輕軌跨座式倒T型PC軌道梁現場制造綜合技術摘要:系統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場采用專用模具集中生產制造,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種規格軌道梁,都是在工廠采用專用模具集中生產制作。一期工程在跨越長江二橋北引橋和橋下公路轉盤時,設計了5跨現澆預應力混凝土軌道曲梁,必須通過搭設支架現場灌筑。現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,在國內外也沒有成功經驗可借鑒。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。為調整梁體曲線線形,梁與梁之間設1m現澆段過渡。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、標高調整→梁體鋼筋綁扎,內模、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、精調及加固、灌筑前梁體模型尺寸檢查→灌筑梁體混凝土(監測線形)→梁體覆蓋養生、梁體混凝土測溫→松側模、拆端模、早期施加預應力→梁體預施應力、梁體線形監控→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,模板兩側有液壓系統來保證側模的支撐及線形,底部有型鋼制成的臺座,混凝土灌筑有強力振搗。如將這套系統搬到高空支架上是無法實現的。軌道梁的關鍵是如何保證梁體強度、剛度及腹板兩側的尺寸和平整度。因此模板的制造精度要高于梁體施工精度。 如圖2,為了便于調整拼裝后的模板線形,以及模板的周轉使用,模板和支撐體系分開設計加工。腹板側模采用鋼模,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,并設置豎向調節螺栓孔,可調范圍分別為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。混凝土灌筑后根據當時氣溫(一般2h～4h)進行梁頂面抹面、拉毛。c)混凝土養生。夏季混凝土初凝后,立即覆蓋麻袋片并灑水養護,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、側模及支撐系統安裝,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。2.5.2側模測量保證現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、側模安裝加固初調后,專測組利用全站儀、水準儀及鋼尺進行精調。精調第一循環后對模板及支撐再進行一次加固,再精調一個循環。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設平面和高程監控觀測點,灌筑過程中監控上述各點的變化并記錄。如發現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向變形,我們采取左右側按50%σk、70%σk、100%σk張拉力逐級張拉并監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,根據測試結果決定張拉力是否調整。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%,張拉后梁體繼續養生。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據和經驗,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,施工質量達到了重慶輕軌驗收標準。 采用大跨度現澆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。為調整梁體曲線線形,梁與梁之間設1m現澆段過渡。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、標高調整→梁體鋼筋綁扎,內模、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、精調及加固、灌筑前梁體模型尺寸檢查→灌筑梁體混凝土(監測線形)→梁體覆蓋養生、梁體混凝土測溫→松側模、拆端模、早期施加預應力→梁體預施應力、梁體線形監控→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,模板兩側有液壓系統來保證側模的支撐及線形,底部有型鋼制成的臺座,混凝土灌筑有強力振搗。如將這套系統搬到高空支架上是無法實現的。軌道梁的關鍵是如何保證梁體強度、剛度及腹板兩側的尺寸和平整度。因此模板的制造精度要高于梁體施工精度。 如圖2,為了便于調整拼裝后的模板線形,以及模板的周轉使用,模板和支撐體系分開設計加工。腹板側模采用鋼模,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,并設置豎向調節螺栓孔,可調范圍分別為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。混凝土灌筑后根據當時氣溫(一般2h～4h)進行梁頂面抹面、拉毛。c)混凝土養生。夏季混凝土初凝后,立即覆蓋麻袋片并灑水養護,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、側模及支撐系統安裝,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。2.5.2側模測量保證現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、側模安裝加固初調后,專測組利用全站儀、水準儀及鋼尺進行精調。精調第一循環后對模板及支撐再進行一次加固,再精調一個循環。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設平面和高程監控觀測點,灌筑過程中監控上述各點的變化并記錄。如發現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向變形,我們采取左右側按50%σk、70%σk、100%σk張拉力逐級張拉并監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,根據測試結果決定張拉力是否調整。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%,張拉后梁體繼續養生。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據和經驗,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,施工質量達到了重慶輕軌驗收標準。 采用大跨度現澆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。