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1、中铁九局集团有限公司现浇后张预应力简支槽型梁施工工法中铁九局集团有限公司 中铁九局集团第一工程有限公司（李占梅 刘 洋 冯 强 卢建侠 任康虎）1.前言目前，铁路轨道交通中在有降低线路建筑高度等要求时均采用后张法预应力混凝土双线或单线整孔简支槽型梁做为主型梁。槽型梁是一种梁板空间组合预应力结构，属于下承式桥梁，它由行车道床板、主梁及端横梁等部分组成。槽型梁具有降噪效果好、断面利用率高、行车安全、外型美观、视觉效果好、便于维护保养等优点，但同时也具有横截面尺寸变化较大、腹板薄而高、钢筋及波纹管布设密集、梁体三向预应力张拉技术复杂、大体积混凝土浇筑施工难度大等特点。中铁九局集团有限公司承担施工任务
2、的西部战略工程，在贺斯乌拉至海神煤矿专用线与既有101省道交汇处（既新建铁路里程DK218+246.79处），由于该处的铁路坡度限制，不能抬高标高，公路难于降坡，因此设计采用2跨 32米预应力槽型梁方案实现公铁立交，达到标准要求的公铁立交净空高度。槽型梁质量1554.2t ,全长32.6米，槽型梁底横向宽度12.5m，跨中高4m，支点处高4.5m。采用现浇组合支架法现场浇筑。中铁九局集团第一工程有限公司组织科研小组，对32m铁路槽型梁现浇施工工艺进行研究，在施工技术和方法上有所创新。通过槽型梁的施工，在实践中总结出一整套工艺方法，采用本工法施工完成的现浇槽型梁质量合格率达到100%，取得了良好
3、的社会效益、经济效益和环保效益，其技术具有推广应用价值。2.工法特点2.1采用钻孔桩、系梁与钢制简易支墩的组合支架，两端利用承台做支撑，经济合理，不但满足施工承载要求，而且降低了成本；2.2该工法系统性强，工序流程合理，精度可控，混凝土结构及质量有保证，有利于作业推广；2.3预应力钢绞线束采用先穿法施工，对于腹板有空间曲线的钢绞线束，采用先穿法具有一定的可靠度，防止了因预应力孔道不顺直、变形、阻塞等因素所造成的无法穿束现象，在传统的混凝土结构施工基础上加上三向预应力，采用高强度钢筋，改善了结构的力学性能；2.4模板采用钢模板，侧模与底模螺栓连接，腹模板与外侧模上端采取拉杆连接的形式，下端采取预
4、埋钢筋定位，保证了混凝土的外观质量；2.5截面变化较大的槽型梁“分段、分层次且连续”的混凝土浇筑工艺提高了梁体结构质量。3.适用范围本工法适用于各类铁路简支槽型梁施工。其它土木工程中的后张法预应力混凝土构件可参照使用。4.工艺原理现浇槽型梁是在以桥墩承台面为支架两端的支撑点，由钻孔桩、系梁与简易支墩组成的现浇组合支架，采用120%梁重超载预压检验支架的刚度和稳定性，消除支架的大部分非弹性变形，确定弹性变形量。在支架上通过各道工序的施工，形成高性能混凝土结构，建立纵向两端张拉、横向单端交错及竖向张拉的三向预应力体系以满足设计要求，以抗扭和增强横向刚度控制为主，使槽型梁结构上有足够大的竖向、横向、
5、纵向刚度和良好的整体抗扭性，防止桥梁出现较大扭转而产生畸变和翘曲。5.施工工艺流程和操作要点5.1现浇后张预应力简支槽型梁施工工艺流程图（见图5-1）5-1 现浇后张预应力简支槽型梁施工工艺流程图5.2施工要点5.2.1 现浇组合支架设计(1)现浇梁的支架必须按槽型梁质量及地基承载力进行承载力检算。本工法通过检算采用现浇组合支架方案，现浇组合支架的结构由基础部分和底模托架部分组成，钻孔桩和系梁采取现场浇筑，在系梁上安装简易支墩，支墩上铺设纵横向工字钢，通过理论检算，现浇组合支架的设置满足受力要求；（2）钻孔桩：为了减少钻孔桩的数量，两端利用墩的承台，中间布设16根深度20米、直径1米、壁厚0.
6、2米的钻孔桩，纵向布置两端距墩承台中心是3.6米，跨中间距38米，横向布置是跨中5米，其余两根间距是4米，混凝土采用C25，主筋1020，箍筋1250cm； (3)在每排钻孔桩的上面浇筑4根15米2米1米的钢筋混凝土系梁，系梁采用C20混凝土，主筋采用1420的螺纹钢筋，上下均匀布置，简易支墩中心处1米范围内增加1420长度是1米的加强筋，箍筋设计12250cm；(4)简易支墩：支墩采用钢管与钢板组合焊接的钢制箱型结构。支墩结构尺寸： 1.5米1.2米7米，钢板与肋板规格：16mm，钢管采用80的钢管。支墩上铺设纵横各一层的20a工字钢，工字钢上下采用钢销与螺旋销杆联接；5.2.2 现浇组合支
7、架的安装（支架见图5-2）(1)现浇组合支架施工a.钻孔桩的施工：钻孔桩的施工采用卷扬机、牵引式冲击钻和冲抓钻。就位时只要使钻锥中心对准测量放样时所测设的桩位即可，其对中误差不得大于5cm。钻孔完成后，必须检测孔深、直径和倾斜度，其中孔径和孔深须达到设计要求，倾斜度不得大于1%。清孔就是在吊放钢筋笼之前，对孔内的石碴、泥浆进行必要的清理，做到孔内含泥量、含碴量和孔底沉渣符合设计及图纸要求。5-2 现场支架布置图钢筋笼均进行整体安装，不做另段吊装组合。钻孔桩所使用混凝土标号为C25，配合比设计时坍塌落度取18-22cm之间，骨料采用机制碎石，粒径0.5-3cm,最大不超过4cm,水灰比用0.5-
8、0.6。砼灌注工作开始后，必须连续不断地进行并且每斗混凝土灌注间隔时间尽量缩短，拆除导管所耗时间严格控制，一般不超过15min，不能中途停工，灌注过程中制作各种混凝土试件。b. 混凝土系梁的施工：钻孔桩的混凝土达到设计要求后，进行系梁的灌注。混凝土系梁采取竹胶板，钢筋采取在加工区绑扎，用吊车将钢筋骨架吊装至模板内，混凝土采用C20，坍落度为80-100mm,混凝土经检查合格后进行灌注，采用插入式振捣棒进行振捣，混凝土灌注过程中制作混凝土试件，混凝土灌注完毕后进行洒水养护。c.安装简易支墩：系梁混凝土强度达到设计要求后，开始安装简易支墩。简易支墩的钢管采用无缝钢管。简易支墩的制作及工字钢与支墩焊
9、接的操作人员应有岗位证书。在焊接前，应先选定焊接工艺和参数。d.钢筋支撑的安装：为保证整个支架整体稳定，在跨中焊接一个2米5米1米的钢筋支撑，钢筋采用25螺纹钢，纵横向间距均为240mm。c.底模拆除设施的安装：为便于梁体灌注成型后拆除底模板及支架，在工字钢上铺设木方，工字钢的两侧焊接挡块作为木方的限位，木方上方打入成对的木楔。 (2)预压为消除现浇组合支架因受压后产生的非弹性变形及现浇组合支架沉降，支架采用砂袋预压。预压方法：在各个支墩顶部均匀布载，并对加载过程和加载稳定期间分阶段对支架进行定点观测，做好各支墩顶部高程观测记录。参照支架稳定后的标高值，采用钢板垫块将钢制简易支墩调整至计算标高
10、，以达到满足设计要求的目的。通过进行对沉降观测点沉降观测结果及数据分析，确认现浇组合支架符合检算结果满足承载要求。（支架加载预压工艺流程如图5-3所示）施工准备预压砂袋准备沉降观测点标记砂袋吊装（预上30%支撑受力）预压2小时后技术人员作沉降观测记录继续加载至80%梁重，观测4次继续加载至100%梁重，观测4次继续加载至120%梁重，观测4次卸载图5-3 支架加载预压工艺流程图 5.2.3 槽型梁模板安装槽型梁长32.6m，跨中高4m，支点处高4.5m。槽型梁底横向宽度12.5m，内测净宽10.3m，底板厚80cm，腹板厚50cm，梁质量达1554.2t，梁体混凝土569.43m3。（结构形式
11、如图5-4）(1)模板施工图5-4 槽型梁支座端及跨中截面示意图（单位：cm）由于槽型梁属于三向预应力体系，预应力孔道布置密集，为确保预应力筋位置准确，底、侧模均采用钢模板，端模按设计要求加工成阶梯状。(2)底模安装支架预压结束后，下挠度的设置是通过组合支架上加不同厚度的钢板垫块来实现。本工法为考虑预加应力后混凝土的弹性压缩和梁体上拱，32米梁下部设置10mm的压缩量，底模设置10mm的反拱度。底模反拱轨迹按二次抛物线设置，偏差2mm。考虑到热胀冷缩的因素影响，底模在两块钢板间留1mm的空隙，空隙采用铁腻子填塞，并刮抹平整。(3)侧模安装图5-5模板安装图吊装侧模时，先找正与底模的相对位置，与
12、底模用螺栓连接牢固后，用斜拉杆及地脚顶丝调整其垂直度并固定，然后吊装邻扇侧模，安正后需与前扇侧模用螺栓联结。两侧模板依次安装完毕后，吊装端模，用螺栓将端模与底模及侧模连接牢固。（见图5-5）(4)腹板内模的安装腹板内模在底、腹板钢筋骨架绑扎合格后进行安装，槽型梁的腹板高4米，梁端部位腹板高4.5米，而且腹板内模属于悬浮模板，如果模板固定的方法不得当，会造成严重的账模现象，因此腹板内模的固定是关键控制点，本工法采用上下二部位控制法，上端固定在侧模上，方法是采用50钢管两端焊接27螺栓的拉杆连接，下部采用预埋在底板内的粗螺纹钢筋进行限位固定，上下对应，拉杆和粗钢筋每侧各16根。（5）钢模安装必须做
13、到位置准确，连接紧密，尤其注意底模与侧模要垂直，侧模与底模接缝密贴且不漏浆。灌注混凝土时必须设专人值班，负责检查紧固件、底顶件、垫扣件，如有松动应及时紧固，以免模板走形或漏浆。5.2.4 钢筋施工(1)钢筋进场后应通过抽样、试验、复试合格后进行钢筋的调直、除锈、弯制和焊接。钢筋的加工在钢筋加工区制作，用吊车调到底模上，进行绑扎作业。(2)预应力孔道的定位网片制作:槽型梁的预应力孔道是呈三向立体空间体系，直线和曲线并存且密集，为确保预应力孔道的位置准确，减少绑扎钢筋时对波纹管的影响，对于纵向和横向的预应力孔道，采用定位网片方法定位，用6钢筋与梁体横向钢筋按设计坐标焊接成定位网片，间距按500mm
14、设置。确保竖向的预应力孔道的垂直度，采用定位网片与腹板处的竖向钢筋焊接形成钢筋笼，网片间距按500mm设置。(3)在绑扎钢筋之前先把制作的定位网片及定位钢筋笼安装到位，确保按照坐标将波纹管逐条安装到位，当梁体钢筋与预应力钢筋相碰时，可适当移动梁体钢筋或进行适当弯折。技术人员全过程检查波纹管定位情况（如图5-6和图5-7所示）。图5-7横向预应力钢绞线布置示意图（单位：cmm）图5-6 纵向预应力钢绞线布置示意图（单位：cmm）安装定位网片后按图纸设计的顺序绑扎纵横向钢筋，箍筋绑扎后按之下向上的顺序穿纵横向预应力管道的波纹管，穿入波纹管后避免在对钢筋进行电气焊作业，避免伤及波纹管。图5-8钢筋绑
15、扎槽型梁腹板厚50cm，骨架高4.0m。槽型梁腹板设置纵向12束及竖向53束预应力钢筋。腹板绑扎钢筋应考虑波纹管安装方便，先穿入纵向波纹管后再出入竖向孔道，再绑扎横桥向箍筋。绑扎腹板钢筋由于钢筋骨架高，采用自制马凳，马凳应与钢筋分离，不得依靠在钢筋上（如图5-8所示）。钢筋骨架安装时，为控制梁体各部位保护层厚度，在底模及腹板钢筋的两侧放置与梁体同等寿命的C55混凝土垫块，而且腹板高且很薄，如垫块绑扎的不牢固，容易造成钢筋保护层不符合要求。垫块按4个/m2、梅花状布设，并绑扎牢固。保护层垫块的尺寸须保证钢筋混凝土保护层厚度的准确性，其形状（宜为工字型或锥形）有利于钢筋的定位。5.2.5 混凝土施工(1)施工准备a.对所有的原材料按照技术要求进行检验，对不满足要求的原材料坚决不用，选定混凝土符合执行标准的配合比；测定砂、石含水率并及时调整施工配合比，下发施工配合比通知单；b.混凝土搅拌站拌合物配料采用自动计量装置。配料
