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【摘 要】京沪高速铁路作为新中国成立以来一次建设里程最长,投资最大,标准最高的高速铁路。其无砟轨道底座为整体,中间没有设置伸缩缝或间缝,为平衡混凝土水化热产生的预应力和温度应力,在施工时对底座板进行段落划分,设置后浇带,分段浇筑,最后通过张拉和浇筑后浇带,使底座板连成整体,笔者有幸参加了京沪高速铁路的建设,在此就无砟轨道底座板段落划分、张拉及后浇带施工情况进行如下总结。
【关键词】京沪高铁;无砟轨道;底座板;段落划分;张拉;后浇带
1、工程概况
京沪高速铁路自北京南站西端南侧引出,终到上海虹桥高速站,总长1318km,是我国第一条按高速铁路标准设计并命名的时速300~350公里的建设项目,工程以自主知识产权为主,大量采用新技术,科技含量高,质量要求严。我工区负责施工淮河特大桥2 DK781+881~DK801+312段CRTSII型板式无砟轨道铺装工程,全长19.43km,起讫墩号为392#墩~995#墩,共计603跨。
2、后浇带和端刺的定义及作用
后浇带的作用是:为了避免浇灌混凝土时由于混凝土水化热而产生的强制力传入桥梁支座和桥墩;所有后浇带是在底座板混凝土硬化过程结束后再浇注,完后使整个底座板形成一个整体,不留伸缩缝或间缝。后浇带分为钢板后浇带(BL1)及剪力齿槽后浇带(BL2)。
端刺、临时端刺的作用:为了消散底座板混凝土应力,在桥两端路基上设置端刺,称之为常规端刺,因此整个底座板的现场浇筑施工是从端刺到端刺贯穿于整座桥,底座板是端刺到端刺间每个混凝土浇筑段通过后浇带连接起来的,在后浇带连接之前每个混凝土浇筑段都是独立的。考虑到混凝土温度应力等因素的影响,端刺之间的后浇带连接浇筑是有时间限制的,即:24 h 内必须连接完、48h 内混凝土浇筑完。这种无砟轨道结构与施工技术引进于德国,但在德国该技术主要应用于短桥上的施工,其端刺间距离短,后浇带数量少,后浇带连接浇筑不受时间等因素的影响;由于京沪高速铁路工程每座特大桥都有十几甚至几十千米长(比如说我们施工的淮河特大桥全长80多公里),其后浇带有上千个,在这种特大桥上要求48 h 内完成后浇带施工困难很大。为解决此难题,结合京津城际客运专线的施工经验,将底座板分成若干区段(长桥短做),这些区段我们称之为常规区,在每个常规区之间设置一个临时端刺,其长度800m左右,用来暂时代替桥两端路基上常规端刺,我们称此端刺为临时端刺。这样特大桥上的底座板就由“常规端刺-常规区-临时端刺-常规区---常规端刺”组成。
桥上的临时端刺是底座板的一部分。临时端刺长约800 米,待浇筑后通过大概位于临时端刺中间位置的两个剪力齿槽与桥梁固定。这就是说,在已浇筑的剪力齿槽(BL2)前后,剩余的剪力齿槽还不起作用。作为临时端刺的底座板在这些区域由于温度变化,能够在桥梁纵向发生收缩。
临时端刺的固定作用主要通过与桥梁间的摩擦实现。临时端刺范围内的摩擦力沿纵向分配作用于多跨桥梁上,通过位于临时端刺中部的剪力齿槽(BL2)也起到纵向抵抗作用。该抵抗力可以阻止底座板常规区的变形并且使底座板常规区的温度变形逐渐减小。这样,常规区铺设完成的无砟轨道则被固定如同在桥台后端刺处被固定一样。
3、底座板段落划分原则
(1)底座板施工单元划分应统一筹划设计,每个施工单元至少1880m(780+320 +780),一般4~5km为宜。
(2)常规区与临时端刺布设
常规区为长度不限,但至少10跨梁,常规区分段长度不大于150m,每段之间在跨中采用钢板连接器连接,浇筑时预留50cm宽后浇带,称为钢板连接器后浇带(BL1)。根据分段长度不同,常规区分为两种型式:当分段长度大于两跨梁时,底座板与梁端齿槽只进行钢筋连接,浇筑时预留66cm宽后浇带,称之为剪力齿槽后浇带(BL2);当分段长度为一跨时,底座板在梁端齿槽处一次浇筑。
临时端刺≥780米,为一与桥面临时无剪切连接的底座板结构,对称分布于常规区前后两侧,临时端刺分五段,从靠近常规区一侧起依次为~220m,~220m,~100m, ~130m,~130m,各段之间逢跨中采用钢板连接器连接,在临时端刺中依次命名为K0,J1,J2,J3,J4,K1。临时端刺在梁端齿槽设剪力齿槽后浇带。
(3)底座板划分原则
①钢板后浇带与轨道板缝重合时适当移动后浇带位置70cm;
②常规区两个相邻后浇带之间距离不大于150m;
③临时端刺不能设置在连续梁上,且距连续梁至少两孔梁;
④左右线临时端刺布置要错开两孔梁;
⑤钢板连接器与剪力齿槽间距≤75m;
⑥未与梁剪切连接的长度≤150m;
⑦钢板连接器距高强挤塑板间距≥5m。
4、我施工管段底座板段落划分情况
我单位施工管段全长19.43km,共划分为7个施工单元,其中管段两端的施工单元与其相交的施工单位共用一个临时断刺区。下图为我管段左线底座板单元划分设计示意图:
5、底座板纵连与后浇带混凝土浇筑
5.1 临时端刺与常规区的第一次纵连与后浇带混凝土浇筑
5.1.1 底座板温度 < 锁定温度
(1)纵连
第一步:连接临时端刺应选择在底座板温度尽可能接近锁定温度(例如+20°C)时进行。
临时端刺纵连当天,从临时端刺的自由端开始,依次拧紧钢板连接器后浇带(J4 到J1)的所有锚固螺母。之后临时端刺才具备了承载能力(抗拉和抗压)。
第二步:接着在常规区按构件温度张拉钢板连接器的螺母。它的操作顺序是,首先张拉常规区中靠近临时端刺的前2 个钢板连接器后浇带。 第三步:根据张拉行程,再张拉临时端齿与常规区之间的钢板连接器后浇带K0。
第四步:根据张拉行程,再张拉钢板连接器后浇带J1和J2。其余常规区钢板连接器后浇带的纵连可与之同时进行。
为了保证使临时端刺自由端到钢板连接器后浇带J3区段的摩擦力起作用,钢板连接器后浇带J3须少量张拉(约为钢板连接器后浇带J2张拉行程的1/3)。
(2)底座板后浇带的浇筑
第一步:纵连后浇筑常规区内的所有钢板连接器后浇带(BL1)及临时端刺中的钢板连接器后浇带K0和J1。
第二步:在底座板纵连后,常规区齿槽后浇带BL2通常也应该尽可能快地进行浇筑。但是当纵连是在底座板温度小于锁定温度的情况下进行时,在齿槽后浇带BL2能够进行浇筑前,必须先等待一定的时间。这是让混凝土浇筑段内(约160m)的应力均衡化所必须的。下表列出了相应的等待时间:
纵连时底座板温度T所处区间 纵连后,在后浇带能够浇筑前所需的等待时间
+5≤T≤+10 5天
+11≤T≤+15 3天
+16≤T≤+19 24小时
+20≤T≤+30 不需要等待
纵连三天到五天后,浇筑位于临时端刺中部的两个齿槽后浇带。左右线的齿槽后浇带的浇筑应该错开两跨梁的长度进行。
5.1.2 在锁定温度≤底座板温度≤30℃
(1)纵连
当底座板温度Ti处于锁定温度和+30℃之间(例如:+20℃≤Ti≤+30℃),钢板连接器后浇带的锚固螺母就不需要进行张拉,只需要拧紧到钢板上,然后把钢板另一侧的锚固螺母也拧紧(张拉行程=0)。在拧紧过程中扭力扳手的扭矩应该≥450NM。
第一步:连接临时端刺应选择在底座板温度尽可能接近锁定温度(例如+20℃)时进行。
钢板连接器后浇带连接当天,从临时端刺的自由端开始,依次拧紧钢板连接器后浇带中的所有锚固螺母。于是临到端刺就具备了承载能力(抗拉和抗压)。
第二步:接着把K0并从K0开始把常规区的所有钢板连接器后浇带的锚固螺母拧紧。
施工至此,常规区与临时端刺已经纵连完成。纵连应该在24小时内完成(温差小)。
如果常规区另一端也与临时端刺相连时,另一端的纵连顺序一样。在这种情况下,常规区的钢板连接器后浇带从左右两端向中心对称连接。
(2)底座板后浇带的浇筑
第一步:纵连完成后,浇筑常规区内的所有钢板连接器后浇带BL1以及临时端刺中的钢板连接器后浇带K0和J1。此外常规区内的齿槽后浇带BL2也可以浇筑。
第二步:纵连完成三天到五天后,浇筑位于临时端刺中部的两个齿槽后浇带。左右线的齿槽后浇带应错开梁跨梁的长度进行浇筑。
5.2 和下一施工段的纵向连接
与一侧已经纵连完毕的临时端刺相邻的下一个底座板施工段完成后,可以连接临时端刺和这个新的底座板施工段,于是两个施工段合二为一为一个大的施工段。这项施工的前提是,新的底座板施工段末端需为常规端刺或临时端刺。在这种情况下,新常规区左右两端的钢板连接器后浇带按中心对称顺序从两端向中心连接。
1.在底座板温度<锁定温度
(1)纵连
第一步:由于临时端刺区域的混凝土浇筑段已经纵连,只需要根据构件温度先张拉常规区前2个钢板连接器后浇带的锚固螺母。
第二步:再根据相应的张拉行程张拉临时端刺与常规区之间的钢板连接器后浇带K1。
第三步:接着张拉钢板连接器后浇带J4~J2。
新施工段其余钢板连接器后浇带的连接可与之同时进行。连接临时端刺应选择底座板温度尽可能接近锁定温度时进行。
(2)浇筑
第一步:纵连完成后,浇筑常规区内的所有钢板连接器后浇带BL1及临时端刺中的钢板连接器后浇带K1、J4到J2。
第二步:在底座板纵连后,常规区齿槽后浇带BL2通常应该在浇筑段纵连后尽可能快地进行浇筑。但是当纵连是在底座板温度小于锁定温度的情况下进行时,在后浇带BL2能够浇筑前,必须先等一段时间。这是让混凝土浇筑段内(约160m)的应力均衡化所必须的。下表列出了相应的等待时间:
纵连时底座板温度T所处区间 纵连后,在后浇带能够浇筑前所需的等待时间
现在临时端刺区域的底座板成为了连续板带,不能再移动。
第三步:纵连完成10天后,浇筑所有原临时端刺中的齿槽后浇带。
2.在锁定温度≤底座板温度≤30℃
(1)纵连
当底座板温度Ti处于锁定温度和+30℃之间(例如:+20℃≤Ti≤+30℃),钢板连接器后浇带的锚固螺母就不需要进行张拉,而是直接拧紧到钢板上,然后把钢板另一侧的锚固螺母也拧紧(张拉行程=0)。在拧紧过程中扭力扳手的扭矩应该≥450NM。
纵连顺序与之前说法相反,表述如下:
第一步:接着把K1并从K1开始把常规区的所有钢板连接器后浇带的锚固螺母拧紧。
第二步:再根据计算的张拉行程连接临时端刺与常规区之间的钢板连接器后浇带K1。
第三步:再张拉钢板连接器后浇带J4~J2。
新施工段其余钢板连接器后浇带的连接可与之同时进行。连接原临时端刺应选择在底座板温度尽可能接近锁定温度时进行。
施工至此,常规区与临时端刺已经纵连完成。纵连应该在24小时内完成(温差小)。
(2)底座板后浇带浇筑
第一步:纵连完成后,浇筑常规区内所有的钢板连接器后浇带BL1以及临时端刺中钢板连接器后浇带K1、J4、到J2。此外常规区内齿槽后浇带BL2也可以进行浇筑。
现在临时端刺区域的底座板已经成为连续的板带,不能再移动。
第二步:纵连完成3天后,浇筑所有原临时端刺的齿槽后浇带BL2。
【关键词】京沪高铁;无砟轨道;底座板;段落划分;张拉;后浇带
1、工程概况
京沪高速铁路自北京南站西端南侧引出,终到上海虹桥高速站,总长1318km,是我国第一条按高速铁路标准设计并命名的时速300~350公里的建设项目,工程以自主知识产权为主,大量采用新技术,科技含量高,质量要求严。我工区负责施工淮河特大桥2 DK781+881~DK801+312段CRTSII型板式无砟轨道铺装工程,全长19.43km,起讫墩号为392#墩~995#墩,共计603跨。
2、后浇带和端刺的定义及作用
后浇带的作用是:为了避免浇灌混凝土时由于混凝土水化热而产生的强制力传入桥梁支座和桥墩;所有后浇带是在底座板混凝土硬化过程结束后再浇注,完后使整个底座板形成一个整体,不留伸缩缝或间缝。后浇带分为钢板后浇带(BL1)及剪力齿槽后浇带(BL2)。
端刺、临时端刺的作用:为了消散底座板混凝土应力,在桥两端路基上设置端刺,称之为常规端刺,因此整个底座板的现场浇筑施工是从端刺到端刺贯穿于整座桥,底座板是端刺到端刺间每个混凝土浇筑段通过后浇带连接起来的,在后浇带连接之前每个混凝土浇筑段都是独立的。考虑到混凝土温度应力等因素的影响,端刺之间的后浇带连接浇筑是有时间限制的,即:24 h 内必须连接完、48h 内混凝土浇筑完。这种无砟轨道结构与施工技术引进于德国,但在德国该技术主要应用于短桥上的施工,其端刺间距离短,后浇带数量少,后浇带连接浇筑不受时间等因素的影响;由于京沪高速铁路工程每座特大桥都有十几甚至几十千米长(比如说我们施工的淮河特大桥全长80多公里),其后浇带有上千个,在这种特大桥上要求48 h 内完成后浇带施工困难很大。为解决此难题,结合京津城际客运专线的施工经验,将底座板分成若干区段(长桥短做),这些区段我们称之为常规区,在每个常规区之间设置一个临时端刺,其长度800m左右,用来暂时代替桥两端路基上常规端刺,我们称此端刺为临时端刺。这样特大桥上的底座板就由“常规端刺-常规区-临时端刺-常规区---常规端刺”组成。
桥上的临时端刺是底座板的一部分。临时端刺长约800 米,待浇筑后通过大概位于临时端刺中间位置的两个剪力齿槽与桥梁固定。这就是说,在已浇筑的剪力齿槽(BL2)前后,剩余的剪力齿槽还不起作用。作为临时端刺的底座板在这些区域由于温度变化,能够在桥梁纵向发生收缩。
临时端刺的固定作用主要通过与桥梁间的摩擦实现。临时端刺范围内的摩擦力沿纵向分配作用于多跨桥梁上,通过位于临时端刺中部的剪力齿槽(BL2)也起到纵向抵抗作用。该抵抗力可以阻止底座板常规区的变形并且使底座板常规区的温度变形逐渐减小。这样,常规区铺设完成的无砟轨道则被固定如同在桥台后端刺处被固定一样。
3、底座板段落划分原则
(1)底座板施工单元划分应统一筹划设计,每个施工单元至少1880m(780+320 +780),一般4~5km为宜。
(2)常规区与临时端刺布设
常规区为长度不限,但至少10跨梁,常规区分段长度不大于150m,每段之间在跨中采用钢板连接器连接,浇筑时预留50cm宽后浇带,称为钢板连接器后浇带(BL1)。根据分段长度不同,常规区分为两种型式:当分段长度大于两跨梁时,底座板与梁端齿槽只进行钢筋连接,浇筑时预留66cm宽后浇带,称之为剪力齿槽后浇带(BL2);当分段长度为一跨时,底座板在梁端齿槽处一次浇筑。
临时端刺≥780米,为一与桥面临时无剪切连接的底座板结构,对称分布于常规区前后两侧,临时端刺分五段,从靠近常规区一侧起依次为~220m,~220m,~100m, ~130m,~130m,各段之间逢跨中采用钢板连接器连接,在临时端刺中依次命名为K0,J1,J2,J3,J4,K1。临时端刺在梁端齿槽设剪力齿槽后浇带。
(3)底座板划分原则
①钢板后浇带与轨道板缝重合时适当移动后浇带位置70cm;
②常规区两个相邻后浇带之间距离不大于150m;
③临时端刺不能设置在连续梁上,且距连续梁至少两孔梁;
④左右线临时端刺布置要错开两孔梁;
⑤钢板连接器与剪力齿槽间距≤75m;
⑥未与梁剪切连接的长度≤150m;
⑦钢板连接器距高强挤塑板间距≥5m。
4、我施工管段底座板段落划分情况
我单位施工管段全长19.43km,共划分为7个施工单元,其中管段两端的施工单元与其相交的施工单位共用一个临时断刺区。下图为我管段左线底座板单元划分设计示意图:
5、底座板纵连与后浇带混凝土浇筑
5.1 临时端刺与常规区的第一次纵连与后浇带混凝土浇筑
5.1.1 底座板温度 < 锁定温度
(1)纵连
第一步:连接临时端刺应选择在底座板温度尽可能接近锁定温度(例如+20°C)时进行。
临时端刺纵连当天,从临时端刺的自由端开始,依次拧紧钢板连接器后浇带(J4 到J1)的所有锚固螺母。之后临时端刺才具备了承载能力(抗拉和抗压)。
第二步:接着在常规区按构件温度张拉钢板连接器的螺母。它的操作顺序是,首先张拉常规区中靠近临时端刺的前2 个钢板连接器后浇带。 第三步:根据张拉行程,再张拉临时端齿与常规区之间的钢板连接器后浇带K0。
第四步:根据张拉行程,再张拉钢板连接器后浇带J1和J2。其余常规区钢板连接器后浇带的纵连可与之同时进行。
为了保证使临时端刺自由端到钢板连接器后浇带J3区段的摩擦力起作用,钢板连接器后浇带J3须少量张拉(约为钢板连接器后浇带J2张拉行程的1/3)。
(2)底座板后浇带的浇筑
第一步:纵连后浇筑常规区内的所有钢板连接器后浇带(BL1)及临时端刺中的钢板连接器后浇带K0和J1。
第二步:在底座板纵连后,常规区齿槽后浇带BL2通常也应该尽可能快地进行浇筑。但是当纵连是在底座板温度小于锁定温度的情况下进行时,在齿槽后浇带BL2能够进行浇筑前,必须先等待一定的时间。这是让混凝土浇筑段内(约160m)的应力均衡化所必须的。下表列出了相应的等待时间:
纵连时底座板温度T所处区间 纵连后,在后浇带能够浇筑前所需的等待时间
+5≤T≤+10 5天
+11≤T≤+15 3天
+16≤T≤+19 24小时
+20≤T≤+30 不需要等待
纵连三天到五天后,浇筑位于临时端刺中部的两个齿槽后浇带。左右线的齿槽后浇带的浇筑应该错开两跨梁的长度进行。
5.1.2 在锁定温度≤底座板温度≤30℃
(1)纵连
当底座板温度Ti处于锁定温度和+30℃之间(例如:+20℃≤Ti≤+30℃),钢板连接器后浇带的锚固螺母就不需要进行张拉,只需要拧紧到钢板上,然后把钢板另一侧的锚固螺母也拧紧(张拉行程=0)。在拧紧过程中扭力扳手的扭矩应该≥450NM。
第一步:连接临时端刺应选择在底座板温度尽可能接近锁定温度(例如+20℃)时进行。
钢板连接器后浇带连接当天,从临时端刺的自由端开始,依次拧紧钢板连接器后浇带中的所有锚固螺母。于是临到端刺就具备了承载能力(抗拉和抗压)。
第二步:接着把K0并从K0开始把常规区的所有钢板连接器后浇带的锚固螺母拧紧。
施工至此,常规区与临时端刺已经纵连完成。纵连应该在24小时内完成(温差小)。
如果常规区另一端也与临时端刺相连时,另一端的纵连顺序一样。在这种情况下,常规区的钢板连接器后浇带从左右两端向中心对称连接。
(2)底座板后浇带的浇筑
第一步:纵连完成后,浇筑常规区内的所有钢板连接器后浇带BL1以及临时端刺中的钢板连接器后浇带K0和J1。此外常规区内的齿槽后浇带BL2也可以浇筑。
第二步:纵连完成三天到五天后,浇筑位于临时端刺中部的两个齿槽后浇带。左右线的齿槽后浇带应错开梁跨梁的长度进行浇筑。
5.2 和下一施工段的纵向连接
与一侧已经纵连完毕的临时端刺相邻的下一个底座板施工段完成后,可以连接临时端刺和这个新的底座板施工段,于是两个施工段合二为一为一个大的施工段。这项施工的前提是,新的底座板施工段末端需为常规端刺或临时端刺。在这种情况下,新常规区左右两端的钢板连接器后浇带按中心对称顺序从两端向中心连接。
1.在底座板温度<锁定温度
(1)纵连
第一步:由于临时端刺区域的混凝土浇筑段已经纵连,只需要根据构件温度先张拉常规区前2个钢板连接器后浇带的锚固螺母。
第二步:再根据相应的张拉行程张拉临时端刺与常规区之间的钢板连接器后浇带K1。
第三步:接着张拉钢板连接器后浇带J4~J2。
新施工段其余钢板连接器后浇带的连接可与之同时进行。连接临时端刺应选择底座板温度尽可能接近锁定温度时进行。
(2)浇筑
第一步:纵连完成后,浇筑常规区内的所有钢板连接器后浇带BL1及临时端刺中的钢板连接器后浇带K1、J4到J2。
第二步:在底座板纵连后,常规区齿槽后浇带BL2通常应该在浇筑段纵连后尽可能快地进行浇筑。但是当纵连是在底座板温度小于锁定温度的情况下进行时,在后浇带BL2能够浇筑前,必须先等一段时间。这是让混凝土浇筑段内(约160m)的应力均衡化所必须的。下表列出了相应的等待时间:
纵连时底座板温度T所处区间 纵连后,在后浇带能够浇筑前所需的等待时间
现在临时端刺区域的底座板成为了连续板带,不能再移动。
第三步:纵连完成10天后,浇筑所有原临时端刺中的齿槽后浇带。
2.在锁定温度≤底座板温度≤30℃
(1)纵连
当底座板温度Ti处于锁定温度和+30℃之间(例如:+20℃≤Ti≤+30℃),钢板连接器后浇带的锚固螺母就不需要进行张拉,而是直接拧紧到钢板上,然后把钢板另一侧的锚固螺母也拧紧(张拉行程=0)。在拧紧过程中扭力扳手的扭矩应该≥450NM。
纵连顺序与之前说法相反,表述如下:
第一步:接着把K1并从K1开始把常规区的所有钢板连接器后浇带的锚固螺母拧紧。
第二步:再根据计算的张拉行程连接临时端刺与常规区之间的钢板连接器后浇带K1。
第三步:再张拉钢板连接器后浇带J4~J2。
新施工段其余钢板连接器后浇带的连接可与之同时进行。连接原临时端刺应选择在底座板温度尽可能接近锁定温度时进行。
施工至此,常规区与临时端刺已经纵连完成。纵连应该在24小时内完成(温差小)。
(2)底座板后浇带浇筑
第一步:纵连完成后,浇筑常规区内所有的钢板连接器后浇带BL1以及临时端刺中钢板连接器后浇带K1、J4、到J2。此外常规区内齿槽后浇带BL2也可以进行浇筑。
现在临时端刺区域的底座板已经成为连续的板带,不能再移动。
第二步:纵连完成3天后,浇筑所有原临时端刺的齿槽后浇带BL2。