高速铁路整体箱梁的预制.运输和架设

高速铁路整体箱梁的预制、运输和架设

一、前言

客运专线铁路（高速铁铬）与我国既有铁路相比，具有速度高、对线路平顺性要求高等特点，要求其下部结构具有较大的抗弯和抗扭刚度，整孔简支箱梁具有受力简单明确、形式简洁、外形美观、抗弯和抗扭刚度大，建成后桥梁养护工作量以及维修少等优点，在许多国家高速铁路建设中得到广泛应用。目前我国客运专线大量采用32m 简支箱梁（调跨用24m 、20m ），并主要采用现场预制、架桥机架设的施工工艺和方法。由于跨度32m 简支梁体积大、桥面宽、其预制和架设尚属首次，同时为了提高桥梁的耐久性，预制梁采用高性能混凝土。

xx在承担了京津城际3#梁场305孔（其中32m276孔，24m39孔）、7#梁场124孔（其中32m89孔、24m26孔、20m9孔）后张法预应力混凝土双线简支箱梁的制架任务后（7#梁场架设由中铁二局承担），对箱梁的预制、架设进行了一系列试验研究，成功地解决了制梁台座设计及地基加固处理，模板的设计制造，混凝土的品质试验和箱梁的浇筑、养护、张拉工艺，箱梁场内转运，以及制梁、运梁及架梁设备等重大技术问题，3#梁场于2006年4月3日生产出了第一孔箱梁，经优化月6日架设完毕。7#梁场于2007年3月21日生产第一孔箱梁，8月12日完成孔箱梁的预制任务，8月28日完成架设任务，经检查质量全部合格。 二、工程特点

1、预应力混凝土箱梁采用现场预制、架梁机架设的方法，避免

了箱梁的长途运输，便于施工管理，既能保证工程质量，又可以缩短全桥工期，降低工程造价，效益显著。

2、施工工艺适应了新结构、新标准的要求，确保了制梁架梁质 量，为铁路桥梁向预制化发展积累了经验。

3、横移小车、轮胎式搬运机、轮胎式运梁车、900t 架桥机等先 进设备的研制，确保了箱梁制架的要求。

4、对不同的施工方法进行了比较。

5、采用高性能混凝土技术进行客运专线箱梁的预制。 三、适用范围

适用于铁路后张法预应力混凝土单双线简支箱梁的现场预制架设。 四、施工工艺

1、工艺流程（见图1、图2）

2、施工总体布置及基础设施

2.1、场地布置:要根据现场的地质条件，地形地貌，同时根据施工工艺及施工方法，各工序的相互关系来合理布置场地，既要满足生活需要，又要方便施工，形成流水作业，并应尽量少占耕地。3＃梁场采用横移方案，模板与台座采用1：2布置，便于侧模移动梁体横移，钢筋加工和绑扎在台座边分底腹板及顶板钢筋绑扎，内模用2台50ｔ门吊吊装入模。7＃梁场因地处北京市四环以内，占地面积小，必须双层存梁，故采用提梁机方案，模板不动，模板与台座采用1:1，钢筋集中绑扎，一次成型吊装入模，内模采用滑移式，从箱梁的一端进入。

2.2、制梁台座:制梁台座中间采用条形基础，下部采用强夯碎石置换处理，要求承载力大于180ｋｐａ。由于箱梁在预应力后发生上拱，此时箱梁结构自重、模板重量和施工荷载逐渐向两端集中，一般按最不利情况考虑，即荷载全部由两端基础承受，因此二端基础必须采用桩基础。3＃梁场采用横移方案，台座设计考虑横移小车的高度，采用高台位法制梁；7＃梁场采用搬移方案，采用低台位法制梁。

2.3、存梁台座:

2.4、模板:3#梁场采用侧模、端膜、内膜与底模为1：2，即1套模板负责2个台座。7#梁场采用侧模、端模、内模与底模为1：1，即每个台座1套模板。

所有模板均采用钢模，要求模板接缝平顺、板面平整、转角光滑、连接孔位置准确，具有足够的强度、刚度和稳定性，能保证在施工过程中各部位尺寸准确，且多次重复使用不产生影响梁体外形变形的足够刚度。

3#梁场一套外模负责二个台位及将制成的梁体移出台位的需要，在两侧外侧模桁架的底部各设二个横移台车。7#梁场外模设为固定式。

内模采用液压收缩内模，内模的收缩及脱模均利用液压油缸的自由伸缩，在满足伸缩行程的条件下保证快捷、灵活、方便。

底模在跨中需设置反拱，端模安装时应考虑箱梁的弹性压缩。 3、材料

3.1、水泥:选用42.5级的低碱硅酸盐或低碱普通硅酸盐水泥。

3.2 砂:采用质地均匀坚固、吸水率低、空隙率小的洁净河砂，细度模数为2.6～3.0。 3.3、碎石:选用级配合理、粒形良好、质地均匀坚固、线膨胀系数小的洁净碎石，采用二级级配，5～10、10～25的碎石。

3.4、钢绞线 选用高强度低松驰预应力钢绞线，极限强度为1860MPa 。应无损伤、无锈蚀、无污染，有出厂合格证和抽检试验报告。性能符合规定要求，供应商应提供每批钢绞线的实际弹性模量。

3.5、锚具 应通过省部级签定，符合GB/T14370的要求。 3.6、粉煤灰 需水量比不应大于100%，细度≤12%。

3.7、矿粉 比表面积宜为350～500m2/kg。

3.8、外加剂 应采用减水率高，坍落度损失小，适量引气，能明显提高混凝土耐久性且质量稳定的产品。外加剂和水泥间应有良好的相容性，经铁道部鉴定或评审，并经铁道部产品质量检验中心检验合格。

4、分项工程施工及质量控制 4.1、钢筋加工安装

钢筋绑扎根据施工方案不同而采用不同的方式成型，3＃梁场采用梁体和桥面钢筋骨架分别在相应的胎模上绑扎成型，7＃梁场采用整体成型。

4.1.1钢筋要调直、除锈，下料、弯度要准确，加工好的半成品钢筋要分类挂牌存放。 4.1.2、钢筋绑扎台位用型钢制作，其外形按梁体底腹板及桥面形状制作，纵向按钢筋的间距割槽口，以保证钢筋对位准确，操作方便。

4.1.3于4

个/m，4.1.4 4.2、混凝土施工 4.2.1、配合比

梁体配合比设计必需满足设计强度（C50）, 满足设计终张拉要求，强度R ≥50Mpa ，弹性模量35.5GPa ，坍落度16～18cm ，扩展度400±20mm 。满足混凝土耐久性（预防碱—骨料反应，抗冻能循环，抗渗性，抗氧离子渗透，护筋性，抗裂性）的要求，其检验报告须由承担该产品生产许可证检验任务的检验机构出具。预制梁每2万方混凝土应再进行耐久性试验。

4.2.2、拌合与运输

采用有自动计量装置的强制式拌合设备，其拌合能力应满足60m3/h，以保证混凝土灌注时间控制在规定范围内，配置4台混凝土运输车，制梁台座侧面布置2台输送泵和2台布料机。

4.2.2.1、灌注

箱梁的浇注顺序为：底板—＞腹板—＞顶板，应配置足够的振捣设备和人员，使混凝土灌注速度与振捣一致，有效控制混凝土灌注时间，但灌注速度也不能太快，以免出现混凝土搅拌不均匀，振捣不密实的现象。

4.2.2.2、捣固

以插入式振动棒为主，辅以少量的附着式振捣器，桥面混凝土亦采用振动棒振捣密实，并初步找平，再采用持制的振动桥振动、找平、提浆，其后用抹子二次收浆抹面

4.2.2.3、养护

根据环境温度及施工条件采用自然养护或蒸汽养护。自然养护时，应及时覆盖，保温，保湿，防水分蒸发发生收缩裂纹，覆盖材料采用较厚的土工布为宜。蒸汽养护分静停、升温、恒温、降温四个阶段，恒温养护时间应根据梁体拆模强度要求、混凝土配合比及环境等通过试验确定。

4.3、拆模

2

拆模时的混凝土强度应符合设计要求，且梁体混凝土芯部与表层、表层与环境温差不应大于

15℃，拆模后应及时喷涂混凝土养护剂，大风或气温急剧变化时不宜拆模。

4.4、预应力施工 4.4.1、预应力孔道成型

采用抽拔橡胶管成孔工艺，要求顺直，粗细均匀，有足够的抗拉强度，每个孔道由2根橡胶管制成，在梁体混凝土浇筑完一定时间后用卷扬机将橡胶管拔出，每次不得多于2根，全部拔完后用通孔器检查孔道。

4.4.2、钢绞线的下料编束和穿束

整卷钢绞线放在放线架中，抓住钢绞线一端，将其缓缓拉出，注意不让钢绞线产生弯折变形，如有弯折必须去掉，钢绞线下料用砂轮切割机，下料长度满足张拉设备和孔道长度所要求的长度外，还要有留一定的预留量。将下好的钢绞线放在工作台上，每隔1.0～1.5m 用22#铁丝将钢绞线扎成一束，形成预应力束，注意编束要绑紧，根于根之间不能绕扭。 4.4.3、预应力束的张拉与锚固 4.4.3.1绞线弹出伤人。

4.4.3.2、张拉机具的检验

张拉前应对千斤顶、油压表及油泵定期配套标定，计算回归曲线，张拉时要配套使用，并按回归方程计算的油压表读数进行加载。 4.4.3.3、检查张拉力束和锚具

主检查下列内容：预应力钢束与锚具是否与设计相符，压浆嘴是否畅通，锚具板喇叭口处的混凝土是否清理干净，锚具安装是否正确，限位板与锚具是否配套等。 4.4.3.4、张拉作业

预应力张拉施工采用二次张拉和三次张拉相结合的施工工艺。自然养护的箱梁早期强度发展较慢，为预防梁体混凝土出现收缩裂纹，采用三次张拉工艺。蒸气养护的箱梁由于粱体早期强度发展较快，且粱体与环境温差控制时间较长，采用二次张拉工艺。 预应力张拉程序:

预张拉：0→初应力0.2σk （做伸长值标记）→预张拉要求的控制应力（侧伸长值）→回油、锚固（测总回缩量）。若采用二次张拉工艺，此阶段合并至初张拉。

初张拉：0→初应力0.2σk （做伸长值标记）→初张拉要求的控制应力（侧伸长值）→回油、锚固（测总回缩量）。

终张拉：0→初应力0.2σk （做伸长值标记）→1.0σk （侧伸长值，持荷5min ）→回油、锚固（测总回缩量、测夹片外露量）。

经过初张拉的钢绞线张拉： 0→初张控制应力（做伸长值标记）→1.0σ（测伸长值，持荷5min ）k →回油、锚固（测总回缩量、测夹片外露量）。

初张拉后，梁体即可调离制梁台位。终张拉时梁体混凝土强度、弹模均应满足设计要求，且龄

期不少于10天，张拉时以油表读数为主，以钢绞线的伸长做校核，且在σk 作用下持荷5min 。张拉时，两端同时分级加载，两侧对称进行。 4.4.4、孔道压浆

孔道压浆采用真空辅助压浆工艺，在终张拉完毕48小时内进行。

1确定抽吸真空端及压浆端，在二端锚具上安装真空罩，压浆菅和接头，检查并确认所有阀门○

能安全开启及关闭。

②将接驳在真空泵上的三向阀门的上端出口用透明喉管连接到抽真空端的接头上，用真空泵吸真空。开启出浆端接在接驳管上的阀门，关闭入浆端的阀门，抽吸真空达到-0.06～-0.1MPa 并保持稳定，停泵1min ，若压力表能保持不变即孔道能达到并维持真空。

③拌浆 ：启动电机使搅拌机运转，然后加水，再缓慢均匀地加入灌浆剂，搅拌不小于2min 。 ④启动灌浆泵，开始灌浆。灌浆时按先下后上的顺序压浆，由一端压入浆体，待抽真空的透明0.5～0.6MPa ，持续2 min且无漏浆情况时，关闭进浆阀门卸下输浆胶管⑤浆体初凝后（具体时间根据相关试验确定），拆卸并清理安装在压浆端及出浆端的球阀，彻底冲洗压浆设备及工具。

4.4.5、封锚

封锚采用强度等级不低于C50的无收缩混凝土进行填塞。封锚前，应对锚具穴槽表面进行凿毛（宜在梁端模板拆除后立即进行）处理，并在预应力筋、锚具及锚垫板处用聚氨酯防水涂料进行防水处理，安装封锚钢筋后，采用低流动度的C50无收缩混凝土对锚穴进行填塞，要确保密实、表面平整，新旧混凝土结合部采用聚氨酯防水涂料进行二次防水处理。

5、移梁

整孔箱梁从制梁台位转往存梁台位和从存梁台位至提升站的搬运，可采用设置专用滑道的滑移方案（3#梁场）或配置专用轮胎式搬运设备的搬移方案（7#梁场）。前者具用专用设备投入费用少的优点，但工作效率低，并在场地地质条件不良时，滑道地基处理的费用较高，要求制梁和移梁顺序必须严格按照架梁顺序进行，且无法实现双层存梁。后者虽然投入专用设备费用多，但工效

高，走行道路的地基处理费用低，可实现双层存梁，对制梁和架梁顺序要求较低，场地布置灵活。

5.1、滑移方案（3#梁场） 箱梁初张拉后移开外模，拆掉二端活动底模，将横移台车喂入梁底，每端横移台车上设二台350t 千斤顶作顶升千斤顶，其中一端台车千斤顶油路串联，另一端台车千斤顶油路各自独立，以保证在任何情况下箱梁均处于三支点平衡状态。台车行走采用横移千斤顶。横移轨道应设置在坚固稳定的基础上，横移轨道必须保持平整，采用钻孔桩基础及钢筋混凝土梁。

5.2、搬移方案（7#梁场）

轮胎式搬运机具有吊梁纵横向运行，原地90度转向，载荷自动均衡（三吊点）和轮组压强自

动均衡等功能。对地压力小，有效降低了运梁通道地基处理费用。移梁时，外模和底模均可不动。

6、防水层施工

为满足博格轨道要求的六面排水坡形式，防水层采用喷涂形式，厚度为2ｍｍ，不设保护层。喷涂聚脲弹性涂料是一种双组分，不含溶剂，快速固化型。Ａ组分由预聚物或半预聚物与异氰酸酯反应制得，Ｂ组分由端氨基树脂和端氨基扩链剂制成。Ａ组分和Ｂ组分在专用喷涂设备的喷枪内混合喷出，快速反应固结成灰色的弹性体膜。 喷涂前，桥面必须洁净、干燥和平整。桥面无碴轨道板范围内平整度要求3ｍｍ／4ｍ，否则要进行机械打磨。

7、架设

7.1、整孔箱梁提升上桥

为了实现箱梁从地面提升上桥的要求，跨墩布置二台450t 龙门吊 机，先用龙门吊机架设此范围内的箱梁。再在箱梁上拼装运梁台车及架桥机。

7.2、整孔箱梁梁上运输

7.3、整孔箱梁架设

架梁作业的架桥机主要有定点起吊导梁式架桥机，过孔用导梁式 架桥机，无导梁一跨式架桥机，无导梁步履式架桥机时，均可架设桥 跨32m 及以下双线单室箱梁，额定起吊重量900t 。

架梁时为保证梁体四支点受力均匀，采用千斤顶控制各支座反力， 其误差应小于5%。灌浆时应将箱梁落在千斤顶上，待试件强度满足 要求后再拆卸千斤顶。 五、机具设备（见表1）

六、劳动组织

根据施工方法及场地布置，合理配备劳动力，其组织情况见图3、图4。

图3：3#梁场劳动组织（ 636人）

七、质量技术标准及质量检测

1、执行下列有关文件、规定、规范

1.1、《客运专线预应力混凝土预制梁暂行技术条件》（铁科技[2004]120号） 1.2、《客运专线高性能混凝土暂行技术条件》（科技基[2005]101号）

1.3、《客运专线铁路桥涵工程施工质量验收暂行标准》（铁建设[2005]160号 1.4、《铁路混凝土工程施工质量验收暂行标准》（铁建设[2005]160号 1.5、《客运专线铁路桥涵施工技术指南》（TZ213-2005） 1.6、《铁路混凝土工程施工技术指南》（TZ210-2005） 2、质量检测

2.1、健全质量保证体系。

2.2、做好技术交底，制定《箱梁施工工艺细则》及《箱梁架设工艺》。 2.3、原材料严格按有关标准检验，合格后方准许使用。 2.4、严格控制工序质量，上道工序合格后方准进入下道工序。 2.5、严格填写各工序记录。 八、安全措施

1、大型起吊设备(龙门架、移梁机、架桥机）必须试吊经检查合 格办理检查证、准用证后才能进行作业，并定期检查保养。

2、所有动力设备安装可靠的接地保护措施，做到“一机、一箱、 一闸、一漏”

3

主吊点焊缝、销轴、钢丝绳等全面检查，起吊时信号要明确，

2台龙门吊机同步作业，钢筋骨架下面严禁站人。

4、张拉时，无关人员不许进入，千斤顶后不得站人。 5、大雨天或六级以上大风天气禁止架梁作业。 九、效益分析

1、总结形成了一整套现场预制架设双线铁路箱梁的先进技术， 对客运专线双线箱梁施工具有指导意义。

2、为适应新结构采用了一系列先进技术，使双线铁路箱梁现场 预制质量优良，颜色一致，线条流畅，棱角分明，内实外美。

3、预制场地占地少，节约投资，降低消耗，减少成本。 4、各类横移小车，轮胎搬运机，轮胎运梁车，架桥机等专用设 备程序清晰明了，动作简便，易于操作，安全可靠，速度快。

5、采用高性能混凝土技术，不仅具有满足工艺要求的工作性， 符合设计要求的强度和弹性模量，更有与环境相适应的抗冻、抗渗、 电通量及抗碱－骨料反应等长期耐久性，可推广应用。每立方米混凝 土使用粉煤灰48公斤、矿渣132公斤，节省水泥180公斤，若以每 吨水泥320元、矿渣210元、粉煤灰105元计算，则每立方米混凝土 降低材料成本24．84元，一片32米箱梁约342立方米混凝土，则一 片箱梁可节约材料成本8495元，具有较大的经济效益。

十、工程实例

客运专线32m 箱梁截面为单箱单室等高度简支箱梁，梁长32.6m ，桥面宽13.4m ，梁高3.5 m ，箱梁底宽5.5m ，梁重856ｔ。3#梁场共预制架设305孔，7#梁场共预制架设124孔，梁体混凝土为C50, 混凝土实际抗压强度R 7= 53.2 MPa R28= 67.0 MPa ，弹性模量E 28= 45.0

MPa ，抗渗性>P20 ，抗氯离子渗透881C ， 快速冻融200次P=90%,W=99.8%.

中铁大桥局承担的京津3#梁场和7#梁场均按业主的要求完成了任务，7#梁场的施工方法更为合理，值得推广。主要表现在:

1、轮胎式提梁机投入可利用，基础处理费用低，而横移滑道无法再利用。

2、2台50吨龙门吊机每片箱梁7#梁场仅一大吊，而3#梁场需三大吊，可加快工期。 3、7#梁场场地布置、制梁顺序灵活，可双层存梁，占地更少。

4、7#梁场劳动组织合理，各工种分工明确，利于加快进度确保质量。一孔梁混凝土浇筑时间约为5.5小时，每片箱梁循环周期3～4天，一套模板每月可生产箱梁8片。架设重型预应力混凝土箱梁安全可靠，速度快，在京津城际架梁时最快可一天架设4孔，值得推广。