和若铁路预制装配式桥墩建造技术研究.pdf

文章编号:()收稿日期:基金项目:中国铁路总公司科技研究开发计划项目()作者简介:方桂芬()女安徽桐城人正高级工程师硕士主要研究方向为桥梁工程结构设计:.引文格式:方桂芬杨少军郑继平.和若铁路预制装配式桥墩建造技术研究.铁道建筑技术():.和若铁路预制装配式桥墩建造技术研究方桂芬 杨少军 郑继平(中铁第一勘察设计院集团有限公司 陕西西安)摘 要:和若铁路预制装配式桥墩采用双柱式圆形空心墩结构实现了拼装式桥墩的构件轻量化满足当地的吊装能力及运输条件减小了接缝数量提高了结构耐久性 桥墩采用预应力钢束连接提高了拼装速度实现了桥墩施工现场零浇筑发挥了预制装配式结构的优势对传统的自沉式 锚及 自锁式锚具进行试验研究验证了两种锚固方式的可靠性为今后两种锚具在装配式桥墩上的应用提供技术支持提出铁路桥梁盖梁、墩身、承台及桩基预制拼装化结构确定了连接方式、施工工艺及拼装方法初步探索铁路桥梁下部结构全预制技术 对不同的连接方式、桥墩的拟静力抗震性能、施工工艺等开展实尺试验研究 预制装配式桥墩研究成果应用在和若铁路 个桥墩中为预制装配式桥墩在铁路桥梁上的应用积累经验关键词:装配式桥墩 连接方式 锚固方式 临时固结中图分类号:.文献标识码:./.(.):.:引言随着我国工业化水平的提高、劳动人口数量的降低以及自然环境保护的压力传统的粗放式建筑施工方法已不再适应我国的发展需要装配式建筑由于采用工厂标准化施工、机械化安装具备大幅降低对自然环境的影响有效减小施工人员的数量快速完成施工等优点而逐渐被工程界重视和应用早在 年国务院办公厅就发布了国务院办公厅关于大力发展装配式建筑的指导意见(国办发号)年住建部制定并印发了“十三五”装配式建筑行动方案明确规定了全国新建建筑中装配式建筑指标推进我国建筑装配化发展 目前城市建筑装配化发展迅速各地都规定了装配化建筑指标其中北京到 年装配化建筑占新建建筑比率预计达 桥梁工程建设中梁部装配式技术的应用已非常成熟目前公路及铁路桥梁中小跨度简支梁梁部均采铁道建筑技术 ()方桂芬 等:和若铁路预制装配式桥墩建造技术研究用工厂化施工运至现场进行架桥机架设实现桥梁梁部快速施工桥墩由于受线路标高、桥梁跨度、结构受力特点、工程环境等因素的影响和制约桥墩标准化施工较难发展较慢 近年来公路城市桥梁建设中桥墩装配式技术发展迅速如上海 沪翔高速公路、公路湖南长沙湘府路快速化改造工程等都采用预制装配化桥墩实现快速施工、减小桥梁施工对城市交通的影响我国铁路桥墩预制装配化与城市桥梁相比应用历史悠久但发展缓慢自 年来我国铁路建设逐渐开展预制装配式桥墩的研究和应用目前京雄高铁、和若铁路及郑济高铁建设中都对装配式桥墩进行了相应的研究和试点应用 工程概况和若铁路全长.东起新疆巴音郭楞蒙古自治州若羌县西至和田地区和田市单线设计时速 和若铁路沿着世界第二大流动沙漠(塔克拉玛干沙漠)南缘走行沿途人烟稀少、自然环境恶劣昼夜温差大降雨量小、蒸发量大属极度干旱地区恶劣的自然条件给现场施工带来困难养护条件差工程质量无法保证 且和若铁路常规简支梁(、)占比 以上铁路沿线起伏较小墩高较低其中小于 的桥墩约 通过调查当地运输及吊装能力有限 主要运输通道为 国道是南疆地区唯一一条重要国道且已投用多年桥涵构筑物使用等级已下降根据公路管理规定车货总高度超过 、总质量超过 须办理超限货物运输许可证 由于吊装能力的限制构件最大重量不宜超过 恶劣的自然环境以及单一可标准化的桥墩形式使装配化技术的应用优势明显 但当地的运输条件及吊装能力对装配化技术的应用提出挑战 结构形式研究传统的铁路桥梁在墩高不大于 时一般采用圆端形实体桥墩桥墩受力特点为刚度大在正常运营情况下桥墩属小偏心受压构件即全截面受压 但和若铁路由于当地吊装能力有限如果直接采用通用参考图进行装配式施工当墩身高度为 时桥墩须分成 段 过多的节段数量不仅增加装配式桥墩的施工难度、影响施工质量还因为接缝是装配式桥墩的薄弱环节而影响桥墩的耐久性 因此通用参考图中的桥墩结构形式不能直接应用于装配式桥墩经过比选研究最终将独柱式桥墩离散优化为圆形空心双柱式桥墩如图 所示 当墩高 时墩身直径.壁厚.墩身整体预制仅在墩顶与盖梁、墩底与承台处设两道接缝当墩高 时墩身直径 壁厚.墩身分为两个节段为了提高桥墩预制标准化墩身下节段长度保持 不变上节段随墩高变化而变 盖梁横向宽.纵向宽.优化后的预制装配桥墩盖梁吊重 墩身节段最大吊重 图 铁路装配式桥墩(单位:)连接方式研究.接缝连接方式预制装配式桥墩目前较常用的连接方式有湿接缝连接、灌浆套筒连接及预应力连接前两种连接方式的桥墩受力性能与现浇桥墩接近抗震性能也不弱于现浇桥墩预应力连接桥墩承载能力及延性指标与现浇墩相当且有黏结预应力连接桥墩具有较好的自复位能力但耗能较差广州大学对和若铁路预应力钢束浅槽式连接(墩高 )、预应力钢束承插式连接(墩高 )以及灌浆套筒连接(墩高)进行了现场实尺拟静力抗震试验研究及实验室缩尺抗震试验研究其中承插式连接与浅槽式连接的不同点在于承插式连接钢束锚固端设置在桥墩底部浅槽式连接锚固端设置在承台内(见图)图 承插式连接及浅槽式连接(单位:)铁道建筑技术 ()方桂芬 等:和若铁路预制装配式桥墩建造技术研究研究结果表明三种连接方式在 度及 度地震作用下桥墩均处于弹性工作状态三种连接方式破坏均出现在接缝处灌浆套筒连接接缝处出现滑移错动墩底出现的“摇摆柱”耗能结构保护了上部桥墩结构滞回曲线较饱满承插式及浅槽式连接以接缝处混凝土压碎破坏为主要破坏特征滞回环相对不饱满残余变形小自复位能力较强三种连接方式骨架曲线没有明显的区别浅槽式及承插式连接强度退化较慢湿接缝连接以及承插式连接需要现场浇筑和养护但和若铁路昼夜温差大、现场养护困难湿接缝的施工质量难以保证灌浆套筒连接适用于重力式桥墩及一般钢筋混凝土桥墩和若铁路预制装配式桥墩由于减小了桥墩截面尺寸截面受力由小偏心受压变成大偏心受压因此为了减小混凝土开裂对墩身截面的削弱保证桥墩截面刚度选用全预应力拼装连接钢束浅槽式连接通过张拉钢束使桥墩在运营荷载作用下全截面受压如图 所示图 预应力钢束浅槽式连接(单位:)每个墩柱对称布置 根预应力钢绞线墩高小于 时预应力钢束规格为.钢绞线其余墩高采用.钢绞线采用金属波纹管成孔张拉预应力钢束后进行管道压浆.锚具形式对两种锚具形式进行了抗拉拔试验研究分别是自沉式 锚及 自锁式锚具(见图)图 自沉式 锚及自锁式锚具现场试验自沉式 锚是将钢束锚固在锚垫板上构造简单施工时将带钢束的锚固端预埋于承台内桥墩节段运至现场后须逐个穿束施工待桥墩及盖梁吊装就位后张拉预应力钢束完成桥墩的连接自锁式锚具的固定端锚具、张拉端锚具及索体是分离结构固定端锚具预埋在承台内张拉端锚具预埋在盖梁内桥墩及盖梁吊装就位后将带有导向头的索体由张拉端缓慢下放待导向头到达锚固端时固定端锚具的滑块自动扩大待导向头通过滑块后滑块自动收缩回拢完成对索体的锚固自锁式锚具目前在上海 公路、宁波舟山港通道等公路工程中已有应用两种锚具的抗拉拔试验结果显示自沉式 锚锚固深度.自锁式锚具锚固深度.时即可满足锚固要求 两种钢束锚固形式的优缺点如表 所示综合比选选用自沉式 锚表 自沉式 锚与自锁式锚具优缺点一览表类别优点缺点自沉式 锚制作简单造价低不需要额外增加预应力管道尺寸施工时索体与锚具要同时安装索体容易锈蚀、磨损施工时穿束难度较大自锁式锚具拼装桥墩时不需要穿索施工简单造价高预应力管道较大须格外增加桥墩壁厚对管道施工精度要求高 临时固结及吊装措施 图 现场临时固结.临时固结(见图)墩身节段及盖梁在吊装就位过程中由于尚未张拉预应力钢束属可变体系应采用有效的临时固结措施保证桥墩稳定和施工安全临时固结措施应遵循操作简单、安全可靠、便于拆除的原则和若铁路墩身节段之间采用槽钢与钢棒实现快速临时连接在接缝处上、下墩身节段通风孔内预埋钢管通风孔外密贴安装槽钢槽钢通过穿过通风孔的钢棒螺栓连接铁道建筑技术 ()方桂芬 等:和若铁路预制装配式桥墩建造技术研究.吊装措施水平吊装时每个墩身节段设置 个吊点吊点设置在距离端部.(为节段长度)处每个吊点处采用.钢绞线套在穿过吊装孔的钢棒上竖向吊装时利用端部交错布置的 组吊装孔或通风孔用 组.钢绞线套在穿过吊装孔的钢棒上如图 所示图 水平及竖向吊装设计 全预制下部结构探索研究.预制装配式承台全预制下部结构即桥墩、承台及桩基均采用预制装配技术和若铁路对预制桥墩、承台及其与预制管桩的连接进行了研究和实尺试验预制承台为了减小吊装重量分成两片承台分块设计时应综合考虑桩基位置、桥墩位置、吊装重量及预应力布置等因素接缝处采用凹凸楔形槽口增加接缝处的抗剪性能接缝处涂抹环氧密封胶预制节段之间采用 根预应力钢筋连接承受桥墩及上部荷载产生的水平推力预应力钢筋交错张拉如图 所示图 实尺预制装配式承台试验墩与承台采用灌浆套筒连接承台在预制时预留圆形凸台便于空心墩吊装时就位桩位处预留直径 的孔洞便于与管桩的连接如图 所示.预制装配式承台与管桩的连接预制承台与预制管桩之间通过预留的圆形孔道连接孔道上小下大顶部直径 底部直径.孔道内放置底部带有承托钢板的钢筋笼钢筋笼伸入预制管桩 最后在孔道内灌注 微膨胀混凝土完成承台与管桩的连接如图 所示图 预制承台与管桩连接(单位:)工厂施工工艺研究由于沙漠地区昼夜温差大气候干燥多风即使在室内预制施工桥墩也极易出现裂缝通过以下措施控制桥墩施工质量防止施工裂缝的产生:()调整混凝土性能 混凝土入模坍落度控制在 砂的细度模数控制在.增强混凝土砂浆的握裹性能调整外加剂母液中的保坍成分使 坍落度损失不大于 扩展度损失不大于()控制施工工艺 设置 个下料点防止采用振动棒赶料造成浆体流动堆积增加混凝土振动棒数量减小提放振动棒的次数控制分层振捣厚度及时间浇筑至顶层时检查浮浆厚度采用超灌混凝土将浮浆挤出增加顶面收光抹面次数()增设防裂措施 在墩身预制节段顶部及底部增设一层防裂钢筋网提高混凝土在初凝时期的抗裂性在混凝土顶面设置聚丙烯纤维提高混凝土表面收缩时的抗裂性()改进养护措施 墩身节段顶面抹面后贴膜保湿、防风混凝土表面终凝后墩顶布设环形滴水管连续保湿养护墩身拆模后包裹一层土工布土工布外侧包裹一层薄膜连续滴水保湿养护 结束语预制装配式桥墩的建造需要设计单位与施工单位紧密结合与现浇结构相比应注意以下几个方面:()须推倒以往的现浇结构建设思路现浇结构设计中设计师须调研当地的交通运输情况、吊装条件、工业化水平、建厂条件等因素考察当地的气候条件、自然环境综合考虑这些因素才能设计出符合当地条件的结构形式及连接方式否则设计出的产品无法投入生铁道建筑技术 ()方桂芬 等:和若铁路预制装配式桥墩建造技术研究产和使用()由于产品需要经过工厂生产、存放、运输、吊装及安装等环节设计师须关注各个环节的实现和要求并设计相应的措施满足其需要()施工单位需要研究装配式桥墩的建厂方案、场地布置、施工、运输、安装工艺及流程合理布局统筹安排()设计和施工需要紧密结合及时调整设计及施工方案才能最终完成装配式桥墩的建设参考文献 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