輕軌跨座式倒T型PC軌道梁現(xiàn)場制造綜合技術摘要:系統(tǒng)介紹了重慶輕軌跨座式倒T型PC軌道梁的高精度施工工藝,包括施工支架體系、高精度模板結構及支撐體系、高強度等級高性能混凝土的配制與施工、高精度控制測量方法、張拉工藝、綜合測試和試驗等。關鍵詞:跨座式;軌道;曲梁;施工;工藝0引言 跨座式軌道交通系統(tǒng)是采用惰性氣體的橡膠輪胎和空氣彈簧支撐車體,車輛行走時車體跨座在軌道梁上。車體由承重輪支撐,方向由導向輪控制,軌道梁起著承受車輛荷載和形成列車軌道線形的雙重作用。為了保證車輛運行的平穩(wěn)與舒適,對軌道梁的制造精度要求很高,國外都是在工廠或現(xiàn)場采用專用模具集中生產(chǎn)制造,來保證梁體線形和精度。在跨越城市復雜地段時采用鋼梁過渡。 重慶輕軌是我國第一條跨座式軌道交通體系。全線采用的常用跨度20m、22m2種規(guī)格軌道梁,都是在工廠采用專用模具集中生產(chǎn)制作。一期工程在跨越長江二橋北引橋和橋下公路轉(zhuǎn)盤時,設計了5跨現(xiàn)澆預應力混凝土軌道曲梁,必須通過搭設支架現(xiàn)場灌筑。現(xiàn)場高位灌筑軌道曲梁精度要求要達到工廠專用模具的制梁標準,其施工難度是很大的,在國內(nèi)外也沒有成功經(jīng)驗可借鑒。1工程概況 重慶輕軌一期工程由較場口至大堰村,共計13.98km。5跨預應力混凝土軌道曲梁位于大堰村車輛段及綜合基地出、入段線上,斜跨楊家坪毛線溝轉(zhuǎn)盤及長江二橋北引橋,與地面交通形成三層空間立體交叉。梁體離地面高度15m,上下班高峰時轉(zhuǎn)盤及引橋汽車流量為4000輛/h,行人為1500人/h。 入段線橋跨組合33.608m+29.8m,出段線橋跨組合3×40m。平曲線半徑100m,豎曲線半徑1000m,縱坡3.343%,無橫向超高。出段線梁體跨中斷面寬3.0m,端部斷面寬4.2m(不對稱),梁高2.8m;入段線梁體跨中斷面寬1.8m,端部斷面寬2.6m(不對稱),梁高2.6m。梁體腹板1.85m高范圍內(nèi)為適應車輛走行,采用與標準PC軌道梁相同的工字形截面。為了減輕梁重,梁體腹板及部分翼板挖空。見出、入段線梁斷面圖(圖1)。由于梁體斷面呈倒T形,因此又稱為倒T梁。
梁體混凝土設計強度等級為C60,設計彈模3.75×104MPa,預應力鋼筋采用7φ5、強度等級為1860MPa低松弛鋼絞線,有9×7φ5、12×7φ5、15×7φ5三種鋼絞線束。出段線梁端部有橫向預應力,為12×7φ5鋼絞線束。支座采用GDZ系列盆式橡膠支座。為調(diào)整梁體曲線線形,梁與梁之間設1m現(xiàn)澆段過渡。2施工工藝及關鍵技術2.1工藝流程支架 設計、基礎處理→支架搭設、預鋪底模→支架預壓、測量變形→支座板安裝,底模軸線、標高調(diào)整→梁體鋼筋綁扎,內(nèi)模、波紋管、預埋件安裝固定→安裝端模(含錨墊板)、穿鋼絞線、隱蔽工程檢查→吊裝翼板、腹板模型及支撐體系、精調(diào)及加固、灌筑前梁體模型尺寸檢查→灌筑梁體混凝土(監(jiān)測線形)→梁體覆蓋養(yǎng)生、梁體混凝土測溫→松側(cè)模、拆端模、早期施加預應力→梁體預施應力、梁體線形監(jiān)控→壓漿封錨→落支架、拆除底模、梁體幾何尺寸檢查。2.2大跨度、高強度、穩(wěn)定性好的支架體系 在位于交通樞紐和跨越立交的情況下,確保交通部門要求的交通暢通,留夠汽車、行人通道,結合地面承載力,研究設計了大跨度倒T梁的支架搭設方案。特別是跨長江二橋北引橋的DTL-4梁支架,引橋橋面交通不能中斷;汽車荷載引起引橋梁體振動,橋面上不宜設支墩,在中央隔離帶設支墩。從地面轉(zhuǎn)盤中央澆筑鋼筋混凝土墩,這樣縮短了支架跨度,預壓結果變形很小。2.3高精度模板結構及支撐體系 20m、22m標準梁在制梁場制造,有一套完整的模型及加固體系。模板的強度、剛度非常大,模板兩側(cè)有液壓系統(tǒng)來保證側(cè)模的支撐及線形,底部有型鋼制成的臺座,混凝土灌筑有強力振搗。如將這套系統(tǒng)搬到高空支架上是無法實現(xiàn)的。軌道梁的關鍵是如何保證梁體強度、剛度及腹板兩側(cè)的尺寸和平整度。因此模板的制造精度要高于梁體施工精度。 如圖2,為了便于調(diào)整拼裝后的模板線形,以及模板的周轉(zhuǎn)使用,模板和支撐體系分開設計加工。腹板側(cè)模采用鋼模,其余模板采用木模。翼板頂面不設置模板,人工抹平。 鋼模分段長度3m,每塊重量小于750kg。面板采用δ6鋼板;豎肋、橫帶采用型鋼;凹槽采用δ3鋼板壓制成型。為保證梁體各部位結構尺寸相對誤差±1.5mm,模板凹槽、倒棱與面板用螺栓連接,并設置豎向調(diào)節(jié)螺栓孔,可調(diào)范圍分別為30mm、20mm。模板均按照梁體線形加工成型。模板采用螺栓連接,連接處設置3個定位銷釘。 為了線形整齊,腹板中間凹槽部位改焊接為冷壓,并用螺栓與肋相連,減少了焊接變形。2.4高強度等級高性能混凝土的配制與施工2.4.1C60混凝土配合比設計a)原材料選擇。水泥采用52.5普通硅酸鹽水泥; 砂采用中粗砂,細度模數(shù)不小于2.4,含泥量不大于3%;碎石粒徑為5mm～20mm,其中5mm～15mm占65%以上,強度不低于120MPa。b)混凝土配合比。每立方米用料:水泥450kg;細骨料760kg;粗骨料1050kg;外加劑6.3kg;磨細礦渣粉75kg。2.4.2 高性能C60混凝土施工a)混凝土灌筑。采用汽車泵泵送,灌筑按照水平分層,斜向分段的方式進行,分層厚度不大于30cm。灌筑順序:梁體中部未安裝內(nèi)模部位先灌筑翼板,后灌筑腹板;待混凝土返至翼板頂面時進行混凝土振搗;梁端實體段直接在腹板頂面灌筑。b)混凝土振搗。采用φ50、φ30插入式振搗器和搗固鏟。混凝土灌筑后根據(jù)當時氣溫(一般2h～4h)進行梁頂面抹面、拉毛。c)混凝土養(yǎng)生。夏季混凝土初凝后,立即覆蓋麻袋片并灑水養(yǎng)護,保持濕潤;冬季先用塑料膜覆蓋再用氈片覆蓋外層,再以塑料膜包裹保溫。2.5高精度混凝土梁控制測量方法2.5.1高空搭設支架現(xiàn)澆倒T梁 其精度除了靠支架、模板保證外,控制測量自始至終貫穿整個過程。從支架預壓,底模鋪設,鋼筋綁扎,端模、側(cè)模及支撐系統(tǒng)安裝,混凝土灌筑,梁體預施應力等各工序,把影響梁體線形和尺寸精度的誤差控制在設計要求的范圍之內(nèi)。2.5.2側(cè)模測量保證現(xiàn)澆梁空間幾何體的精度,關鍵是腹板的幾何尺寸。要針對梁長、線形、預施應力和混凝土徐變等因素對各種尺寸、線形制定修正方案。在端模、側(cè)模安裝加固初調(diào)后,專測組利用全站儀、水準儀及鋼尺進行精調(diào)。精調(diào)第一循環(huán)后對模板及支撐再進行一次加固,再精調(diào)一個循環(huán)。2.5.3混凝土灌筑、張拉過程中的跟蹤測量 混凝土灌筑前在兩支點及1/4L、1/2L、3/4L處對模板及支架左右側(cè)設平面和高程監(jiān)控觀測點,灌筑過程中監(jiān)控上述各點的變化并記錄。如發(fā)現(xiàn)問題立即停止灌筑進行處理。拆模后立即對梁長、寬度、高度、垂直度進行測量,在梁頂以3m為一個斷面測量軸線及標高。測量結果顯示,由于支架及模板支撐設計合理,加固措施得當,梁體外形與灌筑前量測尺寸變化很小。 在張拉過程中為防止梁體軸線在張拉力作用下加劇側(cè)向變形,我們采取左右側(cè)按50%σk、70%σk、100%σk張拉力逐級張拉并監(jiān)控每級張拉力下軸線變化,在拆除支架前后及張拉15d后進行測量,結果表明梁體軸線及腹板表面呈圓順曲線。2.6科學合理的張拉工藝2.6.1孔道摩阻測試 預施應力前對孔道摩阻進行測試,檢查孔道偏離設計位置及錨墊板安裝偏差情況,根據(jù)測試結果決定張拉力是否調(diào)整。測試采用二元線形回歸法。2.6.2早期施加預應力 該5跨梁灌筑后張拉4束,初拉值為設計控制值的30%,張拉后梁體繼續(xù)養(yǎng)生。2.6.3預施應力 當梁體混凝土達到設計強度且彈模達到其強度對應值、齡期不少于14d后對梁體施加預應力。 張拉過程中對梁體軸線跟蹤檢測,通過對張拉過程的嚴格控制,梁體軸線最大側(cè)向位移為2.2mm,跨中起拱最大為14.8mm,滿足設計中“在活載和恒載作用下梁體走行面呈一直線”的要求。張拉合格后對管道及時壓漿、封錨,再施工1m現(xiàn)澆段。3綜合測試和試驗 為了驗證倒T梁的設計、確保施工質(zhì)量、保證施工順利和線路開通運營后滿足設計要求的目的,并為今后類似結構的設計與施工提供可靠的試驗數(shù)據(jù)和經(jīng)驗,對DTL-3、DTL-4進行了良好豎向剛度、足夠的抗裂安全儲備;實測梁體變形、應力與理論計算結果的高度一致,說明梁體的制造精度、施工質(zhì)量滿足設計和運營的要求。4結束語 5跨倒T梁梁體施工于2002年4月12日正式開始,2003年5月30日竣工,通過檢測,梁體結構幾何尺寸、預施應力前后線形控制、混凝土密實度和保護層均滿足設計要求,所施工的成品線形圓順、觀感好,施工質(zhì)量達到了重慶輕軌驗收標準。 采用大跨度現(xiàn)澆PC軌道梁跨越城市復雜地段,避免了鋼梁造價昂貴,運營后維修費用較高,噪聲大的問題,從而節(jié)約大量投資及運營后的維修費用。 該項技術已于2004年7月23日通過山西省科學技術廳鑒定,該項成果達到了國際先進水平。
梁體混凝土設計強度等級為C60,設計彈模3.75×104MPa,預應力鋼筋采用7φ5、強度等級為1860MPa低松弛鋼絞線,有9×7φ5、12×7φ5、15×7φ5三種鋼絞線束。出段線梁端部有橫向預應力,為12×7φ5鋼絞線束。支座采用GDZ系列盆式橡膠支座。為調(diào)整梁體曲線線形,梁與梁之間設1m現(xiàn)澆段過渡。2施工工藝及關鍵技術2.1工藝流程支架 設計、基礎處理→支架搭設、預鋪底模→支架預壓、測量變形→支座板安裝,底模軸線、標高調(diào)整→梁體鋼筋綁扎,內(nèi)模、波紋管、預埋件安裝固定→安裝端模(含錨墊板)、穿鋼絞線、隱蔽工程檢查→吊裝翼板、腹板模型及支撐體系、精調(diào)及加固、灌筑前梁體模型尺寸檢查→灌筑梁體混凝土(監(jiān)測線形)→梁體覆蓋養(yǎng)生、梁體混凝土測溫→松側(cè)模、拆端模、早期施加預應力→梁體預施應力、梁體線形監(jiān)控→壓漿封錨→落支架、拆除底模、梁體幾何尺寸檢查。2.2大跨度、高強度、穩(wěn)定性好的支架體系 在位于交通樞紐和跨越立交的情況下,確保交通部門要求的交通暢通,留夠汽車、行人通道,結合地面承載力,研究設計了大跨度倒T梁的支架搭設方案。特別是跨長江二橋北引橋的DTL-4梁支架,引橋橋面交通不能中斷;汽車荷載引起引橋梁體振動,橋面上不宜設支墩,在中央隔離帶設支墩。從地面轉(zhuǎn)盤中央澆筑鋼筋混凝土墩,這樣縮短了支架跨度,預壓結果變形很小。2.3高精度模板結構及支撐體系 20m、22m標準梁在制梁場制造,有一套完整的模型及加固體系。模板的強度、剛度非常大,模板兩側(cè)有液壓系統(tǒng)來保證側(cè)模的支撐及線形,底部有型鋼制成的臺座,混凝土灌筑有強力振搗。如將這套系統(tǒng)搬到高空支架上是無法實現(xiàn)的。軌道梁的關鍵是如何保證梁體強度、剛度及腹板兩側(cè)的尺寸和平整度。因此模板的制造精度要高于梁體施工精度。 如圖2,為了便于調(diào)整拼裝后的模板線形,以及模板的周轉(zhuǎn)使用,模板和支撐體系分開設計加工。腹板側(cè)模采用鋼模,其余模板采用木模。翼板頂面不設置模板,人工抹平。 鋼模分段長度3m,每塊重量小于750kg。面板采用δ6鋼板;豎肋、橫帶采用型鋼;凹槽采用δ3鋼板壓制成型。為保證梁體各部位結構尺寸相對誤差±1.5mm,模板凹槽、倒棱與面板用螺栓連接,并設置豎向調(diào)節(jié)螺栓孔,可調(diào)范圍分別為30mm、20mm。模板均按照梁體線形加工成型。模板采用螺栓連接,連接處設置3個定位銷釘。 為了線形整齊,腹板中間凹槽部位改焊接為冷壓,并用螺栓與肋相連,減少了焊接變形。2.4高強度等級高性能混凝土的配制與施工2.4.1C60混凝土配合比設計a)原材料選擇。水泥采用52.5普通硅酸鹽水泥; 砂采用中粗砂,細度模數(shù)不小于2.4,含泥量不大于3%;碎石粒徑為5mm～20mm,其中5mm～15mm占65%以上,強度不低于120MPa。b)混凝土配合比。每立方米用料:水泥450kg;細骨料760kg;粗骨料1050kg;外加劑6.3kg;磨細礦渣粉75kg。2.4.2 高性能C60混凝土施工a)混凝土灌筑。采用汽車泵泵送,灌筑按照水平分層,斜向分段的方式進行,分層厚度不大于30cm。灌筑順序:梁體中部未安裝內(nèi)模部位先灌筑翼板,后灌筑腹板;待混凝土返至翼板頂面時進行混凝土振搗;梁端實體段直接在腹板頂面灌筑。b)混凝土振搗。采用φ50、φ30插入式振搗器和搗固鏟。混凝土灌筑后根據(jù)當時氣溫(一般2h～4h)進行梁頂面抹面、拉毛。c)混凝土養(yǎng)生。夏季混凝土初凝后,立即覆蓋麻袋片并灑水養(yǎng)護,保持濕潤;冬季先用塑料膜覆蓋再用氈片覆蓋外層,再以塑料膜包裹保溫。2.5高精度混凝土梁控制測量方法2.5.1高空搭設支架現(xiàn)澆倒T梁 其精度除了靠支架、模板保證外,控制測量自始至終貫穿整個過程。從支架預壓,底模鋪設,鋼筋綁扎,端模、側(cè)模及支撐系統(tǒng)安裝,混凝土灌筑,梁體預施應力等各工序,把影響梁體線形和尺寸精度的誤差控制在設計要求的范圍之內(nèi)。2.5.2側(cè)模測量保證現(xiàn)澆梁空間幾何體的精度,關鍵是腹板的幾何尺寸。要針對梁長、線形、預施應力和混凝土徐變等因素對各種尺寸、線形制定修正方案。在端模、側(cè)模安裝加固初調(diào)后,專測組利用全站儀、水準儀及鋼尺進行精調(diào)。精調(diào)第一循環(huán)后對模板及支撐再進行一次加固,再精調(diào)一個循環(huán)。2.5.3混凝土灌筑、張拉過程中的跟蹤測量 混凝土灌筑前在兩支點及1/4L、1/2L、3/4L處對模板及支架左右側(cè)設平面和高程監(jiān)控觀測點,灌筑過程中監(jiān)控上述各點的變化并記錄。如發(fā)現(xiàn)問題立即停止灌筑進行處理。拆模后立即對梁長、寬度、高度、垂直度進行測量,在梁頂以3m為一個斷面測量軸線及標高。測量結果顯示,由于支架及模板支撐設計合理,加固措施得當,梁體外形與灌筑前量測尺寸變化很小。 在張拉過程中為防止梁體軸線在張拉力作用下加劇側(cè)向變形,我們采取左右側(cè)按50%σk、70%σk、100%σk張拉力逐級張拉并監(jiān)控每級張拉力下軸線變化,在拆除支架前后及張拉15d后進行測量,結果表明梁體軸線及腹板表面呈圓順曲線。2.6科學合理的張拉工藝2.6.1孔道摩阻測試 預施應力前對孔道摩阻進行測試,檢查孔道偏離設計位置及錨墊板安裝偏差情況,根據(jù)測試結果決定張拉力是否調(diào)整。測試采用二元線形回歸法。2.6.2早期施加預應力 該5跨梁灌筑后張拉4束,初拉值為設計控制值的30%,張拉后梁體繼續(xù)養(yǎng)生。2.6.3預施應力 當梁體混凝土達到設計強度且彈模達到其強度對應值、齡期不少于14d后對梁體施加預應力。 張拉過程中對梁體軸線跟蹤檢測,通過對張拉過程的嚴格控制,梁體軸線最大側(cè)向位移為2.2mm,跨中起拱最大為14.8mm,滿足設計中“在活載和恒載作用下梁體走行面呈一直線”的要求。張拉合格后對管道及時壓漿、封錨,再施工1m現(xiàn)澆段。3綜合測試和試驗 為了驗證倒T梁的設計、確保施工質(zhì)量、保證施工順利和線路開通運營后滿足設計要求的目的,并為今后類似結構的設計與施工提供可靠的試驗數(shù)據(jù)和經(jīng)驗,對DTL-3、DTL-4進行了良好豎向剛度、足夠的抗裂安全儲備;實測梁體變形、應力與理論計算結果的高度一致,說明梁體的制造精度、施工質(zhì)量滿足設計和運營的要求。4結束語 5跨倒T梁梁體施工于2002年4月12日正式開始,2003年5月30日竣工,通過檢測,梁體結構幾何尺寸、預施應力前后線形控制、混凝土密實度和保護層均滿足設計要求,所施工的成品線形圓順、觀感好,施工質(zhì)量達到了重慶輕軌驗收標準。 采用大跨度現(xiàn)澆PC軌道梁跨越城市復雜地段,避免了鋼梁造價昂貴,運營后維修費用較高,噪聲大的問題,從而節(jié)約大量投資及運營后的維修費用。 該項技術已于2004年7月23日通過山西省科學技術廳鑒定,該項成果達到了國際先進水平。
