穗莞深城際軌道交通洪梅梁場的規(guī)劃設(shè)計(jì)

張 平

(中鐵大橋局集團(tuán)第三工程有限公司,廣州 510800)

1 工程概況

穗莞深城際軌道位于珠江三角洲廣、深交通走廊,是珠江三角洲地區(qū)城際軌道交通網(wǎng)的重要組成內(nèi)容。其橋梁上部結(jié)構(gòu)以跨度30、25 m后張法預(yù)應(yīng)力混凝土簡支單箱、單室箱梁為主,雙線梁頂寬10.6 m、底寬4.84 m,單線梁頂寬5.65 m、底寬3.0 m,單孔30 m箱梁質(zhì)量近600 t。穗莞深城際軌道交通工程洪梅梁場主要負(fù)責(zé)洪梅特大橋、東江南特大橋北岸共計(jì)299片單、雙線箱梁的預(yù)制和架設(shè)任務(wù)(其中雙線30 m箱梁126片,25 m箱梁32片；單線30 m箱梁94片,25 m箱梁47片),總工期18個月。

由于設(shè)計(jì)線路沿線水系發(fā)達(dá)、工廠林立,經(jīng)多番勘察,梁場場址只能選擇位于DK30+095～DK30+268段線路左側(cè)的一塊緊鄰設(shè)計(jì)線路、沿線路方向長度為173 m,垂直線路方向長度為462 m的一塊場地。梁場所在地工程地質(zhì)、水文地質(zhì)條件較差,雨水多、地下水位較高,還受潮汐的影響。經(jīng)鉆探可知,場地地表為厚約0.5 m的根植土,下部存在厚約5～10 m的軟土,深度約10 m以下為第三系泥巖。根植土結(jié)構(gòu)松散、未完成自重固結(jié),軟土從上到下按成因分：流塑狀淤泥或淤泥質(zhì)土,褐色全風(fēng)化泥巖(呈黏性較大的土狀)。軟土未完成自重固結(jié),承載力fak=40 kPa。第三系泥巖為極軟巖,天然單軸抗壓強(qiáng)度為3 MPa。

2 梁場規(guī)劃設(shè)計(jì)原則

制梁場規(guī)劃設(shè)計(jì)應(yīng)本著安全適用、技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)合理的總原則進(jìn)行統(tǒng)籌規(guī)劃設(shè)計(jì),以達(dá)到“制梁速度快、質(zhì)量高和建場費(fèi)用低”之目的。梁場的布置形式一般主要有縱列式和橫列式兩種,縱列式布置方式是臺座的長度方向順線路走向,比較適合于梁場靠近線路的情況；橫列式布置方式是臺座的長度方向垂直于線路方向,箱梁上橋前需水平旋轉(zhuǎn)90°,比較適合于梁場遠(yuǎn)離線路的情況。另外,梁場的布置方式還要考慮場地面積、長寬比及設(shè)備配置、工期要求、技術(shù)條件、經(jīng)濟(jì)效益等實(shí)際情況。

3 梁場規(guī)劃方案比選及綜述

考慮到梁場同時承擔(dān)單、雙線梁的預(yù)制任務(wù),按照傳統(tǒng)布置方案需要分別設(shè)置單、雙線制梁臺座和存梁臺座。箱梁的架設(shè)也因考慮到規(guī)模偏小而只考慮使用1臺架橋機(jī),因此在進(jìn)行單線梁預(yù)制、架設(shè)時,雙線梁制、存梁臺座及配套設(shè)施均不能全部投入使用而造成了較大的資源浪費(fèi),反之亦然。為此,經(jīng)過研究提出基于單、雙線共用制、存梁臺座的規(guī)劃設(shè)計(jì)方案,并與傳統(tǒng)的縱列式、橫列式方案進(jìn)行比選。梁場規(guī)劃方案比選見表1。

表1 梁場規(guī)劃方案比選

在只有1臺架橋機(jī)的前提下,在架設(shè)雙線梁時,梁場內(nèi)相當(dāng)于擁有8個雙線梁制梁臺座、44個雙線梁存梁臺座,梁場臺座資源達(dá)到最大利用率,反之亦然。同時考慮到梁場空間受限、規(guī)模偏小及提梁機(jī)設(shè)備投資大、成本高(相當(dāng)于普通輪軌式平移梁車的十幾倍甚至20倍)、安裝和拆除技術(shù)復(fù)雜以及輪軌式移梁臺車平移技術(shù)要求、成本低、移運(yùn)平穩(wěn)快捷、操作簡單等諸多優(yōu)點(diǎn),梁場箱梁的移梁方式采用輪軌式移梁臺車進(jìn)行。故經(jīng)過比選采用單、雙線共用制、存梁臺座方案。

4 梁場的總體布置方案

4.1 制、存梁臺座數(shù)量的確定

根據(jù)以往經(jīng)驗(yàn)以及目前生產(chǎn)工藝、技術(shù)條件及工人的熟練程度,每一孔箱梁預(yù)制從準(zhǔn)備工作、混凝土灌注、混凝土養(yǎng)護(hù)、預(yù)張拉到拆除模板等工作流程全部進(jìn)行完畢,用時約80 h。為保證工期,則每天至少需要生產(chǎn)1.5孔梁,則需要6個制梁臺座(單、雙線制梁臺座均需6個)。存梁臺座數(shù)量按技術(shù)條件要求的施工工藝時間,從梁體混凝土養(yǎng)護(hù)、終張拉、壓漿、封錨到壓漿強(qiáng)度達(dá)標(biāo)等合計(jì)占用存梁臺座時間為35 d,如架設(shè)進(jìn)度按照1～2孔/d,至少需存梁臺座35個,若考慮試驗(yàn)需要等因素,存梁臺座需設(shè)置40個左右較為合適。同時考慮到單、雙線箱梁及30、25 m箱梁所占的比例設(shè)置8個制梁臺座、44個存梁臺座(單、雙線共用)。

4.2 制、存梁臺座布置形式

設(shè)計(jì)采用鋼-混凝土組合結(jié)構(gòu)形式的制梁臺座及立柱加蓋梁形式的存梁臺座,以達(dá)到單、雙線箱梁均能共用的目的。提升鋼筋骨架用的龍門吊沿臺座長邊方向布置并用單臺龍門吊起吊,制梁臺座采用同排并列、異排錯位布置的方案，以達(dá)到節(jié)約成本、方便施工、提高利用效率的目的。梁場預(yù)制雙線梁時相當(dāng)于擁有8個雙線制梁臺座、44個雙線存梁臺座,預(yù)制單線梁時可以將臺座的鋼結(jié)構(gòu)部分拆除,便相當(dāng)于擁有8個單線梁制梁臺座、44個單線梁存梁臺座。同排布置的兩個制梁臺座對應(yīng)2個鋼筋整體綁扎臺座、1個鋼筋加工場、1個鋼筋存放場、1臺龍門吊機(jī)(35+35/10 t)和11個存梁臺座。每個制梁臺座配備1套底模,每兩個制梁臺座共用1套外模、內(nèi)模和短模。相間排列的制、存梁臺座采用30、25 m共用的形式,以根據(jù)需要調(diào)整30、25 m梁臺座的數(shù)量,在只有1臺架橋機(jī)的前提下,可根據(jù)需要調(diào)整單、雙線及25、30 m梁臺座的數(shù)量,以達(dá)到資源合理調(diào)配的目的,大大增強(qiáng)梁場的生產(chǎn)能力。制、存梁臺座其梁場平面布置(制、存、提梁區(qū))見圖1。

圖1 梁場平面布置(制、存、提梁區(qū))

5 梁場主要大臨結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

梁場主要由制梁區(qū)、存梁區(qū)、提梁區(qū)、混凝土生產(chǎn)區(qū)、辦公生活區(qū)等部分組成,其主要結(jié)構(gòu)物有制、存梁臺座,靜載試驗(yàn)臺座,提梁吊機(jī)、移梁臺車、龍門吊機(jī)軌道等。其設(shè)計(jì)、施工情況直接關(guān)系到預(yù)制箱梁的質(zhì)量、效率。

5.1 制梁臺座設(shè)計(jì)

制梁臺座采用連續(xù)墻式,設(shè)計(jì)時應(yīng)該按照2種工況考慮,工況一為梁體混凝土澆筑完畢而尚未進(jìn)行張拉,此時荷載基本均布于制梁臺座上,主要驗(yàn)算條基內(nèi)力；工況二為箱梁內(nèi)、外模板拆除,張拉完畢、梁體上拱,主要荷載作用于臺座兩端,此時主要驗(yàn)算樁基礎(chǔ)受力；臺座上的荷載由箱梁自重、底模自重、內(nèi)模自重、外模自重及施工荷載組成,經(jīng)計(jì)算，兩個條基及橫梁選用C25混凝土,條基截面選定為1.3 m×0.5 m；臺座端部基礎(chǔ)使用φ600 mm×6 mm鋼管,中間使用φ500 mm×6 mm鋼管,鋼管柱上用2根I36b做為分配梁；端部橫梁截面6 m×1.5 m,高0.6 m,中間橫梁截面6 m×1 m,高0.6 m,橫梁最大間距為4.6 m；端部基礎(chǔ)處理采用φ500 mm型預(yù)制管樁；中間使用φ300 mm型預(yù)制管樁。經(jīng)計(jì)算結(jié)果均滿足要求。底模按照單、雙線梁底板尺寸由兩塊拼裝而成,在預(yù)制單線梁時將多余部分底模及鋼管柱、鋼分配梁拆除、調(diào)整后便可進(jìn)行施工。制梁臺座的設(shè)計(jì)要點(diǎn)在于要考慮到2種荷載工況下制梁臺座端頭部位應(yīng)設(shè)計(jì)成獨(dú)立結(jié)構(gòu)或設(shè)置沉降縫以實(shí)現(xiàn)端部分與中部隔離,以保證端部和中部單獨(dú)受力進(jìn)而避免兩部位產(chǎn)生較大的不均勻沉降,方便對梁端部位臺座產(chǎn)生的沉降進(jìn)行處理。同時由于頂升梁和移梁臺車重載移梁工況下會對移梁軌道基礎(chǔ)產(chǎn)生較大的彎矩和剪力作用,為保證結(jié)構(gòu)安全,移梁軌道和制梁臺座也應(yīng)該單獨(dú)受力,否則若按整體設(shè)計(jì),需配置的鋼筋量較大且不利于結(jié)構(gòu)安全。臺座平、立面設(shè)計(jì)見圖2～圖4。

圖2 制梁臺座平面(25、30 m共用)(單位：mm)

圖3 立面(雙線梁制梁工況)(單位：mm)

圖4 立面(單線梁制梁工況)(單位：mm)

5.2 存梁臺座設(shè)計(jì)

存梁臺座采用立柱加蓋梁結(jié)構(gòu)形式的單、雙線共用的形式、四點(diǎn)支承的方法,每個存梁臺座設(shè)有4個橡膠墊塊。對存梁臺座受力計(jì)算要以存放單、雙線梁的不同狀態(tài)進(jìn)行計(jì)算,并取最不利受力狀態(tài)進(jìn)行結(jié)構(gòu)強(qiáng)度驗(yàn)算。經(jīng)初步計(jì)算選定蓋梁尺寸為4.6 m×0.8 m×1.0 m,以滿足單雙線梁底板寬度不一致的需求,相鄰兩存梁臺座間距為11.1 m,混凝土強(qiáng)度等級為C25。蓋梁下兩個立柱用φ500 mm的預(yù)制管樁,樁間距為3.4 m,經(jīng)計(jì)算結(jié)構(gòu)符合要求。存梁臺座設(shè)計(jì)關(guān)鍵在于保證4個支撐點(diǎn)的高程差控制在2 mm以內(nèi),兩端基礎(chǔ)形式盡量保持相同,避免因基礎(chǔ)的不均勻沉降而出現(xiàn)箱梁受扭破壞,同時要考慮到方便終張拉、壓漿等后續(xù)工作進(jìn)行。存梁臺座立面見圖5。

圖5 存梁臺座立面(單位：mm)

5.3 靜載試驗(yàn)臺座設(shè)計(jì)

靜載試驗(yàn)臺座的設(shè)計(jì)要考慮到試驗(yàn)用的反力梁、分配梁等結(jié)構(gòu)的存放和安裝就位是否便于施工、加載過程中方便對梁體的觀察等問題。為配合箱梁靜載試驗(yàn),梁場在存梁區(qū)西南端設(shè)置一個靜載試驗(yàn)臺座,靜載試驗(yàn)采用移動模架主桁改制而成的反力架及千斤頂、φ15.2 mm鋼絞線等自錨加載進(jìn)行,存梁臺座兩端分別設(shè)置2個3.0 m×1.5 m×1.2 m的蓋梁承擔(dān)上部梁體自重及靜載試驗(yàn)設(shè)備的荷載,蓋梁混凝土強(qiáng)度等級為C25、間距為4.0 m,蓋梁下的立柱選用2根間距為1.8 m的φ500 mm的預(yù)制管樁。靜載試驗(yàn)臺座設(shè)計(jì)關(guān)鍵在于臺座需擁有足夠的剛度和穩(wěn)定性且不得分擔(dān)試驗(yàn)梁所承受的試驗(yàn)荷載、不阻礙梁體變形自由發(fā)展且方便施工。靜載試驗(yàn)臺座立面見圖6。

圖6 靜載試驗(yàn)臺座立面(單位：mm)

5.4 移梁軌道、提梁吊機(jī)軌道、龍門吊軌道設(shè)計(jì)

箱梁橫移采用YDTC600型輪軌式移梁臺車進(jìn)行,移梁軌道上部荷載按6 400 kN(箱梁自重+移梁臺車自重)考慮,經(jīng)計(jì)算移梁軌道梁截面選定為1.0 m×1.4 m,混凝土強(qiáng)度等級為C25,軌道基礎(chǔ)用間距為3.5 m的φ500 mm的預(yù)制管樁處理。因城際軌道交通線間距及簡支箱梁標(biāo)準(zhǔn)跨徑比客運(yùn)專線箱梁小,梁體自重也較輕,且暫無專門針對此類箱梁的運(yùn)、架設(shè)備,箱梁提升上橋采用2臺MG450型提梁吊機(jī)進(jìn)行,提梁吊機(jī)軌道上部荷載由箱梁自重、提梁吊機(jī)自重及吊機(jī)運(yùn)行時的動載組成,經(jīng)計(jì)算提梁吊機(jī)軌道梁截面選定為1.7 m×1.0 m,混凝土強(qiáng)度等級為C30。沿軌道長度方向每隔5.0 m設(shè)置一個1.0 m×1.0 m×2.5 m的承臺,承臺長邊方向垂直于軌道,并在承臺下設(shè)置2根間距為1.6 m的φ500 mm的預(yù)制管樁作為基礎(chǔ)處理。每孔30 m雙線箱梁鋼筋骨架重約500 kN,龍門吊(35+35/10 t)軌道上部荷載由鋼筋骨架自重、吊架自重、龍門吊機(jī)自重及運(yùn)行動載組成,經(jīng)計(jì)算龍門吊輪壓按250 kN計(jì)算。龍門吊軌道梁截面選定為0.6 m×0.6 m,混凝土強(qiáng)度等級為C25,軌道基礎(chǔ)用間距為4.5 m的φ300 mm的預(yù)制管樁處理。軌道設(shè)計(jì)的關(guān)鍵在于設(shè)計(jì)時要分荷載位于樁頂和跨中2種工況進(jìn)行驗(yàn)算。

6 結(jié)語

箱梁預(yù)制場的建設(shè)是一個投資大、涉及面廣、建設(shè)時間短的臨時工程,其規(guī)劃設(shè)計(jì)方案是否合理是關(guān)系到能否建成一個投資節(jié)約、規(guī)劃合理的高標(biāo)準(zhǔn)梁場的先決條件,它不僅關(guān)系到預(yù)制場場地建設(shè)時期的工期保證、質(zhì)量安全、整體形象及建設(shè)費(fèi)用,并且會對日后制、架梁施工組織、施工效率、工程質(zhì)量、經(jīng)濟(jì)成本等產(chǎn)生直接影響。洪梅梁場根據(jù)城際軌道交通箱梁的特點(diǎn)及梁場場地的實(shí)際情況,創(chuàng)造性的采取了一系列措施,研究出適合于該梁場實(shí)際情況的規(guī)劃方案,并在實(shí)際生產(chǎn)中成功的驗(yàn)證了其成果,對以后同類型、同條件下城際軌道交通及鐵路客運(yùn)專線箱梁預(yù)制場建設(shè)具有指導(dǎo)意義。筆者全程參與梁場的規(guī)劃設(shè)計(jì),并有如下體會。

(1)單、雙線共用制、存梁臺座方案能夠較好的適應(yīng)沿場地線路方向空間不足的情況,可以在不采用大型輪胎式提梁機(jī)的前提下解決橫列式規(guī)劃方案箱梁旋轉(zhuǎn)90°的問題,在只有一臺架橋機(jī)條件下充分利用既有臺座,實(shí)現(xiàn)單、雙線箱梁生產(chǎn)資源的合理調(diào)配,減少大型設(shè)備的一次性投入,節(jié)約成本、確保工期。

(2)經(jīng)測試梁場軟弱地基采用預(yù)制管樁處理時單樁施工時間為25～30 min,每天平均施工25～30根,具有成本低、成樁功效高、合格率高、污染小、質(zhì)量控制便捷等優(yōu)點(diǎn),且施工完畢后無需等待強(qiáng)度便可進(jìn)行下一道工序施工,極大提高了生產(chǎn)效率。同時相對于粉噴樁、鉆孔樁、碎石樁等預(yù)制管樁在施工完畢后拔除更易,大大節(jié)省后期復(fù)耕費(fèi)用。

(3)制梁臺座端頭部位應(yīng)設(shè)計(jì)成獨(dú)立結(jié)構(gòu)或設(shè)置沉降縫以實(shí)現(xiàn)端部分與中部隔離,移梁軌道和制梁臺座也應(yīng)該單獨(dú)受力,以保避免不同工況條件下不同結(jié)構(gòu)部位產(chǎn)生的不均勻沉降而產(chǎn)生的彎矩、剪力,確保結(jié)構(gòu)安全。

(4)梁場各大臨結(jié)構(gòu)均要設(shè)計(jì)沉降觀測點(diǎn),對制、存梁臺座要進(jìn)行預(yù)壓及長期觀測,基礎(chǔ)的沉降是一個長期而又緩慢的過程,每生產(chǎn)完一孔箱梁就要調(diào)整一次底模以抵消基礎(chǔ)沉降的影響,確保箱梁施工質(zhì)量。對存梁臺座要長期觀測，確保4個支撐點(diǎn)高程差控制在2 mm以內(nèi),以防箱梁因臺座不均勻沉降而受扭破壞。

(5)由于存梁臺座未設(shè)計(jì)支撐墊石且蓋梁施工采用人工收面,隨意性較大,很難將四支撐點(diǎn)高程差控制在《客運(yùn)專線預(yù)應(yīng)力混凝土預(yù)制梁暫行技術(shù)條件》要求的2 mm以內(nèi)。為避免出現(xiàn)該類問題,應(yīng)在蓋梁上加設(shè)支撐墊石來調(diào)整4個支撐點(diǎn)高程,在蓋梁施工完畢后經(jīng)測量復(fù)核、放樣再進(jìn)行墊石施工,便可較好解決該問題。

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