鐵路客運(yùn)專線橋梁施工關(guān)鍵技術(shù)控制

鐵路客運(yùn)專線混凝土橋梁結(jié)構(gòu)耐久性的關(guān)鍵施工技術(shù)（中鐵二局股份有限公司賀方平）【摘要】本文從橋梁結(jié)構(gòu)耐久性的理念，從施工工藝標(biāo)準(zhǔn)化控制的角度,對鐵路客運(yùn)專線混凝土結(jié)構(gòu)橋梁耐久性幾個(gè)關(guān)鍵施工技術(shù)進(jìn)行分析和探討，就如何高質(zhì)量、高標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)鐵路客運(yùn)專線橋梁，提高客?；炷翗蛄菏褂脡勖?，以取得較好的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益，總結(jié)了有價(jià)值的經(jīng)驗(yàn)，對客運(yùn)專線混凝土結(jié)構(gòu)橋梁耐久性設(shè)計(jì)、施工和養(yǎng)護(hù)關(guān)鍵技術(shù)控制具有重要意義。一、概述1、 我國客運(yùn)專線特點(diǎn)目前我國大規(guī)模地建設(shè)鐵路客運(yùn)專線，且多條客運(yùn)專線已經(jīng)投入運(yùn)營，標(biāo)志著我國高速鐵路建設(shè)已進(jìn)入鼎盛時(shí)期，鐵路客運(yùn)專線具有高速度、高安全性、高舒適性、高密度運(yùn)營的特點(diǎn)?？瓦\(yùn)專線鐵路與普通鐵路相比，橋梁占很大比例，且橋梁耐久性要求高，使用壽命要求不低于100年。因此，要求客運(yùn)專線橋梁必須具有足夠的耐久性和良好的動(dòng)力特性，以確保線路平順性、行車安全性、旅客乘坐舒適性等要求。目前我國高速鐵路以時(shí)速250和350km/h的客運(yùn)專線和客貨混運(yùn)兩種形式為主，常用混凝土橋梁結(jié)構(gòu)型式包括：整孔單箱梁、雙箱梁、多片式整體T梁、多箱梁、預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁，主要采用32米跨度，其次采用24米跨度。2、 鐵路客運(yùn)專線橋梁耐久性技術(shù)特點(diǎn)客運(yùn)專線橋梁基本特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)剛度大，跨度大，整體性好，耐久性要求高，施工難度大。橋梁結(jié)構(gòu)耐久性的重要標(biāo)志是梁體結(jié)構(gòu)不得開裂，鋼筋保護(hù)層厚度有效，混凝土的抗裂、抗?jié)B性水平高等。長期以來，我國橋梁結(jié)構(gòu)耐久性控制措施，偏重于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法的研究，而忽視了總體構(gòu)造的可行性和施工細(xì)節(jié)處理方便性的關(guān)注，給施工過程精細(xì)化質(zhì)量控制帶來了困難，很難達(dá)到設(shè)計(jì)的理想化標(biāo)準(zhǔn)，對橋梁結(jié)構(gòu)耐久性產(chǎn)生一定影響。3、 施工環(huán)節(jié)關(guān)鍵技術(shù)控制對橋梁結(jié)構(gòu)耐久性的影響施工過程不可控因素較多，施工環(huán)境較為復(fù)雜，管理難度較大，加上設(shè)計(jì)階段的理想化和可操作性研究較少等，在施工過程稍微把關(guān)不嚴(yán)，將給橋梁結(jié)構(gòu)留下質(zhì)量隱患。施工上的缺陷，在后期荷載累積損傷下，引起應(yīng)力集中使橋梁抗疲勞能力下降，從而大大降了低橋梁結(jié)構(gòu)的冗余性，影響橋梁結(jié)構(gòu)安全性和耐久性。由此可見，施工過程中加強(qiáng)關(guān)鍵性技術(shù)控制，是確保橋梁結(jié)構(gòu)耐久性實(shí)施除設(shè)計(jì)外又一重要舉措。二、客運(yùn)專線混凝土橋梁的關(guān)鍵施工技術(shù)的認(rèn)識(shí)及控制措施要確?？瓦\(yùn)專線混凝土橋梁達(dá)到設(shè)計(jì)使用年限，就必須保證梁體在設(shè)計(jì)年限內(nèi)結(jié)構(gòu)開裂、鋼筋銹蝕、混凝土腐蝕、預(yù)應(yīng)力損失等各項(xiàng)指標(biāo)劣化不超過容許狀態(tài)。本文針對施工環(huán)節(jié)對橋梁耐久性影響較大而又不容易掌握和被忽視的一些關(guān)鍵技術(shù)措施進(jìn)行一些研究和探討。1、 提高下部結(jié)構(gòu)抗腐蝕性能的關(guān)鍵技術(shù)的認(rèn)識(shí)和措施由于樁頂與承臺(tái)、墩身與承臺(tái)連接部位截面突變，應(yīng)力較為集中，且易受地下水、地面水、橋面排水（尤其鹽漬地質(zhì)）等影響，處于干濕交替和腐蝕性環(huán)境中，易對樁頂、墩身與承臺(tái)結(jié)合處浸蝕，直接影響橋梁下部結(jié)構(gòu)耐久性使用。因此，在樁基頂部施工過程必須對工程地質(zhì)環(huán)境充分認(rèn)識(shí)，嚴(yán)格按照規(guī)范要求加強(qiáng)樁頂混凝土超灌量的控制，排除樁頂浮碴，適當(dāng)提高融蝕環(huán)境鋼筋保護(hù)層厚度，樁頂混凝土灌注密實(shí)，強(qiáng)度滿足設(shè)計(jì)要求，且樁頂伸入承臺(tái)不少10cm。在墩身施工時(shí)，嚴(yán)格按要求將承臺(tái)面淤泥雜物清除干凈，對承臺(tái)進(jìn)行認(rèn)真鑿毛處理，確保施工縫結(jié)合緊密，形成整體，嚴(yán)格控制墩身混凝土澆筑層厚度，防止漏搗出現(xiàn)蜂窩麻面，防止墩身底部在融蝕性環(huán)境中出現(xiàn)“爛根”現(xiàn)象。2、 預(yù)防混凝土結(jié)構(gòu)開裂的關(guān)鍵技術(shù)措施（1）防止不均勻沉降產(chǎn)生次生應(yīng)力造成梁體開裂施工過程主要有樁基清孔不到位，沉渣過厚；樁頂混凝土超灌量不夠，樁頂承載力不足；現(xiàn)澆支架地基處理不當(dāng)，預(yù)壓不到位等造成橋梁結(jié)構(gòu)在施工過程或運(yùn)營后不均勻沉降，產(chǎn)生結(jié)構(gòu)較大次生應(yīng)力而開裂，影響結(jié)構(gòu)耐久性。因此，在樁基施工時(shí)，要嚴(yán)格對清孔后的沉渣進(jìn)行檢測，防止沉渣超標(biāo)，另外要嚴(yán)格按規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)對樁頂混凝土進(jìn)行超灌量，排除孔內(nèi)浮碴，確保樁頂混凝土密實(shí)，防止樁基承載后造成下沉和頂部破壞。在墩身施工時(shí)，將承臺(tái)、墩頂?shù)母{清除干凈，防止架梁后或運(yùn)營過程中，由于浮漿承載力不足開裂下沉?，F(xiàn)澆梁支架地基處理要得當(dāng)，嚴(yán)格按照要求對支架和地基進(jìn)行預(yù)壓，消除支架地基的非彈性變形，防止現(xiàn)澆梁在施工過程由于地基沉降而開裂。防止養(yǎng)護(hù)不當(dāng)對混凝土橋梁結(jié)構(gòu)耐久性的影響客運(yùn)專線梁體基本都采用高性能混凝土結(jié)構(gòu)，由于高性能混凝土用水量小，且膠凝材料用量較大，因此要特別加強(qiáng)對混凝土的早期養(yǎng)護(hù)措施，避免混凝土失水引起早期裂縫，和防止混凝土因溫度變化而引起的開裂。實(shí)際施工中，現(xiàn)場常對高性能混凝土早期養(yǎng)護(hù)認(rèn)識(shí)不夠，造成混凝土表面時(shí)干時(shí)濕狀態(tài)，養(yǎng)護(hù)方法極不正確。特別是夏季施工，混凝土?xí)r常處于烈日爆曬中，表面溫度較高，突澆養(yǎng)護(hù)冷水，溫度驟降，極易造成混凝土結(jié)構(gòu)開裂。正確方法是混凝土澆注完畢后應(yīng)立即用塑料布或草簾子覆蓋，并在終凝后立即進(jìn)行灑水養(yǎng)護(hù)。立面墻施工時(shí)可在澆注24-48小時(shí)后略微松開模板，并澆水養(yǎng)護(hù)。保持混凝土表面濕潤，養(yǎng)護(hù)期不少于7晝夜。養(yǎng)護(hù)期間應(yīng)控制混凝土內(nèi)部最高溫度不超過75°C，取措施縮小混凝土的內(nèi)部溫差。提高結(jié)構(gòu)鋼筋骨架的整體性，確保內(nèi)部應(yīng)力均勻可延性分布客運(yùn)專線鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)受力復(fù)雜，承受多向應(yīng)力，所以通常設(shè)計(jì)有三向預(yù)應(yīng)力鋼筋和普通縱橫向鋼筋，主梁應(yīng)力集中、局部承壓區(qū)域，主要通過主筋來進(jìn)行抵抗承受。如果施工中處理不當(dāng)，或?qū)Y(jié)構(gòu)受力、應(yīng)力分布不明白，調(diào)整了主要鋼筋位置，或鋼筋安裝綁扎銜接不到位，就會(huì)降低主要應(yīng)力方向的安全儲(chǔ)備，導(dǎo)致剩余應(yīng)力通過混凝土釋放，降低整體結(jié)構(gòu)的剛度和抗疲勞荷載的能力，進(jìn)而表現(xiàn)為相應(yīng)區(qū)域混凝土的開裂、鋼筋保護(hù)層剝落，降低混凝土橋梁耐久性能?，F(xiàn)場施工主要應(yīng)從以下幾個(gè)方面加以控制。首先，施工過程容易忽視交叉主筋的銜接位置，由于設(shè)計(jì)一般沒給細(xì)部大樣圖，施工人員易在梁邊沿筋骨架綁扎時(shí)，兩筋交叉將彎鉤綁扎于內(nèi)側(cè)，沒有將邊沿外側(cè)鋼筋有效握裹，導(dǎo)致梁內(nèi)應(yīng)力得不到有效傳遞和閉合，在后期運(yùn)營受振動(dòng)疲勞荷載下，易留下外側(cè)筋剝落的隱患，影響橋梁結(jié)構(gòu)的耐久性。其次，客運(yùn)專線大跨度箱梁四角均設(shè)有密集的倒角筋，倒角筋設(shè)置方式一般為穿過箱梁內(nèi)角分別鉤于墻體和頂?shù)装逋鈱愉摻钌稀Ｓ捎谙淞侯A(yù)應(yīng)力孔道密集，位于箱梁四角位置的預(yù)應(yīng)力孔道與倒角筋位置相沖突，少數(shù)現(xiàn)場人員容易認(rèn)為倒角筋為輔助鋼筋，輕視倒角筋的作用，且根據(jù)設(shè)計(jì)原則，當(dāng)結(jié)構(gòu)鋼筋與預(yù)應(yīng)力筋相沖突時(shí)，調(diào)整結(jié)構(gòu)鋼筋保證預(yù)應(yīng)力孔道線形，現(xiàn)場作業(yè)時(shí)易將倒角筋改置于內(nèi)側(cè)縱向筋上。如這樣設(shè)置倒角筋，對箱梁角起不到很好的保護(hù)作用，不能有效傳遞分散箱梁四角位置的集中應(yīng)力，減小了箱梁整體剛度和抗疲勞荷載能力，易在后期運(yùn)營后，在疲勞荷載下造成箱梁開裂，影響梁體耐久性能。另外，現(xiàn)場施工易將聯(lián)系筋與架立筋混淆不分，從而降低了鋼筋骨架的整體性能?？瓦\(yùn)專線混凝土箱梁頂、底、腹板上，縱向和橫向主筋組成之鋼筋網(wǎng)，兩層鋼筋網(wǎng)之間設(shè)聯(lián)系筋，該聯(lián)系筋按老習(xí)慣也有稱“架立筋”。實(shí)際在大跨度預(yù)應(yīng)力箱梁上，該聯(lián)系筋不僅在施工過程起架立作用，在于應(yīng)力張拉后和運(yùn)營過程中還要承受一定的拉應(yīng)力和剪力，將兩層鋼筋網(wǎng)握裹形成整體。因此，簡單地稱聯(lián)系筋為架立筋，模糊了部分人員對聯(lián)系筋作用之認(rèn)識(shí)，從而在施工中放松了要求，導(dǎo)致個(gè)別現(xiàn)場少設(shè)置，甚至不設(shè)置現(xiàn)象，將嚴(yán)重影響橋梁結(jié)構(gòu)整體性能，特別是大跨度連續(xù)梁預(yù)應(yīng)力密集的0#段和跨中位置，聯(lián)系筋對結(jié)構(gòu)應(yīng)力抵抗的作用非常重要。因此，現(xiàn)場管理人員必須讀懂施工圖紙，充分領(lǐng)會(huì)設(shè)計(jì)理念，具備必要的力學(xué)知識(shí)，根據(jù)細(xì)部應(yīng)力分布加以關(guān)鍵部位鋼筋加工綁扎控制，確保梁體鋼筋骨架整體性能，確保內(nèi)部應(yīng)力有效均勻可延性分布，防止梁體因應(yīng)力集中開裂，影響結(jié)構(gòu)耐久性能。3、防止結(jié)構(gòu)鋼筋銹蝕的技術(shù)措施據(jù)有關(guān)資料反映：不同密實(shí)度的混凝土在同一條件下30年后的碳化深度有較大差別：非常密實(shí)者為8mm;密實(shí)的為30mm;中等密實(shí)的為50mm;不密實(shí)的則大于70mm?；炷劣不?，隨著混凝土逐步碳化，混凝土中氫氧化鈣與空氣中的CO2不斷反應(yīng)，使混凝土堿性不斷降低，PH值由13降到8.3?8.5。加上環(huán)境介質(zhì)（如Cl-）的浸入，使鋼筋表面的鈍化膜逐漸遭到破壞，從而導(dǎo)致鋼筋銹蝕膨脹，導(dǎo)致鋼筋混凝土橋梁結(jié)構(gòu)逐漸開裂、融蝕破壞，直接影響橋梁結(jié)構(gòu)耐久性。由此可見，混凝土密實(shí)度、抗?jié)B、抗裂性能，鋼筋保護(hù)層厚度對耐久性具有很大的影響。因此，要提高客運(yùn)專線混凝土橋梁耐久性，就必須采用高性能混凝土，優(yōu)化施工配合比，嚴(yán)格控制各種參合料、外加劑，加強(qiáng)混凝土各項(xiàng)指標(biāo)檢測，加強(qiáng)搗固工藝控制，提高混凝土密實(shí)、抗?jié)B、抗裂性等抗碳化指標(biāo)的綜合性能。另一方面，施工過程必須嚴(yán)格控制好鋼筋保護(hù)層厚度，均勻放置保護(hù)層墊塊，確保鋼筋有效保護(hù)層厚度滿足設(shè)計(jì)要求，提高鋼筋抗銹蝕能力。如按客運(yùn)專線橋梁混凝土非常密實(shí)30年碳化約1cm標(biāo)準(zhǔn)，要達(dá)到使用100年的設(shè)計(jì)要求，最小保護(hù)層厚度就不宜低于3.5cm。保護(hù)層厚度過大，易產(chǎn)生混凝土表層裂紋，造成鋼筋銹蝕，所以保護(hù)層不宜大于5cm。4、預(yù)應(yīng)力工程施工質(zhì)量控制措施預(yù)應(yīng)力的時(shí)間效應(yīng)指其預(yù)應(yīng)力損失隨時(shí)間的變化，一般預(yù)應(yīng)力損失值總和約占張拉控制應(yīng)力的15%?30%,預(yù)應(yīng)力損失對大跨度粱體影響較大，根據(jù)客運(yùn)專線橋梁設(shè)計(jì)理念，梁體應(yīng)處于負(fù)彎矩狀態(tài)，梁體底板混凝土不得產(chǎn)生拉應(yīng)力而出現(xiàn)裂縫，導(dǎo)致環(huán)境有害介質(zhì)浸入混凝土結(jié)構(gòu)，影響梁體耐久性。因此，預(yù)應(yīng)力張拉前必須對預(yù)應(yīng)力損失值進(jìn)行深入分析和計(jì)算，確保有效預(yù)應(yīng)力滿足設(shè)計(jì)要求，防止梁體預(yù)應(yīng)力損失超標(biāo)導(dǎo)致梁體底部受拉開裂，影響梁體結(jié)構(gòu)耐久性。按后張法預(yù)應(yīng)力損失出現(xiàn)的先后為序，有以下預(yù)應(yīng)力損失：力筋與孔壁間摩擦引起的應(yīng)力損失七，能達(dá)到預(yù)應(yīng)力損失的20%；錨具變形和力筋回縮引起的應(yīng)力損失％，夾片回縮錨變形一般達(dá)5?6mm;混凝土彈性壓縮引起的應(yīng)力損失％；力筋應(yīng)力松弛引起的應(yīng)力損失。4；混凝土收縮和徐變引起的應(yīng)力損失％，混凝土收縮和徐變引起力筋的應(yīng)力釋放。為確保預(yù)應(yīng)力張拉質(zhì)量，預(yù)應(yīng)力損失較小的要求，應(yīng)嚴(yán)格對梁體混凝土采用“三控”預(yù)應(yīng)力張拉工藝，即：梁體混凝土的強(qiáng)度、彈性模量、齡期不少于設(shè)計(jì)規(guī)定的時(shí)間，有效控制％、％造成的預(yù)應(yīng)力損失量。試生產(chǎn)期間，應(yīng)至少對兩件梁體預(yù)應(yīng)力測試各項(xiàng)損失值，調(diào)整張拉控制應(yīng)力，以后每100件進(jìn)行一次測試。采用千斤頂油壓表和預(yù)應(yīng)力筋伸長值雙控，防止管道摩阻、錨口摩阻、錨墊板喇叭口摩阻、錨具回縮。要求由鋼絞線實(shí)際彈性模量計(jì)算的伸長值與實(shí)測伸長值相差不超過±6%。伸長值不符設(shè)計(jì)時(shí)，要對損失的原因進(jìn)行分析，找準(zhǔn)原因加以控制，確保預(yù)應(yīng)力張拉質(zhì)量。三、結(jié)束語客運(yùn)專線橋梁跨度大、結(jié)構(gòu)剛度大，要確?？瓦\(yùn)