铁路客专双线整体预制箱梁施工工法.docx
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铁路客专双线整体预制箱梁施工工法
铁路客专双线整体预制箱梁施工工法
中铁七局集团第三工程有限公司
王春明张东晓薛宁鸿张华房会彬
工法编号：
EJGF30-2007
1.前言
在我国铁路跨越式发展规划中，客运专线作为解决大城市之间旅客快速运输的主要通道，已在全国各大城市之间开始兴建。
客运专线由于运行速度的提高，对线路平顺度、基础（结构）整体性标准要求更高，桥梁作为线路组成部分，上部结构设计多为后张法预应力混凝土整体简支箱梁。
整体性、大跨度、大吨位箱梁的预制施工被列为科技攻关项目。
本工法是通过武广客运专线武汉天兴洲长江大桥北岸引桥900吨有碴轨道简支箱梁（在铁路施工中首次采用）的施工过程中形成的。
2.工法特点
2.1预制箱梁钢筋、波纹管、预埋件和内模在焊制箱梁外形胎模上一次成型，整体吊装上预制台座。
2.2外侧模焊接成整体，内外模利用轨道安拆，液压系统调平，精度高、劳动强度低。
2.3自制移梁小车，利用轨道横移箱梁到存梁台进行终张拉。
2.4采用工厂化预制梁生产，专业化流水生产线作业，工程质量和进度得到了保证。
3.适用范围
本工法适用于大吨位（900吨）预制箱梁施工，如客运专线双线箱梁、高速公路箱梁及其它大批量大型混凝土预制构件的预制。
4.工艺原理
应用液压原理调整内外模标高及预应力张拉，自制液压移梁小车起落梁并平行移梁。
5.工艺流程及操作要点
5.1工艺流程见图5.1-1
图5.1-1预制箱梁施工工艺流程图
5.2操作要点
5.2.1钢筋制作、吊装及预应力管道设置
1钢筋加工、绑扎。
钢筋按照设计尺寸和形状用1：
1的比例在加工台座上放标准大样图，按照大样图精确制作和检验。
为了确保钢筋梆扎外形尺寸的正确和每一根钢筋位置的准确，制作箱梁外形胎模，胎模用角钢焊接成形。
钢筋绑扎前首先对胎模进行全面检查，确保胎模的尺寸、标高正确。
在胎模上标明钢筋编号、预留孔位置，然后布放钢筋。
绑扎时，腹板每2米留一个下灰位置，底腹板、桥面钢筋横向每隔1m，纵向每隔0.5m焊接支撑钢筋一道，保证钢筋整体刚度。
保护层垫块绑扎在钢筋十字交叉处，垫块呈梅花形布置，底板及翼缘板底面间隔为0.8m，腹板侧面为1.2m，腹板底部为0.4m。
保护层厚度误差控制在0～5mm内。
2钢筋整体吊装
在底腹板钢筋绑扎、内模安装完毕、顶板钢筋绑扎完成后，对内模表面杂物采用高压水冲洗干净，利用2台80t龙门吊通过专用吊具整体吊装上台座。
特制吊具采用型钢制作主梁和分配梁，主梁全长31米，分配梁长15米。
起吊时挠度不大于1/250，吊点间距纵向2.5m，横向3.0m。
吊装钢筋前，在台座两端标识刻度线。
吊装时，翼缘板部位用钢丝绳和拉杆与吊具连接，腹板部位用钢丝绳和导链与吊具连接。
起吊后，观察对比分析钢筋每一个与吊具连接点的受力情况，通过拉杆和导链调节受力，使吊具和钢筋受力均匀，防止局部受力偏大，导致箱梁钢筋发生变形。
龙门吊移动到位应略作停顿后钢筋笼对位。
钢筋笼对位有少量偏差时保持一台龙门吊静止，另一台略作移动调整。
3预应力孔道成型:
纵向预应力孔道采用抽拔橡胶棒和塑料波纹管（32m梁用抽拔棒，24m梁用塑料波纹管）预埋成孔。
纵向每50cm设置一道定位环，定位网的网眼净尺寸大波纹管（抽拔棒）外径5mm。
预应力定位环在加工场焊接在钢筋骨架上，骨架摆放在胎具后定位孔道自然形成。
5.2.2模板工程
1底模：
为了便于运输，在工厂制作成小块模板，到工地后在制梁台座条形基础上拼装成五节，两端支座及活动底模各两节，中间固定底模一节。
底模沿纵向按抛物线预设上拱度，根据箱梁设计尺寸、施工用料及加载龄期等因素，上拱度跨中按17mm控制，向两端按二次抛物线过渡。
梁体压缩量32米箱梁上缘按10mm设置，下缘按20mm设置；24米箱梁上缘按6mm设置，下缘按12mm设置。
2侧模：
采用整体滑移式装置，由活动侧模板、走行轮、滑模轨道和牵引设备组成。
侧模采用大块模板，在工厂分节加工，现场用螺栓连接组装后焊接成整体。
面板采用8mm厚的A3钢板，纵肋采用[20a槽钢，框架采用[20a槽钢和I20a工字钢，框架底部安装4个滑模小车手柄进行立模、脱模，用于调整模板尺寸。
侧模外每1.5m梅花型设置附着式振动器，振动器布置尽量靠近底部，安设牢固。
梁端钢筋较密部位每侧设置2个底部附着式振动器。
侧模拼装步骤：
采用卷扬机牵引台车纵移对位→利用台车上水平千斤顶推侧模靠近底模→侧模底部安装垂直千斤顶→调节侧模高度→安装底模与侧模紧固螺栓→检查上翼缘内外侧尺寸。
拆除顺序：
拆除通风孔芯棒→拆除端模与侧翼模联接螺栓→拆除端模两翼→拆除翼缘挡板上部→拆除侧模与底模联接螺栓及拉力螺杆→调整侧模桁架底部千斤顶→侧模整体下移120毫米→侧模桁架落在移模小车上→调整移模小车上千斤顶，侧模整体横移100毫米→牵引卷扬机将模板沿轨道纵移至另一制梁台位；
3端模：
端模面板厚14mm，端模为整体模板，用螺栓与外侧模板联接，与侧模板、内模板间的间隙用橡胶条填充。
端模板按中梁和边梁分别加工制造。
为运输方便，端模分为两件加工，运到工地后再焊成整体，并用[20a槽钢作骨架进行加固。
4内模：
内模由走行系统、液压系统、内模板三部分组成。
采用液压、自动缩放，整体抽拔方式拆除。
内模板沿混凝土箱梁长度方向分为五个拼装段，标准段长24米，分3段每段长8米，两端变截面段各长4.6米。
在横截面上对称分成五块，一块顶模、二块上侧模、二块下侧模。
顶模与上侧模间、上侧模与下侧模间均采用铰销联接，依靠油缸伸缩带动模板绕销轴转动，实现模板的张开与收缩。
内模小车由车架、伸缩支腿、车轮、手动换向阀、油缸油管等组成。
由设在车体上的液压站通过油路提供液压，操纵手动换向阀，控制内模板的张开与收缩及内模车伸缩支腿的顶起和收回到达工作位置或缩回到运送状态。
在浇筑混凝土前，可采用调整斜撑杆、竖撑杆、平撑杆三种撑杆的长度保证内模板形状、位置的正确，并均匀承受混凝土对模板的压力。
内模拼装在拼装台位上进行。
从箱梁内脱出的模板块吊装到内模拼装台位上，将内模车轮子与台位上钢轨对位，内模车立柱顶伸千斤顶供油，立柱升高至模板在台位上的安装高度，伸展内模两侧千斤顶将内模板块由下向上逐块顶推到位，安装内模撑杆并锁紧螺母。
龙门吊整体吊入已梆好底、腹板钢筋台模内定位，梆扎顶板钢筋，整体吊装入模。
混凝土强度达到设计强度要求后拆除内模。
拆模时先按节段拆除两节段间模板联接螺栓，再分节段，从两端往中间依次脱模。
拆模顺序：
拆除腹板变厚段（4.6米）→拆除标准段（8米）。
5.2.3混凝土施工
1拌制；混凝土由拌合站集中拌制，原材料的投料顺序为砂→水泥及掺和料、复合型外加剂→水→碎石→外加剂。
水、水泥、掺和料、外加剂的称量应准确到±1%，粗、细骨料的称量±2%（均以质量计）。
总搅拌时间不宜少于120s，也不宜超过180s。
考虑泵送性能、初凝时间、工作度等因素，顶板坍落度控制在190-200mm，底板和腹板控制在190-210mm。
冬季搅拌混凝土需先经过热工计算，夏季施工采取降温措施，保证混凝土的入模温度满足要求。
2运输、泵送；混凝土运输采用混凝土运输车及输送泵管道运输。
混凝土泵开始工作后，中途不得停机。
布料机两侧对称布置，同一侧两台布料机布料范围应重叠不得出现布料死角。
混凝土宜在搅拌后60min内泵送完毕，且在1/2初凝时间前入泵。
全部混凝土在初凝前浇筑完毕。
3混凝土浇筑；混凝土的浇筑采用连续整体浇筑施工，纵向分段、水平分层，对称进行；从跨中到两端，再由两端到中间；先底板、再腹板、最后顶板。
纵向分段长度6-10m，斜度30°～45，水平分层厚度不得大于30cm，两层混凝土间隔时间不得超过混凝土的初凝时间。
底板混凝土采用插入式振动棒振捣，腹板混凝土采用内插入和外附着式振动器相结合方式振捣，顶板混凝土采用插入式振动棒和振动梁振捣（振动梁振捣时应避免碰撞模板、钢筋及预埋件）。
混凝土浇筑如图5.2.3-1示。
第一步
第二步
第三步
第四步
图5.2.3-1混凝土浇筑示意图
4混凝土养护
浇筑过程中气温较高时，顶、翼板混凝土应及时用喷壶洒水保湿，混凝土接近初凝时采用土工布与彩条布块两层覆盖洒水养护，洒水次数应以混凝土表面湿润状态为度；箱梁腹板内、外侧面、翼板底面、梁端面、底板底面由人工使用喷雾器均匀喷洒PX-2型混凝土养护剂进行养护。
冬季施工时，进行蒸养。
蒸养管道分布在制梁台座条形基础上，上下分两层，间距为0.7m，散热孔分布间距为0.3m，蒸养时间控制在18个小时。
蒸养棚内温度应控制在35摄氏度，箱室内部和梁体表面温度与梁体内部混凝土温差不超过15摄氏度，梁体内部混凝土温度和外部环境的温差不超过15摄氏度。
5.2.4预应力施工
1
当梁体混凝土强度达到设计强度60%时进行预张拉，达到设计强度80%时进行初张拉，强度达到100%时进行终张拉。
工序流程；拆端模→穿钢束→松内模→预张拉→拆内模→初张拉→拆外模→
移梁→养护→终张拉。
2预应力张拉控制
预张拉：
0→0.2σcon→0.4σcon→设计张拉力60%（持荷5分钟）→补充到设计张拉力60%（测控制油压伸长量及夹片外露量）→锚固（测锚固回缩量）
初张拉：
0→0.2σcon→0.4σcon→设计张拉力80%（持荷5分钟）→补充到设计张拉力80%（测控制油压伸长量及夹片外露量）→锚固（测锚固回缩量）
终张拉：
设计张拉力80%→设计张拉力100%（持荷5分钟）→补充到σcon（测控制油压伸长量及夹片外露量）→锚固（测锚固回缩量）
张拉应左右对称同步进行，同时加强箱梁应力、变形观测。
3管道压浆
终张拉完毕2天之内进行管道压浆作业。
压浆水泥采用P.O42.5普通硅酸盐水泥、JM—HF复合型外掺料，浆体水胶比不超过0.34，流动度控制在30～50s之间，采用真空辅助压浆工艺施工。
4封锚
铲除锚垫板表面粘浆和锚环上的封锚砂浆，凿毛、清理之后，在锚具的四周及钢绞线端部涂以聚氨酯防水涂料（符合TB/T2965规定）进行防水处理。
5.2.5箱梁横移及存放
1工艺流程见图5.2.5-1
图5.2.5-1箱梁横移存放流程图
2施工要点
横移轨道铺设；横移轨道采用P50轨钢轨，在箱梁两端各铺设一组，两组轨道保持平行，相互间高差不得超过20mm，每组相邻两条轨道相对高差不得大于2mm。
轨道基础必须特殊处理，整体性、承载力满足移梁要求。
横移台车就位；在预制梁台座上设活动底模，梁体顶升前，拆除活动底模，将4台250t液压移梁台车沿轨道对称布置在梁底腹板设计位置，每端设两台。
对准误差不得大于10mm，就位后锁死台车。
梁体顶升；检查所有移梁台车，确认无故障后，连接好所有油顶和油泵之间的管路，保证各接头紧密满扣，并将其中一端的两台油顶的油路串联，另一端采用一个泵站供油，从而实现移梁过程中的“四点受力、三点平衡”的要求。
油顶顶升，串联油路一端的两台移梁台车的油顶先顶，顶升30mm后，关闭油阀，油顶自锁；另一端两台移梁台车同时送油，保持两台油顶同步，顶升30mm后，关闭油阀，油顶自锁。
顶梁时加油要均匀、缓慢，两端交替顶落，最大顶升高度不得大于60mm。
箱梁横移存放；各项准备就绪后，移梁台车开始横移梁。
移梁过程中保证四台移梁台车行进同步，速度不得超过0.65m/min。
提前将板式橡胶支座安装至存梁台座上对准误差不得大于5mm，复测标高，四个支座顶标高相对较差不得大于2mm。
横移到位后对准落梁。
落梁时两端亦应交替进行，先落两台油顶没有串联的一端，顶落高度不得超过30mm，另一端再行落梁就位。
油顶继续回油，直至油顶顶端距梁底不小于20mm且保证台车可以退出来时，回油停止，移梁台车推出。
6.材料与设备
机具设备表表6-1
序号
作业
机具名称
规格型号
单位
数量
备注
1
钢筋加工制作
钢筋调直机
G×12/φ6-12
台
1
钢筋切断机
GQ40/φ6-40
台
3
钢筋弯曲机
GW40/φ6-40
台
3
钢筋对焊机
UN-100/100KVA
台
1
钢筋电焊机
B×1-500/500A
台
3
定位环焊接
平板车
10m
台
1
钢筋半成品运输
2
内模、钢筋吊装
龙门吊
LBMQ8080t
台
2
整体吊具
31×15m
个
1
内模钢筋整体吊装
内模吊具
31×3m
个
1
吊装内模
卷扬机
JM55t
台
2
脱模
3
混凝土浇筑
混凝土搅拌楼
HLS90/90m3
套
1
混凝土搅拌楼
HZS120/120m3
套
1
液压布料杆
HGY17/3R17m
台
2
混凝土搅拌运输车
JC6B6m3
台
3
混凝土搅拌运输车
8m3
台
2
混凝土输送泵
HBT60B60m3/h
台
1
备用
混凝土输送泵
HBT80B.13.132ST
台
2
附着式震动器
ZW-5500kg
台
30
附着式震动器
ZW-7700kg
台
30
插入式震捣棒
ZX50
台
20
发电机
GF300
台
1
停电应急
发电机
GF250
台
1
停电应急
4
混凝土养护
水车
1t
台
1
夏季自然养护
蒸汽锅炉
2t
台
1
冬季蒸汽养护
修补养护平台
自制
台
2
5
预应力张拉
张拉千斤顶
YCW-300B
台
4
电动油泵
ZB4-500
台
4
张拉千斤顶
YCW-25
台
2
备用
6
真空辅助灌浆
预应力真空泵
80m3/h
台
1
涡流式搅拌机
250
台
1
螺杆灌浆泵
SQG45
台
1
张拉压浆台车
自制
台
2
7
移梁
龙门吊
MJ500
台
2
提梁纵移
横移梁台车
250t
台
4
横移梁
7.质量控制
7.1混凝土要符合耐久性的要求，为了达到混凝土耐久性要求，从以下几个方面进行控制：
7.1.1严格控制原材料质量，水泥选用普通硅酸盐水泥，选用级配连续、粒形好的石子，考虑到保证混凝土的耐久性，应选用没有或尽量低碱活性的石子，石子最大粒径不大于20mm，砂子为中粗砂，细度模量约等于3.0；
7.1.2认真做好混凝土耐久性配合比试验，控制水胶比不大于0.4、强度高于50Mpa、徐变率低；
7.1.3合理控制拌和物性能。
7.2混凝土表面裂缝控制；裂缝控制应从混凝土入模温度、拆模、养护时间、预应力张拉等方面进行控制，保证混凝土箱梁表面不产生裂缝，满足耐久性要求。
7.3加强施工工艺控制；从混凝土搅拌、运输、布料、振捣、保护层厚度、结构防水等方面细化施工工艺，保证混凝土的匀质性和密实度。
7.4按照《客运专线铁路工程施工质量验收标准应用指南》对于混凝土入模温度、含气量、泌水率、电通量、抗裂性、与邻介质温差，拆模温度等检验方法、频率进行严格的控制和检验。
7.5严格预应力张拉控制；按照设计图纸预应力张拉顺序进行张拉、张拉时间、张拉应力严格控制。
对前两孔梁进行孔道摩阻、喇叭口摩阻等预应力瞬时损失测试，根据实测数据进行预应力校验和补拉，保证预施应力准确。
7.6高度重视后张梁的孔道压浆施工；采用真空辅助压浆工艺，对于浆体性能指标、压浆设备、压浆工艺操作流程进行了明确的规定要求，确保预应力管道密实，保证箱梁混凝土的耐久性。
8.安全措施
8.1钢筋内模整体吊装时注意检查吊装绳索、吊架等设备是否完好，吊装作业过程要统一指挥，吊臂下严禁站人，确定安全后方可作业。
8.2模板内液压系统中的油泵、油管、接头注意保护，防止出现异常现象。
特别是浇筑混凝土前要用包装袋缠绕油缸臂，防止混凝土对油缸形成污染，损坏油缸密封。
8.3外模脱模收缩油缸、内模用卷扬机脱模时，要统一指挥，使每位施工人员要避开危险区。
指挥人员得到确认后方可指挥作业，以防发生意外伤害。
8.4由于箱梁两端变截面处内孔径变小，内模板退出间隙较小，施工时应注意观察，防止模版外托损伤混凝土。
8.5预应力张拉时，千斤顶后面不准站人，也不得踩踏高压油管。
9.环保措施
9.1压浆时出浆口采用贮浆桶接冒出的废浆，弃置在指定地点，避免污染梁体和环境。
9.2混凝土养护用水专人管理，节约用水，以保持表面湿润不干为度。
9.3在梁体周边抹砂浆带挡水，避免养生用废水任意流淌，污染环境。
9.4施工使用液压及其他设备较多，严格按照规定进行机械设备的保养、检查，防止机械油泄漏。
10.效益分析
提前筹划，早预制，集中进行架设，下部结构和梁部架设平行施工，缩短工期。
如本桥共43孔，预制梁3—4天/孔，共计施工时间172天。
满堂支架法施工按投入三孔半支架计算，每孔施工工期为7天，共计施工时间为301天，工期可缩短129天。
相对于现浇梁施工，特别对于地质不良地段，不用进行大面积地基处理，不需搭设支架，可大大减少建设投资。
在软地基建梁场制架梁费用为1047194元/孔，采用满堂支架现浇在一般地质条件下费用为1078400元/孔，集中预制架设比现浇每孔节省费用3万元。
采用模块化施工，充分发挥了机械设备和自动化作业优势，人员比采用现浇施工节约27%。
采用自行设计制造的液压移梁小车横移梁，设备费用仅30万元/套，经济方便，较目前国内其他梁厂采用的无轨移梁门吊设备每套在200万元左右），节省资金约170万元。
11.应用实例
11.0.1由中铁七局三公司承建的武汉天兴洲长江大桥北岸引桥，全长1765.1米，设计为时速350km/h的有碴轨道客运专线桥，上部结构设计为双线预应力简支箱梁43片，其中24米箱梁2片，32米箱梁41片。
预制梁自2006年11月份开始正常预制架设，至2007年4月完成，在配置两个制梁台座，一套外模的情况下每月制梁数量达到7-8片，最快达到每3天完成一片箱梁的纪录。
工期、安全质量都得到了保障，并取得良好效益。
本工法就是在此施工过程中形成，目前郑西客运专线同类工程施工中得到进一步验证。
11.0.2郑西客运专线ZXZQ01标段荥阳预制梁场于2006年10月开始预制客运专线箱梁,全部箱梁采用本工法进行预制,截至10月15日已经预制245片，架设48片。
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