鐵路客運專線32m先張法預應力混凝土簡支箱梁預製工法

鐵路客運專線32m先張法預應力混凝土簡支箱梁預製工法

《鐵路客運專線32m先張法預應力混凝土簡支箱梁預製工法》是中鐵二局股份有限公司中鐵七局集團有限公司完成的建築類施工工法;作者分別是王強、鄒宏偉、韓偉、周玉興、王建軍;該工法適用於時速250千米客運專線鐵路32米先張法預應力混凝土雙線簡支箱梁預製施工。

《鐵路客運專線32m先張法預應力混凝土簡支箱梁預製工法》主要的工法特點是:導向裝置固定在制梁台座鋼筋混凝土擴大基礎上;傳力柱採用C50鋼筋混凝土結構;張拉橫樑為鋼箱結構;採用“預應力筋單根初調,千斤頂整體分級張拉,千斤頂整體分級放張,輔以螺旋頂支撐跟進保護”的張拉及放張工藝;採用具有自鎖功能的千斤頂和電磁換向閥、液控單向閥並聯油路;張拉放張過程均設定了安全防護裝置。

2009年10月19日,《鐵路客運專線32m先張法預應力混凝土簡支箱梁預製工法》被中華人民共和國住房和城鄉建設部評定為2007-2008年度國家二級工法。

基本介紹

  • 中文名:鐵路客運專線32m先張法預應力混凝土簡支箱梁預製工法
  • 工法編號:GJEJGF189-2008
  • 完成單位:中鐵二局股份有限公司、中鐵七局集團有限公司
  • 完成人:王強、鄒宏偉、韓偉、周玉興、王建軍
  • 審批單位:中華人民共和國住房和城鄉建設部
  • 主要榮譽:國家二級工法(2007-2008年度)
形成原因,工法特點,操作原理,適用範圍,技術理論,施工工藝,材料設備,質量控制,安全措施,環保措施,效益分析,套用實例,榮譽表彰,

形成原因

先張法預應力混凝土簡支箱梁以其耐久性好、製造周期短、節省材料、工序簡潔維修養護工作量少的特點在小跨度鐵路T形梁中套用廣泛。但由於施工工藝、設備及預應力布置等因素的限制,大噸位、大跨度箱梁的預應力鋼筋一直沒有採用折線配筋和直線配筋形式。中鐵二局股份有限公司結合合寧鐵路32米/900噸級簡支箱梁的施工,開展科技創新,開發了先張法預應力施工技術,形成了《鐵路客運專線32m先張法預應力混凝土簡支箱梁預製工法》。

工法特點

《鐵路客運專線32m先張法預應力混凝土簡支箱梁預製工法》的特點有:
1.導向裝置固定在制梁台座鋼筋混凝土擴大基礎上,平衡了折線預應力筋產生的上拔力,安全可靠。
2.傳力柱採用C50鋼筋混凝土結構,不僅承載力滿足了張拉控制力52000千牛的要求,而且結構變形小、穩定性好﹔並且,傳力柱端部適當擴大,確保了預應力張拉及安全保護體系的安裝方便。
3.張拉橫樑為鋼箱結構,材質均為Q345C,受力變形小;張拉橫樑採用上、下橫樑兩個分離的張拉系統,保證了直線筋和折線筋張拉時的不同方向位移;張拉橫樑設定滑移裝置,不僅保證了橫樑在張拉、放張過程中的同步性,而且減小了對有效預應力的影響。
4.採用“預應力筋單根初調,千斤頂整體分級張拉,千斤頂整體分級放張,輔以螺旋頂支撐跟進保護”的張拉及放張工藝,不僅確保了預應力與設計要求一致,而且使張拉、放張過程安全可靠。
5.採用具有自鎖功能的千斤頂和電磁換向閥、液控單向閥並聯油路,保證了張拉和放張過程中張拉橫樑兩側受力均勻以及橫樑的同步性。
6.張拉放張過程均設定了安全防護裝置,使大噸位整體張拉、放張安全可靠。

操作原理

適用範圍

《鐵路客運專線32m先張法預應力混凝土簡支箱梁預製工法》適用於時速250千米客運專線鐵路32米先張法預應力混凝土雙線簡支箱梁預製施工。對類似工程先張法預應力混凝土箱梁或T梁可參考使用。

技術理論

《鐵路客運專線32m先張法預應力混凝土簡支箱梁預製工法》的技術理論是:
在穩固的制梁台座上,採用能夠承受大噸位張拉力的鋼箱橫樑和單束錨,對分布在箱梁內折線預應力鋼筋和直線預應力鋼筋按照“單根初調、整體終拉、輔以螺旋頂支撐跟進保護”的工藝雙端同時張拉,當預應力筋張拉到設計應力值後鎖定千斤頂,然後澆築梁體混凝土,使混凝土凝固後緊緊握裹預應力筋。當混凝土強度及彈性模量達到設計值時,採用“兩端千斤頂同時整體分級放張”的工藝逐漸將預應力筋放鬆,利用預應力筋的彈性回縮及其與混凝土的粘結作用,使混凝土獲得預壓應力,以滿足箱梁的設計承載能力。

施工工藝

  • 工藝流程
《鐵路客運專線32m先張法預應力混凝土簡支箱梁預製工法》的施工工藝流程見圖1。
鐵路客運專線32m先張法預應力混凝土簡支箱梁預製工法
圖1 施工工藝流程圖
  • 操作要點
《鐵路客運專線32m先張法預應力混凝土簡支箱梁預製工法》的操作要點如下:
一、制梁台座總體布置
先張梁制梁台座是先張法預應力箱梁生產工藝的主要工裝設備,分為制梁台座和張拉體系兩部分。制梁台座由台座基礎、導向裝置以及模板系統構成。張拉體系包括張拉橫樑、傳力柱、千斤頂、保護支撐構成。台座基礎、傳力柱採用鋼筋混凝土結構,制梁模板由底模、側模和端模構成,側模和底模採用固定式,並按設計要求設定梁體預留壓縮量、反拱量以及端部位移量;張拉橫樑按直線預應力筋及折線預應力筋的張拉及放張要求分別設定下橫樑及上橫樑,張拉橫樑採用可移動的鋼箱結構。台座總體布置見圖2。
鐵路客運專線32m先張法預應力混凝土簡支箱梁預製工法
圖2 制梁台座總體布置詳圖(單位:厘米)
1.台座基礎
制梁台座基礎採用C40鋼筋混凝土結構,由混凝土作業區基礎和張拉作業區基礎兩部分組成。
2.導向裝置
導向裝置主要由埋人梁體內的一次性使用部分和梁體外重複使用部分組成。其中,埋入梁體內的一次性使用部分包括導向輥、支承側板、連線螺栓等,梁體外里發使用部分包括連線環、連線銷、底座機架、固定軸、滑套、軸夾板、地腳螺栓等。
每個導向裝置承受折線筋約40噸上撥力。導向裝置下部通過長2米、直徑$36預埋螺栓錨固於底模下的條形基礎上,為抵抗上撥力,中部條形基礎頂部布置8根32抗撥鋼筋增大條形基礎抗彎能力。
3.張拉橫樑
為保證直線筋和折線筋張拉時的不同方向位移,張拉橫樑兩端分為上、下橫樑,階梯式設計,並分別設定走行軌道。張拉橫樑材質為Q345C。
下橫樑錨固直線筋,承受40824千牛的張拉力,採用雙箱形結合結構,兩箱形結構米用厚拼按權和高強螺栓連線,鋼板厚度為20~100毫米的板材。下橫樑錨固的預應力根數較多,在網鋼箱絡碼乙間議三排鋼管,便於穿束。
上橫樑錨固折線筋,承受10348千牛的張拉力,採用單箱截面,坡口焊。
4.傳力柱
傳力柱採用C50鋼筋混凝土結構,需承受52000千牛的壓力,在滿足承載能力、變形及穩定的同時,構造上還需提供張拉橫樑、千斤頂、保護支撐的作用空間。傳力柱立面結構詳見圖3。傳力柱安裝在台座張拉作業區中部基礎上,採用鋼板隔開,傳力柱受力時可以滑動,為防止傳力柱受壓時產生旁彎,在傳力柱中部和端部設有限位裝置。
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圖3 傳力柱立面結構圖(單位:厘米)
5.張拉設備及保護支撐
張拉千斤頂是先張梁預製中的重要施工設備,直線筋初調採用YDC380—200型前卡式千斤頂,折線筋初調採用YDC250—200型前卡式千斤頂,以適應初調時不同鋼絞線的構造要求;整體張拉及放張採用YD600—180型自鎖式液壓千斤頂,下橫樑每側為5個,共20個,上橫樑每側1個,共4個。
為保證千斤頂作業安全及張拉質量,上、下橫樑與反力牆間每側千斤頂四周設定四個支撐螺桿保護支撐,兩端總計32個。保護支撐詳見圖4。
鐵路客運專線32m先張法預應力混凝土簡支箱梁預製工法
圖4 保護支撐結構圖(單位:毫米)
為保證千斤頂的同步性,每端上、下橫樑各採用1套泵站,全梁共採用4套超高壓液壓系統泵站,每套泵站將兩台BZ63-10油泵並聯供油,確保供油安全和供油效率。油路採用超高壓雙向電磁閥及液壓單向閥,保證在高油壓下油不外泄,控制反應靈敏,保證多千斤頂同步作用,張拉和放張平穩、安全。
二、模板施工
先張箱梁模板的支架系統要避開傳力柱,根據空間要求特殊設計。每側模板都有兩個支撐點,一個設定在傳力柱頂面居中位置,另一個設在張拉作業區中部基礎上,均採用螺旋支撐。為保證預應力放張時梁體壓縮變形不受約束,底模變截處設計為活動模板,並設計10厘米斷縫,採用活動節拼接。導向裝置安裝處需配置穴模,穴模深40毫米,以便導向裝置切割後進行封堵。在端模上按照鋼絞線設計位置鑽孔,為減少張拉時鋼絞線摩阻,端模上的眼孔應打磨光滑,眼孔直徑應大於鋼絞線直徑5毫米。為保證端部鋼絞線切割處形成凹穴以便對鋼絞線封端,端模預應力區需配置穴模,穴模深40毫米。
三、鋼筋和預應力筋製作和安裝
底、腹板鋼筋和麵筋在預扎架上預扎,底模修整完畢,導向裝置安裝好後即可吊裝底、腹板鋼筋,為避免與鋼絞線相碰,架立鋼筋應設定在底板混凝土振動帶。為方便安裝摺線筋,端部部分鋼筋待折線筋安裝完畢後綁紮。內模安裝完畢後安裝麵筋。
預應力筋布筋穿孔前,預應力筋、鋼橫樑上相應孔位應按設計順序編號標識,避免出現眼孔錯位、交叉,影響張拉。預應力筋安裝應自下而上,分列、分層進行,先穿直線預應力筋,再穿折線預應力筋;預應力筋連同隔離套管在鋼筋骨架完成後一併穿入就位。
四、預應力筋張拉
直線預應力筋及折線預應力筋均採用兩端同步分級張拉方式,按照“預應力筋單根初調、千斤頂整體分級張拉”的張拉工藝施工。張拉順序:先初調直線預應力筋,再初調和張拉折線預應力筋,最後張拉直線預應力筋,其程式如下:
初始狀態觀測→初調直線筋(0.2σ)→初調折線筋(0.2σ)→折線筋(0.6σ)→折線筋(0.8σ)→折線筋(1.0σ)→一直線筋(0.3σ)→直線筋(0.6σ)→直線筋(0.8σ)→直線筋(1.0σ)→補足折線筋(1.0σ)→結束(σ為張拉控制應力)。每一級張拉過程中都要加強對張拉橫樑變形量、張拉橫樑兩側位移量、同步性、傳力柱壓縮量、鋼絞線伸長值、鋼絞性應力狀況進行觀察、記錄,必要時對張拉進行調整,以保證每一級荷載下鋼絞線的張拉力和伸長值符合設計要求。
五、混凝土施工
預應力筋張拉完畢後,應及時(不宜超過2小時)澆築混凝土﹔混凝土澆築過程中,嚴禁振動棒接觸預應力筋和模板,避免預應力筋因外力作用而產生應力損失。梁體結構採用高耐久性、高體積穩定性、高強度、低水膠比、低水化熱,較好工作性能的高性能混凝土,施工中需加強混凝土原材料儲存與管理、配合比選定、攪拌、運輸、振搗、養護施工控制。
六、預應力筋放張
梁體強度及彈性模量達到設計值後,採用千斤頂分級整體放張,先放折線筋,切割導向裝置,最後放張直線筋。放張時,梁體兩端千斤頂油壓卸載速度應保持同步。為保證放張的順利進行,在保證鋼絞線應力不超過其抗拉強度75%的情況下進行適當超張拉,使螺旋支撐和張拉橫樑之間產生微量間隙,以便旋鬆螺旋支撐。放張程式為:折線筋(1.0σ—1.0兆帕)→試松螺栓支撐→折線筋(1.0σ+0.5兆帕)千斤頂頂松支撐螺桿→從1.0σ降到0.6σ→折線筋(0.3σ)→折線筋(0σ)→切割導向裝置(先氣割中部的四個、再切端部的四個)→直線筋(1.0σ一1兆帕)→試松螺栓支撐→直線筋(1.0σ+0.5兆帕)千斤頂頂松支撐螺桿→直線筋從1.0σ→直線筋(0.6σ)→直線筋(0.3σ)→直線筋(0σ)→結束。
《鐵路客運專線32m先張法預應力混凝土簡支箱梁預製工法》的勞動力組織見表1。
表1 勞動力組織情況表(單位:人)
序號
班組
工序內容
人數
備註
1
鋼筋班
鋼筋製作、安裝
178
-
2
機電班
電焊、機修
15
-
3
模型班
模板安裝、拆除
63
-
4
混泥土班
混凝土生產、灌注、養護等
98
-
5
張拉班
油泵操作
2
-
加力操作
2
-
看錶人員
2
-
螺旋支撐跟進
8
-
鋼絞線卸車、下料、運輸、穿束、編號、封堵
15
-
鋼橫樑、千斤頂及油路安裝和拆卸
15
-
6
裝吊班
箱梁吊裝及道路養護
26
-
7
合計
-
424
-

材料設備

《鐵路客運專線32m先張法預應力混凝土簡支箱梁預製工法》無需特別說明的材料,所用機具設備見表2。
表2 主要設備、工裝及檢測器具
類號
設備類別
序號
設備名稱
單位
數量
備註
1
1
YD600——180型液壓千斤頂
24
-
2
超高壓油站(32兆帕20升/分鐘80兆帕8升/分鐘)
3
-
3
超高壓油站(32兆帕10升/分鐘80兆帕4升/分鐘)
3
-
4
超高壓電磁閥及液壓單向閥
2
-
5
先張粱鋼橫樑輪軸
8
-
6
先張梁保護(支撐下橫樑)
16
-
7
先張梁保護(支撐上橫樑)
16
-
8
YDC380型千斤頂
8
-
9
CZLYB-4B/4000千牛壓力感測器
2
-
10
AMPV-WA顯示儀表
2
-
11
32兆帕4升/分鐘油站
6
-
12
超高壓油管、閥件及各種接頭
1
-
13
張拉鋼橫樑
4
其中上、下橫樑各2套
2
1
鋼筋混凝土製梁台座
-
1
含傳力主和安全擋護裝置
2
制梁模板(底﹑側板、端模、內模)
1
-
3
梁體綁紮胎具
2
腹板,橋麵筋各一套
4
導向裝置
1
每孔梁8個
3
1
靜載試驗台及其配套設施
1
最大荷載27500千牛
2
300噸靜載試驗油頂
12
其中2台備用
3
ZB10/320張拉油泵
5
-
4
位移計/百分表
8
-
5
8000千牛感測器
1
校千斤頂
6
600噸油頂校驗架
1
-
7
30O千牛感測器
6
-
8
紅外線測溫儀
1
鋼絞線及混凝土表面溫度

質量控制

施工企業採用《鐵路客運專線32m先張法預應力混凝土簡支箱梁預製工法》施工時,應採取的質量控制要求如下:
一、質量標準
1.執行標準
鐵科技(2004)120號《客運專線預應力混凝土預製梁暫行技術條件》;
科技基(2005)101號《客運專線高性能混凝土暫行技術條件》;
鐵建設(2005)160號《客運專線鐵路橋涵工程施工質量驗收暫行標準》;
鐵建設(2005)160號《鐵路混凝土工程施工質量驗收補充標準》。
2.主要質量控制標準見表3。
表3 質量控制標準
類號
類別
項號
項點
質量標準
檢驗方法及部位
1
靜載試驗
1
靜載試驗
抗裂安全係數K≥1.20
靜活載撓跨比xf實測/L≤1.05xf設計/L
隨機抽1件成品梁進行靜載抗裂試驗,試驗齡期一般終/放張拉後30天為宜
2
混凝土強度及彈性模量
2
梁體混凝土強度
驗收強度不低於設計強度等級
抽取一批達到28天齡期立方體試塊進行抗壓強度試驗並進行評定
3
放張強度
不低於設計強度等級加3.5兆帕
抽取一組立方體試塊進行抗壓強度試驗
4
放張彈模
滿足設計要求
抽取一組終張試件,現場試驗
5
梁體混凝土彈模
滿足設計要求
抽取一組達到28天齡期試件進行試驗
3
梁體外形尺寸
6
橋樑全長
±20毫米
測量橋面和底板兩側4個部位的長度
7
橋樑跨度
±20毫米
測量底板兩側兩端支座板螺栓中心間的距離
8
樑上拱
±L/3000(放張30天)
以支座中心為基準測量跨中處梁底緣的上拱值
二、質量保證措施
(一)混凝土配合比
混凝土的配合比應根據原材料品質、混凝土設計強度等級、混凝土耐久性以及施工工藝對工作性的要求,通過計算、試配、調整等步驟選定。配製的混凝土拌合物性能應滿足施工要求,配製成的混凝土應滿足設計強度、耐久性等質量要求。
(二)原材料檢驗
箱梁生產所採用的各類原材料,均具有製造廠家的質量合格證明書或經國家認可的第三方檢測機構出具的質量合格檢驗報告單;原材料進場後必須經復驗合格後方可使用。
1.水泥、混凝土礦物活性摻合料、Ⅰ級粉煤灰、磨細礦粉、外加劑、細骨料、粗骨料、鋼筋等材料應符合《客運專線預應力混凝土預製梁暫行技術條件》及國家現行標準。
2.預應力鋼絞線:預應力鋼絞線為1×7-15.2-1860和1×7-17.8-1860兩種,其質量應符合《預應力混凝土用鋼絞線》GB/T5224-2003的規定。
3.錨具:技術性能應符合《預應力筋用錨具、夾具和連線器》GB/T14370的規定。
(三)施工過程中的質量控制
1.預應力張拉屬特種作業,施工前應對操作人員進行技術培訓,做到持證上崗。同時,應編制工藝檔案或施工作業指導書,進行技術交底。
2.重複使用的工具錨,在每次使用前要認真檢查,嚴禁將有裂紋及其他異常現象的夾片裝入錨板;對千斤頂、油泵、油管及鋼橫樑進行認真檢查,確認其處於良好工作狀態。
3.千斤頂、油泵與油管的接頭必須安裝牢固,人員不得踩踢高壓油管,不得敲擊及碰撞張拉設備,油表要妥善保護,避免受振。
4.預應力筋整體張拉後至放張的全過程中,應設專人對張拉期間的千斤頂、油泵、支撐螺桿及橫樑進行監護,不得有外力敲擊張拉設備和錨具。
5.張拉完畢後,應及時澆築混凝土;混凝土澆築過程中,嚴禁振動棒接觸鋼絞線和模板儘量多採用側振和底振,避免預應力筋因外力作用而產生應力損失。
6.當梁體混凝土強度達到設計強度的60%且溫差滿足拆模要求時,即可進行脫模作業。由於梁體預應力尚未放張,梁體內、外模板只能鬆開,使模板與梁體混凝土表面分開,以利放張時不損壞梁體。脫模作業過程中,嚴禁使用大錘等器具敲擊模型或梁體,不得碰撞鋼絞線,應避免任何形式的振動對梁體產生不利的影響。

安全措施

施工企業採用《鐵路客運專線32m先張法預應力混凝土簡支箱梁預製工法》施工時,除應執行國家、地方的各項安全施工的規定外,尚應遵守注意下列事項:
為確保箱梁在張拉過程中的安全,以防錨具及預應力筋斷裂飛出傷人,在張拉台座兩端鋼橫樑外端4米處分別設定兩塊安全防護牆。防護牆採用混凝土基礎、鋼框木板結構,防護牆高度5米,木板厚度為10厘米,並在張拉台座周邊設定圍欄,做好安全標誌,嚴禁閒雜人員靠近。箱梁在預應力張拉及放張過程中,樑上、梁端千斤頂後面嚴禁站人或通過行人,操作人員應站在千斤頂側面進行操作。作業人員進入內箱作業時,應從端頭橋面中部下到內箱,嚴禁翻越梁端鋼絞線或正對鋼絞線位置作業。

環保措施

施工企業採用《鐵路客運專線32m先張法預應力混凝土簡支箱梁預製工法》施工時,應採取的環保措施是:
1.項目部成立以項目經理為第一責任人的環保機構,參加人員有副經理、總工程師、安質部長、專職環保工程師及各部門負責人,專業環保工程師負責施工現場的有關環保技術、監理方面的工作。
2.做好生態環境保護的宣傳教育工作,提高認識,強化職工的環保意識。
3.嚴格執行有關環境保護的國家法律、法規和施工技術細則規定的強制性條款﹔嚴格執行當地政府對環境影響和水土保持方案的有關要求;認真貫徹業主制定的環境保護措施。
4.針對施工過程中產生的噪聲,對動植物和人體損害均較大,為了保護環境,應儘量減少噪聲污染,避免夜間作業。對機械設備產生的超分貝噪聲利用消聲設備減噪。
5.合理規劃施工便道、施工場地,固定行車路線、便道寬度,限制施工人員的活動範圍,儘量少擾動地表、少破壞地表植被。
6.嚴禁將生活污水直接排放至江河中,含油廢水經隔油池處理後排放,防止油污染地表和水體。生活污水經化糞池處理後排放。
7.施工營地設定集中垃圾收集地,設專人管理,經無害化處理後排放,定期填埋,嚴禁就地焚燒。對營地生活垃圾(包括施工廢棄物)集中裝運至指定垃圾處理場處理。對不能處理的垃圾拉到設有處理設施的廠處理。
8.油和廢油的管理,施工機械維修、油料存放地面應硬化,減少油品的跑、冒、滴、漏,所有油罐要有明顯的標誌,在不使用時要密封;嚴禁隨意傾倒含油廢水,應集中處理。

效益分析

中鐵二局股份有限公司、中鐵七局集團有限公司採用《鐵路客運專線32m先張法預應力混凝土簡支箱梁預製工法》施工的效益有:
與後張梁相比,先張梁節省了管道成形的抽拔橡膠棒和波紋管、管道壓漿材料、張拉錨具,減少了壓漿、封錨等制梁工序,節省施工環節,減少存梁台座,少占耕地。通過先張梁與後張梁的經濟比選,當制梁工期為10個月以上時,無論月產量多少,採用先張梁施工工藝更為經濟,特別是城巿集中、用地困難、地價較高的地區有明顯的優勢。先張梁較後張梁生產周期短,當遇尼上的,興飢實次活性更為明顯。先張梁結構預應力筋能有效地與梁體混凝土結合在一起,避免了預應力管道削弱結構斷面及管道壓漿不充分或管道積水對結構的影響,結構耐久性提高,維修養護工作量小,節約了梁體維修成本。

套用實例

中鐵二局股份有限公司、中鐵七局集團有限公司採用《鐵路客運專線32m先張法預應力混凝土簡支箱梁預製工法》的套用實例如下:

榮譽表彰

2009年10月19日,中華人民共和國住房和城鄉建設部以“建質[2009]162號”檔案發布《關於公布2007-2008年度國家級工法的通知》,《鐵路客運專線32m先張法預應力混凝土簡支箱梁預製工法》被評定為2007-2008年度國家二級工法。

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