寒冷干旱地區(qū)鐵路預(yù)應(yīng)力混凝土T梁批量制造工藝實(shí)踐

周兆春

(北京中鐵房山橋梁有限公司,北京 102400)

近幾年,隨著鐵路建設(shè)的高速發(fā)展,T梁的預(yù)制在客運(yùn)和貨運(yùn)鐵路建設(shè)中都占據(jù)了很大的比例,目前現(xiàn)場制梁的方式已經(jīng)普及,根據(jù)工期和任務(wù)量,大多數(shù)都是短期的梁場,T梁的現(xiàn)場預(yù)制受到了很多客觀因素的制約,生產(chǎn)出來的產(chǎn)品質(zhì)量容易出現(xiàn)一些缺陷,不能滿足新時期標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的要求。T梁從外形設(shè)計上就比箱梁要復(fù)雜,側(cè)面還有橫向連接用的預(yù)留鋼筋,所以施工起來工藝比較繁瑣,外觀和尺寸不太好控制。針對此,我公司自主創(chuàng)新了施工工藝,進(jìn)行了技術(shù)革新,首次在T梁的生產(chǎn)中大規(guī)模使用了提梁機(jī)、液壓模板、底模板增加底部振動、橋梁兩端實(shí)現(xiàn)同步自動張拉、并采用微控橋梁靜載試驗系統(tǒng),大大提高了生產(chǎn)效率,也更好地保證了產(chǎn)品的質(zhì)量。

1 工程概況

1.1 任務(wù)量

新建鐵路巴準(zhǔn)線正線長度128.102 km。北京中鐵房山橋梁有限公司負(fù)責(zé)全線的橋梁預(yù)制梁工程,預(yù)制梁場設(shè)在新建海勒斯南站站場內(nèi),長度約1 800 m,寬度在80～110 m,總占地面積約20 hm2(300畝)。預(yù)制梁為通橋(2005)2101型號T形梁,跨度分為32、24、16 m 3種。全部預(yù)制任務(wù)共有2 687孔。

1.2 工期計劃

項目部總的預(yù)制任務(wù)量為2 687孔T梁,自2011年6月21日開始生產(chǎn),計劃到2012年12月完成預(yù)制任務(wù),正常情況產(chǎn)量為每月150孔梁。項目部設(shè)置了南北2個生產(chǎn)區(qū),下面以1個生產(chǎn)區(qū)的生產(chǎn)設(shè)施配備情況為例進(jìn)行介紹：生產(chǎn)區(qū)配備13套模板,正常日生產(chǎn)能力為6片,每套模板的正常周轉(zhuǎn)時間為2 d一個循環(huán),其中,蒸汽養(yǎng)護(hù)時間按24 h考慮,其他24 h為工序時間,每個月1個生產(chǎn)區(qū)生產(chǎn)能力為150片梁,即按照每月25 d有效工作日考慮。

1.3 場地布局

項目部全部位于新建海勒斯南站站場內(nèi),考慮到制梁場用地時間較長,為了不影響巴準(zhǔn)線開通運(yùn)營、海勒斯南站的使用,在場地布置時,制梁場沒有占用巴準(zhǔn)線的上下行主道,而是分布在上下行主道間的狹長地帶。分為2個預(yù)制梁生產(chǎn)區(qū)。綜合考慮預(yù)制梁工期和建場投入,項目部在大里程側(cè)生產(chǎn)區(qū)建造輕鋼結(jié)構(gòu)廠房1座,而小里程側(cè)生產(chǎn)區(qū)則為普通的露天生產(chǎn)模式。除了2個生產(chǎn)區(qū)對應(yīng)位置為生產(chǎn)附屬區(qū)域以及單獨(dú)設(shè)置的辦公生活區(qū)和施工人員生活區(qū)外,其余場地絕大部分為存梁區(qū)域,上側(cè)為提梁區(qū)。

2 創(chuàng)新和革新

2.1 提梁機(jī)移運(yùn)橋梁

采用提梁機(jī)移運(yùn)箱梁在業(yè)內(nèi)已被廣泛認(rèn)可,我公司在南京儀征項目部T梁生產(chǎn)時就采用了提梁機(jī)移運(yùn)(提梁機(jī)提梁通道11 m),采用提梁機(jī)移運(yùn)T梁有以下優(yōu)點(diǎn)：

(1)移運(yùn)速度快,可以提高生產(chǎn)效率；

(2)靈活方便不受場地限制；

(3)可以實(shí)現(xiàn)雙層疊放存梁,減少存梁用地；

(4)取梁自由,不受存放先后順序限制。

2.2 現(xiàn)場制梁采用彩鋼廠房

由于該項目工期很緊,冬季必須進(jìn)行生產(chǎn),而鄂爾多斯冬季時間很長且溫度很低。為了保證工期、保證產(chǎn)品質(zhì)量,決定采用建彩鋼廠房,橋梁生產(chǎn)在廠房內(nèi)進(jìn)行。

(1)梁體生產(chǎn)廠房長283 m、寬38 m、高12.5 m(檐下高度),共設(shè)13個生產(chǎn)臺座。鋼筋加工及主體生產(chǎn)初張拉都在廠房內(nèi)完成,而且提梁機(jī)可以進(jìn)入廠房內(nèi)提梁。這樣主體生產(chǎn)就不受天氣的影響,可以按計劃進(jìn)行。

(2)梁體配套在專用養(yǎng)護(hù)棚里進(jìn)行,梁場共設(shè)養(yǎng)護(hù)棚8個,每個長40 m、寬10 m、高4 m,每個養(yǎng)護(hù)棚可以同時進(jìn)行3片梁的配套。養(yǎng)護(hù)棚周邊采用磚砌結(jié)構(gòu),頂部采用養(yǎng)護(hù)蓋,養(yǎng)護(hù)棚取暖采用下部布設(shè)暖氣管道,用2 t熱水鍋爐供暖方式。

(3)骨料在廠房內(nèi)存放,并且采用地暖加熱保溫。

2.3 液壓模板的使用

在傳統(tǒng)預(yù)制T梁生產(chǎn)過程中,梁體外形尺寸難以保證、梁體漏漿、拆模時對梁體表面的損壞一直是影響梁體質(zhì)量的難題。目前,國內(nèi)傳統(tǒng)的預(yù)制T梁模板,均采用人工拼裝、拆卸。由于模型較重、行車運(yùn)行誤差較大等原因,在施工過程中,安全系數(shù)低,并且造成梁體磕損、掉腳、硬傷現(xiàn)象嚴(yán)重?；炷琳駬v時,出現(xiàn)側(cè)模與底模分離,梁底漏漿,影響了梁體外觀質(zhì)量,同時導(dǎo)致梁體局部混凝土強(qiáng)度降低。

為解決模板拼、拆,T梁生產(chǎn)時出現(xiàn)的上述各種問題,公司相關(guān)技術(shù)人員積極探討、試制,最終研發(fā)出采用液壓系統(tǒng)多點(diǎn)同步控制模型拼裝、拆卸的液壓型預(yù)制梁模板,如圖1所示。

與傳統(tǒng)模型相比,液壓型預(yù)制梁模板打破了常規(guī)思維定式,在生產(chǎn)工藝、技術(shù)設(shè)計、制作方法等各方面進(jìn)行了合理、大膽創(chuàng)新,并具有如下優(yōu)點(diǎn)。

(1)操作簡單

操作簡便、自動化程度高,安全系數(shù)高。液壓模板在首次拼裝完成后,由于整個模板一側(cè)連成一個整體,在立模時,只需要由操作熟練的工人開動油泵,保證模板下部每側(cè)的9個液壓千斤頂同步運(yùn)動,即可將一側(cè)模板立上。模板均就位后,通過擰緊上下拉桿進(jìn)行緊固即可。

(2)節(jié)省人工

以液壓系統(tǒng)控制模型開合,取代人工、桁車的吊裝施工。與普通模板相比,液壓模板的裝、拆在人工使用方面,節(jié)約超過60%。據(jù)統(tǒng)計,傳統(tǒng)32 m模板每套僅安裝螺栓就需要大約800條,而液壓模板則不足50條,大大節(jié)約了人工。在節(jié)約人工的同時,工序施工時間也得到了大幅度縮減,有利于加快施工進(jìn)度。

(3)提高效率

模型自重較輕,拼裝、拆卸過程中節(jié)省龍門吊使用,同時避免了龍門吊來回運(yùn)行干擾進(jìn)度；由于不需要10 t龍門吊在裝、拆模的配合,也大大減少了10 t龍門吊的使用頻次,減少了工序交叉互相影響的情況。液壓系統(tǒng)效率高,提高了模板和臺座利用率；液壓鋼模板與臺座“一對一”設(shè)置,占用場地小,采用整塊式側(cè)模拼裝,提高生產(chǎn)效率。

(4)確保質(zhì)量

梁高通過兩側(cè)滑道調(diào)節(jié)、控制,立模時定位誤差小，能夠保證產(chǎn)品外形尺寸；拆模時避免模型與T梁的碰撞,減少磕損、掉角。

2.4 底模板加底振

在T梁的生產(chǎn)中,下“八”字氣泡及腹板氣泡、支座板空腹、N1管道錨墊板下不密實(shí),是困擾各生產(chǎn)企業(yè)的質(zhì)量通病。究其原因是因為振動方式不科學(xué)、不合理。目前多數(shù)企業(yè)模板固定及振動方式:

(1)底模剛性固定在混凝土基礎(chǔ)上；

(2)側(cè)模利用下拉的方式或者打楔子的方式與底模連接在一起；

(3)附著式振動器連接在側(cè)模上；

(4)通過附著式振動器的擊振力將預(yù)應(yīng)力管道以下的混凝土振動密實(shí)。

由于底模與基礎(chǔ)是剛性連接不能形成振幅,下“八”字以下及流入底板的混凝土不能振搗密實(shí),造成支座板混凝土空腹現(xiàn)象及N1管道錨墊板下混凝土不密實(shí)，下“八”字處氣泡不能有效排除。

2.4.1 改進(jìn)方法

此項改造方法是底模板處固定連接改成活動連接。原有底模平臺的扁擔(dān)梁與地腳預(yù)埋鐵是直接焊死的,沒有底部振動,如圖2所示。改造后是在扁擔(dān)梁與地腳槽鋼之間安放1塊10 mm厚的橡膠墊,用螺桿把扁擔(dān)梁與槽鋼連結(jié),如圖3所示。底部振動器安放在底模下方,如圖4所示,每隔2 m設(shè)置1個,呈V字形交替排放,為了保證振動時底模不產(chǎn)生偏移,在底腳槽鋼與扁擔(dān)梁的連接處分別焊上限位。這樣既改變了剛性聯(lián)結(jié)，又保證了振動時整體的穩(wěn)定性。此項改造主要增加底部振動,使之與梁體可以形成共振。此項技術(shù)的創(chuàng)新,我公司獲得了國家技術(shù)專利,專利號為：ZL 2010 2 0520912.9。

圖2 原有底模板

圖3 改造后底模板

圖4 振動器安放位置

2.4.2 優(yōu)點(diǎn)

(1)解決了振搗棒和側(cè)振無法將底部混凝土振搗密實(shí)的問題。

(2)解決了產(chǎn)品下“八”字位置及腹板出現(xiàn)大量蜂窩麻面的問題。

(3)確保了梁體底部振動的整體穩(wěn)定性和均勻性。

(4)解決了支座板空腹現(xiàn)象。

(5)解決了預(yù)應(yīng)力束N1管道錨墊板下混凝土不密實(shí)的缺陷。

2.5 自動張拉系統(tǒng)

2.5.1 自動張拉系統(tǒng)簡介

橋梁預(yù)應(yīng)力張拉自動控制系統(tǒng)(圖5)，主要是為滿足高速鐵路橋梁預(yù)應(yīng)力張拉而設(shè)計的,由4臺千斤頂,4臺電動液壓站、8個高精度壓力傳感器、4個高精度位移傳感器、PLC控制器、主機(jī)(一體化工作站)、無線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)等組成,可同時控制4臺千斤頂同步工作,構(gòu)成平衡的雙向張拉,同時根據(jù)張拉工藝不同也可單側(cè)2錨或4錨張拉。微電腦預(yù)設(shè)張拉工藝,一鍵操作實(shí)現(xiàn)張拉過程的自動化控制,伸長值顯示,張拉數(shù)據(jù)實(shí)時曲線采集及校核報警,張拉結(jié)果記錄存儲、無線數(shù)據(jù)傳輸以及網(wǎng)絡(luò)傳輸,信息化管理。

2.5.2 主要特點(diǎn)

本系統(tǒng)的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單,張拉控制精度可達(dá)到0.5%要求,千斤頂端只有測量伸長值的位移傳感器需要引線,可靠性好,工人操作千斤頂與原手動操作相同,且減少了伸長值測量和記錄等工作量。集成了計算機(jī)自動控制技術(shù)、無線傳輸技術(shù)、數(shù)據(jù)監(jiān)控分析技術(shù)于一體。把梁場橋梁的張拉、數(shù)據(jù)傳輸、監(jiān)控、管理等一系列功能緊密地結(jié)合起來,從張拉現(xiàn)場到梁場信息化管理中心通過無線網(wǎng)絡(luò)傳輸,從梁場到客運(yùn)專線信息化管理中心通過寬帶信息網(wǎng)實(shí)現(xiàn)高速實(shí)時互聯(lián),達(dá)到信息的快速流通,實(shí)現(xiàn)橋梁張拉的現(xiàn)代化管理。

2.6 微控橋梁靜載試驗系統(tǒng)(圖6)

2.6.1 橋梁靜載試驗簡介

目前橋梁靜載試驗所采取的常規(guī)操作方式,需要抽調(diào)大量人員(少則20～30人,多則40～50人)來配合試驗,還需要在試驗前期花費(fèi)大量時間進(jìn)行資料準(zhǔn)備(如：試驗加載數(shù)據(jù)的計算和千斤頂標(biāo)定后的參數(shù)計算),在試驗完成后匯總大量零散的記錄數(shù)據(jù),按照橋梁靜載試驗標(biāo)準(zhǔn)對大量表格(有9種類型表格)進(jìn)行計算填寫等繁瑣工作。真正判斷試驗梁是否合格,須在所有表格和數(shù)據(jù)整理完畢才能判定。

圖5 自動張拉設(shè)備

圖6 微控橋梁靜載試驗系統(tǒng)

盡管橋梁靜載試驗標(biāo)準(zhǔn)對于加載速度的快慢、加載載荷的精度、試驗數(shù)據(jù)記錄的完整性都有嚴(yán)格的要求,但目前的試驗加載和記錄完全是人工完成,加載速度的控制(人工操作加載速度往往偏高,會對橋梁產(chǎn)生額外的沖擊動荷載),加載載荷精度的控制都很困難。在各載荷等級持荷時,液壓系統(tǒng)的泄漏是不可避免的,人工補(bǔ)壓不容易精準(zhǔn)操作,人工讀取壓力表和百分表數(shù)據(jù)也只能讀取某個時刻的數(shù)值,不具有代表性。所記錄的試驗數(shù)據(jù)的完整性很難達(dá)到橋梁靜載試驗標(biāo)準(zhǔn)的要求。

綜上所述,需要研發(fā)一種用計算機(jī)自動載荷計算,自動千斤頂配套標(biāo)定,自動控制加載,自動數(shù)據(jù)采集,自動及時試驗報告的輸出,能完整地存貯試驗數(shù)據(jù)的微控鐵路橋梁靜載試驗系統(tǒng)(以下簡稱“本系統(tǒng)”)。本系統(tǒng)輸出的是標(biāo)準(zhǔn)格式的word文檔,保證各梁場的報告格式一致,方便測量數(shù)據(jù)的閱讀和保存管理。

2.6.2 系統(tǒng)的主要功能

(1)橋梁靜載試驗加載載荷計算

橋梁靜載試驗加載載荷計算是試驗前重點(diǎn)的工作之一,對于熟練的技術(shù)人員也要一定的時間完成。利用本軟件,只需要點(diǎn)擊數(shù)據(jù)庫中保存的橋梁圖號和選擇梁齡即可完成計算,并輸出標(biāo)準(zhǔn)的Word文檔。

(2)千斤頂配套標(biāo)定

為消除千斤頂活塞面積的偏差和千斤頂摩阻所引起的壓力誤差,需要對千斤頂進(jìn)行配套標(biāo)定。

目前標(biāo)定采用人工加載,人工讀數(shù)的方式記錄標(biāo)定數(shù)據(jù),然后再對數(shù)據(jù)進(jìn)行線性回歸計算。

利用本系統(tǒng)的千斤頂配套標(biāo)定功能,可以自動同步讀取測力傳感器和系統(tǒng)傳感器的數(shù)據(jù),標(biāo)定的數(shù)據(jù)更為精確,并能自動進(jìn)行數(shù)據(jù)的回歸計算。

(3)微機(jī)自動加載,確保加載載荷同步

本系統(tǒng)能自動按照試驗加載循環(huán)進(jìn)行加載,只需1人操作電腦。徹底擺脫了多人操作狀態(tài)。加載速度調(diào)整方便,加載誤差小于1%,遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于人工試驗加載的誤差,也不會出現(xiàn)加載超過設(shè)定值的現(xiàn)象。在各級持荷階段,本系統(tǒng)還能自動補(bǔ)油保壓,使試驗更為可靠。

(4)微機(jī)自動讀取加載載荷和百分表數(shù)據(jù)

在本系統(tǒng)自動加載試驗過程中,本系統(tǒng)的主界面會動態(tài)地顯示當(dāng)前的加載載荷和百分表的數(shù)據(jù),動態(tài)地計算實(shí)測撓跨比。在試驗過程中能完整地按照橋梁靜載試驗標(biāo)準(zhǔn)的要求記錄所有的數(shù)據(jù),且記錄數(shù)據(jù)精確、真實(shí)、可靠。完全不需要人工參與讀數(shù)。并可在試驗完成后即刻輸出完整的試驗報告,打印檢測報告供審核。

(5)試驗過程中能靈活處理各種異常情況,有多重保護(hù)措施。既可以直接中斷本次加載循環(huán)過程,也可以單獨(dú)處理某一個或幾個加載千斤頂?shù)姆钦Ｇ闆r,處理完成后,可恢復(fù)在中斷處繼續(xù)進(jìn)行試驗,操作方便靈活。

(6)使用本系統(tǒng)除了上述的優(yōu)點(diǎn)外,還有以下優(yōu)點(diǎn)：

①本系統(tǒng)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)可以通過網(wǎng)絡(luò)傳遞到相關(guān)部門以供審查,監(jiān)檢部門可以不去現(xiàn)場就能了解試驗的完整信息；

②能夠確保梁場按規(guī)定進(jìn)行橋梁的批量檢查試驗,只要審查其本系統(tǒng)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)就可以確定其是否進(jìn)行了規(guī)定的試驗；

③本系統(tǒng)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)真實(shí)可靠,可以作為歸檔文件,長期保存,作為今后橋梁的重要檔案證據(jù)。

2.7 鋼筋自動加工設(shè)備

由于工程量大,工期緊,項目部首次使用了鋼筋自動下料設(shè)備和彎制設(shè)備,自動切斷鋼筋進(jìn)行下料和彎制成型(圖7、圖8)。

圖7 鋼筋自動下料設(shè)備

圖8 鋼筋自動彎曲設(shè)備

使用鋼筋自動下料設(shè)備和彎制設(shè)備有如下優(yōu)點(diǎn)：

(1)一次切筋數(shù)量多,彎制速度快,生產(chǎn)效率高；

(2)誤差小,精度高；

(3)大大減少了人工成本。

3 結(jié)語

隨著高速鐵路的快速發(fā)展,產(chǎn)品的要求也越來越高,生產(chǎn)工期也越來越短,橋梁施工企業(yè)將面臨著很嚴(yán)峻的考驗,這就要求我們要適應(yīng)新時期的發(fā)展,積極開拓創(chuàng)新,努力提高勞動生產(chǎn)率,努力打造優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品,努力降低施工成本,為我國的橋梁事業(yè)發(fā)展做貢獻(xiàn)。

[1] TB/T3043—2005 預(yù)制后張法預(yù)應(yīng)力混凝土鐵路橋簡支T梁技術(shù)條件[S].北京：中國鐵道出版社,2005.

[2] TB/T2092—2003 預(yù)應(yīng)力混凝土鐵路橋簡支梁靜載彎曲試驗方法及評定標(biāo)準(zhǔn)[S].北京：中國鐵道出版社,2004．

[3] JJG 621—2005 液壓千斤頂[S].北京：中國計量出版社,2005.