客运专线64m双线节段拼装预应力混凝土简支箱梁拼装工艺与线形控制技术DOC.docx
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客运专线64m双线节段拼装预应力混凝土简支箱梁拼装工艺与线形控制技术DOC
客运专线64m双线节段拼装预应力混凝土简支箱梁拼装工艺与线形控制技术
1引言
西成客专汉中汉江特大桥64m双线节段拼装预应力混凝土简支箱梁为国内首次应用在高速铁路桥梁的大跨度节段拼装简支箱梁，其跨径64m，拼装重量2626t，创客运专线简支梁跨径最大、拼装重量最重两项国内纪录，其施工架设设备SX64/2700型移动支架造桥机亦首次应用，箱梁施工节段多，预制、拼装过程施工工艺复杂，且在箱梁整体张拉过程中对梁体的下扰、上拱的控制，以及考虑后期梁体徐变，各种因素应综合考虑，可见梁体的线形控制为箱梁施工的重难点之一，需要进行系统研究，保证桥梁高标准高要求的进行施工，并总结线形控制施工技术，为今后同类型的桥梁施工提供系统借鉴。
2工程概况
汉中汉江特大桥为新建铁路西安至成都铁路客运专线的控制性节点工程，其位于陕西省汉中市汉台区与南郑县交接处，主桥为横跨汉江所设。
全桥位于直线及R=8000m的曲线上，桥长共计4908.24m，汉江主河槽采用12孔64m节段拼装简支箱梁，跨越94#～106#桥墩。
本桥64m箱梁采用在制梁场分段预制，在移动支架上整体拼装，浇筑预制梁段间湿接缝，整体张拉预应力钢束的施工方法。
一孔64m梁全长为66.3m，计算跨度为64m，梁高5.6m，梁端悬臂外伸各40cm。
分为15个节段，沿桥梁中心对称布置，梁段重分别为1#段156.5t、2#段158.3t，普通段128.3t（不含锯齿块），梁段间现浇湿接缝梁段从梁端至跨中依次重40.6t、27.5t，26.3t。
图1梁段划分示意图
3箱梁线形控制
对于如何保证箱梁的整体线形控制技术，其影响因素较多，主要为节段预制施工过程、移动支架拼装预压施工过程、节段拼装施工过程、预应力张拉施工过程等方面，对这几方面进行施工质量控制，保证箱梁架设后的整体线形可以满足验收标准的要求。
对于加装二期荷载后期梁体的徐变可通过梁体自身的支座偏移量进行调整，后期梁体扰度的变化在预拱度预留过程中已经考虑。
3.1节段预制施工过程
节段预制施工的高标准高质量是保证桥梁线形控制的基础，是桥梁线形控制最根本的保证，梁段的预制一定要严格控制，特别是梁模板施工，保证段结构尺寸的误差最小化无错台。
节段拼装梁梁段预制采用在封闭的预制梁场工厂化施工预制，以保证梁段的结构尺寸、施工质量。
通过在厂区内设置坐标控制网、提高模板拼装精度、提高预留孔洞、支座预埋螺栓埋设精度、设置中线控制点等方面进行桥梁线形控制。
3.1.1设置坐标控制网
为了便于对梁段预制过程中模板形变、制梁台座、点位坐标等施工控制，高程控制通过厂区内的二等水准测量控制网进行控制；坐标控制在预制梁场制梁区内设置一组测量观测塔，观测塔设置在预制梁台座中线两侧，其一为基站，另一为固定后视。
在制梁台座处设置固定标识，以便于对制梁台座进行沉降观测，并可方便对制梁用钢模板进行校核、对固定点位进行测设。
保证各预制梁段的施工质量控制。
图2观测塔布置示意图
3.1.2梁段施工过程
普通节段钢筋采用在钢筋绑扎胎具利用侧模进行绑扎，并使用20t龙门吊整体吊装至制梁台座，拼装梁段模板。
端头节段钢筋采用在制梁台座上原位绑扎，绑扎完成后进行模板拼装。
节段模板采用整体式钢模板，模板经过专业设计单位设计生产，且模板板材厚不小于6mm，使模板具有足够大的刚度，保证梁段施工过程中得变形量在允许范围内，模板进场组拼后经过验收，满足各施工梁段的结构尺寸后方可进行施工使用，减少梁段错台的出现。
模板板缝使用玻璃胶进行密封，钢筋孔洞使用橡胶塞进行堵塞，防止混凝土浇筑过程中发生漏浆的现象。
模板安装完毕后，安装各预留孔洞PVC管，PVC管安装过程中应严格控制各预留孔的孔位，特别是用于吊装作业的预留孔洞，制梁过程中采用吊装孔限位架来保证吊孔的垂直度及位置，以保证提升吊杆与承载面垂直受力减小后续吊装作业过程中由于梁段预留孔位偏差造成的梁段偏移。
节段吊装孔分内吊装孔和外吊装孔；吊装孔采用预埋φ70mmPVC管成孔方式，并相应的在吊装孔周边增设螺旋钢筋；
箱梁架设最终都要通过支座固定在两侧桥墩上，而支座的安装位置已经由梁段预制过程中的预埋钢板固定，因此预埋钢板的埋设位置精准与否会直接影响箱梁架设位置准确性，支座预埋钢板的安设应通过全站仪在端头模板底板放样，放出钢板四边角点，安装预埋钢板，并使用支座螺栓将预埋钢板固定在制梁台座底板上，使预埋钢板不能发生移动。
3.1.3设置中线、高程控制点位
在梁段浇筑过程中在梁段两侧端头顶板位置处放置铝合金薄板，嵌于混凝土中，待梁段拆模前，在两侧的铝合金板上使用全站仪测设出梁段中线，制出刻痕，作为中线标记点E、F，以利于后续梁段拼装中线控制。
在梁段腹板四角埋设高程控制点A、B、C、D，在拆模前进行高程测量并进行记录，以供后期梁段拼装过程中高程调整。
图3高程控制点布置示意图
3.2移动支架拼装预压施工过程
移动支架拼装完成后，通过在主梁位置加载1.1倍施工最大荷载的预压荷载，以检验移动支架的承载能力和稳定性，确保箱梁现浇施工安全，消除移动支架的非弹性变形，观测结构弹性变形及各主要杆件的应力状态。
通过支架结构的弹性变形规律，指导移动支架施工过程中预拱度值的设置。
保证梁段架设平顺度控制。
当造桥机各部拼装完成，各部件分别进行测试能够正常运行后，方可进行造桥机预压试验。
预压前将造桥机主要桁架杆件及中支腿、后支腿的表面粘贴三角形应变片，测定造桥机预压过程中，桁架杆件的应力状态，以及桁架各横截面扰度变化，保证施工过程中各施工工况造桥机的安全使用。
造桥机预压荷载为造桥机施工过程最大荷载的1.1倍，通过计算造桥机最大施工荷载为2233.22t，则其预压荷载应达到2233.22×1.1=2457t，每孔梁段悬挂完成后荷载为1857t，预应力钢绞线穿束完成后荷载可达50t，回转天车悬吊一标准梁段荷载167t，将中间13个普通节段每个施加30t水荷载，预压荷载达到2464/2233.22=1.1，满足造桥机预压要求。
预压完成后，将预压荷载进行卸荷，进行正常的梁段架设施工。
3.3节段拼装施工过程
梁段拼装架设过程为箱梁架设线形控制的重点控制阶段，梁段拼装线形控制精准度会直接影响箱梁线形平顺与否。
梁段架设过程中以箱梁预拱度值设置、两侧端段安设、中间节段粗精调等几个方面进行重点控制。
3.3.1预拱度
考虑预应力张拉后及后期徐变引起梁跨收缩，梁段在摆放时，纵向收缩量以设计梁图为准。
并按照设计要求设置预拱度，二次抛物线方程公式为y=ax2+b，抛物线的开口向上。
测量点为梁底板的拼缝位置，以跨中为中心，首先计算出每个节段底板湿接缝位置的挠度，预拱度的设置分两步进行，在湿接缝浇筑前的预拱度是精调梁段的依据，实测值与理论推算值误差控制在2mm内。
另一部分拱度是浇筑湿接缝的过程中，由于荷载的增加，移动支架的下挠度继续增加，以达到设计预拱度的要求。
同时要求同一梁段的同一端保持水平，不发生平面扭转。
预设挠度观测点必须根据在预制场标识的4高程测量点（A、B、C、D）进行观测及预设。
根据桥梁设计线型，综合考虑纵坡、预设反拱、支座预偏量、湿接缝浇筑前后支架挠度变化及梁高偏差等因素，并注意高程测量点和调整点（千斤顶调整钢棒位置）位置偏差带来的数据变化，完善《调梁数据表》。
3.3.2端头段安设
两侧端段安装为梁段架设施工的重点控制过程，梁段吊装前在支撑垫石上放出支座中心线、支座边线，梁段吊起，安装支座，并在支座底板弹出支座中心线，通过砂箱直接安放在两侧桥墩上，砂箱位置需固定，并结合梁体线型和砂箱压缩量（经验值）确定砂箱高程，梁段高程以控制梁底为准，按调梁数据表的数据控制端头节梁底标高，梁顶高程做复核但不控制。
调整梁段使支座中心线与垫石上绘制的中心线重合。
纵向上考虑预留压缩量，预留压缩量设置于活动支座端，预先让活动支座上板往梁长正误差方向预偏预留压缩量值。
然后通过全站仪校核梁段四角以及梁缝宽度，经过反复调整，直至梁段标高、点位符合设计要求为止。
灌注支座灌浆料，将支座与垫石进行固结。
3.3.3中间节段吊装、粗精调
中间梁段通过吊杆悬吊在扁担梁上，扁担梁再次通过吊杆、螺栓悬吊在桁架悬吊纵梁上，通过调整吊杆位置来调整梁段水平方位和梁段扭转角度，通过调整吊杆上的螺栓来调整梁段的高程。
为便于后期梁段调整，在悬吊纵梁上设置标识，以保证梁段吊装后只需较小调整即能达到设计要求。
梁段吊装完成后，开始进行定位精调工作，此时移动支架的荷载（除了湿接缝）已全部到位，桥机的挠度稳定。
将移动支架上门吊处于静止状态，已放置好的箱梁两侧端段中线上架设经纬仪或激光指向仪作为中线控制。
测量各节段腹板顶位置1、2、3、4各点位的高程，并根据《梁跨拼装高程测量、调整数据表》计算得各梁段高程调整值。
与此同时，复核湿接缝宽度。
梁段的调整采用回转天车配合。
梁段调整采用纵向→横向（平转）（检查湿接缝宽度）→高程（利用吊杆外露长度控制）的顺序依此进行；
⑴纵向：
调整湿接缝的宽度用尺量两侧腹板、两侧翼缘、梁中线五个截面，如发现较大偏差，需核对桥机上钢棒悬挂位置是否准确。
⑵横向（平转）：
通过梁顶经纬仪或激光指向仪检查梁段的中线进行控制，并通过梁腹内悬挂的钢丝绳进行校核；顶板校核时需注意梁节两端因扁担梁阻碍视线，现场技术人员必须对两端侧中线均进行校核，以确定梁段是否存在梁节中线与梁跨中线存在夹角的情况。
⑶高程：
利用计算好的《调梁数据表》，利用穿心顶，通过调整螺栓丝扣或者增减垫片的方式进行调整对悬挂梁的钢棒外露丝的长度进行调整。
梁段线型调整是个反复的过程，所有梁段调整完毕后必须进行复核测量，直至最后一次测量结果反映梁段线型控制符合容许误差方可停止调梁工作。
另外，在梁段调整完毕后，需检查底板、腹板、翼缘板的外缘是否平顺，如果存在明显错台，需找出原因，并进行局部梁段的调整。
由于梁段纵向、横向（平转）、高程调整相互影响，梁段如果粗放质量较高，相互影响小，因此粗调梁工作务必提前到下放梁段的时候进行，即在下梁过程中就控制好纵向、横向（平转）和钢棒的外漏尺寸，这不仅能节省调梁的时间，也能大大提高线型质量。
在完成湿接缝钢筋、模板的安装后，再次检查整孔梁线形情况，有无错台及扭转情况，确保整孔梁的翼缘板是一条线。
然后开始按设计顺序进行湿接缝的浇筑，在浇筑过程中一定注意不能漏振和过振现象；更不能出现胀模现象，在最后浇筑顶板混凝土时一定要认真的收面刮平。
拆模后认真检查有无外观缺陷，并进行相应的修补工作。
3.4预应力张拉施工
箱梁预应力钢绞线预应力施加过程，也是梁体由移动支架承受梁体自重荷载到箱梁自身承受自重荷载的体系转换过程。
由于箱梁自重作用下的下扰和预应力作业下得上拱会使箱梁产生一定的扰度变化，特别是跨中位置处。
为了更好地对梁体线形进行控制，特对张拉过程中得预应力张拉力大小、张拉力施工损失、箱梁张拉过程中扰度变化等几个方面进行控制研究，保证预应力施工过程中得梁体线形控制。
张拉力损失包括预应力孔道摩阻力，张拉设备误差等，在进行首孔箱梁预应力张拉前进行预应力孔道摩阻试验，取得试验数据，在预应力张拉力计算时将其考虑进去。
张拉设备应进行定期标定，减小仪器设备造成的预应力施加的误差。
张拉设备的标定:
张拉千斤顶及精密压力表在张拉前必须进行校正和配套标定，校正系数不得大于1.05。
校正有效期为一个月且不超过200次张拉作业，拆修更换配件的千斤顶必须重新校正。
标定时对油泵和压力表配对编号，工地使用时按此编号组配。
张拉过程中为了更好地提高张拉精度，特别安装数字化显示压力传感器，直接显示张拉力读数，减小张拉油表读书的误差。
预应力钢束的张拉分两阶段进行，一期张拉在湿接缝混凝土强度达到90%的设计强度及弹性模量后要求时进行，第一期张拉完毕后，梁体即可承受施工荷载（拖拉支架及运梁小车等），二期张拉待湿接缝混凝土强度及弹性模量达到100%设计强度及弹模后进行且龄期大于15天。
张拉时两端对称同步张拉（四台张拉千斤顶同时工作），以控制张拉力为主，伸长量为辅的双控法进行。
张拉顺序是：
张拉初始应力（10%设计值）→第二次张拉吨位（50%设计值）→设计值（100%设计值）→持荷五分钟→回油至零。
把三次的伸长值都记录下来，计算最终伸长量。
在预应力完成后宜尽早完成压浆，减小预应力钢绞线的自身松弛对张拉力的影响。
3.5节段支撑的调节（体系转换）
箱梁在第一阶段预应力钢束张拉前，梁的全部重量多支点弹性支承在移动支架主梁上。
每个梁段由四根钢棒承受，用作高程的调整。
当预应力钢束开始张拉后，随着张拉的进行部分自重将转为由梁体自身承受，同时移动支架承受的梁段重量将逐渐减轻，主梁反弹上托力发生变化。
随着预应力钢束逐步张拉，箱梁自承能力越来越大，最后梁的重量由移动支架主梁承受转为箱梁承受。
为防止上托力过大而顶裂梁体，在张拉过程中要及时调整悬吊钢棒长度，以减少移动支架的上托力。
从中支腿向后支腿方向分别编号吊杆1、2～吊杆26，见下图。
图4吊杆编号示意图
吊杆顺序为
第一批纵向预应力张拉顺序见下图：
图5第一批纵向预应力张拉顺序示意图
在第一批纵向预应力张拉之前，梁段和湿接缝及钢绞线的重量通过吊杆、扁担梁传递给移动支架承担，张拉过程中分批次松吊杆，逐步将箱梁荷载传递到支座上，待一期张拉完成，吊杆全部松掉，箱梁荷载全部由支座承担，完成体系转换。
张拉按顺序从1～5，当张拉完N2和N2‘时，逐步从两端往中间配合穿心顶松吊杆，松吊杆顺序见下表：
表1松吊杆顺序表
松吊杆顺序序号
名称
松吊杆距离mm
松吊杆顺序序号
名称
松吊杆距离mm
1
吊杆1
2
14
吊杆8
9
2
吊杆2
3
15
吊杆20
9
3
吊杆26
3
16
吊杆19
10
4
吊杆25
4
17
吊杆9
10
5
吊杆3
4
18
吊杆10
11
6
吊杆4
5
19
吊杆18
10
7
吊杆24
5
20
吊杆17
11
8
吊杆23
6
21
吊杆11
11
9
吊杆5
6
22
吊杆12
11
10
吊杆6
7
23
吊杆16
11
11
吊杆22
7
24
吊杆15
11
12
吊杆21
8
25
吊杆13
11
13
吊杆7
8
26
吊杆14
11
当第一批预应力全部张拉完成将吊杆螺母全部松掉，完成体系转换。
3.6梁体线形观测
在箱梁梁段架设拼装过程中要全过程进行梁体的线形观测，保证各个施工过程线形控制的精准度，调整梁段结束，实测第个梁段顶面的4个观测点，并查检活动支座端预留压缩量。
填写梁体线形跟踪观测记录表。
浇筑完湿接缝后再观测第二次，一期张拉结束后观测第三次，二期张拉结束观测第四次，1个月后、3个月后、6个月后、12个月后分别观测第五次至第八次。
依次记入梁体线形跟踪观测记录表，为今后线形调整作为参考。
图6梁体线形控制跟踪观测
4结语
对于国内首次施工架设的客运专线64m节段拼装简支箱梁，其施工工艺复杂，施工工序繁多，而多道施工工序的施工质量控制均会影响到其线形控制的标准与否，只有通过系统的研究，总结出箱梁线形控制的重难点施工工序及工法，才能指导并保证建设出高标准高要求的客运专线64m节段拼装简支箱梁；同时对于箱梁线形控制的技术总结，也可以为今后更多的大跨度节段拼装梁施工提供技术借鉴，填补大跨度节段拼装梁的线形控制的技术空白。
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