摘要: 常規(guī)的高鐵連續(xù)梁節(jié)段預(yù)制膠拼技術(shù),對(duì)混凝土的灌注和冷卻過程采用常溫冷卻方式,導(dǎo)致混凝土后期易出現(xiàn)開裂現(xiàn)象,基于此,本文提出高鐵連續(xù)梁節(jié)段預(yù)制膠拼施工技術(shù)。施工前期應(yīng)準(zhǔn)備鋼筋建材,使用膠拼技術(shù)實(shí)現(xiàn)高強(qiáng)度鋼筋連接,進(jìn)而對(duì)連續(xù)梁節(jié)段預(yù)制膠拼施工模板進(jìn)行排布,澆筑混凝土后減少吊桿力控制預(yù)制膠拼接縫截面,經(jīng)檢查調(diào)整完成對(duì)高鐵連續(xù)梁節(jié)段預(yù)制膠拼施工技術(shù)的設(shè)計(jì)。在對(duì)施工質(zhì)量的驗(yàn)證中,膠接縫的荷載為5 kN/m2,混凝土的荷載為4.3 kN/m2左右,此結(jié)果可保證施工質(zhì)量。
關(guān)鍵詞:高速鐵路;連續(xù)梁;鐵路連續(xù)梁;施工技術(shù)
中圖分類號(hào):G642" 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A" 文章編號(hào):
Prefabricated Rubber Assembly Construction Technology for Continuous Beam Segments of High Speed Rail
Abstract:The conventional prefabrication and bonding technology for high-speed rail continuous beam segments adopts a room temperature cooling method for the pouring and cooling process of concrete,which leads to cracking in the later stage of concrete,based on this,this article proposes a construction technology for prefabrication and bonding of high-speed rail continuous beam segments.In the early stage of construction,steel bars and building materials should be prepared,and high-strength steel bars should be connected using adhesive bonding technology,then,the prefabricated adhesive bonding construction formwork for continuous beam segments should be arranged,and the suspension rod force should be reduced after pouring concrete to control the cross-section of the prefabricated adhesive bonding joint,after inspection and adjustment,the design of the prefabricated gluing construction technology of high-speed rail continuous beam segment should be completed.In the verification of construction quality,the load on the adhesive joint is 5 kN/m2,and the load on the concrete is about 4.3 kN/m2,which can ensure the construction quality.
Keywords:high-speed railway;continuous beam;railway continuous beam;construction technique
0 引言
預(yù)制膠拼施工技術(shù)具有施工速度快、結(jié)構(gòu)性能好、節(jié)能環(huán)保等優(yōu)點(diǎn),能夠滿足冬季低溫和夏季高溫等差異性較大的施工環(huán)境的拼裝需求。因膠拼施工技術(shù)具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì),在高鐵連續(xù)梁節(jié)段的設(shè)計(jì)中,選用預(yù)制膠拼施工技術(shù)是未來發(fā)展方向之一。該技術(shù)具有較高的施工標(biāo)準(zhǔn)和預(yù)應(yīng)力標(biāo)準(zhǔn),但必須不斷克服這些技術(shù)難點(diǎn),以滿足其越來越廣泛的應(yīng)用需求。在趙永超等[1]的研究中,對(duì)高速鐵路節(jié)段預(yù)制全膠拼連續(xù)梁施工進(jìn)行了線形分析,闡明在高鐵道路施工中具有提高結(jié)構(gòu)的承載能力和穩(wěn)定性的優(yōu)勢(shì);文陽(yáng)[2]對(duì)新型節(jié)段預(yù)制膠拼技術(shù)在高鐵預(yù)應(yīng)力連續(xù)梁的應(yīng)用進(jìn)行了研究,闡明了預(yù)制膠拼技術(shù)的優(yōu)勢(shì)。結(jié)合以上研究成果,本文在預(yù)制膠拼技術(shù)下對(duì)高鐵連續(xù)梁節(jié)段的施工進(jìn)行設(shè)計(jì),以期為相關(guān)的研究提供一定的參考。
1 工程概況
本工程為新建天津至濰坊高速鐵路JBTJ-5標(biāo)段,其中山東省路橋集團(tuán)有限公司承建商惠濱2號(hào)特大橋DK99+804.66~DK125+832.78段,全長(zhǎng)26.02 km,全線鉆孔樁6 790根,承臺(tái)853座,墩身853座,簡(jiǎn)支梁架設(shè)768孔,連續(xù)梁13處?;菝裰屏簣?chǎng)設(shè)置在濱州市惠民縣麻店鎮(zhèn)蓋北趙村,位于線路里程DK116+700右側(cè),784#墩~802#墩范圍內(nèi),規(guī)劃臨時(shí)用地約225 km2。
本次工程施工中,對(duì)于工程中的主要要求配置設(shè)置如下:在生產(chǎn)區(qū)中布置制梁臺(tái)座11個(gè),用于本次高鐵連續(xù)梁節(jié)段設(shè)置的預(yù)制膠拼技術(shù)的研究,其中分為32 m臺(tái)座和24 m臺(tái)座,設(shè)置了9個(gè)32 m臺(tái)座,剩余2個(gè)為32 m和24 m的共用臺(tái)座。在模板配置中,上述中的臺(tái)座對(duì)應(yīng)的外模為11套,內(nèi)模7套,本次工程中設(shè)置的端模為7套,其中固定式外模的生產(chǎn)周期為5 d。除此之外,配有鋼筋綁扎胎膜具,具體設(shè)置了4個(gè)32 m的整體鋼筋綁扎胎具,1個(gè)24 m和32 m共用的鋼筋綁扎胎具,胎具的主要作用為將梁體底腹板和頂板鋼筋綁扎成型,并采用龍門吊進(jìn)行吊裝。場(chǎng)內(nèi)道路布置:場(chǎng)內(nèi)承重道路共2條,分為生產(chǎn)主道路、搬運(yùn)機(jī)通道。生產(chǎn)主道路設(shè)置寬9 m,長(zhǎng)522 m,梁場(chǎng)所有材料和設(shè)備均從此路進(jìn)場(chǎng),運(yùn)輸車進(jìn)場(chǎng)道路貫通整個(gè)輔助生產(chǎn)區(qū);搬運(yùn)機(jī)通道按照梁場(chǎng)提梁方式,設(shè)置轉(zhuǎn)向區(qū)、走行區(qū)。在梁場(chǎng)設(shè)置箱梁靜載試驗(yàn)臺(tái)1個(gè),用于箱梁的靜載試驗(yàn)。根據(jù)箱梁鋼筋綁扎臺(tái)位布置和施工進(jìn)度的需要,梁場(chǎng)內(nèi)設(shè)置1個(gè)鋼筋加工場(chǎng),內(nèi)含原材堆放和加工制作區(qū),用于鋼筋堆放、下料、彎曲、擺放等作業(yè)。
2 高鐵連續(xù)梁節(jié)段預(yù)制膠拼施工技術(shù)設(shè)計(jì)
2.1 布置施工前期鋼筋準(zhǔn)備
根據(jù)箱梁施工特點(diǎn)及場(chǎng)地和設(shè)備選用情況,本文對(duì)梁場(chǎng)總體平面采用橫列式雙臺(tái)位布置方案,制梁場(chǎng)劃分為5個(gè)區(qū)域:生活辦公區(qū)、生產(chǎn)輔助區(qū)、制梁區(qū)、存梁區(qū)、提梁區(qū)。并且設(shè)置相應(yīng)的設(shè)備,工程中的鋼筋彎曲質(zhì)量需要在實(shí)際的工程作業(yè)前進(jìn)行檢測(cè),對(duì)應(yīng)的鋼筋加工偏差需要符合表1要求。
鋼筋的綁扎是預(yù)制膠拼施工中的重要環(huán)節(jié)之一,其目的是將鋼筋連接在一起,形成一個(gè)穩(wěn)定的骨架結(jié)構(gòu),以確保預(yù)制構(gòu)件的強(qiáng)度和穩(wěn)定性。當(dāng)梁體出現(xiàn)碰撞問題時(shí),需要適當(dāng)調(diào)整梁體鋼筋,避免工程誤差,也避免被鋼筋劃傷,并在對(duì)應(yīng)的螺旋處設(shè)置綁扎鋼筋,通過鋼筋的位置關(guān)系,確定橋面的泄水孔是否需要移動(dòng),結(jié)合螺旋筋和十字鋼筋進(jìn)行鋼筋作用的加強(qiáng)[3]。
在工程施工中,為了保證各項(xiàng)工程的準(zhǔn)確性,將根據(jù)實(shí)際的工程作業(yè)情況對(duì)鋼筋架立,并且通過架立鋼筋的數(shù)量來固定底板頂板等鋼筋位置。在鋼筋綁扎過程中,需要對(duì)鋼筋位置進(jìn)行固定,在鋼筋的交點(diǎn)處設(shè)置間隔綁扎,雖然可以減輕用料需求,但是在拐角處必須進(jìn)行綁扎,以固定鋼筋位置,確保安全。在鋼筋的交點(diǎn)處,可以按照逐點(diǎn)改變鋼筋的繞絲方向,使用8字形正反扣進(jìn)行交錯(cuò)扎結(jié)并固定鋼筋,同時(shí)需要注意保護(hù)層的保護(hù)方式,綁扎鋼筋的鐵絲不得伸入保護(hù)層內(nèi),以防扎破保護(hù)層,造成工程誤差。
在鋼筋的保護(hù)層墊塊的設(shè)置中,為了保證足夠的鋼筋外混凝土厚度,需要在鋼筋和模板之間設(shè)置對(duì)應(yīng)的墊塊,并且為了增加保護(hù)層的強(qiáng)度,選擇了C50的高性能混凝土作為保護(hù)層的施工用料。鋼筋的級(jí)別、直徑、根數(shù)和間距均應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求,綁扎或焊接的鋼筋網(wǎng)和鋼筋骨架不得有變形、松脫和開焊,鋼筋位置的允許偏差不得超過表2的規(guī)定值。
在梁體鋼筋的綁扎過程中,搭接長(zhǎng)度要符合規(guī)范要求,對(duì)接處要用鐵絲綁扎牢固。電焊機(jī)要安裝漏電保護(hù)裝置,確保安全。
2.2 膠拼技術(shù)下鋼筋高強(qiáng)度連接
膠拼技術(shù)采用專用的膠粘劑,可以實(shí)現(xiàn)高強(qiáng)度的鋼筋連接。相比傳統(tǒng)的焊接或螺栓連接方式,膠拼連接具有均勻性、牢固性和適應(yīng)高速鐵路連續(xù)梁的強(qiáng)度要求等優(yōu)勢(shì)。其連接技術(shù)的實(shí)現(xiàn)過程如下。
1) 膠粘劑選擇:為了實(shí)現(xiàn)高強(qiáng)度的鋼筋連接,選擇合適的膠粘劑至關(guān)重要。本文選用高性能環(huán)氧樹脂膠粘劑,該膠粘劑為常用膠粘劑,具有粘接力強(qiáng)、抗剪強(qiáng)度高及耐化學(xué)品和耐熱性能好的特點(diǎn)。
2) 膠粘劑涂布:先將膠粘劑均勻涂布在預(yù)置的鋼筋連接部位上,確保膠粘劑與鋼筋充分接觸??梢允褂脤S玫乃⒆踊蜉佂康姆椒ㄟM(jìn)行膠粘劑的涂布。同時(shí),根據(jù)設(shè)計(jì)要求和鋼筋連接的強(qiáng)度要求,確定膠粘劑的涂布厚度。
3) 鋼筋定位:在膠粘劑涂布后,需要將貼有膠粘劑的鋼筋按照設(shè)計(jì)要求進(jìn)行定位。通過調(diào)整和檢驗(yàn),確保鋼筋的位置和間距符合規(guī)范要求,并且與預(yù)制構(gòu)件的鋼筋粘結(jié)面充分接觸[4]。
4) 施加壓力:為了提高鋼筋與膠粘劑之間的粘結(jié)強(qiáng)度,通常在膠粘劑涂布后施加壓力,可以通過機(jī)械夾持設(shè)備或壓力板等工具實(shí)現(xiàn)此目的。壓力的施加時(shí)間和強(qiáng)度應(yīng)根據(jù)膠粘劑的特性和施工要求進(jìn)行確定。
5) 固化硬化:膠粘劑固化硬化的過程需要一定的時(shí)間。根據(jù)膠粘劑的特性,確定適當(dāng)?shù)墓袒瘯r(shí)間,以保證膠粘劑的粘結(jié)強(qiáng)度達(dá)到預(yù)期。同時(shí),對(duì)環(huán)境溫度和濕度進(jìn)行合理控制,以加速膠粘劑的硬化。
通過以上步驟,完成高強(qiáng)度鋼筋連接的膠拼技術(shù)。這種連接方式在保證連續(xù)梁結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的同時(shí),具備均勻性和牢固性的優(yōu)勢(shì)。它能夠滿足高速鐵路連續(xù)梁對(duì)強(qiáng)度和安全性的要求,并提高施工效率和結(jié)構(gòu)質(zhì)量。
2.3 排布連續(xù)梁節(jié)段預(yù)制膠拼施工模板
鋼筋連接完成后,需要根據(jù)設(shè)計(jì)要求將模板準(zhǔn)確安裝在鋼筋連接部位上,以提供適當(dāng)?shù)闹瘟?。模板的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性對(duì)于保證施工質(zhì)量和節(jié)段形狀的一致性非常重要。在箱梁的模板排布中,本文為了節(jié)約施工過程中的模板成本,并減少模板在使用過程中的變形情況,需要對(duì)模板的強(qiáng)度、剛度等進(jìn)行穩(wěn)定性的劃分。在外側(cè)模板的設(shè)計(jì)中,本文選擇大剛度與臺(tái)座相結(jié)合,通過結(jié)合后所形成的支撐結(jié)構(gòu),對(duì)鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行支撐。在內(nèi)側(cè)模板的設(shè)計(jì)中,本文設(shè)置相應(yīng)的整體倒模方式,將內(nèi)模進(jìn)行抽拔,這有利于保證倒模后施工構(gòu)件的完整性。安裝在模板底部的油缸,用于控制液壓的動(dòng)力源及控制模板,并且能夠控制模板的張合形式。本文所選擇內(nèi)模能夠根據(jù)制造方向進(jìn)行抽拔,內(nèi)模與外模的連接,通過高強(qiáng)度的螺栓進(jìn)行整合。本文所設(shè)置的模板施工安裝順序如圖1所示。
2.4 澆注混凝土
膠拼技術(shù)避免了常規(guī)施工中混凝土灌注和冷卻過程帶來的問題。由于混凝土的灌注和冷卻過程是在常溫下進(jìn)行,不會(huì)引起熱應(yīng)變差異,從而減少了混凝土開裂的風(fēng)險(xiǎn)。在對(duì)模板進(jìn)行說明后,設(shè)定相應(yīng)的混凝土工序流程,在混凝土實(shí)際進(jìn)行泵送前,需要設(shè)定混凝土泵的泵送速度,根據(jù)工程需求,調(diào)整了混凝土泵在初始灌注階段的泵送速度,使其以慢速勻速的方式進(jìn)行。同時(shí),為了確保施工的靈活性,還確保了隨時(shí)可以進(jìn)行反泵操作。對(duì)其進(jìn)行觀察,然后將泵送速度設(shè)置為由慢到快,如果出現(xiàn)泵送困難的情況,需要立即停止泵送,采取措施排除問題。
本文為了對(duì)混凝土灌注過程的施工進(jìn)行表述,首先通過對(duì)混凝土進(jìn)行取樣,來判斷混凝土中的各項(xiàng)參數(shù)的應(yīng)力需求。在對(duì)參數(shù)的計(jì)算中,分別從施工項(xiàng)目中的不同位置,即連續(xù)梁節(jié)段中的腹板和頂板等部位進(jìn)行取樣研究。在混凝土的灌注中,需要及時(shí)對(duì)施工過程進(jìn)行記錄。
在灌注混凝土后需要對(duì)梁體的混凝土進(jìn)行養(yǎng)護(hù),本文選擇蒸汽養(yǎng)護(hù)以加快施工進(jìn)度,該技術(shù)手段根據(jù)混凝土的凝結(jié)狀況分為了四個(gè)時(shí)期,通過初步的靜停養(yǎng)護(hù)對(duì)混凝土進(jìn)行初步應(yīng)力強(qiáng)度的建設(shè),進(jìn)而在混凝土凝固階段,對(duì)其進(jìn)行升溫處理,以提高混凝土的養(yǎng)護(hù)強(qiáng)度[5]。在養(yǎng)護(hù)階段的升溫階段,主要目的是降低混凝土與鋼筋之間的粘結(jié)強(qiáng)度。而在養(yǎng)護(hù)的恒溫階段,為了防止空氣導(dǎo)致混凝土開裂,需要確?;炷镰h(huán)境的溫度保持穩(wěn)定。此外,混凝土在恒溫期的施工質(zhì)量取決于所選擇的建筑材料。在混泥土養(yǎng)護(hù)的降溫階段,溫度控制不當(dāng)也會(huì)造成混凝土出現(xiàn)結(jié)構(gòu)損傷的現(xiàn)象,需要采取通風(fēng)設(shè)備來降溫。
2.5 控制預(yù)制膠接縫截面
在高鐵的連續(xù)梁膠接縫截面控制的影響因素中,一般分為可調(diào)控和不可調(diào)控兩類因素,根據(jù)對(duì)架橋機(jī)和實(shí)際施工工藝的分析得出,后者因?yàn)樵诙唐趦?nèi)無(wú)法進(jìn)行變更,所以被稱為不可調(diào)控因素;而前者可以通過天車松鉤前后進(jìn)行調(diào)整,所以被劃分為可調(diào)控因素。
在對(duì)預(yù)制膠接縫截面進(jìn)行控制的過程中,僅根據(jù)原有設(shè)計(jì)中的臨時(shí)束,不能夠完全抵抗因?yàn)槠渌蛩禺a(chǎn)生的拉應(yīng)力。另外,由于預(yù)制過程中臨時(shí)束錨固臺(tái)座預(yù)留孔的存在,方便了臨時(shí)束的安裝。然而,增加大范圍的臨時(shí)束將消耗大量的材料和時(shí)間。相比之下,臨時(shí)束相對(duì)于永久束而言,在減小梁頂拉應(yīng)力方面的作用并不明顯。因此,在設(shè)計(jì)中采用永久束來代替臨時(shí)束是一個(gè)更合理的方案,必要時(shí)可以使用臨時(shí)束進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)。
在主梁的膠拼過程中,為了避免設(shè)備中的剛度影響,通過減小吊桿力完成對(duì)吊桿的控制。在永久束和臨時(shí)束的共同作用,加強(qiáng)主梁膠接縫的界面包絡(luò)曲線,通過節(jié)段中吊桿力的不同步情況,來規(guī)劃抗力包絡(luò)曲線的容許范圍。主梁膠接縫的截面梁頂剩余壓應(yīng)力儲(chǔ)備值計(jì)算如表3所示。
由表3可以分析出主梁膠接縫界面梁頂位置中的永久束和臨時(shí)束共同作用后剩余的壓力值。
2.6 預(yù)制膠拼施工吊裝收尾
最后對(duì)整體的施工進(jìn)行收尾,在前幾道工序已保質(zhì)保量完成、初張拉已完成、模板已完全拆除不影響移梁作業(yè)的前提下,將梁體吊移至存梁臺(tái)的上方,在進(jìn)行對(duì)準(zhǔn)之后才能夠平緩落梁。在橋梁存放之前,需要事先鋪設(shè)對(duì)應(yīng)的支墩建材,并在檢驗(yàn)施工質(zhì)量后,進(jìn)行后續(xù)工序,在保證支墩的水平統(tǒng)一后,進(jìn)行下一步工序。
在落梁過程中,需要密切關(guān)注箱梁與已架箱梁的前后位置,避免發(fā)生碰撞。并對(duì)梁體的水平位置進(jìn)行調(diào)整,調(diào)整到位后,事先設(shè)置千斤頂?shù)念A(yù)頂力,以消除支墊的間隙和變形。
在過孔時(shí),將架橋機(jī)的輔助支撐架設(shè)在下導(dǎo)梁上,并對(duì)架橋機(jī)前的輔助支腿進(jìn)行設(shè)置,根據(jù)已有的下導(dǎo)梁長(zhǎng)度,設(shè)定架橋機(jī)的主梁長(zhǎng)度、支撐點(diǎn)位置和數(shù)量、負(fù)載分布與承載能力及操作參數(shù)等參數(shù),經(jīng)過計(jì)算,使架橋機(jī)安全通過。
3 施工質(zhì)量驗(yàn)收
根據(jù)本文高鐵連續(xù)梁節(jié)段預(yù)制工程項(xiàng)目提出的施工方案展開施工,為驗(yàn)證施工后的施工質(zhì)量,對(duì)施工中的膠拼和混凝土的應(yīng)變差異進(jìn)行測(cè)定試驗(yàn)。
膠接梁底緣受拉側(cè)布置了應(yīng)變片,并獲得了不同荷載下的應(yīng)變曲線,如圖2所示。在應(yīng)變片較短的工作區(qū)域內(nèi),應(yīng)變能夠反映膠接縫和混凝土整體部分在受力時(shí)的差異性。膠拼試驗(yàn)梁初期受力階段的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系基本呈現(xiàn)線性趨勢(shì)。將該線性段進(jìn)行擬合,直線的斜率即為膠接縫處和混凝土整體部分的彈性模量。換言之,通過線性擬合可以得到膠接縫與整體混凝土的彈性特性。雖然與實(shí)際的施工過程存在一定的差別,但是仍然能夠作為驗(yàn)收結(jié)果對(duì)施工質(zhì)量進(jìn)行檢驗(yàn)。
根據(jù)圖2的應(yīng)變曲線關(guān)系分析得出,膠接縫在應(yīng)變?yōu)?時(shí)的荷載>混凝土的荷載,所以在正常情況下膠接縫能夠保障施工中混凝土的穩(wěn)定性,并且本次施工在注重施工質(zhì)量的同時(shí),膠接縫附近的混凝土的極限抗拉強(qiáng)度雖然受到一定折減,但是仍然能夠具有較高的安全冗余度。在應(yīng)變?yōu)?時(shí),膠接縫的荷載為5 kN/m2,混凝土的荷載為4.3 kN/m2,二者的數(shù)據(jù)關(guān)系都能夠保證施工質(zhì)量。
4 結(jié)語(yǔ)
本文對(duì)高鐵連續(xù)梁階段預(yù)制膠拼施工技術(shù)進(jìn)行分析,在高鐵連續(xù)梁節(jié)段預(yù)制膠拼施工中,前期準(zhǔn)備尤為關(guān)鍵。鋼筋建材需嚴(yán)格篩選,確保質(zhì)量上乘。采用先進(jìn)的膠拼技術(shù),使高強(qiáng)度鋼筋得以穩(wěn)定連接,為后續(xù)施工打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。模板排布是核心環(huán)節(jié),直接關(guān)系到連續(xù)梁的質(zhì)量與穩(wěn)定性。合理布局模板,確保各部分精準(zhǔn)對(duì)接,為澆筑混凝土創(chuàng)造有利條件。在澆筑過程中,控制預(yù)制膠拼接縫截面的吊桿力,能有效減少混凝土開裂現(xiàn)象,進(jìn)一步提升工程質(zhì)量??⒐ず?,細(xì)致的檢查與調(diào)整不可或缺。通過嚴(yán)格的質(zhì)量把關(guān),確保高鐵連續(xù)梁節(jié)段的預(yù)制膠拼施工達(dá)到預(yù)期效果,為高鐵的安全、高效運(yùn)行提供有力保障。通過應(yīng)變曲線結(jié)果,驗(yàn)證了本文所闡述的施工技術(shù)的可行性。
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