后張法鐵路簡支T梁車間式預(yù)制方法研究

王純玉

(中鐵十九局集團(tuán)有限公司，北京 100176)

1 概述

集包增建第二雙線屬國家重點(diǎn)項(xiàng)目，其榆林制梁場承擔(dān)了2 928片T梁預(yù)制工作，時(shí)間緊、任務(wù)重、工期壓力非常緊迫。梁場所處的地理位置決定了有效工期僅為每年的4月至10月，而鋪架必須冬期照常進(jìn)行，才能滿足工期的要求。若采用傳統(tǒng)的固定臺(tái)座生產(chǎn)模式，不僅不能進(jìn)行冬期施工，而且生產(chǎn)及存梁能力均不能滿足鋪架需求量，工期不能保證;為此提出了高效率車間式T梁預(yù)制方法的構(gòu)想，經(jīng)過多次論證，認(rèn)為可行。此法利用新技術(shù)，突破傳統(tǒng)生產(chǎn)的模式，合理利用勞動(dòng)力及設(shè)備，節(jié)約占地面積，縮短生產(chǎn)周期，提高生產(chǎn)效率，控制成本;解決了冬季嚴(yán)寒制約T梁生產(chǎn)的問題，實(shí)現(xiàn)了鐵路T梁預(yù)制高效率、可冬期施工的生產(chǎn)模式。

2 高效率車間式T梁預(yù)制的基本原理

考慮到集包增建第二雙線工期緊，制梁、鋪架壓力空前，且制梁場場地不具備擴(kuò)建的可行性，設(shè)計(jì)了制梁車間這種生產(chǎn)模式。其具備24 h不間斷生產(chǎn)的能力，并且不受惡劣環(huán)境因素的制約，同時(shí)具備冬期施工的能力。將傳統(tǒng)的區(qū)域固定、工序循環(huán)的生產(chǎn)模式，改變?yōu)閰^(qū)域循環(huán)、工序固定的生產(chǎn)模式。制梁車間所采用的區(qū)域循環(huán)、工序固定的生產(chǎn)模式，關(guān)鍵在于克服T梁在移動(dòng)過程中所受到的擾動(dòng)影響。為了能夠保證T梁在移動(dòng)過程中不受到擾動(dòng)，重點(diǎn)控制基礎(chǔ)的不均勻沉降、滑道滾輪的高程以及生產(chǎn)線排水系統(tǒng)等。

3 制梁車間設(shè)計(jì)

3.1 整體制作方案

制梁車間分為有棚區(qū)和無棚區(qū)，各長168 m、132 m。在制梁車間設(shè)計(jì)時(shí)，考慮到呼和浩特市季風(fēng)風(fēng)向等氣候因素，以及梁場場地的條件限制，生產(chǎn)線整體走向?yàn)橛蓶|向西。同時(shí)將制梁車間四周下方設(shè)計(jì)成可拆卸的形式，最大限度減少風(fēng)荷載對(duì)生產(chǎn)線有棚區(qū)結(jié)構(gòu)的影響。同時(shí)在生產(chǎn)線鋼支柱之間增加斜向支撐，以保證鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

有棚區(qū):主體采用鋼結(jié)構(gòu)總跨度為36 m，頂面為40 mm×60 mm方鋼桁架式結(jié)構(gòu)，起拱1.5 m。桁架間距為1 m，縱向亦為40 mm×60 mm，采用彩鋼瓦覆蓋，呈M形。立柱為φ200～300 mm鋼管，凈高12 m，間距為5 m。立柱基礎(chǔ)內(nèi)預(yù)埋2 cm厚40 mm×40 mm鋼板，鋼板上焊接φ20 mm螺紋鋼筋作為錨固筋，用C20混凝土制作。

制梁車間內(nèi)含4條生產(chǎn)線，生產(chǎn)線內(nèi)部龍門吊跨度為15 m，軌道邊到生產(chǎn)線邊位1.5 m，軌道高程同地面高程。制梁底胎模軌道高程為－0.30 m(地面高程為±0.00)，內(nèi)凈間距為2 m，2條滑道中心間距為0.8 m，縱向滾輪中心間距為1 m。底胎模中主便道寬為5 m，兩側(cè)輔便道寬均為3 m。地面整體用C20混凝土硬化20 cm。

排水系統(tǒng)是生產(chǎn)線制梁區(qū)必不可少的一部分。生產(chǎn)線整體由東向西設(shè)計(jì)了2‰的坡降，同時(shí)在生產(chǎn)線兩側(cè)設(shè)30 cm×30 cm排水溝，中間由頂部順延排水管(φ50 mm鋼管)，間距為5 m，縱向布設(shè)，可將降水對(duì)地基承載力的影響降至最低。

3.2 T梁行走線基礎(chǔ)檢算

制梁車間主要由T梁行走線、施工便道以及龍門吊行走線組成。根據(jù)其使用功能、承受的恒載及活載不同，考慮到經(jīng)濟(jì)利益，其基礎(chǔ)設(shè)計(jì)也有所不同。制梁車間中T梁行走線基礎(chǔ)是整個(gè)生產(chǎn)線的重點(diǎn)，必須對(duì)其進(jìn)行檢算。

因生產(chǎn)線長300 m，考慮其地基承載力有所變化，在建設(shè)之前，對(duì)梁場場地范圍內(nèi)的地質(zhì)環(huán)境進(jìn)行了詳細(xì)的勘測。為確保生產(chǎn)線正常運(yùn)行，不發(fā)生沉降，取場地內(nèi)勘測出的最不利值140 kPa作為地基承載力。由于篇幅有限，下面僅給出拆模、初張拉區(qū)的基礎(chǔ)檢算。

臺(tái)座基礎(chǔ)斷面如圖1所示。臺(tái)座工作時(shí)，可能出現(xiàn)以下3種對(duì)基礎(chǔ)不利的荷載工況:工況1—混凝土澆筑后，初張前;工況2—預(yù)應(yīng)力初張后;工況3—重載移梁;工況3相對(duì)于工況2更不利，下面僅給出工況1、3 的檢算。

圖1 臺(tái)座基礎(chǔ)斷面(單位:mm)

(1)混凝土澆筑后，初張前

T梁自重+模板重力+移動(dòng)底胎模+滾輪=2 537 kN

臺(tái)座沿全長每隔1 m承受一個(gè)集中荷載:2537/33=76.9 kN

根據(jù)文獻(xiàn)［1］中表21－2－3，查得基床系數(shù) k=3×104kN/m3，由Winkler彈性地基梁電算程序計(jì)算結(jié)果如下:

跨中最大彎矩為－72.2 kN·m，最大剪力為76.9 kN，豎向最大位移 2.1 mm，地基應(yīng)力:3×104kN/m3×0.002 1 m=63 kPa＜140 kPa，滿足要求。

(2)預(yù)應(yīng)力初張后重載移梁時(shí)

當(dāng)T梁在底胎模上初張后，兩端部受壓力較大。因底胎?；A(chǔ)所受彎矩不足以使其脫離地基，所以底胎?；A(chǔ)以及底胎模自重不需加入端頭受力，因此按照兩端部(4 m范圍)受力計(jì)算，移梁時(shí)考慮移動(dòng)荷載的沖擊作用。

兩端各4 m長范圍每隔1 m作用一個(gè)集中荷載:1 906/8+631/33=257.4 kN，中間25 m范圍每隔1 m作用1個(gè)集中荷載:631/33=19.1 kN，由Winkler彈性地基梁電算程序計(jì)算結(jié)果如下:

最大彎矩為－787.7 kN·m，最大剪力為358.4 kN，豎向最大位移4.1 mm，地基應(yīng)力:3×104kN/m3×0.004 1 m=123 kPa＜140 kPa，滿足要求。

鑒于首次使用車間式預(yù)制施工工藝，在基礎(chǔ)制作之前，以3 m2為單位對(duì)其地基進(jìn)行承載力的檢測，同時(shí)取60 kPa的保險(xiǎn)值。即當(dāng)?shù)鼗休d力小于200 kPa時(shí)，須對(duì)地基進(jìn)行處理。采用換填法，即在承載力不足的探點(diǎn)處3 m2范圍內(nèi)，直接進(jìn)行沙礫換填，換填厚度為100 cm，換填完成后進(jìn)行夯實(shí)。當(dāng)?shù)鼗休d力超過200 kPa時(shí)，可不進(jìn)行換填處理，但需進(jìn)行夯實(shí)，嚴(yán)格控制沉降量。

為了能夠確保生產(chǎn)線不產(chǎn)生不均勻沉降，各施工區(qū)域基礎(chǔ)寬度通過計(jì)算并考慮富裕度。即移動(dòng)底胎模檢修區(qū)、梁體鋼筋綁扎區(qū)基礎(chǔ)采用C30混凝土寬1 m、高0.6 m的設(shè)計(jì)。模板拼裝區(qū)基礎(chǔ)采用C30混凝土寬2 m、高1 m的設(shè)計(jì)。因考慮到自養(yǎng)護(hù)區(qū)開始便為生產(chǎn)線的無棚區(qū)域，這些施工區(qū)域的基礎(chǔ)受降雨等環(huán)境因素的影響比較大，其安全系數(shù)也須相應(yīng)的得以提高。所以自混凝土澆筑區(qū)基礎(chǔ)開始，均采用C30混凝土寬3 m、高1.5 m的設(shè)計(jì)。

4 施工工藝流程

高效率車間式預(yù)制T梁施工工藝流程如圖2所示。

圖2 高效率車間式預(yù)制T梁施工工藝流程

從施工工藝上來講，制梁車間分為移動(dòng)底胎模檢修區(qū)、梁體鋼筋區(qū)、模板拼裝區(qū)、混凝土澆筑區(qū)、混凝土養(yǎng)護(hù)區(qū)、拆模張拉區(qū)以及移梁區(qū)7個(gè)施工區(qū)域。其中前4個(gè)施工區(qū)域均在生產(chǎn)線有棚區(qū)內(nèi)，其余區(qū)域在無棚區(qū)。

設(shè)置移動(dòng)底胎模檢修區(qū)(圖3a)的目的是為了將循環(huán)回來的底胎模進(jìn)行檢測和修整，以保證移動(dòng)底胎模的剛性及反拱度設(shè)置的準(zhǔn)確性。移動(dòng)底胎模檢修合格后，采用卷揚(yáng)機(jī)將其移入鋼筋綁扎區(qū)(圖3b)。鋼筋綁扎可采用兩種方式進(jìn)行，一種是在移動(dòng)底胎模上直接進(jìn)行梁體鋼筋的綁扎，另一種是先在梁體鋼筋胎卡具綁扎完成，然后將半成品鋼筋梁體吊放至移動(dòng)底胎模上;完成梁體鋼筋的精調(diào)及預(yù)應(yīng)力成孔橡膠棒的安裝。當(dāng)梁體鋼筋綁扎合格后，將移動(dòng)底胎模拉至模板拼裝區(qū)(圖3c)，進(jìn)行模板拼裝及橋面板鋼筋的綁扎(在面板綁扎胎卡具上綁扎完成)及安放。為防止模板在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中發(fā)生整體扭曲變形，在每節(jié)模板上打上斜支撐。移動(dòng)底胎模移入混凝土澆筑區(qū)(圖3d)，對(duì)模板的垂直度、長度、寬度等進(jìn)行復(fù)測和調(diào)整(防止在移動(dòng)過程中模板產(chǎn)生變形)，在復(fù)檢合格后進(jìn)行混凝土澆筑?？紤]到大棚高度的影響(大棚起拱位置高11.5 m)，混凝土澆筑采用傳統(tǒng)吊料斗進(jìn)行澆筑，當(dāng)混凝土澆筑完成且達(dá)到初凝后，方可進(jìn)行下道工序。

為了提高生產(chǎn)線的生產(chǎn)效率，降低工裝設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)周期，在生產(chǎn)線無棚區(qū)設(shè)置T梁養(yǎng)護(hù)區(qū)(圖3e)。在冬期施工時(shí)，可在混凝土養(yǎng)護(hù)區(qū)搭建暖棚，以滿足混凝土養(yǎng)護(hù)時(shí)的規(guī)范要求。混凝土強(qiáng)度達(dá)到拆模強(qiáng)度時(shí)，在拆模張拉區(qū)(圖3f)進(jìn)行對(duì)稱拆模，同時(shí)灑水養(yǎng)護(hù)，防止出現(xiàn)早期收縮裂紋。混凝土強(qiáng)度達(dá)到初張拉強(qiáng)度要求時(shí)，進(jìn)行初張拉，張拉完成后移入移梁區(qū)(圖3g)進(jìn)行頂梁和橫移梁，T梁外移完成后，移動(dòng)底胎?；剡\(yùn)至檢修區(qū)。此為一個(gè)生產(chǎn)循環(huán)。

制梁車間在區(qū)域布置時(shí)，不同于傳統(tǒng)的生產(chǎn)模式，將各工序施工區(qū)域獨(dú)立出來。最大限度降低各工序銜接對(duì)生產(chǎn)的制約。傳統(tǒng)生產(chǎn)模式在一個(gè)施工區(qū)域內(nèi)，移梁工序之前的所有工序均要在此進(jìn)行，嚴(yán)重制約工裝的周轉(zhuǎn)。同時(shí)在混凝土未達(dá)到規(guī)范要求的強(qiáng)度時(shí)不能進(jìn)行初張拉，不能移梁，使得此施工區(qū)域在此期間不能進(jìn)行任何施工作業(yè)，導(dǎo)致生產(chǎn)效率低下。研究發(fā)現(xiàn)生產(chǎn)線只是在模板循環(huán)運(yùn)輸與混凝土澆筑時(shí)會(huì)產(chǎn)生制約。針對(duì)此種制約，通過生產(chǎn)管理及現(xiàn)場協(xié)調(diào)，將模板回運(yùn)工序與混凝土澆筑工序安排在不同時(shí)間進(jìn)行;在制梁車間增加模板回運(yùn)軌道，此軌道由拆模區(qū)跨越混凝土澆筑區(qū)直至模板拼裝區(qū)，這樣，避免了傳統(tǒng)的龍門吊回運(yùn)模板與混凝土澆筑相互制約，提高了生產(chǎn)效率。

圖3 制梁車間分區(qū)

5 質(zhì)量控制

5.1 制梁車間控制要點(diǎn)

5.1.1 區(qū)域布置及排水系統(tǒng)

制梁車間在使用過程中，對(duì)其基礎(chǔ)承載及沉降影響最大的是游離水的滲入。所以生產(chǎn)線的排水系統(tǒng)采用的是防排相結(jié)合的方式，“防”是將T梁移運(yùn)線、便道、龍門吊行走線等銜接處，均采用水泥砂漿及防水卷材進(jìn)行防水處理，以防水侵入地基，造成地基產(chǎn)生不均勻沉降?！芭拧敝饕怯?、霜、雪、蒸養(yǎng)、養(yǎng)護(hù)用水的處理方式。制梁車間的排水系統(tǒng)主要是由南北兩側(cè)及中部的明渠排水體系組成。同時(shí)在無棚區(qū)均設(shè)有深入地基下方的暗管排水體系(此暗管設(shè)置埋深考慮到呼和浩特市歷年來的最厚凍土層，用以保障暗管將水排出生產(chǎn)線之前不受凍)。

5.1.2 主線基礎(chǔ)制作

生產(chǎn)線內(nèi)移動(dòng)底胎?；A(chǔ)，根據(jù)各個(gè)區(qū)域承受活載的不同，選用不同寬度、高度的混凝土基礎(chǔ)。其設(shè)計(jì)原理是根據(jù)不同區(qū)域地基承受的荷載小于其承載力防止地基沉降來進(jìn)行設(shè)計(jì)的。

在進(jìn)行基礎(chǔ)混凝土澆筑時(shí)，必須控制混凝土面高程。采用水準(zhǔn)儀按照2‰坡度、每1 m一點(diǎn)進(jìn)行控制，誤差控制在3 mm內(nèi)。

5.1.3 滾輪托盤預(yù)埋件的安裝

澆筑基礎(chǔ)混凝土?xí)r，同時(shí)安裝滾輪托盤預(yù)埋件，該預(yù)埋件的高程直接影響到滾輪的高程及生產(chǎn)線的坡度，是該過程中控制的重點(diǎn)。

在混凝土表面高程調(diào)整好之后安裝滾輪托盤預(yù)埋件，橫向、縱向均采用掛線方式調(diào)整順直度;采用水準(zhǔn)儀測量托盤頂面4個(gè)角點(diǎn)和中心點(diǎn)的高程，誤差控制在1 mm內(nèi)，另外測量前一個(gè)托盤和橫向相鄰?fù)斜P的高程，相鄰?fù)斜P之間的高程誤差同樣控制在1 mm以內(nèi)(縱向考慮2‰的坡度)。同時(shí)，每澆筑完10 m的區(qū)域便采用全站儀和水準(zhǔn)儀進(jìn)行復(fù)測，并及時(shí)校正。

5.2 車間式預(yù)制T梁質(zhì)量控制要點(diǎn)

5.2.1 移梁時(shí)混凝土強(qiáng)度控制

混凝土澆筑完成后至初凝之前，T梁不能進(jìn)行任何移動(dòng)。當(dāng)混凝土初凝后，才能進(jìn)行移動(dòng)，目的是防止對(duì)初凝前混凝土的擾動(dòng)而影響混凝土質(zhì)量。

5.2.2 冬期施工的操作要點(diǎn)

制梁車間在冬期施工時(shí)，有棚區(qū)全部進(jìn)行封閉。棚內(nèi)布設(shè)水暖和蒸汽通用暖氣片，通常情況下由6 t鍋爐供暖，確保環(huán)境溫度在－25℃時(shí)，大棚內(nèi)最低溫度不低于5℃。4條生產(chǎn)線西側(cè)延伸設(shè)置4個(gè)養(yǎng)護(hù)棚，棚內(nèi)布設(shè)暖氣片，由6 t鍋爐供暖，可保證溫度在(20±5)℃之間。當(dāng)室外溫度低于－30℃時(shí)，增加臨時(shí)蒸汽管道，用以確保T梁的質(zhì)量合格。

當(dāng)環(huán)境溫度不低于－25℃時(shí)，制梁車間能夠在24 h內(nèi)正常生產(chǎn);當(dāng)環(huán)境溫度低于－25℃時(shí)，為保證T梁質(zhì)量，除混凝土澆筑工序以外其他工序均可正常進(jìn)行。

5.2.3 混凝土養(yǎng)護(hù)

混凝土澆筑完成后，將梁移入養(yǎng)護(hù)棚內(nèi)進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，每個(gè)養(yǎng)護(hù)棚內(nèi)設(shè)2排暖氣管道，外部用棉帆布圍擋，養(yǎng)護(hù)棚內(nèi)溫度控制在(20±5)℃。養(yǎng)護(hù)過程中，對(duì)梁體兩端及中部位置采用自動(dòng)溫控系統(tǒng)進(jìn)行溫度監(jiān)控。養(yǎng)護(hù)棚內(nèi)設(shè)置噴水閥，可定期對(duì)梁體進(jìn)行灑水養(yǎng)生，以提高梁體強(qiáng)度，從而提高了模板的周轉(zhuǎn)周期。由試驗(yàn)室對(duì)隨梁試件進(jìn)行檢驗(yàn)，當(dāng)梁體混凝土達(dá)到初張拉強(qiáng)度時(shí)，對(duì)梁體降溫。當(dāng)梁體混凝土芯部與表層、表層與環(huán)境溫差不超過15℃時(shí)，將其移出養(yǎng)護(hù)棚拆模，并及時(shí)進(jìn)行初張拉。

6 高效率車間式T梁預(yù)制方法的應(yīng)用

高效率車間式的生產(chǎn)模式在榆林制梁場首次使用，在有效工期內(nèi)日均生產(chǎn)6片T梁，冬期施工日產(chǎn)4片T梁。在整個(gè)生產(chǎn)過程中，制梁車間只投入了榆林制梁場35%的工裝設(shè)備，但其產(chǎn)量卻達(dá)到了總生產(chǎn)量的44%。其生產(chǎn)效率比傳統(tǒng)模式的生產(chǎn)效率提高了25%。

此制梁車間的建立，極大減少了征地，得到了當(dāng)?shù)卣⒕用窦皹I(yè)主單位的一致好評(píng)，取得了顯著的社會(huì)效益。施工過程中采取了生產(chǎn)集中、合理的節(jié)能、環(huán)保措施，減少了廢物、廢料等對(duì)環(huán)境的污染，取得了良好的環(huán)保節(jié)能效益。

7 結(jié)語

(1)車間式預(yù)制模式，將施工區(qū)域固定、施工工序循環(huán)的傳統(tǒng)施工工藝創(chuàng)新為施工工序固定、施工區(qū)域循環(huán)的全新施工工藝。

(2)車間式預(yù)制模式克服了傳統(tǒng)模式中環(huán)境、混凝土強(qiáng)度增長制約生產(chǎn)的客觀因素，以及各工序受到施工區(qū)域的限制，工序銜接制約生產(chǎn)的主觀因素。降低了工裝設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)周期，同時(shí)結(jié)合了循環(huán)流水線作業(yè)的特點(diǎn)，使T梁預(yù)制能充分利用勞動(dòng)力和機(jī)械設(shè)備，生產(chǎn)順暢，降低了T梁的生產(chǎn)周期，節(jié)約了勞動(dòng)力，提高了生產(chǎn)效率。

(3)本施工技術(shù)適用于存梁能力有限，且不具備擴(kuò)存能力的預(yù)制場，適用于工期緊，任務(wù)重，施工環(huán)境惡劣的項(xiàng)目，特別是對(duì)有效工期短的項(xiàng)目，采用本技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)晝夜正常施工，降雨正常施工以及冬期正常施工。

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