高速铁路系杆拱施工工法

高速铁路系杆拱桥施工工法(中铁五局集团第二工程有限责任公司)王灶华易雨锋1.前言钢管混凝土拱桥因其技术相对成熟，外形美观，逐步应用到客运专线和高速铁路工程中。由于高速铁路具有不同于其他工程的显著特点和更高的标准要求，施工时既要确保满足设计要求的高速度、高舒适性、高安全性、高密度连续运营等特点，又要适应高效、快速建成的特点，就要解决如何精心组织，优化工艺，形成一套具有高铁特色的系杆拱桥施工方法。中铁五局集团第二工程有限责任公司通过对京沪高铁跨S122省道1-96m系杆拱开展科技项目攻关，形成了高速铁路系杆拱桥施工工法，其技术先进，具有明显的社会效益和经济效益。2.工法特点2.1先梁后拱施工，因地制宜，桥下吊装，即确保安全又可有效降低费用。2.2合理优化系梁施工分段和预应力张拉方案，缩短建设工期。2.3钢管拱内砼一次连续压注技术，避免了多次压注，缩短建设工期。2.4根据不同施工方案重新计算吊杆张拉力，可一次张拉到位，避免反复调整吊杆力。3.适用范围3.1客运专线、高速铁路系杆拱桥工程施工。3.2客运专线、高速铁路提篮拱桥工程施工。4.工艺原理采用支架法施工系梁，系梁分段浇注，通过对系梁浇注分段和系梁预应力张拉时间和工艺顺序的优化，确保质量，缩短工期。钢管拱采用桥下吊装施工方法，减少荷载对系梁的影响，可优化支架的受力计算，同时降低安全风险。钢管拱内混凝土采用了一次连续压注的施工方法，吊杆张拉力通过重新计算可一次张拉达到设计要求，时间缩短至原来的三分之一以上。通过全过程的监控和跟踪调整及优化，可高效、优质、低成本的完成拱桥的施工。5.施工工艺及操作要点5.1工艺流程钢筋、预埋件加工钢绞线下料、穿束构件进场验收构件工厂制造、试拼机具、设备、砼准备吊杆进场验收吊杆工厂制造钢绞线下料、穿束混凝土集中制备系梁支架搭设、预压模板安装调整钢筋、预应力管道、预埋件安装系梁混凝土浇筑第一批预应力张拉、压浆拱肋、横撑安装、焊接焊缝探伤检测、处理拱肋管内混凝土压注拱肋吊装支架拆除吊杆安装、张拉、调试第二批预应力张拉、压浆系梁支架拆除二期恒载施工拱肋吊装支架安装5.2关键工序施工工法5.2.1系梁施工1系梁施工采用满堂支架法施工。首先根据设计资料对地基承载力的要求，支架基础必须具有足够承载力，不得出现不均匀沉降。一般情况可采用换填砂夹卵石后再在上面铺设一层C20混凝土作为支架基础。地基处理完毕后，进行支架搭设。支架结构应具有足够的承载力和整体稳定性，支架杆件应力安全系数应大于1.3，稳定性安全系数应大于1.5。满堂支架脚手架采用碗口式脚手架，支架的横向间距、纵向间距及竖向间距根据检算资料合理设置。在跨路、跨河位置可采用钢管柱支架搭设门洞。钢管柱的大小及间距根据检算资料进行设置。支架搭设完成后，铺设底模，然后进行支架预压。支架预压的目的是为消除支架体系塑性和弹性变形对现浇系梁质量的影响，对钢管支架搭设完毕后进行预压，支架预压荷载为设计梁体自重的1.3倍，荷载分布：模拟梁部混凝土重量分布；预压材料主要采用钢材，也可采用砂袋或水袋预压。待消除支架非弹性变形量及压缩稳定后测出弹性变形量，即完成支架压重施工。撤除压重钢材、砂袋后，设置支架施工预留拱度，调整支架底模高程，并开始梁体施工。2支架预压完成后，开始进行系梁钢筋绑扎和模板安装。1）模板铺设：先铺底模，按设计值预设反拱值，并根据沉降、压缩量、张拉上拱度及时调整反拱值。底模与底模之间连接缝隙贴上软塑双面胶，通过连接螺栓拧紧，挤压，调整错台后，铲除多余双面胶，确保接缝处平整、严密。外侧模拼装同底模相似，拼装外侧模时，控制好模板角度与标高，底模与外侧模的连接螺栓要上足且拧紧。底模、外侧模拼好后，打磨其上异物，然后涂刷脱模漆。防漆脱模剂须在干燥的环境下涂刷，不能在有露水的夜里或雾天里涂刷，否则形成脱皮现象。内模分节组拼，待梁体底、腹板钢绑扎好后，进行内模安装，每段模板之间的接缝用胶带纸封堵，保证不漏浆。内外侧模板通过梁体两侧通风孔用φ22mm拉杆对拉，腹板底部两侧采用三角角钢固定在横梁上，用方木抵紧。侧模、翼板桁架底部用三角垫块调节。2）钢筋绑扎：先绑扎底板和腹板钢筋，安装并定位好预应力管道，内模安装完毕后再绑扎顶板钢筋，预埋防撞墙、竖墙及接触网支柱基础钢筋。在钢筋与模板间设置保护层垫块。保护层采用与梁体混凝土同标号的混凝土垫块制作，垫块形状为锥形，满足保护层厚度和定位的允许偏差要求。模板安装和灌筑混凝土前，仔细检查保护层垫块的位置、数量及紧固程度，并指定专人作重复性检查以提高保护层厚度尺寸的质量保证率。侧面和底面的垫块不少于4个/m2，绑扎垫块和钢筋的铁线头不得伸入保护层内。3模板安装和钢筋绑扎完成后，经监理验收检查合格后，进行系梁混凝土的浇筑。系梁混凝土施工要求截面一次成型，可分段浇筑，减小收缩、徐变的影响，避免产生施工裂缝。一般情况可分为3～5个节段进行混凝土浇筑。在梁段浇筑前，与前段混凝土接合面应凿毛，并清洗干净，纵向非预应力钢筋采用搭接。合拢段采用微膨胀混凝土。系梁浇筑采用混凝土在拌合站集中拌制，混凝土车运输、泵送入模，插入式振捣的施工方法。在支架上浇筑混凝土，横向混凝土的分布坚持“对称、平衡、同步进行”的原则进行施工，以免产生超过允许的偏差和变形。浇注混凝土时,就每箱的底板、腹板高度,沿结构横截面以斜坡层向前推进。斜坡层倾斜角20°～25°。浇筑顺序为底板、腹板、顶板，沿梁高方向浇注。系梁混凝土浇筑完成后，要采取覆盖保湿的方法进行养护，顶面采用土工布覆盖，晒水保湿养生。4系梁预应力施工当系梁全部浇筑完成后，准备进行预应力张拉。张拉分两次进行，当砼强度达设计强度95%、弹模达95%、砼养护达15天后进行第一批张拉，第二批张拉在二期横载上桥前完成。每批张拉索的位置和数量以及张拉顺序严格按照设计图规定执行。张拉方式分为一端张拉，和两端对称张拉两种，张拉时应左右对称，最大不平衡束不超过一束。梁体预应力张拉采用双控法，以应力控制为主，伸长值作校核，对于锚外应力的控制，将做完摩阻实验后，通过提供的数据并征求设计单位意见同意来决定张拉时锚外应力。孔道压浆采用真空辅助压浆施工工艺。张拉完成后，应在两天内进行管道压浆。压浆前管道内应清除杂物及积水，压入管道的水泥浆应饱满密实。水泥浆搅拌结束至压入管道的时间间隔不应超过40min。5.2.2拱肋安装施工系梁第一批预压力索张拉压浆完成后，进行系杆拱拱肋安装。拱肋安装可采用吊车上桥拼装和吊车桥下吊装两种方式。钢管拱在工厂内加工制作好，并进行预拼，通过验收合格后运至施工工地。在进行拱肋安装之前，需制定切实可行的测量方案，具体内容应包括：控制网的测设、钢拱脚安装定位测量、拱肋临时支撑定位及安装测量、拱肋、风撑安装测量、拱肋的定期观测等。同时还得进行吊装方案的选择以及吊车的检算及选定。拱肋安装需在系梁上搭设拱肋临时支撑。拱肋临时支撑一般采用钢管柱搭设。临时支撑的设计需经过受力及稳定性检算。在系梁施工时，在支架位置预先埋设好钢板和螺栓。钢管柱与系梁通过法兰连接。钢管柱横向连接和纵向连接采用桁架连接。临时支撑安装完成后，开始进行拱肋吊装。拱肋吊装采用左右线交错吊装，前后对称吊装的方式。以122省道1－96m系杆拱为例，吊装顺序依次为：1，5段吊装→第1、5道横撑吊装→2，4段吊装→第2、4道横撑吊装→合拢段（3段）吊装→第3道横撑吊装。普通段拱肋吊装：吊装前在拱管低端上部和高端下部分别焊装好定位码板。再将吊索与钢管拱及吊钩通过卸扣连接好，并在钢管拱两端分别系上缆风绳。吊车将每段钢管拱上端吊起到离地面约1.5米高度，检查吊装工况，确认满足各项要求，再继续提升到安装高度。地面人员通过缆风绳配合吊车调整拱段的空中姿态，使拱段低端与拱脚段对位。高端上弦管轻靠落放在钢管支撑内侧的定位工装上，再使吊钩缓缓下落。利用千斤顶对拱肋高端安装位置进行微调，在全站仪的监测下，调整拱段的轴线及标高，符合要求后，先在拱段上端与支撑工装间焊装钢性支撑结构,然后进行拱段下端与已安好段间定位码板的焊接。合拢段吊装：合拢段吊装时，需根据相邻两个拱肋分段的端口间距，对合拢段端口余量进行修整，修整完毕开制焊接坡口，然后安装定位码板。横撑吊装：使用全站仪，分别进行两侧拱段的精确调整，定位数据符合要求后，测量两拱段间K撑间距，并依此修整横撑横向尺寸。横撑弦管吊装前，在拱肋连接处搭设悬挑钢管脚手架，弦管吊装到位后，安排进行两端接头处悬挑脚手架的连接、扩展搭设并铺好走板。调整好装配间隙后，进行该处定位码板的焊装；然后在拱段与支撑工装间焊装钢性支撑结构。在全站仪监测下进行拱段与预埋段间及横撑与拱管间码板焊接施工。拱肋全部吊装完毕后，进行焊接作业。拱肋分段接头焊接由拱脚向拱顶顺序进行。弦管、横撑的纵缝、对接环缝采用自动焊、全溶透；缀板与弦管、缀板的对接焊缝为全溶透焊，有条件采用自动焊；横撑与弦管、横撑弦管见的焊缝均为溶透焊缝，吊装锚座钢板与钢管的焊接采用溶透焊带角焊缝。在进行焊接之前，需确定焊接工艺，所有的焊工必须经过焊接考核合格后方可进行焊接作业。焊接完成后，对所有全溶透焊缝要100％进行超声波检测，对T型焊缝及超声波认为的疑问之处，应以X射线拍片；所有焊缝均需作10％以上X射线拍片检查。焊缝质量达到GB50205-2001的一级焊缝要求。5.2.3拱肋混凝土压注施工拱肋安装完毕后进行拱肋混凝土的压注。系杆拱拱肋混凝土采用C55无收缩混凝土。每条拱肋由上管、下管及腹腔组成，各分四个隔仓。拱肋混凝土的压注顺序是：先下管、再上管、最后腹腔。混凝土压注分别从两拱脚两侧同时对称压注，泵送速度尽量协调一致，严格按对称加载，均匀原则,两侧顶升高差不大于2m。在混凝土压注之前，首先要进行施工布置及设备选定。施工布置主要包括泵机位置的确定，泵送管道布置，水管道布置等。设备的选定主要包括混凝土输送泵型号及数量的选定，泵送管道数量的确定，回流截止阀数量的确定，混凝土罐车数量的确定等。混凝土灌注孔管采用直径φ125mm的无缝钢管，灌注管长度50cm左右，出浆管采用直径φ150mm无缝钢管，长度150cm。泵送混凝土灌注管位置设置在拱脚上60～80cm处及每个隔舱距下部隔舱板60～80cm处。支管与拱肋轴线的夹角呈３０°左右，以减少泵送阻力。在进浆管与泵管之间安装回流截止阀。出浆孔位置设置的每个隔舱最顶面位置，垂直地面设置。灌注泵管应安装牢靠，以防振动使支管焊缝或泵管接口脱落。在隔舱最顶部设置一处3cm大的出气孔，避免混凝土压注时在隔舱板附近形成密闭的空气。在混凝土泵送过程中，要安排专人采用敲击法判断管内混凝土的填充情况，如有空隙及时用体外加震方法解决。当混凝土从出浆孔冒出后要用振动棒对混凝土进行振捣，振捣完成后再补压一次然后将回流截止阀关闭，完成单个隔舱的压注。一个隔舱压注完成后要及时进行泵管清洗，然后移至下一隔舱进行压注。在每次压注前，先必须压注同等级强度的砂浆对管道进行润湿。以京沪高速铁路跨122省道1－96m系杆拱拱肋混凝土压注为例：现场一共准备了6台HBT85.16-162RS混凝土拖泵，其中4台施工，2台备用。混凝土罐车12台，混凝土泵管管道8条，即每侧每端各两条主管道。共计压注混凝土430方，总共用时仅15个小时。原设计的压注方案为：先对称灌注左右两侧拱肋的下弦管。待下弦管混凝土强度达90%后，对称灌注左右两侧拱肋的上弦管。待上弦管混凝土强度达90%后，再对称灌注左右两侧拱肋的腹板。按此施工方案整个压注从开始到结束需15天左右。现场通过合理组织施工，仅用一天就完成了所有弦管的压注，大大节约了施工工期及成本。5.2.4吊杆安装张拉高速铁路系杆拱吊杆布置采用尼尔森体系，吊杆均采用127根φ7高强低松弛镀锌平行钢丝束，安装有磁通量传感器、减震体、防护罩及不锈钢护管（亚光）。吊杆安装采用吊车吊装，电葫芦调整就位的施工方法。全部吊杆安装完成后，进行吊杆张拉作业。吊杆张拉作业采用4台200吨的液压千斤顶。张拉作业采用左右线、前后同时张拉。具体的张拉顺序严格参照设计图进行。吊杆张拉的具体方法是：吊杆预紧，观察张拉端锚头顶端距工作板凳剩余空间(3