高速铁路预制箱梁检验项目的施工质量控制研究

曹红河

(中铁十八局集团第一工程有限公司,河北 涿州 072750)

0 前言

郑济高速铁路,简称郑济高铁,是河南省与山东省规划建设的一条高速铁路干线,起自郑州东站,止于济南西站,设计时速350 km/h,线路全长380 km,是河南省“米”字形高铁网络战略和山东省“三纵三横”综合运输通道的重要组成部分。中铁十八局集团第一工程有限公司内黄制梁场位于河南省内黄县中召乡赵庄村北,梁场占地面积130 000.7 m2,承担郑济铁路ZPZQ-Ⅱ标濮阳特大桥后张法预应力混凝土简支箱梁451榀(其中32.6 m420榀,24.6 m31榀)预制任务,该梁场的梁型设计图号为通桥(2016)2322A-Ⅱ,梁的结构如图1所示。

图1 通桥(2016)2322A-Ⅱ结构图Fig.1 Structural diagram of Tongqiao (2016) 2322A-II

1 箱梁产品检验项目存在的问题

由中铁十八局负责施工的郑济高速铁路Ⅱ标预制无砟轨道后张法预应力混凝土简支箱梁为单箱单室钢筋混凝土薄壁结构,梁端顶板、底板及腹板局部向内侧加厚。2016版预应力混凝土铁路桥简支梁产品生产许可证实施细则于2016年10月30日开始实施[1],2016版细则中产品检验综合判定原则为A类检验项目全部合格;B类检验项目计算单项的合格率达到80%以上的合格,反之,不合格。不合格检验项目不能超过4项,2016版细则对产品检验的规定要比旧细则严格。自2016版细则实施以来,在对箱梁进行产品检验时,容易出现不合格或合格率偏低的一些检验项目有以下几项(静载试验、支座板空腹声、梁上拱和裂纹除外):桥梁跨度,预埋支座板螺栓中心位置偏差及横向偏离设计位置,底板、腹板和顶板厚度等如图2 所示。

图2 箱梁不合格项比例Fig.2 Proportion of unqualified items in box girders

2 检验项目合格率偏低的原因分析

2.1 桥梁跨度

桥梁跨度为A类项,在对箱梁进行张拉时,梁体在张拉力的作用下,产生弹性变形,梁长及桥梁跨度会变短,变形量过大或过小,都会影响桥梁跨度的合格与否,进而会影响箱梁在架梁时与桥墩的锚栓孔不能衔接。桥梁跨度的允许误差为±20 mm,产品检验不合格时实测误差一般为-22 mm左右,基本走负误差。分析其原因,主要是存在以下几个方面:一是模板拼装时预留压缩量偏小,在箱梁终张拉后未对桥梁跨度进行数理分析,并未根据分析结果进行相应的调整;二是终张拉力时张拉力控制不准确,张拉力偏大,引起箱梁变形回缩过大;三是支座板安装位置不准确;四是测量用钢卷尺未到主管部门进行检定校准,测量数据不准;五是质量管理控制不严格或质量培训、技术交底不到位,未严格落实“三检”制度进入下道工序施工。

2.2 预埋支座板螺栓中心位置偏差

本项也为A类项,允许误差为2 mm,质量要求比较高,一旦预埋进的支座板螺栓中心位置超差,将导致支座板与桥梁支座用高强螺栓无法连接,支座安装不上,而且预埋进箱梁的支座板也无法更换。产品检验时发现该项较多存在超差,分析其超差的原因:一是供货厂家制作时支座板孔距、孔直径及垂直度控制不严,精度偏低[2];二是支座板进场及安装前检验不到位,安装了不合格的支座板,甚至有的支座板安装时错用了型号不符的;三是检验工具游标卡尺及检测螺栓不准,未到主管部门进行检定;四是在检验支座板时未考虑检测螺栓的实际直径值,直接使用螺栓的设计值;五是检验时游标卡尺不水平,尺子与检测螺栓不是正交,倾斜。

2.3 预埋支座板中心横向偏离设计位置

本项为B类项,主要是检验预埋的支座板横向位置偏差,允许误差3 mm,质量要求比较高,该检测项的合格率一般在60%左右,达不到要求的80%合格率。究其合格率偏低的原因,主要是以下几个方面:一是支座板中线和模板中线(梁体中线)不准,中线两侧不等宽;二是支座板安装位置不准,支座板横向中心线至模板中线的距离控制不到位;三是安装后的支座板固定在底模上时不牢固,固定螺栓未拧紧,在钢筋笼吊装入模时碰动支座板;四是测量用的钢尺不准未检定,或者是测量时钢尺过松未拉紧,测量数据不准确。

2.4 底板、腹板及顶板厚度

底板、腹板和顶板厚度均为B类项,厚度偏厚时若对偏厚的部位进行打磨,不仅费工,而且会影响保护层厚度;偏薄时进行修补,容易形成两层皮。目前存在的问题主要是底板一般偏厚,该项合格率在60%左右;腹板也偏厚,该项合格率一般在50%左右;顶板有的偏厚有的偏薄,该项合格率一般在40%左右;均低于80%的合格率。分析其原因,首先底板厚度主要是混凝土浇筑时底板顶部标高不进行严格控制,布料和收面时不测量底板混凝土厚度;其次是混凝土坍落度过小,给布料、收面带来不便。腹板厚度主要是内模撑到位后,未测量通风孔处的腹板厚度,厚度超差部位也未进行调整[3];再次是内模支撑丝杠未旋紧,固定不牢固,在浇筑混凝土时受侧压力影响内模产生位移。顶板厚度误差:一是浇筑混凝土时顶板标高控制不到位,整平机整平效果不好或整平机轨道顶标高不准;二是混凝土浇筑速度过快,可能引起内模上浮,导致厚度不足;三是混凝土坍落度偏大或偏小,混凝土布料、整平机整平、收面困难;四是水准仪测量时有错误,或者水准仪未到主管部门进行检定,仪器i角偏大,导致整平机定位标高不准。

3 提高检验项目合格率的控制措施

3.1 桥梁跨度控制措施

首片梁严格按照设计值预留模板的上缘和下缘的压缩量,在终张拉后30 d对前10片梁的压缩量进行数理统计,分析变形量,综合判定桥梁跨度是否合格,验证模板的预留压缩量是否合适,以内黄制梁场为例,本场的模板预留压缩量如表1所示。

表1 模板预留压缩量Table 1 Template reserved compression

以本场的前10片跨度31.5 m箱梁为例,模板预留压缩量数理统计分析结果如表2所示。

表2 跨度31.5 m箱梁终张拉30 d受力变形数理统计表Table 2 Mathematical and statistical table of stress and deformation of 31.5 m span box girder during 30 days of end tension

统计结果为：平均值31 505 mm、最大值31 510 mm、最小值31 498 mm、标准差4.359 mm、变异系数0.001、极差12 mm，以上统计结果均合格。

通过数理统计分析结果看出,一是桥梁跨度均在合格范围之内,模板预留压缩量不需要调整。二是严格控制箱梁预应力管道的成孔质量,对管道定位网片的加工焊接尺寸及安装质量加强检验,禁止尺寸超差及管道安装后出现死弯或不平顺现象;对每种跨度的前两片箱梁邀请有相关资质的单位进行管道摩阻试验,测算管道摩阻及预应力损失相关系数,根据摩阻试验确定的实际系数计算张拉伸长值,并对张拉设备进行检定校准,终张拉作业时严格控制张拉力,严禁张拉力不足或过大,通过计算的伸长值进行校核张拉力,做到力和伸长值双控,确保张拉工序质量。三是支座板安装位置控制准确,质检人员加强报验时的质量检查,用检定过的合格钢尺加管型测力计严格测量支座板安装后的桥梁跨度,确保数据准确、合格。

3.2 预埋支座板螺栓中心位置偏差控制措施

一是指定专人负责支座板的进场和安装前的检验工作,对于不合格的支座板及时做退货处理,不能及时退货需暂时存放库房的,要及时标识出醒目的不合格品标记。二是安装前仔细核对支座板的型号,有的梁场仅核对型号不复测位置偏差,为了确保安装前的准确性,型号无误后也要复测螺栓中心位置偏差,检测工具游标卡尺和检测螺栓要到地方技术监督部门的计量中心进行检定。三是检验支座板时,检测螺栓一定要拧紧,不要晃动,游标卡尺紧贴支座板面,减少由于螺栓倾斜引起的误差,卡紧检测螺栓,并拧紧锁定螺母,由于检定螺栓制作精度的原因,计算时应采用检测螺栓的检定证书上的实际校准值,不要采用设计值。

3.3 预埋支座板中心横向偏离设计位置控制措施

一是找出准确的支座板和模板底模中线,支座板中线用自制的跨度样板准确分出,模板底模中线采用检定过的钢尺加管型测力计测量找出。二是安装支座板时位置准确,较多梁场是采用每次安装时用钢尺测量定位,为了方便快捷准确,有个别梁场是在底模上做4个焊点作为定位装置。三是固定支座板时一定要牢固,钢筋笼吊装入模定位时专人指挥,由于支座板处钢筋密集,为了钢筋笼入模定位,甚至有的梁场用撬杠触碰已经安装好的支座板[4]。

图3 预埋支座板Fig.3 Embedded support plate

3.4 底板、腹板及顶板厚度控制措施

浇筑混凝土时,应严格进行分区定人,每个浇筑区明确具体的责任人。拌和站应根据试验室提供的施工配合比进行拌料,不得擅自改变拌和材料用量,确保拌和后的混凝土指标达标,尤其是坍落度[5]。混凝土工在浇筑作业时,禁止擅自加水。底板混凝土在布料和收面时一定要加密测量厚度,并确保平整度达标,避免出现凸凹不平之处。腹板厚度控制是在内模支撑到位后,及时从通风孔处测量腹板厚度,并及时调整不达标的部位,内模丝杠顶紧后做出标志,浇筑混凝土的过程中控制速度过快,并通过标志监控丝杠变化情况。顶板厚度控制:一是整平机轨道一定要调整准确,轨道高度两侧相同,轨面与模板反拱一样呈二次抛物线布置;其次是严格控制混凝土的浇筑速度,避免内模上浮;三是水准测量确定整平机标高时一定要仔细,应换手进行复测,相互进行校核,定位后整平机一定要锁紧,整平机整过后及时用测杆测量顶板厚度,验证整平效果[6]。

3.5 控制措施实施效果

内黄制梁场为了严格落实上述控制措施,进行了详细的分工,每一个检测项目都指定了负责人,在2018年10月30日—11月1日的内黄制梁场国家生产许可证认证中,认证专家严格检验的6片梁的A类项全部合格,B类项也全部合格,产品检验以零缺陷项顺利通过认证如表3所示,肯定了上述控制措施的实施效果。

表3 认证专家检验的6片梁结果统计表Table 3 Statistical table of 6 pieces of beam results checked by certified experts

高速铁路的建成,给大家的快速出行带来了极大的便利,随着我国高速铁路的建设里程不断延长,在平原地区设计的特大桥和预制箱梁也越来越多。文章对高速铁路预制箱梁检验项目的施工质量控制研究很值得一线施工者借鉴,预制箱梁产品检验是箱梁成品验收中的重中之重,每个检验项目的合格与否直接影响到箱梁的成品质量,甚至箱梁的使用寿命[7]。在箱梁各工序施工过程中,应进行科学的质量控制,并把每个检验项目的控制细化到具体的责任人,严格落实控制措施,进而提高预制箱梁的施工质量,为打造中国高铁这张明信片贡献铁路建设者的智慧。