客运专线箱梁预制工法

中铁二十三局集团第五工程有限公司郑西线五项目部

1前言

高速铁路客运专线预制后张法预应力混凝土简支（双线）箱梁以体积大、精度高、变形量低、使用寿命长等特点较之普通铁路梁对施工工艺提出了更高的质量标准和要求。

我项目于2006年9月开始试制生产箱梁，施工过程中组织技术攻关，经过不断摸索和提高，总结出一套客运专线箱梁预制工法，在郑西客运专线渭南渭河特大桥的箱梁预制施工中得到应用，效果良好。

2工法特点

2.1 箱梁钢筋在加工区集中制作；顶板、底腹板钢筋骨架分别在专用预绑平台上绑扎成型，采用自制吊架吊装入模，确保了钢筋制安精度，同时减少了台座占用时间，提高了模板利用率。

2.2 采用定型钢模板，由底模、侧模、内模和端模组成，侧模安装由液压千斤顶配合连接螺杆控制，可调式丝杆调节翼缘板以确保桥面与粱体反拱的一致性；内模板为全液压支撑内模，端模板为上下两块式端模，模板拆装施工简便。

2.3 采用高性能混凝土，改善了混凝土工作性能，便于泵送，提高梁体耐久性，延长使用寿命。

2.4 提梁机进行移梁、装车作业。 2.5 箱梁错层存放，有效节约了土地资源。

2.6 客专箱梁的质量要求高，采用大量新材料、新设备、新工艺。对施工作业人员的操作技术与管理人员的技术理论水平及管理能力的要求都较高，需专门培训。

3适用范围

本工法适用于客运专线箱梁的工厂化预制，类似结构形式的铁路或公路用简支箱梁亦可参考。

4工艺原理

梁体钢筋采用集中加工，底腹板钢筋骨架和顶板钢筋骨架分别在各自的预绑扎模具上绑扎后吊装入模；模板由整体钢底模、纵向滑移整体式钢侧模、液压与机械相结合的全自动钢内模组成；预应力管道采用螺旋金属波纹管成孔；强制式混凝土拌合站搅拌高性能混凝土，输送泵配合布料机浇筑，插入式振捣棒配合附着式高频振动器振捣；采用抹面机抹面；采用棚罩法低温蒸汽养护；预施应力分三次进行（预张拉、初张拉、终张拉）；孔道采用真空一次压浆工艺，微膨胀混凝土封锚；桥面防水层、保护层及防撞墙等桥面系工程，在架梁完毕后，现场进行施工。

严格控制各类梁体使用的原材料质量。采用矿渣粉、粉煤灰双掺技术，以较低的水胶比和较少的水泥用量配制出高性能混凝土，成品梁逐榀进行全面的质量验收和评定，根据验收和评定结果判定该榀箱梁是否合格。

5工艺流程及施工技术控制要点 5.1 工艺流程

图5.1 后张法预应力混凝土箱梁预制工艺流程图

底模板修整、安装支座板并调平、拼装侧模板 钢筋加工

吊装底腹板钢筋骨架

防水层、保护层 产 品 出 厂 静载试验 产品验收 锚具配备 ★对梁全部施加应力 混凝土自然养生 锚具配备 钢束制作 穿入钢绞线、梁体预张拉 脱模板 ★灌注混凝土 预埋件制作 吊装顶板钢筋骨架 内模板整修 安装端模、内模板 底板、顶板钢筋骨架绑扎 混凝土制备 混凝土蒸汽养试件制作 强度＞60%设计强度 锚具配备 梁体初张拉 强度＞80%设计强度 将梁移出生产台位 强度＞100%设计强度、弹模达到要求且龄期不少于10天 试件制作 灰浆制备 切割钢绞线、孔道压浆 梁端混凝土封锚 试件制作 5.2 施工技术控制要点 5.2.1 制、存梁台座

存梁时保证每支点实际反力与四个支点的反力平均值相差不超过±10％或四个支点不平整量不大于2mm，对台座提出了更高的要求。

制、存梁台座一般需对地质情况进行勘测，并据此采取处理措施，确保箱梁预制施工或存放中无不均匀沉降。

我项目采用钻孔灌注桩进行地基处理。每个制梁台座21根桩，桩径1m，桩长25m，采用整体式钢筋混凝土底板基础；存梁台座在梁体的两端四个支点部位采用直径1m，桩长40m的钻孔桩，为保证梁体存放期间各支点受力均衡，避免发生不均沉降在两端的桩基顶部存梁墩台间设置钢筋混凝土系梁。

存梁台座采用高低错台的形式，存梁时相邻两榀梁翼缘板重迭1.6m，大大节约了土地使用面积。

5.2.2 箱粱预制施工 1 钢筋制安

钢筋制作、绑扎与吊装入模应注意以下问题。

1) 严格控制钢筋的下料及弯曲尺寸。宜采用自动化弯曲机，降低人为因素造成的钢筋成型误差。弯制钢筋宜从中部开始，逐步弯向两端，弯钩一次完成。

2) 底腹板、顶板钢筋必须分别在专用预绑平台上绑扎。

图5.2.2-1 底腹板钢筋绑扎

3) 采用与梁体同强度、同寿命的高性能混凝土垫块，必须4个/m均匀布置，绑扎牢固。 4) 钢筋骨架在钢筋绑扎台座上绑扎成型后，吊装过程须专人指挥，吊装时严格遵守吊装作业安全规程。

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2模板的结构及组装与拆除 1)箱梁模板的结构

箱梁模板不论采用何种结构，均应满足梁体外形尺寸的精度要求。我项目箱梁模板由整体钢底模、纵向滑移整体式钢侧模、液压与机械相结合的全自动钢内模组成。模板总体设计上采用侧模靠底模、侧模包端模、端模置于底模上并联结固定的结构形式，并且各部之间可做微调，确保梁体外形精度。详见模板台座截面图5.2.2-3。

图5.2.2-2 钢筋吊装入模

图5.2.2-3 模板台座截面图

2)模板的安装与拆除 a.安装顺序： 清理底模 安装桥面预埋件 吊装顶板钢筋 安装端模 安装侧模，预埋支座钢板和防落梁预埋件 吊装底、腹板钢筋 安装内模 模板的安装过程中应随时量测各部位的尺寸，及时通过顶升千斤顶和调节丝杠进行调节，严格控制梁体外形尺寸。

b.模板拆除顺序： 拆卸外模联接件

当梁体混凝土强度达到60%，梁体混凝土芯部与表层、表层与环境、箱内与箱外温差均不大于15℃，且能保证棱角完整时，方可拆除模板。

混凝土强度达到要求后，松开所有与内模的联接件，微收内模，拆除端模进行预初张拉。预张拉完成后即可拆除模板。

腹板处通风孔预埋管在其对应顶板处混凝土振捣完毕2小时后拔出，顶板及底板处预埋管在其对应位置混凝土二次收面结束后拔出。

3高性能混凝土施工 1)配合比选定

经检测，预防碱－骨料反应、抗冻融循环、抗渗性、抗氯离子渗透、护筋性等五项耐久性指标符合规范要求的C50高性能混凝土施工配合比及主要指标见表5.2.2。

表5.2.2 高性能混凝土施工配合比及主要指标 强度 等级 水泥 （P.O42.5R） 碎石 （5～碎石 （5～中砂 粉煤灰 磨细矿粉 外加剂 水 含气量 坍落度 拆内模 拆端模 拆侧模 10mm） 366kg 25mm） 681kg 728kg 60kg 100kg 5.28kg 145kg 2.8% 18cm C50 320kg 2)混凝土浇筑

混凝土拌制采用自动计量上料系统强制式拌合站进行集中拌合，拌制时间控制在120s左右，含气量2－4％，坍落度控制在16－20cm，采用混凝土罐车配合输送泵泵送灌注工艺，灌注时重点监测含气量、坍落度、入模温度等指标，确保施工性能、耐久性指标满足要求。

混凝土浇筑前，在顶板钢筋沿腹板顶部两侧分别铺宽度约1m蓬布进行遮盖，防止布料时溅浆污染翼缘模板及内模顶板。同时在梁体两端部4.5m范围内钢筋较密的不便于振捣棒振捣的位置，预先插入若干60钢管深入腹板钢筋内部以辅助振捣棒插入振捣。混凝土采用两台地泵配合两台混凝土布料机进行浇筑。布料机布置在梁体跨中的两侧位置，见图5.2.4-1。

布料机 梁体顶面 布料机 图5.2.2-4 布料机布置图

浇筑方式采用斜向分段、水平分层，从梁体一端向另一端推进连续浇筑的方法。浇筑顺序为：水平方向沿梁体纵向分段从一端向另一端布料，布料长度为6－8m厚度约30－50cm；竖直方向先底腹板结合部位，再腹板，后底板，最后浇筑顶板。浇筑顺序见图5.2.2-5、 5.2.2-6。

DBACBA图5.2.2-5 梁体混凝土浇筑断面示意翼缘板层腹板层6底腹板交接层5782140.3-0.5m36-8m图5.2.2-6 梁体混凝土浇筑立面示意分段布料一层，打开相应的附着式振动器进行点振，振动时间约5s，同时采用振捣棒对该层混凝土进行振捣，振捣时间约25s；振动棒振捣采用快插慢提方式，下棒间距30cm～40cm，下棒插入下层混凝土面10cm。

顶板混凝土采用一端向另一端推进的方法进行浇筑，顺桥方向浇筑2－3m即使用提浆整平机跟进进行第一次收面，之后人工二次压光。在箱梁底板顶面，先使用水平尺进行收面，之后再使用灰刀收光。二次压光完成立即覆盖塑料薄膜，待混凝土初凝之后再铺毡布，并在毡布上面浇水，以润湿毡布为度。人工收面时严禁淋水。收面后覆盖塑料薄膜要严密，不得有空缺，润湿毡布时不能用水压直接冲毡布,不能在毡布上出现漫水现象。

附着式振动器开动时间要严格控制，要短振、勤振。插入式振捣棒操作时一定要紧跟布料管及时进行振捣；振捣过程中避免振捣棒直接振捣模板及波纹管；振捣棒要深入到钢筋内，对钢筋较密处充分利用钢管辅助振捣；振动棒振动时间要充分，以混凝土表面不泛浆、不再出现气泡、不下陷为度。施工中要注意与先前浇注的结合部混凝土衔接振捣密实，特别注意加强梁体两端混凝土的振捣。

浇筑过程中当发现混凝土坍落度变化较大，不适宜用于梁体浇筑时要另做处理，不得将该盘混凝土灌入。

浇筑过程中，设备操作人员要熟练操作设备，提高混凝土的输送能力及浇筑质量，保证混凝土的连续浇筑。浇筑时各工位要衔接紧密，尽量缩短混凝土浇筑时间。

图5.2.2-7 粱体灌注现场

4粱体养护

分蒸汽养护和自然养护两个阶段。

梁体混凝土采用养护棚蒸养法。蒸汽养护分静停、升温、恒温、降温共四个阶段。静停时间为：夏季4～6小时；冬季6～8小时；在蒸汽养护过程中，自送汽以后每半小时查温一次，注意调整。温度表的布置不得小于6处，对称布置。其中：跨中处箱内、外各布—个点，两端各一个点。另外两个表布置在混凝土较厚大的端头部分测量混凝土的芯部温度。

蒸养结束，梁体拆模后即进入自然养护，采用喷水系统喷雾养护，洒水次数以混凝土面充分湿润为度；当环境温度低于5℃时，应在预制梁表面喷涂养护剂，采取保温措施，禁止对混凝土洒水。

图5.2.2-8 粱体蒸汽养护

5预应力施工要点

1)张拉前应进行管道摩阻、喇叭口摩阻等预应力瞬时损失测试，据此对张拉控制应力进

行调整。预应力张拉采用两端同步，左右对称四顶张拉，张拉过程中保持两端的伸长量基本一致，并以张拉力控制为主，伸长值作为校核。

2)张拉程序：

0→初应力（张拉控制应力的20%作伸长值标记）→0.4倍控制应力→0.7倍控制应力→1.0倍控制应力（静停5分钟，测量伸长值和锚夹片外露量、记录、计算并校核伸长值）→回油锚固（测回缩量）。

3)预应力按预张拉、初张拉和终张拉三个阶段进行。

4)严格控制张拉控制应力、张拉时间以及二期恒载施加期限是保证将无碴轨道预应力箱梁残余徐变上拱度值控制于限值之内的关键。

6压浆

预应力管道压浆采用真空辅助压浆工艺；同一管道压浆应连续进行，一次完成；浆体严禁掺入氯化物或其它对预应力筋有腐蚀作用的外加剂。

为保证预应力管道内浆体饱满密实，进浆管和出浆管采用带球形阀的橡胶管，压浆完成后将进出浆橡胶管向上弯曲竖立，使初凝过程中管内的储浆能有效的填补因浆体收缩产生的空间，有效预防和避免不饱满现象。

图5.2.2-9 管道压浆工艺

7封锚

端模拆除后先将锚穴四周进行凿毛处理，凿毛深度控制在2-3mm；清除锚垫板表面的灰浆及杂物；利用锚垫板安装孔连接一端带螺纹一端带钩的短钢筋，使之与封锚钢筋连为一体；封锚混凝土一次浇筑完成。

封锚施工中混凝土的密实是关键，否则不能形成对锚具有效防护。自制了手持式平板振动器，保证了混凝土的密实度。如图5.2.8所示：

图5.2.2-10 封端振实工艺

6混凝土季节施工措施

不同季节的气候条件对混凝土的施工影响较大，均需采取针对性措施。 6.1 夏季施工措施

在炎热季节浇筑混凝土时，为保证混凝土入模温度和模板温度不至过高，尽可能安排在傍晚而避开炎热的白天浇筑混凝土；在相对湿度较小、风速较大的环境下浇筑混凝土时，采取适当挡风等措施，防止混凝土失水过快。

对水泥、砂、石的贮存仓、料堆等进行遮阳防晒处理，并在砂石料堆上喷水降温，以便降低原材料进入搅拌机的温度。采用冷却装置冷却拌和水，并对水管及水箱加遮阳和隔热设施，也可在拌和水中加碎冰作为拌和水的一部分。

搅拌站料斗、储水器、皮带运输机、搅拌楼都要尽可能采取遮阳措施，尽量缩短搅拌时间。经常测定混凝土的坍落度，调整混凝土的配合比，以满足施工所必须的坍落度要求。

6.2 冬期施工技术措施

冬期混凝土施工时需进行热工计算，保证混凝土的入模温度不低于5℃。水泥、矿物掺和料、外加剂等在使用前运入暖棚进行自然预热，不得直接加热；水的加热温度控制不高于80℃；混凝土搅拌时间宜较常温施工延长50%左右。

混凝土拌和前用热水冲洗搅拌机鼓筒。混凝土的运输容器设置保温设施。在低温条件下(当昼夜平均气温低于5℃或最低气温低于一3℃时)浇筑混凝土时，采取适当的保温防冻措施，防止混凝土受冻。

图6.2 冬季施工原材料保温棚

7施工用主要材料、机具、设备 序号 1 2 3 4 5 6 7 设备名称及规格 龙门吊 42米跨 45t 龙门吊 42米跨 10t 龙门吊 20米跨 10t 900t轮胎式提梁机 150m³/h拌合机 HBT80混凝土输送泵 混凝土布料机（R=27.7m） 数量（台） 2 1 1 1 2 2 2 1 10 3 1 3 3 4 12 2 5 2 2 40 400 5 备 注 钢筋骨架拼装、内模安装 钢筋绑扎区钢筋半成品搬运 钢筋制作区钢筋原材料、半成品搬运 梁体移存、装车 C50高性能混凝土拌制 梁体混凝土灌注 梁体混凝土灌注 8 汽车吊、QY16, 16t 9 砂轮切割机、G2210A×40 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 钢筋切断机、GQ60 钢筋调直机、GT4-14 钢筋弯曲机、GW60B 钢筋弯曲机、GW40B 钢筋对焊机、UN1-100 交流电焊机、BX1-500 卷扬机、2JJM10, 15kw 卷扬机、5t 空压机、10m/h 装载机、ZL-50A,3m³ 插入式振动棒、ZF7 附着式振动器、HZ-50 平板振动器、2.2KW 323 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 千斤顶，QL16 锅炉、WNS4-2.0Y,4t/h 千斤顶、YCW250B 300t 高压油泵、ZB4-500 掌上型砂轮机 灌浆机、UBL3 真空泵、SZ-2 变压器、630KVA 配电柜、PGL1 动力配电柜、XL-21 电容补偿柜、PGJ1-2 发电机、GKF250 抽水机、SB-25, m3/h 潜水泵、BQ25-50 混凝土搅拌运输车、ICQ6 200 2 10 10 10 2 2 1 3 5 1 1 6 3 6 设备数量根据生产能力要求具体进行配制。 8劳动力组织及生产班次安排

班组名称 钢筋制作工班 钢筋绑扎工班 模型工班 混凝土工班 张拉班 收尾配套工班 机械工班 勤杂班 共 计

具体人数和分组情况视日生产量决定。 9施工安全措施 9.1 现场安全措施

9.1.1 设专职安全员管安全，设置安全标志，在各操作工位、设备周围配备、架立安全标志牌；

9.1.2 施工现场的布置符合防火、防爆、防洪、防雷电等安全规定，现场道路应平整、

人员配备数量 70人 160人 60人 60人 30人 40人 40人 30人 490人 备注 2个组 3个组 2个组 1个组 2个组 3个组 3个组 坚实、保持畅通；设置足够的消防设施。

9.2 用电安全措施

9.2.1 电缆线路采用“三相五线”接线方式，电气设备和电气线路必须绝缘良好，场内架设的电力线路其悬挂高度及线距应符合安全规定，并应架在专用电杆上；

9.2.2 室内配电盘、配电柜前要在绝缘垫，并在安装漏电保护装置。各类电气开关和设备的金属外壳，均要设接地或接零保护；配电箱要能防水、防火、防雨箱内不得存放杂物并应设门加锁，专人管理；

9.2.3 移动的电气设备的供电线，应使用橡套电缆，穿过行车道时，应穿管埋地敷设，破损电缆不得使用。水下电缆应安装漏电保护装置；

9.3 施工机械的安全控制措施

9.3.1 各种机械操作人员和车辆驾驶员，必须持有操作合格证，严禁操作与证件不相符的机械；严禁无证操作，对机械操作人员要建立档案，专人管理。

9.3.2 操作人员必须按照本机说明书规定，严格执行检查保养制度。

9.3.3 严格按施工机具的操作规程操作，禁止超载工作，布料管在模型上下移动时要注意起升高度一定要适当。

10质量标准及控制 10.1 执行标准

本工法严格执行以下标准：铁科技[2004]120号《客运专线预应力混凝土预制梁暂行技术条件》，科技基 [2005]101号《客运专线高性能混凝土暂行技术条件》，铁建设［2005］160号《客运专线铁路桥涵工程施工质量验收暂行标准》，铁建设［2005］160号《铁路混凝土工程施工质量验收补充标准》，TB10415-2003《铁路桥涵工程质量验收标准》，TB10424-2003《铁路混凝土与砌体工程施工质量验收标准》。

10.2 质量控制

质量控制的关键是各种原材料的质量、梁体的外形外观质量、预埋件位置控制、粱体的高性能混凝土的质量、灌注工艺控制、粱体养护控制、预应力控制、压浆质量、吊移梁及存梁状态控制等。

10.2.1 箱梁外观质量应符合表10.2.1的规定。

表10.2.1 箱梁外观质量控制标准

项 目 腹板及底板底面垂直预应力方向的裂纹 1 梁体 桥面保护层、防撞墙、电缆槽竖墙、遮板和封端等五处的裂纹 钢筋混凝土结构 预应力混凝土结构 3 4 5 蜂窝麻面 硬伤掉角 石子堆垒 正常受力状态下的裂纹 施工荷载下的裂纹 正常受力及施工荷载下裂纹 深度、长度 深度、长度 序号 允许值(mm) 不允许 ≤0.2 ≤0.2 ≤0.24 不允许 ≯5、≯10 ≯20、≯30 不允许 2 桥面板 10.2.2 混凝土质量控制标准：

混凝土各种原材料分别计量，按重量计各种材料的计量误差标准为：水泥、粉煤灰、矿碴粉、水、减水剂及其它外加剂准确到±1％；碎石、砂准确到±2％。混凝土施工坍落度控制在16～20cm，含气量为2％－4％。混凝土结构表面应密实平整、颜色均匀，不得有露筋、蜂窝、孔洞、疏松、麻面和缺棱掉角等缺陷。

10.2.3 粱体养护控制要求

表10.2.3 各阶段温度控制要求表

序号 阶段 1 2 静停 养护罩内温度保持5℃以上 说明 3 4 梁体混凝土在灌注完成4h－6h后开始通蒸汽加温，升温速度平均每小时控制在5℃～10℃。 升温 升温速度应视环境温度而定，当环境温度低于15℃时，每小时升温5℃，当环境温度高于15℃时，每小时升温8℃～10℃。 恒温不小于24小时，养护温度不超过45℃，梁体芯部混凝土温度应控制在恒温 60℃以内。 降温速度在每小时8℃～10℃，在升、恒、降温过程中，梁体混凝土芯部、降温 表面、环境温度差异均不超过15℃。 ℃5550454035302520151050静停升温恒温降温56710111213141516171819202122232425262728293031323334353637383940hr 图10.2.3 梁体混凝土蒸养曲线示意图

10.2.4 预应力控制要点

1预应力按预张拉、初张拉和终张拉三个阶段进行。当梁体砼强度大于60%设计强度后,脱去端模、侧模和内模,进行预张拉。

2初张拉在梁体混凝土强度达到设计值80%，按设计的相关规定进行初张拉，初张拉后梁体吊离预制台座。

3 终张拉在梁体砼强度及弹性模量达到设计值后且龄期≥10天时进行。 10.2.5 压浆质量控制

管道压浆待出浆浓度与进浆浓度一致时，才能关闭出浆口并在0.5～0.6 Mpa压力下持压5分钟，30分钟后卸拔胶管，不得有水泥浆反溢现象；真空泵最高输浆压力不超过－0.6Mpa，保证压入管道内水泥浆饱满密实为准。连续一次灌满或间隔间时不得超过30分钟。

10.2.6 吊移梁及存梁控制

运输和存梁时均应保证每支点实际反力与四个支点的反力平均值相差不超过±10％或四个支点不平整量不大于2mm。

10.2.7 梁体上拱度控制

无碴桥面梁终张拉56天梁体徐变上拱值应控制在±10mm以内。 11效益分析

11.1本工法的开发运用，为国内高速铁路客运专线双线箱形梁的预制施工积累了成功经验。

11.2 采用“一配二”（一套侧内模配两套底模）模板工装，蒸养至强度的60％，进行三阶段张拉；充分提高了模板的周转利用率，节约了大量的水电和燃料。原配5套侧内模和10套底模的设计生产能力为40榀/月，使用现工法月生产能力可达45榀。

11.3 采用该工法施工的箱粱表面光洁度好，色泽均匀，粱体感观质量好，混凝土内实外美。

12工程应用实例

郑西铁路客运专线ZXZQ05标段中渭南渭河特大桥全长70余千米，中铁二十三局集团第五工程有限公司郑西线五项目部承担其中544榀无碴轨道后张法预应力混凝土简支（双线）箱粱的预制任务。项目按本工法施工，情况如下：

12.1 2006年3月底进场，于2006年9月9日生产出第一榀31.5m箱粱，2007年1月29日取得生产许可证。

12.2 截至目前累计预制箱粱99榀均采用该工法，外观质量和施工进度均达到了理想的效果。

12.3 安全生产。在施工过程中无一起安全事故。

执笔人：常 琨 黄 静 唐昌华