跨座式單軌混凝土軌道梁預(yù)制生產(chǎn)工藝研究

■ 潘力 謝通

1 概述

跨座式單軌是通過單根軌道進(jìn)行支承、穩(wěn)定和導(dǎo)向，車體騎跨在軌道梁上運(yùn)行的軌道交通，以其環(huán)保低噪、爬坡能力強(qiáng)、轉(zhuǎn)彎半徑小等優(yōu)點(diǎn)成為城市軌道交通的重要發(fā)展方向之一?！霸栖墶庇址Q云中軌道交通系統(tǒng)，是比亞迪汽車工業(yè)有限公司（簡稱比亞迪）對其自主研發(fā)的跨座式單軌列車交通系統(tǒng)的別稱。2016年10月23日，我國首條“云軌”試驗線在深圳坪山比亞迪工業(yè)園完成試運(yùn)行。

跨座式單軌交通有三大關(guān)鍵技術(shù)：道岔、車輛、預(yù)應(yīng)力混凝土軌道梁（簡稱PC軌道梁）。PC軌道梁作為一種橋梁結(jié)構(gòu)，既起到承受質(zhì)量和承載供電及信號等系統(tǒng)的作用，也是車輛行駛的軌道。作為集多種功能于一體的建筑結(jié)構(gòu)，不僅要保證較高強(qiáng)度，還必須具有足夠的精度[1]。制作每榀PC軌道梁時，都會根據(jù)線路布置需要，在梁的跨度、平面曲線、豎曲線及預(yù)埋件種類等方面進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整。不能通過調(diào)節(jié)道砟、軌道配件等措施調(diào)節(jié)軌道線形，只能在制作時控制制造工藝，使PC軌道梁嚴(yán)格滿足規(guī)劃及設(shè)計尺寸要求，其精度對線路工程質(zhì)量影響極大[1-4]。

2 預(yù)制工藝

2.1 工藝原理

PC軌道梁采用后張法實現(xiàn)混凝土結(jié)構(gòu)的預(yù)應(yīng)力，預(yù)制生產(chǎn)過程中需要使用特殊的高精度可調(diào)式模板[1]?！霸栖墶盤C軌道梁采用矩形截面，梁寬700 mm、高1 500 mm（見圖1）。其工藝原理為：用鋼結(jié)構(gòu)拼焊成可移動的臺車作為梁體底模，把待生產(chǎn)的PC軌道梁的線形控制點(diǎn)及各類預(yù)埋件位置標(biāo)注于底模，先在臺車面進(jìn)行尺寸放線及鋼筋骨架制作，設(shè)置預(yù)應(yīng)力預(yù)留管道，安裝各類預(yù)埋件、一次性內(nèi)膜、端模及支座等，隨后移入模板并調(diào)整線形，復(fù)核無誤后灌注混凝土，隨即進(jìn)行蒸汽養(yǎng)護(hù)，待強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計要求時進(jìn)行預(yù)應(yīng)力張拉，通過錨具和鋼絞線傳力使梁體達(dá)到預(yù)壓[1，5]。PC軌道梁預(yù)制工藝流程見圖2。

2.2 工藝特點(diǎn)

跨座式單軌軌道梁結(jié)構(gòu)的特殊性決定了PC軌道梁預(yù)制工藝的特殊性，該工藝主要特點(diǎn)如下[5]：

圖1 PC軌道梁矩形截面

圖2 PC軌道梁預(yù)制工藝流程

（1）采用一套可調(diào)整彎曲曲線及超高值（翻轉(zhuǎn)）的PC軌道梁專用高精度可調(diào)式模板系統(tǒng)（簡稱PC軌道梁模板系統(tǒng)），具有較高的強(qiáng)度和穩(wěn)定性，以保證PC軌道梁的線形尺寸及預(yù)埋件位置嚴(yán)格符合設(shè)計要求[2]；既能制作直線PC軌道梁，也可制作曲線PC軌道梁。

（2）梁體混凝土為C60級以上的高強(qiáng)混凝土，采用抗拉、壓鑄鋼支座。

（3）軌道梁制作底模為可移動臺車。

（4）軌道梁制作模具能夠固定相應(yīng)部位的預(yù)埋件，如底模固定鑄鋼支座、電纜橋架，端模固定指形板座（PC軌道梁間連接結(jié)構(gòu)），側(cè)模固定絕緣子固定預(yù)埋管、車體接地固定預(yù)埋管等。

3 PC軌道梁模板系統(tǒng)

3.1 模板結(jié)構(gòu)

PC軌道梁模板系統(tǒng)主要由頂部平臺、立柱、側(cè)模板、端模、側(cè)模懸吊機(jī)構(gòu)、線形板、側(cè)模板調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)、底模臺車等部件組成[4]（見圖3）。

圖3 PC軌道梁模板系統(tǒng)截面示意圖

3.1.1 立柱

立柱底部與地面固定，用于支承側(cè)模懸吊機(jī)構(gòu)、頂部平臺及側(cè)模板調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，承受側(cè)模板調(diào)節(jié)時的反作用力。

3.1.2 側(cè)模板

側(cè)模板由厚鋼板、背部縱筋及橫筋、鉸接裝置、密封裝置等組成，用于形成PC軌道梁的平面曲線及豎曲線。側(cè)模板上安裝了線形板，既能控制梁兩側(cè)頂部線形及高度，又能固定軌道梁梁體兩側(cè)的各類預(yù)埋件[3-4]。

3.1.3 端模

端模由端模板、指形板、固定工裝、錨具工裝、密封膠圈等組成，根據(jù)不同平面曲線和豎曲線需要，可在制梁時調(diào)整梁體端部高度、傾角及轉(zhuǎn)角。

3.1.4 側(cè)模懸吊機(jī)構(gòu)

側(cè)模懸吊機(jī)構(gòu)由吊臂、滑動軌道、吊頂?shù)炔考M成，能支承側(cè)模板質(zhì)量，并調(diào)整側(cè)模板高度。

3.1.5 側(cè)模板調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)

一套模板的單側(cè)由上、下調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)組成（部分工況會增加中間的快速調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)），通過絲桿進(jìn)行傳動和加力，其上有標(biāo)尺桿，可精確控制調(diào)節(jié)量。

3.1.6 底模臺車

底模臺車由面板、面板支架、端?？烧{(diào)支座、端模固定支架、含輪對的行走底座及長度可調(diào)墩架等部件組成。作為PC軌道梁預(yù)制的底模，其長度、高度可調(diào)，并能調(diào)節(jié)和固定端模。

3.2 模板線形控制原理

3.2.1 平面曲線形成原理

根據(jù)沿梁長方向不同位置的平面曲線設(shè)計值，通過拉、壓相應(yīng)位移調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)絲桿，使梁體模板發(fā)生位移，并利用大、小位移調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)絲桿的位移標(biāo)尺測定位移量，達(dá)到平面曲線的線形精度。

3.2.2 豎曲線及預(yù)設(shè)拱度形成原理

根據(jù)沿梁長方向不同位置的梁頂標(biāo)高設(shè)計值，調(diào)整側(cè)模高度調(diào)節(jié)器和線形板，并利用水準(zhǔn)儀進(jìn)行測量，達(dá)到豎曲線及預(yù)設(shè)拱度的線形精度。

3.3 系統(tǒng)優(yōu)勢

與傳統(tǒng)預(yù)制梁模板（拼裝）相比，PC軌道梁模板系統(tǒng)具有以下優(yōu)勢：（1）側(cè)模板采用屈服強(qiáng)度高、焊接性能好的厚鋼板焊接成一體，使用壽命長，有效消除梁體表面連接縫痕跡；（2）懸吊機(jī)構(gòu)采用滑塊及高精度導(dǎo)軌導(dǎo)向，提高模板系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性；（3）模板采用PLC控制，通過電機(jī)驅(qū)動各連桿機(jī)構(gòu)，實現(xiàn)側(cè)模同步運(yùn)動，操作方便，大大降低勞動強(qiáng)度，在保證工法精度的同時提高生產(chǎn)效率；（4）側(cè)模工位移動方式降低生產(chǎn)用地面積，簡化生產(chǎn)工藝；（5）采用透明有機(jī)玻璃封閉，保證軌道梁養(yǎng)護(hù)工藝要求，實現(xiàn)目視化管理與生產(chǎn)。

4 生產(chǎn)施工操作要點(diǎn)

4.1 鋼筋工程

PC軌道梁梁體內(nèi)鋼筋密集、箍筋外型復(fù)雜，且鋼筋保護(hù)層要求較高，因此要求鋼筋制作尺寸準(zhǔn)確，需要注意以下幾點(diǎn)[3]：（1）PC軌道梁線形多變，不同線形梁在同一部位的鋼筋下料長度不等，每榀梁鋼筋下料前需技術(shù)人員根據(jù)設(shè)計線形進(jìn)行交底，從而保證鋼筋的成型精度；（2）根據(jù)對應(yīng)梁體不同部位的超高對鋼筋進(jìn)行逐一彎制，并按組立順序進(jìn)行疊放；（3）根據(jù)臺車放線所示平面曲線進(jìn)行鋼筋組立，并按臺車放線所示的預(yù)埋件種類及數(shù)量進(jìn)行定位安裝。

4.2 模板工程

4.2.1 內(nèi)模制作

根據(jù)PC軌道梁不同梁型，按設(shè)計要求對應(yīng)制作內(nèi)模。內(nèi)模隨梁體跨度、平面曲線半徑的變化而作相應(yīng)變化；要求內(nèi)模能承受混凝土擠壓變形及破壞的剛度及強(qiáng)度，一般以優(yōu)質(zhì)層板作為隔板（1個/m），以矩形木條拼裝在隔板上作為內(nèi)模骨架，將0．5～1．0 mm的薄鐵皮覆蓋釘裝于內(nèi)模骨架上作為外殼[1]。

4.2.2 端模配裝

（1）端模組裝操作要點(diǎn)：①在安裝指形板預(yù)埋件時，要保證指形板座與相應(yīng)定位支座貼合緊密[6]；②通過螺栓將錨具支承板固定于端模；③設(shè)計圖紙規(guī)定了PC軌道梁梁體端部的超高，應(yīng)加工相應(yīng)尺寸的木墊板，并通過螺栓安裝于端模底部。

（2）端模安裝操作要點(diǎn)：①將端模固定支座安裝于臺車兩端固定位，吊裝端模到放線位置，通過拉桿及銷軸連接端模與臺車上固定的拉桿支柱；②通過端模拉桿將端模底部內(nèi)邊線與臺車上的梁底端邊線調(diào)整至重合，并使端模傾角、轉(zhuǎn)角符合設(shè)計圖紙的各項規(guī)定角度值[6]；③安裝完成后重新測量各項參數(shù)（梁長、傾角及轉(zhuǎn)角等）[7]。

4.2.3 入模

入模操作是控制PC軌道梁線形的關(guān)鍵，操作要點(diǎn)如下：

（1）在臺車進(jìn)入模具內(nèi)部前，應(yīng)依據(jù)設(shè)計圖紙調(diào)整線形板及端模，同時將絕緣子固定預(yù)埋管及車體接地用固定預(yù)埋管安裝完畢。將側(cè)模板下刀口到臺車面板的高度差調(diào)整為梁邊倒角值。通過跨中處豎曲線調(diào)節(jié)絲桿，將兩側(cè)線形板臺面至臺車面板的距離調(diào)整為梁高。調(diào)節(jié)每個線形板調(diào)節(jié)點(diǎn)處線形板與臺車面板的高度差，使其符合設(shè)計圖紙中對應(yīng)的預(yù)留反拱值。

（2）移動臺車，使PC軌道梁的鋼筋骨架隨其進(jìn)入模板的灌注工位。精確調(diào)節(jié)臺車縱、橫向位置，用固定裝置定位。

（3）依據(jù)尺寸工法調(diào)節(jié)模板各千斤頂絲桿的拉壓量，將模板調(diào)整至設(shè)計圖紙規(guī)定的線形。側(cè)模調(diào)整示意見圖4。

（4）安裝內(nèi)模防浮壓栓、底部密封膠條、側(cè)模板鎖緊裝置。

（5）復(fù)核入模數(shù)據(jù)[6-7]。

4.3 混凝土工程

4.3.1 振搗

混凝土振搗是PC軌道梁梁體成型的重要工序。梁體外觀質(zhì)量特別是混凝土表面的氣泡、麻面多少，與混凝土振搗工藝的優(yōu)劣緊密相關(guān)。為保證梁體成型精度，摒棄傳統(tǒng)附著式振動器振搗方式，全部采用高頻插入式振動棒進(jìn)行振搗密實。振搗時間、振點(diǎn)布設(shè)是影響振搗質(zhì)量的關(guān)鍵因素。振搗過程中嚴(yán)格做到分層布料、分層振搗，布料厚度每層不超過30 cm，振點(diǎn)按梅花形布設(shè)[8]。

圖4 側(cè)模調(diào)整示意圖

4.3.2 抹面

PC軌道梁混凝土抹面應(yīng)符合以下要求：

（1）振實的混凝土澆筑至線形板標(biāo)定面時，隨即進(jìn)行抹面工序。

（2）先將振實段的內(nèi)模防浮壓栓拆除，再進(jìn)行粗抹（以線形板標(biāo)定面為基準(zhǔn)）。

（3）將專用抹面水平尺放置在線形板標(biāo)定面進(jìn)行精確抹面。水平尺在線形板標(biāo)定面前后推動，使梁體混凝土頂面與線形板臺面一致。當(dāng)混凝土表面接近初凝時，使用專用潔凈毛刷沿橫向輕刷梁體頂面，使表面形成均勻的長紋路[8]。

4.3.3 養(yǎng)護(hù)

PC軌道梁混凝土養(yǎng)護(hù)包括以下階段：

（1）蒸汽養(yǎng)護(hù)。在模板內(nèi)部完成，其要求為：①包括靜停、升溫、恒溫及降溫4個階段。無論升溫、降溫，速度均不大于15 ℃/h；②脫模時，梁體表面溫度與環(huán)境溫度最大差值為15 ℃；③提供蒸汽后，做好查溫記錄（1次/h），并注意調(diào)整溫度。

（2）自然養(yǎng)護(hù)。灑水次數(shù)不得過多或過少，應(yīng)保證混凝土表面充分潮濕。冬季對梁體采取保溫措施，在溫度低于5 ℃時不得進(jìn)行灑水養(yǎng)護(hù)[9]。

5 材料與設(shè)備

5.1 原材料

PC軌道梁在跨座式單軌交通系統(tǒng)中的設(shè)計壽命為100年，除要求較高強(qiáng)度外，還要保證一定的耐久度，因此對原材料質(zhì)量要求較高。PC軌道梁主要原材料見表1。

5.2 機(jī)具設(shè)備

制造PC軌道梁所需的主要機(jī)具設(shè)備見表2。

6 質(zhì)量控制

6.1 工程質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)

PC軌道梁的質(zhì)量檢驗包括但不限于以下標(biāo)準(zhǔn)：

（1）GB 50614—2010《跨座式單軌交通施工及驗收規(guī)范》。

（2）GB 50204《混凝土結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范》。

（3）GB 50458《跨座式單軌交通設(shè)計規(guī)范》。

6.2 質(zhì)量保證措施

采取以下措施保證PC軌道梁的質(zhì)量符合驗收規(guī)范：

（1）鑒于PC軌道梁工藝的特殊性，開工前由技術(shù)人員對各班組進(jìn)行技術(shù)交底。

（2）嚴(yán)把材料關(guān)，必須對所有原材料抽樣試驗，檢驗合格后方可使用，在生產(chǎn)過程中嚴(yán)格執(zhí)行“三檢制”（自檢、互檢、專檢），嚴(yán)把過程控制，對測量項目嚴(yán)格執(zhí)行換手復(fù)測制度，確保梁體線形精度。

表1 PC軌道梁主要原材料

表2 制造PC軌道梁主要機(jī)具設(shè)備

（3）制定可行的專項方案，如夏季施工專項方案、梁體防裂養(yǎng)護(hù)專項方案等。

（4）加工PC軌道梁預(yù)制專用工裝，如鋼筋及預(yù)應(yīng)力管道定位工裝、內(nèi)模穿入工裝、移梁擺渡車、吊梁專用夾具等。

6.3 監(jiān)控項目

PC軌道梁線形多樣、制作精度要求高。由于車輛卡在軌道梁上行走，因此梁體外形尺寸、梁與梁之間的連接以及預(yù)埋件埋設(shè)精度要求較高。PC軌道梁主要質(zhì)量監(jiān)控項目見表3。

7 安全及環(huán)保

7.1 安全措施

在PC軌道梁生產(chǎn)全過程中，建立安全施工規(guī)章制度、懸掛安全警示牌、張貼安全宣傳標(biāo)語、創(chuàng)造安全施工環(huán)境。根據(jù)不同工況作出對應(yīng)要求，完善安全管理制度，明確生產(chǎn)現(xiàn)場安全生產(chǎn)第一責(zé)任人，配置專職安全管理人員，切實貫徹執(zhí)行安全檢查制度和事故報告制度，嚴(yán)格按《安全操作規(guī)程》執(zhí)行。特種設(shè)備和特殊工種作業(yè)人員必須持證上崗，杜絕違規(guī)操作。對重大危險源（如生產(chǎn)用電、壓力鍋爐、高空作業(yè)、移梁龍門吊等）制定專項方案和應(yīng)急預(yù)案。

表3 PC軌道梁主要質(zhì)量監(jiān)控項目

7.2 環(huán)保措施

PC軌道梁生產(chǎn)施工環(huán)保措施如下：

（1）粉塵防治措施。混凝土攪拌站水泥筒倉安裝除塵裝置，裝置采用多級布袋除塵器。除塵器需有足夠除塵面積，泵送水泥壓縮空氣有足夠過濾面積，不會對除塵布袋產(chǎn)生較大壓力；干燥季節(jié)施工需經(jīng)常向地面灑水，控制揚(yáng)塵。

（2）廢水防治措施。采用較大污水池，通過兩級沉淀溢流，達(dá)到排放清水目的；沉淀池中的廢渣清理堆放在指定地點(diǎn)，并使用專用砂石分離設(shè)備。

（3）廢渣防治措施。將混凝土廢渣集中存放在指定地點(diǎn)，倒入規(guī)定垃圾場。

8 結(jié)束語

跨座式單軌預(yù)應(yīng)力混凝土軌道梁預(yù)制是否滿足設(shè)計要求，直接影響線路工程質(zhì)量。對于PC軌道梁的質(zhì)量控制，首先要從源頭開始，嚴(yán)抓原材料質(zhì)量檢測；另外，作業(yè)中要根據(jù)指導(dǎo)書及工藝細(xì)則要求進(jìn)行工序操作，并按相關(guān)工程質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行檢驗；最重要的是要保證高精度可調(diào)式模板的精度和可靠性。PC軌道梁在“云軌”交通應(yīng)用中取得豐碩成果，但也存在諸多不足：如模板精度不足，材料、熱處理工藝及焊接工藝不良，軌道基礎(chǔ)沉降等。應(yīng)加大研發(fā)投入，解決關(guān)鍵技術(shù)問題，實現(xiàn)更高的精度和可靠性。