洪文剛,王和歡

客運專線箱梁快速預(yù)制技術(shù)

洪文剛1,王和歡2

(1.中鐵四局集團第二工程有限公司,江蘇蘇州 215100;2.中鐵四局集團有限公司,合肥 230000)

橋梁結(jié)構(gòu)大量應(yīng)用于鐵路客運專線,其中預(yù)應(yīng)力混凝土簡支箱梁因豎橫向剛度大,抗扭性能好而在橋梁結(jié)構(gòu)中受到廣泛使用。對梁場生產(chǎn)線布置、自動化養(yǎng)護工藝、高性能混凝土制備等進行研究,改進了箱梁預(yù)制工藝,縮短了制梁臺座的使用循環(huán)周期,提高了制梁效率。該技術(shù)成果在某客專梁場試制成功并獲得了推廣。

客運專線;后張法;箱梁;快速預(yù)制

1 概述

國內(nèi)一般單個客運專線箱梁制梁臺座循環(huán)周期為3.5～6 d/孔,根據(jù)理論研究及國內(nèi)現(xiàn)有的制梁場生產(chǎn)線布置形式[1-3],在鐵道部立項的“箱梁快速預(yù)制技術(shù)研究”課題組在武廣客運專線長沙制梁場進行試制工作,通過對長沙制梁場現(xiàn)有的布置及工藝設(shè)備進行改進,優(yōu)化施工工藝,以箱梁預(yù)制循環(huán)周期目標(biāo)(單個制梁臺座使用周期)為2.5 d/孔的目標(biāo)開展研究試驗工作;試制成功后在其他多家梁場推廣應(yīng)用。

2 快速制梁方案概述

快速制梁方案著眼于從減少工序作業(yè)時間和工序銜接時間入手,采用大型設(shè)備將部分工序整合,優(yōu)化高性能混凝土配合比及混凝土養(yǎng)護工藝,從而達到縮短制梁臺座周轉(zhuǎn)周期,實現(xiàn)快速制梁的目的[1]。

主要工藝特點:臺座底模、側(cè)模固定;鋼筋骨架整體綁扎、整體吊裝;內(nèi)模采用全液壓內(nèi)模,整體拖進脫出,梁體采用全自動溫控蒸汽養(yǎng)護;大型輪胎式搬運機完成起移梁作業(yè)。具體分解試驗控制時間見表1。

3 具體工序及施工方法

3.1 模板系統(tǒng)的設(shè)計與施工

模板系統(tǒng)設(shè)計原則:在保證剛度、強度及其他各項使用性能的前提下,力求操作方便、快捷,盡可能地減少模型安裝調(diào)整時間,確保達到工序作業(yè)目標(biāo)時間。

箱梁模型由底模、外模、內(nèi)模、端模4個部分組成。本模板系統(tǒng)組裝方式為:外模整體固定(可微調(diào)),內(nèi)模采用整體移動式,外模夾底模,端模包外模并夾在底模、內(nèi)模兩者之間;內(nèi)模支撐在底模上,總裝見圖1。

表1 箱梁預(yù)制工序分解及時間目標(biāo)控制

圖1 模型整體組裝

整體移動式液壓內(nèi)模,采用液壓動作,整體拖拉,脫模入模快捷方便,相比現(xiàn)有節(jié)段脫模拼裝方案,可節(jié)省內(nèi)模周轉(zhuǎn)時間1/2以上。

3.2 鋼筋綁扎與安裝

通過對梁場已生產(chǎn)的梁進行過工序時間統(tǒng)計,整孔箱梁鋼筋完全能在60 h內(nèi)完成綁扎。故1個綁扎胎具對應(yīng)1個制梁臺座能滿足工序安排要求。

端模在綁扎胎具兩側(cè)和鋼筋骨架連接固定,和鋼筋骨架一起吊裝入模,減少了在制梁臺座上的安裝時間。

采用2臺龍門吊抬1套鋼筋及1套端模,2臺龍門吊配置1個吊裝扁擔(dān);扁擔(dān)采用桁架式結(jié)構(gòu),在縱向、橫向桁架上按等間距分布設(shè)置吊點,整體抬吊入模。圖2為鋼筋整體吊裝實景。

圖2 鋼筋整體吊裝實景

3.3 混凝土制備、澆筑

3.3.1 混凝土制備

為實現(xiàn)快速制梁的目的,需研究開發(fā)出適用于快速制梁用耐久性混凝土,混凝土各項物理力學(xué)及耐久性指標(biāo)滿足規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)要求,同時具有養(yǎng)護時間短、施工工作性能好、混凝土初張等強時間短等性能。

以武廣客運專線長沙制梁場作為主要試驗基地,本著就地選材的原則對混凝土配比進行了優(yōu)化。箱梁耐久性混凝土優(yōu)化設(shè)計主要開展了以下3個方面的試驗研究:(1)快速制梁用復(fù)合高活性礦物摻和料配伍技術(shù),降低水化熱,改善混凝土和易性、耐久性;(2)快速制梁用復(fù)合超塑化劑配伍技術(shù),通過高效減水劑與少量輔助劑復(fù)合,提高與膠凝材料的適應(yīng)性,適度降低水膠比,適度縮短初凝時間,適當(dāng)減少混凝土初張等強時間;(3)快速制梁蒸汽養(yǎng)護制度的優(yōu)化設(shè)計,尋找主要影響因素,選擇最佳蒸汽養(yǎng)護制度,從而縮短混凝土養(yǎng)護時間。

采用上述技術(shù)措施,通過大量試驗研究,所配制的混凝土40 h抗壓強度達到預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁初張拉設(shè)計要求,彈性模量、抗?jié)B透性能、抗凍性能、徐變等各項性能指標(biāo)滿足規(guī)范要求。經(jīng)委托鐵道部產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心橋基站測試,蒸汽養(yǎng)護混凝土的疲勞性能滿足高性能混凝土相關(guān)技術(shù)要求。圖3為蒸汽養(yǎng)護礦物外加劑+硅酸鹽水泥28 d水化樣SEM照片。

圖3 蒸汽養(yǎng)護礦物外加劑+硅酸鹽水泥28 d水化樣SEM照片

3.3.2 混凝土運輸、澆筑[4]

混凝土采用混凝土輸送車水平輸送,4臺HBT90型拖式輸送泵分別布置在臺座兩側(cè),對稱泵送混凝土,2臺布料機+1臺45m汽車泵同時布料,1孔箱梁混凝土控制在5.5 h內(nèi)澆筑完成。

預(yù)制箱梁澆筑總體按照先澆筑底板混凝土,然后澆筑腹板混凝土,最后澆筑頂板混凝土,從兩端向中間合龍的順序進行。

3.4 梁體養(yǎng)護

蒸汽養(yǎng)護對于確保混凝土早期強度以及梁體混凝土質(zhì)量起著至關(guān)重要的作用,快速預(yù)制技術(shù)方案擬定自制全封閉移動式蒸養(yǎng)棚,采用自動控制蒸汽養(yǎng)護工藝,28 h達到混凝土設(shè)計強度的80%,從而盡快達到初張拉的要求。

3.4.1 蒸汽養(yǎng)護系統(tǒng)方案統(tǒng)由計算機工作站、分布式遠程通訊測控模塊、數(shù)字溫度傳感器、蒸氣閥門電動執(zhí)行器等組成,通過布設(shè)采溫點,采集同一孔梁不同部位、不同時間點的溫度,繪制出適合耐久性混凝土的溫度蒸養(yǎng)變化曲線,采用大范圍多點測量、分段分區(qū)控制蒸汽供汽量的方法,將整孔箱梁分為15個部分進行溫度測量和進汽量的控制;圖4為自動溫控養(yǎng)護系統(tǒng)。

圖4 自動溫控養(yǎng)護系統(tǒng)

3.4.2 自動溫控工藝實施

按照蒸汽養(yǎng)護的靜停、升溫、恒溫、降溫4個階段[5](總時間控制在28 h)對多孔箱梁預(yù)制實施驗證,有代表性的溫控效果和混凝土水化熱發(fā)展規(guī)律曲線見圖5和圖6。

圖5 環(huán)境平均溫度歷史曲線

圖6 混凝土內(nèi)部溫度曲線

試塊隨梁同條件養(yǎng)護,另一部分放置標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護箱(按理論曲線設(shè)置溫度)養(yǎng)護,經(jīng)過混凝土強度檢測,經(jīng)過28 h養(yǎng)生后的混凝土強度與標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護箱內(nèi)的試件強度接近[6],能在40 h內(nèi)達到設(shè)計強度的80%,能滿足快速預(yù)制的目標(biāo)要求。

為保證自動溫控工藝的順利實施,研究制作出可方便縱向滑行的滑動式蒸養(yǎng)棚罩養(yǎng)護;養(yǎng)護實景見圖7。

圖7 滑動式蒸養(yǎng)棚罩養(yǎng)護實景

3.5 預(yù)應(yīng)力張拉

從加快臺座周轉(zhuǎn)時間的角度,必須確?；炷帘M早達到初張拉條件并盡可能縮短張拉工序作業(yè)時間。張拉工序作業(yè)時間以穿鋼絞線、安裝錨具、上夾片耗時最長。試制時將預(yù)張拉、初張拉兩道工序合二為一,并將終張拉孔道的穿束、終張拉、壓漿、封錨等工序留待存梁臺座上進行。從準(zhǔn)備工作到初張拉完成,合計初張拉作業(yè)控制在14 h內(nèi)。配置方便簡單操作的張拉架,能讓千斤頂移動方便迅速。

3.6 梁體搬運

采用900 t輪胎式搬運機,實際使用效果表明輪胎式搬運機具有機動靈活、搬運效率高、穩(wěn)定可靠的技術(shù)優(yōu)點。該設(shè)備按照四點起吊,三點平衡的原理進行設(shè)計,全液壓操控,可90°轉(zhuǎn)向,實現(xiàn)縱向和橫向移動轉(zhuǎn)換[7],對于大型物件的搬運尤為安全適用。

4 結(jié)語

(1)2007年11月9日～12月3日在武廣客運專線長沙制梁場進行了箱梁試制工作,開展了快速制梁綜合工藝試驗,共試制了3孔32 m箱梁,均取得成功,臺座周轉(zhuǎn)時間均在60 h以內(nèi);2009年將箱梁快速預(yù)制技術(shù)在石武客運專線(河北段)永年制梁場、合蚌客運專線水湖制梁場和下塘制梁場、成綿樂客運專線廣漢制梁場等4個梁場進行了推廣應(yīng)用,生產(chǎn)了46孔箱梁,基本實現(xiàn)了既定的目標(biāo),同時也表明快速預(yù)制技術(shù)可適用于各種類型的客運專線箱梁的預(yù)制。

(2)通過摻用復(fù)合型超塑化劑及復(fù)合高活性礦物摻和料配制高性能混凝土,保證了快速制梁條件下混凝土的質(zhì)量。

(3)采用分區(qū)供氣控制、多點溫度測量的自動溫控養(yǎng)護系統(tǒng),實現(xiàn)了蒸汽養(yǎng)護智能化,混凝土澆筑后40 h達到了初張拉強度要求。

(4)針對預(yù)制梁生產(chǎn)線布置和施工工藝,采用了底模與側(cè)模固定、整體式內(nèi)模、鋼筋骨架整體綁扎和搬運機移梁等措施,優(yōu)化了工藝,提高了工效。

(5)該研究成果取得了客運專線箱梁快速制梁生產(chǎn)線[8]、滑動式蒸汽養(yǎng)護棚罩[9]、箱梁蒸汽養(yǎng)護自動化控制裝置及其溫度控制方法[10]、全自動液壓整體拆裝式箱梁鋼制內(nèi)模[11]、用于混凝土梁體蒸汽養(yǎng)護技術(shù)的室內(nèi)模擬養(yǎng)護測試箱[12]等多項專利,社會、經(jīng)濟和環(huán)境效益顯著。

(6)在推廣應(yīng)用快速預(yù)制技術(shù)的同時,又要注意由此產(chǎn)生的其他問題,比如快速制梁所應(yīng)用的蒸汽養(yǎng)護自動控制系統(tǒng)可以很好地實現(xiàn)升溫、恒溫階段工藝曲線與實際溫度曲線的吻合,但在控制混凝土芯部及表面降溫速率等方面做得不夠到位,以及不能保證初張拉期間的內(nèi)外溫差控制,因此如何通過溫控系統(tǒng)實現(xiàn)對混凝土芯部降溫過程的控制是進一步聯(lián)合研究的課題,目前情況下,快速預(yù)制技術(shù)更合適在日均溫差不大的中部及南方區(qū)域應(yīng)用。

[1] 中鐵四局集團有限公司.客運專線整孔箱梁快速預(yù)制技術(shù)總報告[R].合肥:中鐵四局集團有限公司,2009.

[2] 盛興旺,李志國,鄧運清.京滬高速鐵路預(yù)應(yīng)力簡支箱梁結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)選[J].鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計2003(6):6-8.

[3] 姜麗雯.鐵路客運專線預(yù)制梁場的規(guī)劃設(shè)計研究[J].鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計2007(6):8-11.

[4] 中華人民共和國鐵道部.TB10424—2003鐵路混凝土與砌體工程質(zhì)量驗收標(biāo)準(zhǔn)[S].北京:中國鐵道出版社,2004

[5] 中華人民共和國鐵道部.TB10415—2003鐵路橋涵工程質(zhì)量驗收標(biāo)準(zhǔn)[S].北京:中國鐵道出版社,2004

[6] 中華人民共和國鐵道部.TB10425—94鐵路混凝土強度檢驗評定標(biāo)準(zhǔn)[S].北京:中國鐵道出版社,1994.

[7] 陳浩,吳耀輝,張志華,韓軍.鐵路客運專線900 t箱梁提運架設(shè)備研究[J].鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計,2008(3):1-4.

[8] 中鐵四局集團有限公司.客運專線箱梁快速預(yù)制生產(chǎn)線:中國, ZL2007 2 0130078.0[P].2009-3-18.

[9] 中鐵四局集團有限公司.滑動式混凝土箱梁蒸汽養(yǎng)護棚罩:中國,ZL2007 2 0130081.2[P].2008-10-29.

[10]中鐵四局集團有限公司.箱梁蒸汽養(yǎng)護自動化控制裝置及其溫度控制方法:中國,ZL 2007 1 0302499.1[P].2009-12-30.

[11]中鐵四局集團有限公司.全自動液壓整體拆裝式箱梁鋼制內(nèi)模:中國,ZL2007 2 0130079.5[P].2008-10-29.

[12]安徽中鐵工程技術(shù)服務(wù)有限責(zé)任公司.用于混凝土梁體蒸汽養(yǎng)護技術(shù)的室內(nèi)模擬養(yǎng)護測試箱:中國,ZL 2008 2 0035899.0[P]. 2009-3-18.

H igh Efficient Prefabrication Technology of Box Beam Used in Passenger Dedicated Line

HONGWen-gang1,WANG He-Huan2
(1.The Second Engineering Co.,Ltd.,China Tiesiju Civil Engineering Group,Suzhou 215100,China; 2.China Tiesiju Civil Engineering Group Co.,Ltd.,Hefei230000,China)

Bridge structures have been widely used in railway passenger dedicated lines,especially the prestressed concrete simply-supported box girder,because of its high transverse and vertical rigidity as well as strong torsion resistance performance.The authorsmade a research on relevant technologies,such as the layout of production line of beam-fabrication yard,automation of concrete curing technology, preparation of high performance concrete.As a result,the prefabrication technology of box beam was improved,cycle period of beam-fabrication bed was shortened,and beam fabrication efficiency was increased.This technicalachievementhas successfully been used in beam-fabrication yard on a passenger dedicated line and wide application has been gained since.

passenger dedicated line;post-tensioning method;box beam;high efficient prefabrication method

U238;U445

A

1004- 2954(2013)07- 0057- 03

2012- 11- 09;

2012- 11- 25

鐵道部科技研究開發(fā)計劃項目(2007G009)

洪文剛(1978—),男,工程師,2000年畢業(yè)于合肥工業(yè)大學(xué),工學(xué)學(xué)士,E-mail:35544030@qq.com。