城市高架交通新型“U”形梁的預(yù)制技術(shù)【摘要】上海軌道交通8號(hào)線南延伸段高架上部結(jié)構(gòu)采用的"U"形梁。“U”形梁設(shè)計(jì)新穎,外形美觀,但鋼筋綁扎、定位精度要求高,清水混凝土施工難度大;同時(shí)具有梁體抗扭剛度較差等特點(diǎn),給預(yù)制施工帶來(lái)了一定的困難。介紹了預(yù)應(yīng)力薄壁U形梁現(xiàn)場(chǎng)預(yù)制的模具設(shè)計(jì)、鋼筋骨架成型胎模、混凝土配比及預(yù)應(yīng)力張拉等施工技術(shù)。【關(guān)鍵詞】高架軌道交通U形梁預(yù)制1 工程介紹 上海市浦江鎮(zhèn)公交配套工程M8線南延伸段高架軌道交通橫跨浦東新區(qū)和閔行區(qū),北起浦東新區(qū)成山路站,沿濟(jì)陽(yáng)路及浦星公路,途經(jīng)楊思路、濟(jì)陽(yáng)路、凌兆路、蘆恒路、陳行路、江月路、竹園路到航天公園,工程全長(zhǎng)14.23 km。 M8線延伸段Ⅵ標(biāo)自江月路站(不含)浦江世博家園站航天公園站兩區(qū)間及兩個(gè)高架車站的土建工程。其中江月路站至浦江世博家園站區(qū)間長(zhǎng)1.06 km,浦江世博家園至航天公園站區(qū)間長(zhǎng)1.287 km。線路最小平曲線半徑為300 m,最大坡度35‰(圖1)。
本工程需現(xiàn)場(chǎng)預(yù)制“U”形梁共211根“,U”形梁為后張預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu),混凝土強(qiáng)度等級(jí)C55(圖2)。2 U形梁預(yù)制施工特點(diǎn)及難點(diǎn) 現(xiàn)場(chǎng)預(yù)制的薄壁開(kāi)口U形梁,外形美觀。標(biāo)準(zhǔn)U形梁高1.86 m,寬5.224 m,長(zhǎng)度30 m,重150 t。對(duì)U形梁的嚴(yán)格控制和精心施工將是工程成敗的關(guān)鍵。 (1)U形梁種類繁多,標(biāo)準(zhǔn)梁長(zhǎng)30 m,非標(biāo)準(zhǔn)梁長(zhǎng)16.592~29.09 m,上行24種規(guī)格、下行28種規(guī)格,導(dǎo)致模具設(shè)計(jì)難度大; (2)U形梁設(shè)計(jì)安全系數(shù)較低,鋼筋綁扎、定位精度要求高,并且梁體鋼筋連接只允許采用綁扎,施工要求高、難度大; (3)U形梁設(shè)計(jì)為開(kāi)口薄壁結(jié)構(gòu),梁體抗扭剛度較差;梁體腹板厚度24 cm、底板厚度23 cm。 (4)梁體外表面要求為清水混凝土效果,對(duì)混凝土色差、氣泡的要求遠(yuǎn)高于常規(guī)箱梁混凝土施工,同時(shí)對(duì)混凝土耐久性要求為100年。3 U形梁技術(shù)的優(yōu)點(diǎn) 目前國(guó)內(nèi)高架軌道交通上部結(jié)構(gòu)大部采用箱梁形式(圖3),此種形式技術(shù)成熟,工藝穩(wěn)定,但同時(shí)也存在著外觀不夠美觀、結(jié)構(gòu)高度過(guò)大、建設(shè)費(fèi)用較高等弊端;國(guó)內(nèi)軌道交通高架土建通常采用滿堂支架現(xiàn)澆施工,工藝較為落后,比如上海軌道交通3#線施工;也有部分高架結(jié)構(gòu)開(kāi)始采用節(jié)段梁拼裝施工,但拼裝較慢,約為3～4 d/跨,比如廣州軌道交通4#線施工;而本工程采用的整跨U梁安裝,工藝先進(jìn),安裝速度可達(dá)1 d/跨;目前國(guó)內(nèi)許多大城市正在積極規(guī)劃未來(lái)軌道交通,對(duì)高架軌道交通上部結(jié)構(gòu)通常采用的箱梁進(jìn)行優(yōu)化,成為高架軌道交通的一種未來(lái)發(fā)展的趨勢(shì)。 上海軌道交通8號(hào)線南延伸段高架上部結(jié)構(gòu)采用了新型“U”形梁形式,引進(jìn)國(guó)際先進(jìn)的設(shè)計(jì)理念,將傳統(tǒng)閉口箱梁設(shè)計(jì)為薄壁開(kāi)口“U”形混凝土梁這一新型結(jié)構(gòu)形式,列車行駛在開(kāi)口U梁內(nèi)部,此種U梁不僅外形美觀,同時(shí)降低了軌道交通整體結(jié)構(gòu)高度,而且結(jié)構(gòu)混凝土薄,節(jié)省材料。因此,對(duì)U形梁的預(yù)制及安裝均提出了很高的要求。4 U形梁預(yù)制施工技術(shù)4.1 U形梁預(yù)制場(chǎng)布置 此次U形梁預(yù)制同時(shí)有16條臺(tái)座進(jìn)行制梁施工,在浦江世博家園站至航天公園站區(qū)間12#～23#墩現(xiàn)場(chǎng)線路兩側(cè)各設(shè)置8條,模具配備為側(cè)、端模4套,底模16條。每一臺(tái)座平均14 d周轉(zhuǎn)一次,全面生產(chǎn)后每14 d可生產(chǎn)16根梁。半成品鋼筋定型加工后運(yùn)抵現(xiàn)場(chǎng),在臺(tái)座底模上綁扎骨架,使用商品混凝土澆灌成型。制梁總工期依據(jù)合同安排6個(gè)月。 預(yù)制場(chǎng)臺(tái)座地基處理采用回填土分層壓實(shí),再鋪15～20 cm道渣振動(dòng)壓實(shí)的方法,要求地耐力達(dá)到8 t/m2。 每塊臺(tái)座地坪尺寸為33 m×7.6 m,混凝土厚15 cm。標(biāo)準(zhǔn)跨梁臺(tái)座兩端3.5 m區(qū)域作為U梁支座承力區(qū);對(duì)于非標(biāo)準(zhǔn)跨梁,臺(tái)座北端3.5 m區(qū)域作為U梁支座固定承力區(qū),南端12 m區(qū)域作為U梁支座變化承力區(qū),以適應(yīng)20 m～30 m梁長(zhǎng)變化。 臺(tái)座地坪支座區(qū)配筋為:縱向φ16 mm@250 mm,橫向φ16 mm@300 mm;臺(tái)座地坪中間段配筋縱、橫向均為φ8@200 mm。4.2 模具設(shè)計(jì) M8線“U”型梁模具主要由門架、內(nèi)模、外模、端模和底模組成(圖4)。 模具拆裝采用了外模橫向移動(dòng)脫模,內(nèi)模轉(zhuǎn)動(dòng)脫模,然后模具整體縱向移動(dòng)至下一生產(chǎn)臺(tái)座,盡量不占用龍門吊(圖5) 門架作模具整體縱向移動(dòng)之用。每套模具配4個(gè)門架,4門架通過(guò)上部22#雙拼槽鋼連接為一個(gè)整體,每門架腳下安裝專用履帶鏈輪以實(shí)現(xiàn)門架整體的移動(dòng)。 內(nèi)模豎直方向分兩段,下部400 mm壓板為一段,其余為內(nèi)模主體段。另設(shè)2個(gè)絞支點(diǎn),壓板段與主體段連接處設(shè)一絞支點(diǎn),內(nèi)模主體段在門架橫梁上的吊點(diǎn)處設(shè)一絞支點(diǎn)。拆模時(shí),內(nèi)模壓板段先繞絞支點(diǎn)旋轉(zhuǎn)收起,然后內(nèi)模整體繞上部絞支點(diǎn)整體旋轉(zhuǎn)與產(chǎn)品脫離(圖6)。 外模采用常規(guī)框架式結(jié)構(gòu),外模的架設(shè)采用專用調(diào)節(jié)支撐工裝,外模的橫向進(jìn)出采用在外模下加裝專用履帶鏈輪的方式完成,外模的縱向移動(dòng)采用在外模向外移動(dòng)到位后用千斤頂將外模頂升到門架之上的方式,使外模隨門架一起縱向移動(dòng)。 端模采用分體式設(shè)計(jì),針對(duì)“U”梁底板和兩側(cè)腹板分為三塊,以便于端模的裝拆及端面轉(zhuǎn)角的制作。 底模采用鋼結(jié)構(gòu),分3段,分別為1梁身段底模和2支座段底模,支座段和梁身段底模在梁底倒角處采用膠合漆板連接,以解決梁放張壓縮的問(wèn)題。4.3 鋼筋施工 U梁配筋有HRB335φ8 mm、φ10 mm、φ12 mm、φ14 mm和Q235 mmφ8 mm、φ10 mm鋼筋,鋼筋的成型質(zhì)量和鋼筋籠的綁扎質(zhì)量要求都很高。 按施工圖設(shè)計(jì)尺寸和規(guī)定的誤差要求,成型允許偏差范圍為:彎起點(diǎn)移位±20 mm,箍筋尺寸±5 mm,彎鉤平直部分長(zhǎng)度符合要求。 U梁鋼筋的成型質(zhì)量、綁扎質(zhì)量要求都很高,鋼筋采用的是工廠加工成型,現(xiàn)場(chǎng)胎架綁扎的形式,確保了鋼筋成型的精度; 鋼筋骨架成型胎模參考原滬閔高架節(jié)斷梁鋼筋骨架成型胎模的形式。制作可拆卸的門架式結(jié)構(gòu),門架利用底模兩側(cè)面下拉桿孔用螺栓進(jìn)行定位固定,門架間距2.8 m。縱向按U梁斷面外框鋼筋形狀放置φ35 mm無(wú)縫鋼管,鋼管用螺栓或銷釘固定在門架上,鋼管即可保證鋼筋綁扎形狀,又可以保證鋼筋保護(hù)層厚度。鋼筋骨架成型胎模如(圖7)。 在利用底模上定位靠模,先綁扎底板鋼筋,再腹板鋼筋的綁扎,然后進(jìn)行頂板鋼筋的綁扎,定位網(wǎng)鋼筋位置準(zhǔn)確,以確保預(yù)應(yīng)力管道的平順,當(dāng)梁體鋼筋與預(yù)應(yīng)力管道相碰時(shí), 適當(dāng)移動(dòng)梁體構(gòu)造鋼筋或進(jìn)行適當(dāng)彎折。預(yù)應(yīng)力筋豎彎及平彎處的箍筋綁扎牢固,在鋼筋較密處,必要時(shí)將相鄰鋼筋成束綁扎,確保混凝土的灌注通路(圖8)。4.4 混凝土配合比設(shè)計(jì) U形梁梁體混凝土設(shè)計(jì)為C55,普通混凝土的性能主要是控制強(qiáng)度指標(biāo),U形梁混凝土的特殊要求。外表達(dá)到清水混凝土效果;低收縮、低徐變,高強(qiáng)度(C55);有明確的耐久性指標(biāo);混凝土的56 d電通量(C)<1 000;滿足泵送施工要求,滿足大流動(dòng)性、易密實(shí)、和易性好等特點(diǎn);48 h達(dá)到拆模的強(qiáng)度要求。早期強(qiáng)度:3 d達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的50%,7 d達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的100%,彈性模量達(dá)到《鐵路橋涵鋼筋混凝土和預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定的3.6×104 MPa的80%(2.88×104 MPa)。 混凝土配合比設(shè)計(jì):水泥應(yīng)選用同一廠家生產(chǎn)、同一品種、同強(qiáng)度等級(jí)、顏色均勻的水泥;采用低含氣量、聚羧酸系高效減水劑;降低水膠比、增大膠凝材料摻量;對(duì)粉煤灰用量嚴(yán)格控制;坍落度控制在180 mm±30 mm。最終確定的混凝土配合比見(jiàn)表1。4.5 現(xiàn)場(chǎng)混凝土施工 混凝土泵車從竹園路進(jìn)入施工現(xiàn)場(chǎng),在現(xiàn)場(chǎng)龍門吊條基東側(cè)施工便道上由泵車泵送混凝土進(jìn)行澆搗。 混凝土澆搗之前應(yīng)對(duì)模板,綁扎好的鋼筋和已固定的錨墊板、埋件,預(yù)應(yīng)力筋波紋管預(yù)留孔道等隱蔽工程進(jìn)行檢查驗(yàn)收。同時(shí)還應(yīng)對(duì)電箱、電線、振動(dòng)機(jī)、起重設(shè)備等進(jìn)行檢查,要確保機(jī)器、電源在正常情況下,申請(qǐng)澆搗令,避免因故障造成混凝土拌合物間隔時(shí)間過(guò)長(zhǎng)。 梁體混凝土的灌注從兩端開(kāi)始,沿梁長(zhǎng)向中間交匯,循序漸進(jìn)。首先澆筑底板,然后分層澆筑腹板(圖9)。在腹板新澆筑混凝土壓力下可能導(dǎo)致底板混凝土變形,為了避免這種情況的發(fā)生,底板混凝土澆筑完成后1h再澆筑腹板混凝土。 混凝土灌注須下料均勻,腹板混凝土每層的灌注厚度不大于500 mm。 混凝土灌注時(shí)應(yīng)采用插入式振搗器,并輔以附著式側(cè)振工藝(見(jiàn)圖10)。混凝土澆搗振動(dòng)時(shí)采用多只插入式振動(dòng)器沿梁的一端朝另一方向移動(dòng)。 混凝土必須振動(dòng)到該部位混凝土密實(shí)為止,混凝土密實(shí)的標(biāo)志是:混凝土停止下沉,不再冒出大量氣泡,表面呈現(xiàn)平坦、泛漿。4.6 U梁養(yǎng)護(hù) 混凝土澆筑完成,收漿工作結(jié)束后,盡快用無(wú)紡布、塑料薄膜或其他無(wú)污染的保水材料覆蓋底板和腹板頂面,開(kāi)始灑水養(yǎng)護(hù)。 待梁體混凝土強(qiáng)度達(dá)到規(guī)范及設(shè)計(jì)對(duì)拆除側(cè)模的強(qiáng)度要求后,側(cè)模予以拆除,此時(shí),將兩側(cè)腹板灑水充分濕潤(rùn)后,用塑料薄膜進(jìn)行包裹養(yǎng)護(hù),底板頂面仍可采取灑水養(yǎng)護(hù)方式。同時(shí)保持薄膜內(nèi)有凝結(jié)水,應(yīng)經(jīng)常檢查薄膜的完整情況和混凝土的保濕效果。4.7 U形梁的預(yù)應(yīng)力后張及管道壓漿、封錨 預(yù)應(yīng)力孔道的規(guī)格、數(shù)量位置和形狀符合設(shè)計(jì)要求,且線形平順、安裝牢固、密封良好和接頭嚴(yán)密,對(duì)于曲線孔道,應(yīng)嚴(yán)格控制彎起點(diǎn)位置和彎起角度。 波紋管安裝時(shí),避免反復(fù)受彎曲變形,波紋管安裝后應(yīng)檢查管道有無(wú)破裂,接頭是否松動(dòng),兩根波紋管對(duì)接時(shí)節(jié)套紋理一致,接頭長(zhǎng)度不少于20 cm,用膠布包裹牢固,以免混凝土漿進(jìn)入管內(nèi)。 波紋管定位筋和曲線段防崩鋼筋嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)要求設(shè)置,孔道成型調(diào)整至符合設(shè)計(jì)要求后,應(yīng)及時(shí)穿入塑料管,防止管道變形。4.7.1 施加預(yù)應(yīng)力 施加預(yù)應(yīng)力所用的機(jī)具設(shè)備及儀表應(yīng)由專人使用和管理,并定期進(jìn)行維護(hù)和校驗(yàn)。千斤頂與壓力表應(yīng)配套校驗(yàn),以確定張拉力與壓力表之間的關(guān)系曲線,校驗(yàn)應(yīng)在經(jīng)主管部門授權(quán)的法定計(jì)量技術(shù)機(jī)構(gòu)定期進(jìn)行。 U形梁預(yù)應(yīng)力筋張拉時(shí),當(dāng)梁體混凝土抗壓強(qiáng)度及相應(yīng)的彈性模量達(dá)到設(shè)計(jì)要求后,方可施工預(yù)應(yīng)力。 預(yù)應(yīng)力施加前,應(yīng)對(duì)梁體進(jìn)行檢驗(yàn),外觀和尺寸應(yīng)符合質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)和設(shè)計(jì)要求。 錨具安放前,應(yīng)除去孔道口多余的波紋管,錨環(huán)各孔中預(yù)應(yīng)力筋應(yīng)保持平行,不得有交叉,塞放夾片時(shí),夾片間隙及留出長(zhǎng)度應(yīng)均勻,并用鋼管及小錘敲緊,不得脫落。預(yù)應(yīng)力筋的張拉順序: (1)當(dāng)混凝土達(dá)到50%設(shè)計(jì)強(qiáng)度,張拉第一批4根鋼束,張拉控制應(yīng)力為至700 MPa。 (2)混凝土強(qiáng)度達(dá)到100%設(shè)計(jì)強(qiáng)度,彈性模量達(dá)到80%設(shè)計(jì)值,二次張拉全部鋼束到設(shè)計(jì)值。 預(yù)應(yīng)力筋在張拉控制力達(dá)到穩(wěn)定后方可錨固,錨固后的外露長(zhǎng)度不宜小于30 mm,錨固完畢后預(yù)應(yīng)力筋工作長(zhǎng)度暫時(shí)保留,待壓漿完畢后將多余的工作長(zhǎng)度用砂輪機(jī)切割,嚴(yán)禁用電弧切割。4.7.2 管道壓漿及封錨 孔道壓漿工藝必須符合設(shè)計(jì)要求。壓漿采用真空輔助壓漿,水泥漿的抗壓強(qiáng)度必須符合設(shè)計(jì)規(guī)定,水泥漿抗壓強(qiáng)度應(yīng)大于梁體設(shè)計(jì)強(qiáng)度的80%。 在壓漿前,必須試抽真空,真空泵抽成的真空度控制在-0.06~-0.1 MPa,當(dāng)孔道內(nèi)的真空度保持穩(wěn)定時(shí),停1 min,若壓力維持不變,即可認(rèn)為孔道能基本達(dá)到并維持真空。 水泥漿采取現(xiàn)場(chǎng)拌制,應(yīng)采用52.5普通硅酸鹽水泥,水灰比宜為0.3~0.4;摻入適量減水劑時(shí),水灰比可減小到0.35;拌和后流動(dòng)度為30~50 s,泌水率不得超過(guò)水泥漿初始體積的2%,拌和后24 h水泥漿的泌水應(yīng)能吸收;漿體的體積收縮率<2%。 當(dāng)真空度達(dá)到并維持在-0.08 MPa左右時(shí),啟動(dòng)真空泵,使灌漿壓力達(dá)到0.5~0.7 MPa,出漿與入漿顏色一致后,關(guān)閉出漿閥門,對(duì)漿體施加正壓,將漿體內(nèi)游離狀態(tài)的水盡量多壓出,且從排氣孔排出的水泥漿無(wú)氣泡,無(wú)微沫漿,其顏色與入漿的顏色相同,壓漿泵壓力達(dá)到0.7 MPa左右,持壓1~2 min,關(guān)閉灌漿泵。4.8 成品保護(hù)及修補(bǔ) 在工程交工前,對(duì)構(gòu)件外層宜用塑料薄膜進(jìn)行保護(hù),防止混凝土表面受到污染,對(duì)于施工人員可以直接接觸到的部位以及預(yù)留洞口、特別是預(yù)留筋處的混凝土要加以特殊保護(hù),以防水侵蝕混凝土。陽(yáng)角等部位拆模后需注意保護(hù)。 已澆筑混凝土要加以保護(hù),必須嚴(yán)格控制拆模時(shí)間,嚴(yán)格按要求來(lái)拆內(nèi)外模,當(dāng)混凝土強(qiáng)度達(dá)到18 MPa時(shí)可拆除內(nèi)模,混凝土強(qiáng)度達(dá)到24 MPa時(shí)可拆除外模,拆模時(shí)按支撐的反順序進(jìn)行,要保護(hù)板面,嚴(yán)禁強(qiáng)行砸撬模板。 對(duì)工程混凝土成品的缺陷部位修補(bǔ),采用與本工程所用的同品種普通水泥與白色普通水泥調(diào)制的水泥漿(或砂漿)進(jìn)行修補(bǔ)。待修補(bǔ)部位的水泥漿(或砂漿)硬化之后,用細(xì)砂紙打磨光潔,并用水沖洗干凈,修補(bǔ)后的部位應(yīng)無(wú)明顯可見(jiàn)的修補(bǔ)痕跡。5 結(jié)語(yǔ) 預(yù)應(yīng)力薄壁自重輕、U梁外形美觀、造價(jià)節(jié)省、本工程成功應(yīng)用取得了巨大經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益,是今后城市軌道交通高架結(jié)構(gòu)的一種推廣形式。參考文獻(xiàn)[1]《鐵路橋涵工程施工質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)》(TB10415-2003)[2]《鐵路橋涵施工規(guī)范》TB10203-2002;[3]《混凝土結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》GB50204-2002;[4]《預(yù)應(yīng)力筋用錨具、夾具和連接器》(GB/T14370);[5]《鋼筋混凝土用熱軋光圓鋼筋》(GBl3013);[6]《鋼筋混凝土用熱軋帶肋鋼筋》(GB1499);[7]《冷軋帶肋鋼筋》(GB13788);[8]《低碳鋼熱軋圓盤(pán)條》(GB201)。
本工程需現(xiàn)場(chǎng)預(yù)制“U”形梁共211根“,U”形梁為后張預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu),混凝土強(qiáng)度等級(jí)C55(圖2)。2 U形梁預(yù)制施工特點(diǎn)及難點(diǎn) 現(xiàn)場(chǎng)預(yù)制的薄壁開(kāi)口U形梁,外形美觀。標(biāo)準(zhǔn)U形梁高1.86 m,寬5.224 m,長(zhǎng)度30 m,重150 t。對(duì)U形梁的嚴(yán)格控制和精心施工將是工程成敗的關(guān)鍵。 (1)U形梁種類繁多,標(biāo)準(zhǔn)梁長(zhǎng)30 m,非標(biāo)準(zhǔn)梁長(zhǎng)16.592~29.09 m,上行24種規(guī)格、下行28種規(guī)格,導(dǎo)致模具設(shè)計(jì)難度大; (2)U形梁設(shè)計(jì)安全系數(shù)較低,鋼筋綁扎、定位精度要求高,并且梁體鋼筋連接只允許采用綁扎,施工要求高、難度大; (3)U形梁設(shè)計(jì)為開(kāi)口薄壁結(jié)構(gòu),梁體抗扭剛度較差;梁體腹板厚度24 cm、底板厚度23 cm。 (4)梁體外表面要求為清水混凝土效果,對(duì)混凝土色差、氣泡的要求遠(yuǎn)高于常規(guī)箱梁混凝土施工,同時(shí)對(duì)混凝土耐久性要求為100年。3 U形梁技術(shù)的優(yōu)點(diǎn) 目前國(guó)內(nèi)高架軌道交通上部結(jié)構(gòu)大部采用箱梁形式(圖3),此種形式技術(shù)成熟,工藝穩(wěn)定,但同時(shí)也存在著外觀不夠美觀、結(jié)構(gòu)高度過(guò)大、建設(shè)費(fèi)用較高等弊端;國(guó)內(nèi)軌道交通高架土建通常采用滿堂支架現(xiàn)澆施工,工藝較為落后,比如上海軌道交通3#線施工;也有部分高架結(jié)構(gòu)開(kāi)始采用節(jié)段梁拼裝施工,但拼裝較慢,約為3～4 d/跨,比如廣州軌道交通4#線施工;而本工程采用的整跨U梁安裝,工藝先進(jìn),安裝速度可達(dá)1 d/跨;目前國(guó)內(nèi)許多大城市正在積極規(guī)劃未來(lái)軌道交通,對(duì)高架軌道交通上部結(jié)構(gòu)通常采用的箱梁進(jìn)行優(yōu)化,成為高架軌道交通的一種未來(lái)發(fā)展的趨勢(shì)。 上海軌道交通8號(hào)線南延伸段高架上部結(jié)構(gòu)采用了新型“U”形梁形式,引進(jìn)國(guó)際先進(jìn)的設(shè)計(jì)理念,將傳統(tǒng)閉口箱梁設(shè)計(jì)為薄壁開(kāi)口“U”形混凝土梁這一新型結(jié)構(gòu)形式,列車行駛在開(kāi)口U梁內(nèi)部,此種U梁不僅外形美觀,同時(shí)降低了軌道交通整體結(jié)構(gòu)高度,而且結(jié)構(gòu)混凝土薄,節(jié)省材料。因此,對(duì)U形梁的預(yù)制及安裝均提出了很高的要求。4 U形梁預(yù)制施工技術(shù)4.1 U形梁預(yù)制場(chǎng)布置 此次U形梁預(yù)制同時(shí)有16條臺(tái)座進(jìn)行制梁施工,在浦江世博家園站至航天公園站區(qū)間12#～23#墩現(xiàn)場(chǎng)線路兩側(cè)各設(shè)置8條,模具配備為側(cè)、端模4套,底模16條。每一臺(tái)座平均14 d周轉(zhuǎn)一次,全面生產(chǎn)后每14 d可生產(chǎn)16根梁。半成品鋼筋定型加工后運(yùn)抵現(xiàn)場(chǎng),在臺(tái)座底模上綁扎骨架,使用商品混凝土澆灌成型。制梁總工期依據(jù)合同安排6個(gè)月。 預(yù)制場(chǎng)臺(tái)座地基處理采用回填土分層壓實(shí),再鋪15～20 cm道渣振動(dòng)壓實(shí)的方法,要求地耐力達(dá)到8 t/m2。 每塊臺(tái)座地坪尺寸為33 m×7.6 m,混凝土厚15 cm。標(biāo)準(zhǔn)跨梁臺(tái)座兩端3.5 m區(qū)域作為U梁支座承力區(qū);對(duì)于非標(biāo)準(zhǔn)跨梁,臺(tái)座北端3.5 m區(qū)域作為U梁支座固定承力區(qū),南端12 m區(qū)域作為U梁支座變化承力區(qū),以適應(yīng)20 m～30 m梁長(zhǎng)變化。 臺(tái)座地坪支座區(qū)配筋為:縱向φ16 mm@250 mm,橫向φ16 mm@300 mm;臺(tái)座地坪中間段配筋縱、橫向均為φ8@200 mm。4.2 模具設(shè)計(jì) M8線“U”型梁模具主要由門架、內(nèi)模、外模、端模和底模組成(圖4)。 模具拆裝采用了外模橫向移動(dòng)脫模,內(nèi)模轉(zhuǎn)動(dòng)脫模,然后模具整體縱向移動(dòng)至下一生產(chǎn)臺(tái)座,盡量不占用龍門吊(圖5) 門架作模具整體縱向移動(dòng)之用。每套模具配4個(gè)門架,4門架通過(guò)上部22#雙拼槽鋼連接為一個(gè)整體,每門架腳下安裝專用履帶鏈輪以實(shí)現(xiàn)門架整體的移動(dòng)。 內(nèi)模豎直方向分兩段,下部400 mm壓板為一段,其余為內(nèi)模主體段。另設(shè)2個(gè)絞支點(diǎn),壓板段與主體段連接處設(shè)一絞支點(diǎn),內(nèi)模主體段在門架橫梁上的吊點(diǎn)處設(shè)一絞支點(diǎn)。拆模時(shí),內(nèi)模壓板段先繞絞支點(diǎn)旋轉(zhuǎn)收起,然后內(nèi)模整體繞上部絞支點(diǎn)整體旋轉(zhuǎn)與產(chǎn)品脫離(圖6)。 外模采用常規(guī)框架式結(jié)構(gòu),外模的架設(shè)采用專用調(diào)節(jié)支撐工裝,外模的橫向進(jìn)出采用在外模下加裝專用履帶鏈輪的方式完成,外模的縱向移動(dòng)采用在外模向外移動(dòng)到位后用千斤頂將外模頂升到門架之上的方式,使外模隨門架一起縱向移動(dòng)。 端模采用分體式設(shè)計(jì),針對(duì)“U”梁底板和兩側(cè)腹板分為三塊,以便于端模的裝拆及端面轉(zhuǎn)角的制作。 底模采用鋼結(jié)構(gòu),分3段,分別為1梁身段底模和2支座段底模,支座段和梁身段底模在梁底倒角處采用膠合漆板連接,以解決梁放張壓縮的問(wèn)題。4.3 鋼筋施工 U梁配筋有HRB335φ8 mm、φ10 mm、φ12 mm、φ14 mm和Q235 mmφ8 mm、φ10 mm鋼筋,鋼筋的成型質(zhì)量和鋼筋籠的綁扎質(zhì)量要求都很高。 按施工圖設(shè)計(jì)尺寸和規(guī)定的誤差要求,成型允許偏差范圍為:彎起點(diǎn)移位±20 mm,箍筋尺寸±5 mm,彎鉤平直部分長(zhǎng)度符合要求。 U梁鋼筋的成型質(zhì)量、綁扎質(zhì)量要求都很高,鋼筋采用的是工廠加工成型,現(xiàn)場(chǎng)胎架綁扎的形式,確保了鋼筋成型的精度; 鋼筋骨架成型胎模參考原滬閔高架節(jié)斷梁鋼筋骨架成型胎模的形式。制作可拆卸的門架式結(jié)構(gòu),門架利用底模兩側(cè)面下拉桿孔用螺栓進(jìn)行定位固定,門架間距2.8 m。縱向按U梁斷面外框鋼筋形狀放置φ35 mm無(wú)縫鋼管,鋼管用螺栓或銷釘固定在門架上,鋼管即可保證鋼筋綁扎形狀,又可以保證鋼筋保護(hù)層厚度。鋼筋骨架成型胎模如(圖7)。 在利用底模上定位靠模,先綁扎底板鋼筋,再腹板鋼筋的綁扎,然后進(jìn)行頂板鋼筋的綁扎,定位網(wǎng)鋼筋位置準(zhǔn)確,以確保預(yù)應(yīng)力管道的平順,當(dāng)梁體鋼筋與預(yù)應(yīng)力管道相碰時(shí), 適當(dāng)移動(dòng)梁體構(gòu)造鋼筋或進(jìn)行適當(dāng)彎折。預(yù)應(yīng)力筋豎彎及平彎處的箍筋綁扎牢固,在鋼筋較密處,必要時(shí)將相鄰鋼筋成束綁扎,確保混凝土的灌注通路(圖8)。4.4 混凝土配合比設(shè)計(jì) U形梁梁體混凝土設(shè)計(jì)為C55,普通混凝土的性能主要是控制強(qiáng)度指標(biāo),U形梁混凝土的特殊要求。外表達(dá)到清水混凝土效果;低收縮、低徐變,高強(qiáng)度(C55);有明確的耐久性指標(biāo);混凝土的56 d電通量(C)<1 000;滿足泵送施工要求,滿足大流動(dòng)性、易密實(shí)、和易性好等特點(diǎn);48 h達(dá)到拆模的強(qiáng)度要求。早期強(qiáng)度:3 d達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的50%,7 d達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的100%,彈性模量達(dá)到《鐵路橋涵鋼筋混凝土和預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定的3.6×104 MPa的80%(2.88×104 MPa)。 混凝土配合比設(shè)計(jì):水泥應(yīng)選用同一廠家生產(chǎn)、同一品種、同強(qiáng)度等級(jí)、顏色均勻的水泥;采用低含氣量、聚羧酸系高效減水劑;降低水膠比、增大膠凝材料摻量;對(duì)粉煤灰用量嚴(yán)格控制;坍落度控制在180 mm±30 mm。最終確定的混凝土配合比見(jiàn)表1。4.5 現(xiàn)場(chǎng)混凝土施工 混凝土泵車從竹園路進(jìn)入施工現(xiàn)場(chǎng),在現(xiàn)場(chǎng)龍門吊條基東側(cè)施工便道上由泵車泵送混凝土進(jìn)行澆搗。 混凝土澆搗之前應(yīng)對(duì)模板,綁扎好的鋼筋和已固定的錨墊板、埋件,預(yù)應(yīng)力筋波紋管預(yù)留孔道等隱蔽工程進(jìn)行檢查驗(yàn)收。同時(shí)還應(yīng)對(duì)電箱、電線、振動(dòng)機(jī)、起重設(shè)備等進(jìn)行檢查,要確保機(jī)器、電源在正常情況下,申請(qǐng)澆搗令,避免因故障造成混凝土拌合物間隔時(shí)間過(guò)長(zhǎng)。 梁體混凝土的灌注從兩端開(kāi)始,沿梁長(zhǎng)向中間交匯,循序漸進(jìn)。首先澆筑底板,然后分層澆筑腹板(圖9)。在腹板新澆筑混凝土壓力下可能導(dǎo)致底板混凝土變形,為了避免這種情況的發(fā)生,底板混凝土澆筑完成后1h再澆筑腹板混凝土。 混凝土灌注須下料均勻,腹板混凝土每層的灌注厚度不大于500 mm。 混凝土灌注時(shí)應(yīng)采用插入式振搗器,并輔以附著式側(cè)振工藝(見(jiàn)圖10)。混凝土澆搗振動(dòng)時(shí)采用多只插入式振動(dòng)器沿梁的一端朝另一方向移動(dòng)。 混凝土必須振動(dòng)到該部位混凝土密實(shí)為止,混凝土密實(shí)的標(biāo)志是:混凝土停止下沉,不再冒出大量氣泡,表面呈現(xiàn)平坦、泛漿。4.6 U梁養(yǎng)護(hù) 混凝土澆筑完成,收漿工作結(jié)束后,盡快用無(wú)紡布、塑料薄膜或其他無(wú)污染的保水材料覆蓋底板和腹板頂面,開(kāi)始灑水養(yǎng)護(hù)。 待梁體混凝土強(qiáng)度達(dá)到規(guī)范及設(shè)計(jì)對(duì)拆除側(cè)模的強(qiáng)度要求后,側(cè)模予以拆除,此時(shí),將兩側(cè)腹板灑水充分濕潤(rùn)后,用塑料薄膜進(jìn)行包裹養(yǎng)護(hù),底板頂面仍可采取灑水養(yǎng)護(hù)方式。同時(shí)保持薄膜內(nèi)有凝結(jié)水,應(yīng)經(jīng)常檢查薄膜的完整情況和混凝土的保濕效果。4.7 U形梁的預(yù)應(yīng)力后張及管道壓漿、封錨 預(yù)應(yīng)力孔道的規(guī)格、數(shù)量位置和形狀符合設(shè)計(jì)要求,且線形平順、安裝牢固、密封良好和接頭嚴(yán)密,對(duì)于曲線孔道,應(yīng)嚴(yán)格控制彎起點(diǎn)位置和彎起角度。 波紋管安裝時(shí),避免反復(fù)受彎曲變形,波紋管安裝后應(yīng)檢查管道有無(wú)破裂,接頭是否松動(dòng),兩根波紋管對(duì)接時(shí)節(jié)套紋理一致,接頭長(zhǎng)度不少于20 cm,用膠布包裹牢固,以免混凝土漿進(jìn)入管內(nèi)。 波紋管定位筋和曲線段防崩鋼筋嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)要求設(shè)置,孔道成型調(diào)整至符合設(shè)計(jì)要求后,應(yīng)及時(shí)穿入塑料管,防止管道變形。4.7.1 施加預(yù)應(yīng)力 施加預(yù)應(yīng)力所用的機(jī)具設(shè)備及儀表應(yīng)由專人使用和管理,并定期進(jìn)行維護(hù)和校驗(yàn)。千斤頂與壓力表應(yīng)配套校驗(yàn),以確定張拉力與壓力表之間的關(guān)系曲線,校驗(yàn)應(yīng)在經(jīng)主管部門授權(quán)的法定計(jì)量技術(shù)機(jī)構(gòu)定期進(jìn)行。 U形梁預(yù)應(yīng)力筋張拉時(shí),當(dāng)梁體混凝土抗壓強(qiáng)度及相應(yīng)的彈性模量達(dá)到設(shè)計(jì)要求后,方可施工預(yù)應(yīng)力。 預(yù)應(yīng)力施加前,應(yīng)對(duì)梁體進(jìn)行檢驗(yàn),外觀和尺寸應(yīng)符合質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)和設(shè)計(jì)要求。 錨具安放前,應(yīng)除去孔道口多余的波紋管,錨環(huán)各孔中預(yù)應(yīng)力筋應(yīng)保持平行,不得有交叉,塞放夾片時(shí),夾片間隙及留出長(zhǎng)度應(yīng)均勻,并用鋼管及小錘敲緊,不得脫落。預(yù)應(yīng)力筋的張拉順序: (1)當(dāng)混凝土達(dá)到50%設(shè)計(jì)強(qiáng)度,張拉第一批4根鋼束,張拉控制應(yīng)力為至700 MPa。 (2)混凝土強(qiáng)度達(dá)到100%設(shè)計(jì)強(qiáng)度,彈性模量達(dá)到80%設(shè)計(jì)值,二次張拉全部鋼束到設(shè)計(jì)值。 預(yù)應(yīng)力筋在張拉控制力達(dá)到穩(wěn)定后方可錨固,錨固后的外露長(zhǎng)度不宜小于30 mm,錨固完畢后預(yù)應(yīng)力筋工作長(zhǎng)度暫時(shí)保留,待壓漿完畢后將多余的工作長(zhǎng)度用砂輪機(jī)切割,嚴(yán)禁用電弧切割。4.7.2 管道壓漿及封錨 孔道壓漿工藝必須符合設(shè)計(jì)要求。壓漿采用真空輔助壓漿,水泥漿的抗壓強(qiáng)度必須符合設(shè)計(jì)規(guī)定,水泥漿抗壓強(qiáng)度應(yīng)大于梁體設(shè)計(jì)強(qiáng)度的80%。 在壓漿前,必須試抽真空,真空泵抽成的真空度控制在-0.06~-0.1 MPa,當(dāng)孔道內(nèi)的真空度保持穩(wěn)定時(shí),停1 min,若壓力維持不變,即可認(rèn)為孔道能基本達(dá)到并維持真空。 水泥漿采取現(xiàn)場(chǎng)拌制,應(yīng)采用52.5普通硅酸鹽水泥,水灰比宜為0.3~0.4;摻入適量減水劑時(shí),水灰比可減小到0.35;拌和后流動(dòng)度為30~50 s,泌水率不得超過(guò)水泥漿初始體積的2%,拌和后24 h水泥漿的泌水應(yīng)能吸收;漿體的體積收縮率<2%。 當(dāng)真空度達(dá)到并維持在-0.08 MPa左右時(shí),啟動(dòng)真空泵,使灌漿壓力達(dá)到0.5~0.7 MPa,出漿與入漿顏色一致后,關(guān)閉出漿閥門,對(duì)漿體施加正壓,將漿體內(nèi)游離狀態(tài)的水盡量多壓出,且從排氣孔排出的水泥漿無(wú)氣泡,無(wú)微沫漿,其顏色與入漿的顏色相同,壓漿泵壓力達(dá)到0.7 MPa左右,持壓1~2 min,關(guān)閉灌漿泵。4.8 成品保護(hù)及修補(bǔ) 在工程交工前,對(duì)構(gòu)件外層宜用塑料薄膜進(jìn)行保護(hù),防止混凝土表面受到污染,對(duì)于施工人員可以直接接觸到的部位以及預(yù)留洞口、特別是預(yù)留筋處的混凝土要加以特殊保護(hù),以防水侵蝕混凝土。陽(yáng)角等部位拆模后需注意保護(hù)。 已澆筑混凝土要加以保護(hù),必須嚴(yán)格控制拆模時(shí)間,嚴(yán)格按要求來(lái)拆內(nèi)外模,當(dāng)混凝土強(qiáng)度達(dá)到18 MPa時(shí)可拆除內(nèi)模,混凝土強(qiáng)度達(dá)到24 MPa時(shí)可拆除外模,拆模時(shí)按支撐的反順序進(jìn)行,要保護(hù)板面,嚴(yán)禁強(qiáng)行砸撬模板。 對(duì)工程混凝土成品的缺陷部位修補(bǔ),采用與本工程所用的同品種普通水泥與白色普通水泥調(diào)制的水泥漿(或砂漿)進(jìn)行修補(bǔ)。待修補(bǔ)部位的水泥漿(或砂漿)硬化之后,用細(xì)砂紙打磨光潔,并用水沖洗干凈,修補(bǔ)后的部位應(yīng)無(wú)明顯可見(jiàn)的修補(bǔ)痕跡。5 結(jié)語(yǔ) 預(yù)應(yīng)力薄壁自重輕、U梁外形美觀、造價(jià)節(jié)省、本工程成功應(yīng)用取得了巨大經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益,是今后城市軌道交通高架結(jié)構(gòu)的一種推廣形式。參考文獻(xiàn)[1]《鐵路橋涵工程施工質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)》(TB10415-2003)[2]《鐵路橋涵施工規(guī)范》TB10203-2002;[3]《混凝土結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》GB50204-2002;[4]《預(yù)應(yīng)力筋用錨具、夾具和連接器》(GB/T14370);[5]《鋼筋混凝土用熱軋光圓鋼筋》(GBl3013);[6]《鋼筋混凝土用熱軋帶肋鋼筋》(GB1499);[7]《冷軋帶肋鋼筋》(GB13788);[8]《低碳鋼熱軋圓盤(pán)條》(GB201)。
