子牙河特大桥405m道岔连续梁整体张拉技术

作者:王金海
单位:中铁六局集团天津铁路建设有限公司
摘要:子牙河特大桥是连接津保铁路与京沪高铁两条高速铁路的重要枢纽, 该桥为十三孔道岔连续梁桥, 拥有4组42号道岔和1组12号道岔, 全长405m, 最宽处达31.83m, 是目前国内最大规模的铁路道岔连续梁桥。施工中单根长达405m的预应力钢绞线给管道预留、钢绞线穿束、张拉效果控制增加了难度。通过多次研究、试验、总结, 提炼出一种405m道岔连续梁整体张拉施工方法。该方法缩短了施工周期、增加了生产安全性、拓宽了应用方向, 成功解决了超长钢绞线穿束和张拉的关键性技术和施工问题。
关键词:桥梁工程 铁路道岔 连续梁 张拉 预应力
作者简介:作者简介: 王金海, 教授级高级工程师, E-mail:583831895@qq.com;

 

1 工程概况

子牙河特大桥十三孔道岔连续梁位于天津市西外环西侧, 是连通津保客运专线与京沪高铁2条高速铁路的重要枢纽。道岔连续梁共13孔, 中心里程为DK144+509.89, 全长405m, 最宽横截面长度为31.83m, 为四线并行单箱多室等高变截面结构 (见图1) 。其中405m通长预应力管道共有50束, 每束张拉管道内含13根405m通长75钢绞线。

2 关键技术

1) 对超过400m长的钢绞线进行张拉, 在国内尚属首次, 无施工经验可循。

2) 对钢绞线进行张拉应力与伸长值双控, 从而保证工程质量。

图1 子牙河特大桥Fig.1 Ziyahe Bridge

图1 子牙河特大桥Fig.1 Ziyahe Bridge

 

3) 为方便张拉, 辅助孔洞的留设位置需要进行计算。

3 施工技术

3.1 施工方案

针对405m超长预应力钢绞线采用引线辅助、整体穿束的方法。即在穿束前, 先采用人工机械进行动力牵引, 期间通过辅助孔洞进行调整, 从而完成整体穿束。

3.2 施工工艺

张拉前, 对13根预应力钢绞线逐一预紧, 保证同一锚具内的各个单根在张拉前松紧一致。张拉中, 对管道摩阻损失、锚圈摩阻损失进行测量, 适当调整张拉控制应力, 随后对超长预应力筋进行双端双侧4台千斤顶同时同步对称张拉。通过合理控制张拉力和伸长量, 使各项数据满足设计及规范要求, 保证整体结构处于合理的应力状态。

3.3 施工工艺流程

施工工艺流程:施工准备→管道制作及分段定位安装→张拉辅助孔洞留设→道岔梁混凝土分段浇筑→通长引线及预应力钢绞线穿束→通长张拉。

4 施工要点

4.1 施工准备

4.1.1 人工准备

准备充足的施工人员、技术人员、管理人员、质检人员, 并对各类人员进行施工质量安全教育培训。

4.1.2 机具准备

施工前对施工方案、工艺进行研究, 合理选择穿束施工中连接器型号、数量和卷扬机规格、型号、位置、数量、用途, 另外对张拉施工中的油压千斤顶和辅助工具钢丝绳做富余准备, 以应对施工时的突发情况。

4.1.3 物资准备

金属波纹管壁厚较原设计增加1.5mm, 并增大金属波纹管的损耗。提高锚垫板材质等级, 保证材料充足、质量过关、张拉管道后期通畅。

单根钢绞线施工下料长度达410m。另外为防止浇筑混凝土时波纹管破裂发生漏浆堵塞张拉管道, 并结合现浇结构尺寸选择不同长度的塑料内衬管;为防止金属波纹管接头处密封不严产生漏浆, 选择直径稍大的金属波纹管和高强胶带进行密封连接等。

4.1.4 技术准备

根据设计锚下张拉应力结合张拉油压千斤顶报告计算伸长量, 并且制作张拉施工及安全技术交底。

4.2 管道制作及分段定位安装

子牙河特大桥十三孔道岔连续梁由跨中开始向两侧分为5个现浇段延伸施工, 各现浇段混凝土浇筑后, 混凝土强度达到设计值的95%, 弹性模量达到设计值的100%, 混凝土龄期≥7d后方可进行各节段张拉, 5个现浇段全部施工完毕后方可进行通长预应力钢绞线张拉施工。在此过程中, 需对顶底板预应力管道位置进行预埋施工。

依据设计图纸定出管道位置, 测量放线精确定出管道位置。金属波纹管选择9m/根, 接头处采用金属波纹管 (直径95mm, 长度300mm) 外套, 高强胶带包裹, 胶带设置在接头处的两端, 每端长度为200mm (见图2) 。

图2 接头处理示意Fig.2 Joint treatment

图2 接头处理示意Fig.2 Joint treatment

 

金属波纹管定位施工时, 每4人一组将金属波纹管推入顶底板钢筋网中, 1人沿金属波纹管前进方向摆正位置。待金属波纹管穿束完成后, 再穿入相应的塑料内衬管, 塑料内衬管保证连续并外露金属波纹管1m。现浇段节段处待塑料内衬管穿透后进行金属波纹管接头处理。用HPB30010钢筋制作U形定位卡, 将U形定位卡扣住金属波纹管进行焊接定位, 间隔2m设置1个, U形定位卡焊接牢固, 避免混凝土浇筑振捣施工中发生位移。

4.3 张拉辅助孔洞留设

4.3.1 张拉辅助孔洞的缘由及作用

道岔连续梁单根预应力钢绞线施工下料长度为410m, 经计算遇到阻力时, 钢丝绳与引线连接处最先断裂。13根钢绞线与引线用连接器连接成整体, 受到拉力时不会被拉断。钢丝绳与引线连接处承受的牵引力极限值小于其他位置, 遇到牵引不利情况时, 是最先断裂的部位。

为解决钢丝绳与引线连接处牵引受阻的最不利情况, 采取留设张拉辅助孔洞的工艺。发生断裂时, 可根据引线拽出长度确定牵引受阻的位置, 就近启用张拉辅助孔洞, 在张拉辅助孔洞处增施牵引力, 进行辅助穿束。

4.3.2 设计形式和尺寸

根据多支点连续简支梁的弯矩剪力图, 同时结合现场实际情况, 将张拉辅助孔洞留设在跨中剪力最小处, 间距62m布置 (见图3) 。张拉辅助孔洞长1m, 宽度以最外侧金属波纹管向外返20cm设计 (见图4) 。

4.3.3 施工操作步骤

梁体混凝土浇筑前, 测量放线来确定张拉辅助孔洞位置, 将顶底板上层钢筋网片按照张拉辅助孔洞尺寸截断, 采用竹胶板作为模板。通长预应力钢绞线穿束时, 如钢丝绳断裂则启用张拉辅助孔洞, 将露在上面的金属波纹管凿破, 对钢绞线增施牵引力, 辅助钢绞线继续穿过。通长预应力钢绞线穿束施工完成后, 将张拉辅助孔洞处破裂的金属波纹管进行接头处理。通长预应力钢绞线张拉前将张拉辅助孔洞截断钢筋进行焊接, 采用C55微膨胀混凝土进行填充。

图3 张拉辅助孔洞布置示意Fig.3 Arrangement of tensioning holes

图3 张拉辅助孔洞布置示意Fig.3 Arrangement of tensioning holes

 

图4 张拉辅助孔洞尺寸示意Fig.4 Dimension of tensioning holes

图4 张拉辅助孔洞尺寸示意Fig.4 Dimension of tensioning holes

 

4.4 道岔梁混凝土分段浇筑

道岔连续梁各现浇段混凝土浇筑采用连续分层分段对称浇筑方案, 混凝土浇筑时错台阶分层斜向浇筑向前推进, 浇筑过程中采用2台泵车对称进行泵送入模。浇筑自底板开始, 从腹板处振捣泵送入模。

浇筑混凝土前必须对排气管进行标识, 浇筑现场必须安排专人重点看护。浇筑时泵管禁止直冲金属波纹管, 振捣棒避开金属波纹管及U形定位卡, 以免使金属波纹管移位和损坏。

4.5 通长引线及钢绞线穿束

混凝土浇筑后强度达到75%, 进行通长预应力钢绞线穿束施工。制作长度为412m的钢绞线作为引线, 引线采用人工穿入, 穿完引线后将13根预应力钢绞线通过连接器连接在引线上, 然后用8t的卷扬机牵引引线拽动13根预应力钢绞线穿过预应力管道完成通长钢绞线穿束施工。

1) 穿束施工流程施工前将整盘钢绞线放在梁体最西侧, 12人一组把钢绞线拽出拉向东侧, 拉出的长度满足要求后, 将钢绞线用砂轮机切断。12人一组将引线穿进预应力管道中, 使西侧引线露出梁端1m, 东侧外露在梁顶 (见图5a) 。

2) 为避免预应力管道过长而导致无法正常穿束, 采用一种新型连接装置———连接器, 将引线与13根预应力钢绞线有效连接。通过连接器使卷扬机与引线、引线与13根预应力钢绞线之间连接到一起, 安全简便地提高施工速度 (见图6) 。

图5 穿束流程Fig.5 Bundling flow

图5 穿束流程Fig.5 Bundling flow

 

图6 连接器Fig.6 Connector

图6 连接器Fig.6 Connector

 

3) 选用1台8t卷扬机设置在预应力钢绞线穿入端 (东侧) , 作梁顶面预应力钢绞线喂送用, 选用1台8t卷扬机设置在预应力钢绞线穿出端 (西侧) 牵引引线, 12个人在预应力钢绞线穿入端配合进行钢绞线的推入, 两端各有1人持对讲机同步进行牵引施工。牵引施工设置2组, 从中间向翼缘板侧对称施工 (见图5b) 。

4.6 通长张拉

十三孔道岔连续梁通长预应力钢绞线共50束, 其中顶板通长预应力钢绞线20束, 底板通长预应力钢绞线共30束。张拉顺序为先底板后顶板, 从两侧向中间对称张拉。张拉作业分成2组进行, 每组配备6个人、2台对讲机、2台油压千斤顶, 保证张拉的对称同时同步进行。

4.6.1 张拉施工前

通长预应力钢绞线穿束完成后, 将张拉辅助孔洞进行封堵, 依据现场同条件养护混凝土试块的试验报告, 在梁体混凝土强度达到设计强度的95%且弹性模量达100%时进行张拉。张拉施工前, 需安装锚具、夹片, 清理锚垫板, 检查注浆孔, 清除钢绞线上的锈蚀和泥浆, 排除预应力钢绞线黏结现象。然后进行油压千斤顶定位安装, 在锚具上套上相应的限位板, 装上张拉千斤顶, 使之与高压油泵相连接。最后安装可重复使用的工具锚板和工具夹片, 工具锚板要对正, 工具夹片要齐平。

4.6.2 张拉施工中

张拉施工时进行张拉过程控制, 选择底板一束预应力钢绞线进行试拉 (试拉过程中发现达到张拉应力时, 伸长量过大, 经分析研究, 由于钢绞线原材成盘包装, 并且管道内单根长达406m, 在管道中处于不紧绷状态, 需对钢绞线进行预紧) , 对管道摩阻损失、锚圈摩阻损失进行测量。经实际测量的预应力钢绞线与管道壁间摩擦系数μ和管道对设计位置偏差系数k与设计给出的设计值十分接近, 取设计给出的μ和k的值。锚垫板摩阻是影响张拉控制应力的主要原因, 两端2块锚垫板减去6%的应力损失系数, 故调整实际张拉控制应力为2 440.4k N。

张拉施工时先对钢绞线进行预紧处理, 然后分级加载, 按照10%σcon→20%σcon→100%σconcon为张拉时的控制应力, 其值根据设计图纸要求而定) 对应的张拉力分别测量伸长值。过程控制以张拉应力控制为主, 以伸长值进行校核, 实际伸长值的测量采用测量千斤顶油缸行程数值的方法, 在10%σcon, 20%σcon, 100%σcon应力下, 分别测量油缸外露长度。

实际伸长值△L计算公式如下:

 

式中:A为0~10%σcon应力下千斤顶的实际引伸量;B为0~20%σcon应力下千斤顶的实际引伸量;C为0~100%σcon应力下千斤顶的实际引伸量。

当实际伸长值与理论伸长值偏差超过±6%时, 停止张拉, 查明原因并采取措施后再进行施工。张拉应力达到100%σcon后持荷2min进行锚固。

4.6.3 张拉施工后

张拉应力和伸长值全部满足要求后, 停止持荷。拆除工具锚板和工具夹片, 拆除油压千斤顶, 切断多余的钢绞线进行封锚, 并在48h内完成注浆, 清理现场机具。

4.6.4 偏差率计算

现场计算实际伸长值, 经与设计伸长值对比后算出偏差率。实际偏差率均在规范要求±6%范围内。

5 结语

1) 针对超长预应力钢绞线, 采用引线辅助、整体穿束的方法。即在穿束前, 先人工预穿1根通长钢绞线作为引线, 随后将13根预应力筋通过连接器与引线连接成一体, 再借助机械进行动力牵引, 期间通过辅助孔洞进行调整, 从而完成整体穿束。

2) 张拉前, 对13根预应力钢绞线逐一预紧, 保证同一锚具内的各个单根在张拉前松紧一致。张拉中, 对管道摩阻损失、锚圈摩阻损失进行测量, 适当调整张拉控制应力, 随后对超长预应力筋进行两端双侧4台千斤顶同时同步对称张拉。通过合理控制张拉力和伸长量, 使各项数据满足设计及规范要求, 保证整体结构处于合理的应力状态。

 

405m Switch Continuous Girder Integral Tension Construction Technology of Ziyahe Bridge
Wang Jinhai
(China Railway 6th Group Tianjin Railway Construction Co., Ltd.)
Abstract: Ziyahe Bridge is the important hub connecting Tianjin-Baoding railway to Beijing-Shanghai high-speed, which is a thirteen hole switch continuous girder bridge. The bridge has four groups of No.42 switch and one group of No. 12 switch with the total length of 405 m and the maximum width of31. 83 m. During construction, the single 405 m prestressed steel strand results in that it is difficult for pipeline reserve, steel strand bundling and tension control. By many times of study and test, a kind of integral tension construction method for 405 m switch continuous girder is summarized. This method can shorten construction period, add production safety and widen use scope, which successfully solves the key bundling and tensioning construction problems of super long steel strand.
Keywords: bridges; railway switch; continuous girders; stretching; prestressing;
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