端张拉落梁就位和原位制梁、单端张拉以及偏位预制纵移架设三种施工方案（见图 1） 。1 施工控制要点及难点砼粗细骨料必须做碱活性试验，ACR 活性骨料本线不允许采用，当采用 ASR 活性骨料时，应将每立方砼碱含量控制在 3kg 以内；“三条腿控制”即箱梁预制同端两支座高差不得大于 1mm，移、落梁四点高差不得大于 3mm；每种梁型必须做孔道摩阻试验。终张拉实行“三控” ，即张拉时梁体强度、弹模达到设计值，同时砼龄期分别满足 10 天和 15 天（单端张拉时） 。为避免早期裂纹的发生，若脱模时梁体强
3、度未达到设计强度 80%，必须进行超早期张拉，同时应严格控制养护温度及脱模梁体温度与环境温度之差不大于 15。箱梁设计为刚度、挠度控制，而这正是膺架法施工的弱点，因此如何考虑地基沉降、膺架弹性和永久变形、设置膺架预拱度，从而保证梁体线形，成为施工的主要难题之一。箱形简支梁首次在铁路上采用，其腹板、底板设计较薄，钢筋、预施应力筋稠密，体积达 212m3。因此，从钢筋、预应力孔道的安设，到模板拆立、砼灌注，均是新的课题。D、军用膺架梁原位现浇 方案C、轻型膺架梁原位 现浇 方案224m 单、双线箱梁预施应力是秦沈线也是铁路桥梁施工中首次应用单端张拉的施工方法施加预应力，技术含量高，工艺复杂。本标段
4、较多地采用箱梁高位预制并落梁的施工工艺，其中 20m 双线箱梁梁重440t，落梁高度 2.9m,同时还要在落梁过程中避免箱梁受扭, 工艺复杂,危险性大。膺架上纵移 32m 单线箱梁，移梁 1.6m，梁重 380t，且梁下跨高速公路。安全隐患大,施工难度大。2 施工技术2.1 膺架设计及施工膺架设计原则：支架布置经济合理；各部位允许荷载能满足实际使用荷载要求；保证底模拼装、标高控制以及落梁方便。2.1.1 方案确定及器材选择根据各桥的实际，分别采用了六四式军用梁和与建研院研究开发的 QKY-3000 型轻型膺架作为临时支架,六五式及八三式轻型军用墩等既有制式器材和由专门设计的垫块和楔块来搭设现浇
5、梁支架作为临时支墩。临时支墩基础形式由检算确定。支架梁上采用 I16 工字钢做为横向分配梁，梁下分配梁为 I36 型工字钢布设在支墩上方,并设置铁垫板以调整底模标高。 (见图 2、图 3)。2.1.2 基底处理C、军用膺架梁原位 现浇 方案A、高位现浇落梁就位施工方案图 1 各种施工方案图D、轻型膺架梁原位现浇 方案B、偏位 现浇纵 移梁就位方案32.1.2.1 基础形式根据每座桥的具体情况，膺架布设临时支墩的基础分为以下两种情况：利用桥墩台基础。根据基础的结构形式和尺寸分为原基础顶面直接座落和在原基础进行扩大增强两种形式。设置临时基础。根据地质情况，分为扩大基础、桩基础。2.1.2.2 基础
6、检算荷载分析根据具体桥跨和膺架形式，基础承载能力的检算荷载，均按均布荷载计算PP 1+P2+P3P1：支墩以上结构传递在支墩上的竖向作用力P2：支墩重P3：基础圬工重量检算200KPa 时，采用扩大基础，按照 =P/A确定基础结构形式。200KPa 时，布设摩擦桩临时支墩基础，并根据P1/2f iLi+m0A确定基础支墩的桩长。2.1.2.3 既有墩台检算基础座落在墩台基础上时，根据各桥的具体布置和偏心受压结构理论计算偏心情况。2.1.3 膺架布置根据各桥具体情况,膺架分别采用六四军用梁、QKY3000 轻型膺架梁片和型钢完成。 标 准 三 角端 构 架 标 准 三 角端 构 架图 2 军用膺
7、架梁组成及布置图4支墩采用六五、三八式军用墩组拼而成，垫梁与支墩、支墩与分配梁、分配梁与膺架、垫梁与基础皆由螺栓或予埋件进行联结。根据各种梁型不同，单层式六四军用梁布置分为 9 片、11 片，跨度有 16m、8m、12 m，QKY3000 型膺架梁布置分为 16 片、24 片，跨度有 13.7m、16m。为保证结构的整体的稳定性，军用墩之间加横撑和斜撑、并与桥墩台利用型钢进行联结。底模标高采用调节军用墩上垫块数量及垫块高度的方式进行调整。楔块、垫块与军用梁之间加强联系。各垫块之间以螺栓联结，并与墩台间加横撑和斜撑保证结构的稳定性。军用梁之间通过横向分配梁联系，横向分配梁采用36 槽钢。分配梁与
8、支墩间设置楔型组装块落梁装置，楔块之间涂以黄油，松动螺栓即可落梁。2.1.4 支架检算2.1.4.1 荷载分析支架梁所受荷载包括梁体重、模板重量及施工荷载。由于梁体截面宽度不同，支架梁上各点所受荷载也有区别。计算荷载纵向按均布荷载考虑，根据桥型、梁跨不同分别按照纵向 q16.255t/m、25.6 t/m、25.05 t/m 计算，横向根据箱型进行分配。2.1.4.2 膺架梁的强度检算根据膺架梁的横向布置片数，由各桥的实际结构型式为计算模型。应用结构检算程序对六四军用梁和 QKY3000 型膺架进行各杆件受力检算，结果满足杆件允许最大轴力。2.1.4.3 膺架横向加固为了使每片军用梁和每片轻型
9、膺架间整体受力形成牢固的空间结构，并进行安全储备，在各片军用梁间采用横向联结系槽钢通过 U 型卡进行联结，各片轻型膺架间采膺 架 主 梁弦杆 斜 杆图 3 轻型膺架结构及布置图5用脚手杆通过脚手卡具联结，同时与膺架顶按 0.8m 分布的 I16 工字钢用 U 型卡连成一体。2.1.5 预拱度及底模标高计算2.1.5.1 膺架预压秦沈客运专线对梁的线性要求很高，但由于梁的孔数和型式较多，不可能每榀梁都要预压。为提高现浇梁质量，对不同膺架形式、跨度、梁型和基础进行膺架预压，测出轻型可调式膺架、六四军用梁、临时支墩和临时基础的弹性、非弹性变形和沉降，为采用同类型式的桥梁施工提供经验数据。加载方法：人
10、工按照计算重量堆载砂袋，加载后持荷 72 小时，测出各测点标高值以后，分级卸载，并测出每级各测点的标高值。根据测得数值进行列表。分类列出各种对应目录下的数值并和理论计算值进行对照、分析，找出其规律性。2.1.5.2 膺架梁挠度计算膺架的拱度调整值包括四部分：A、梁体的设计预拱度；B、膺架的弹性变形；C、膺架的非弹性变形；d、临时支墩和基础发生沉降的影响值。A ：设计建议预拱度，皆为反拱，由设计院提供，施工中预设拱度应适当加大46mm。其各点按二次抛物线分配，即 Y4( fmax/L2)x2。B：根据能量法计算，其值由分段跨度和梁型确定。通过计算得 QKY3000 型膺架最大挠度为 14 mm，
11、六四军用梁最大挠度为 22 mm。具体情况见表一。C：非弹性变形，由预压测得。六四军用梁的非弹性变形为 5 mm，QKY-3000 型膺架梁的非弹性变形为 7mm。D：中间支墩和基础发生沉降的影响值，预压后测得扩大基础、桩基最大影响值分别为 14 mm、10mm。故拱度调整值A+B+C+D。不同跨度、膺架形式的弹性变性和非弹性变形值 表一膺 架 形 式 膺 架 跨 度 荷 载 等 级 或 现 浇 梁 型弹 性 变 形 值（ 跨 中 最 大 值 ）非 弹 性 变 形 值(跨 中 最 大 值 )16m 20m 箱梁 22mm 4mm六 四 式 军 用 梁12m 24mx 箱梁 17mm 3mm68
12、m 24m 箱梁 14mm 3mm16m 14mm 7mm14m 9mm 6mm13.7m 8mm 5mmQKY3000 型轻型膺架12.4m32m 箱梁8mm 5mm中间临时支墩和基础发生沉降的影响值 表二基 础 形 式 桥 址 情 况 地 基 承 载 力 梁 型 基 础 平 均 应 力 影 响 值 max桩 基 河 流 或 软 基 20KPa 24m双 线 13KPa 8mm河 流 20KPa 24m双 线 13KPa 14mm扩 大 基 础公 路 27KPa 各 种 13KPa 4mm墩 台 基 础 / 20 40KPa 各 种 / 3mm3 箱梁施工3.1 底模拼装及线形控制底模在膺架
13、分配梁上拼装，底模的标高、预拱度及纵向曲线根据已测设整理完成的试压数据参考调整，通过铁垫板调整工字钢高度实现。底模边线的控制，主要通过测量及改进侧模与底模板的联结工艺来实现。采用模板间加橡胶密贴并加固牢固，可有效防止浇注过程中漏浆。3.2 钢筋绑扎钢筋绑扎顺序为：先布置、绑扎底板、腹板钢筋，并预埋波纹管，穿入预应力钢绞线。单向张拉时确保 1.3 m 的锚固端并压花 15 ，或者采用挤压锚直接在固定端锚固。检查合格后，安装箱室内模，最后绑扎顶板钢筋。3.3 混凝土浇注砼施工选择了拌合站集中生产，输送车运送，泵送砼浇注的方式。砼的浇注顺序为：通过腹板灌注部分腹板和底板砼通过天窗灌注底板灌注顶板砼，
14、砼灌注采用分层台阶作业方式,台阶为 2040cm,砼浇注断面采用自硬到软（膺架）的方式进行,两端向中间同步推进.3.4 预应力施工箱梁的张拉作业分两次完成。梁体砼强度达 80设计强度以上时，进行一期张拉，第二次张拉时间按梁体混凝土龄期 10 天计算，同时保证梁体砼强度及弹性模量达到设计值的 100。为避免早期裂纹的发生，若脱模时梁体强度未达到设计强度 80%，必须7进行超早期张拉，每期张拉数值和顺序均有专业设计院提供。单端张拉由于顶板开槽，导致了截面削弱。因此，箱梁设计在顶板增设了横向预应力筋。在纵向预应力结束后灌注槽口砼，待达到设计强度和弹性模量以后张拉横向预应力钢筋束。张拉预应力束主要机具
15、设备 表三序号名称 型号 单位 数量 用途1 千斤顶 YCT250B-200 台 4 施加预应力2 千斤顶 YDC240Q 台 2 施加横向预应力、处理断滑丝3 限位板 / 个 各 4 施加预应力4 垫 环 / 个 各 4 施加预应力5 工具夹片 AM 个 80 施加预应力6 压花机 YH3 个 2 锚固端钢绞线压花7 褪锚器 OVM15 个 2 处理断滑丝8 油 泵 ZB4-500 台 6 张拉横向、纵向预应力9 顶压器 自制 个 2 张拉横向预应力10灰浆搅拌机 JW180台 1灰浆搅拌11 灰浆泵 UB3C 台 1 压浆3.5 孔道压浆 终张拉完成 72h 内压浆，浆液内加入缓凝高效减水
16、剂，同时膨胀剂，以确保浆液在孔道内的流动性良好和孔道内砼饱满。4 高位落梁采用同端双顶单泵（两千斤顶间设置三通确保两个千斤顶顶举力一致）进行整个落梁过程的控制（见图 7）.4.1 落梁准备工作：4.1.1 根据计算确定落梁千斤顶的型号以及落梁时油压表读数。4.1.2 落梁前对千斤顶进行标定，做到摩阻相近的千斤顶放置在一端并和油泵、压力表配套使用，并不得随意改动。84.1.3 向现场技术人员进行技术交底，使操作人员对施工中的每个细节都心中有数。4.1.4 落梁支墩顶搭设操作平台。对临时支墩进行加固。4.1.5 安装落梁支墩上的垫块和千斤顶，使千斤顶顶帽钢板贴近梁底面。4.2 落梁设备落梁设备选用
17、带保险箍的 YCT250B 型液压千斤顶。4 台分置梁两端以内 2.5 m 处的落梁支墩上，垫石处设置 4 个保险支墩，千斤顶上增安控制阀与泵截止阀进行双控。主要设备机具见表四。高位落梁主要机具设备表 表四序号 名称 规格型号 单位 数量 备注1 千斤顶 YCT250B-200 台 4 用于起落梁2 高压油管 6m 根 12 千斤顶供油、回油3 油 泵 ZB4-500 台 2 油站4精密压力表60Mpa（0.4级）只 12 控制油压5 三 通 配套 个 4 连通两千斤顶油路6 截流阀 配套 个 4 保压7 保险箍 自制 套 4 防止千斤顶漏油8 经纬仪 J2 台 1 观察梁体是否偏离中线9 水
18、准仪 J2 台 1观察梁体两端高差和同端水平10 钢板尺 30cm 个 4 控制千斤顶行程11 石棉垫 2mm m2 20 增加垫快间摩擦力12 钢垫块 20cm 块 12 调整千近顶高度13 钢垫块 10cm 块 8 调整千近顶高度14 钢 板 420mm 块 60 调整箱梁两端高差4.3 落梁步骤：A、千斤顶进油，将梁体顶起，将梁体的自重由落梁支墩承受; B、拆除保险墩上的一块 200 毫米的大垫块，换上一块 100 毫米的小垫块和部分钢板，图 7 顶落梁千斤顶油路组装图9钢板与钢板、钢板与梁底皆夹垫石棉板; C、钢板随着千斤顶的回油逐步撤除;D、当梁体下落 200 毫米后，将千斤顶回油，
19、拆除千斤顶下的一块垫块，重新拼装联结系。 落梁时两端按 10cm 步距交替进行，不得同时起落，分多次循环作业，把梁落在支座上。随同千斤顶顶升、回缩和保险支墩的拆除进行随时量测，确保同侧梁底高差保持在 2mm 以内。落梁过程中要保证两端的起落高差控制在 5 cm。落梁过程中用钢板调整保险墩与梁体之间的间隙，使梁底与保险墩顶保持 2030 mm 的距离，以防万一。落梁、顶升过程中，千斤顶上控制阀随同油泵启动、停止，及时同步开关。4.4 安放支座箱梁落至垫石上 60cm 时，停止落梁操作，首先将梁顶起，及时将预先拼装好的保险支墩放置在桥台垫石外侧，千斤顶回油使梁体落在保险支墩上，千斤顶同时保持一定油
20、压与保险支墩同时受力，安放盆式橡胶支座，最后重复落梁步骤落梁就位。4.5 梁体调整当落梁就位以后测量梁体中心线是否落足规范要求，否则利用三向千斤顶进行梁体的微调，调整仍按一端进行后再调另一端。4.6 施工强调的事项：4.6.1 施工人员的操作应有统一协调指挥。4.6.2 垫块间的联结系随着垫块的拆除需重新拼装。4.6.4 应有专人负责观察保险支墩、落梁支墩及梁体的情况。5 结论5.1 现浇箱梁采用既有制式器材连续梁式支架，拼装快捷，变形量小，具有较好的经济效益和可操作性；成桥后经测量梁的线形与设计线形吻合较好，表明所用立模标高的计算方法和施工技术是合理的，可供同类工程借鉴。5.2 在某个桥梁由
21、于桥下净空或其它因素影响，只能采用高位预制和偏位预制的施工方案时，应优先采用高位预制的施工方案。图 7 起落梁千斤顶油路图 三三105.3 对于单端张拉的设计，其锚固端为避免钢绞线滑丝、脱落，应考虑在砼灌注时预留空间，钢绞线及锚具待初张拉时放置。5.4 横向预应力孔道由于扁波纹管宜弯曲，且管道孔径较小，钢绞线不易穿入，因此建议将制孔管道适当加大。作者简介:杨勇 男 1974.6 桥梁 中铁十四局五公司 分公司副经理 工程师 山东兖州中铁十四局五公司 272117 刘治宝 男 1963.12 桥梁隧道 中铁十四局五公司 公司副总经理兼总工程师 高级工程师 山东兖州中铁十四局五公司 272117 13506385170刘贞东 男 1972.10 桥梁 中铁十四局五公司工程部 工程师 山东兖州中铁十四局五公司 272117 0537-3638005
