高速鐵路預(yù)制場改建與規(guī)劃技術(shù)研究

楊繼光，羅圣明 ，雷文斌

（1.中國鐵路上海局集團有限公司徐州鐵路樞紐工程建設(shè)指揮部，江蘇 徐州 221000；2.廣州瀚陽工程咨詢有限公司，廣東 廣州 510220）

近年來，隨著中國鐵路建設(shè)業(yè)的快速發(fā)展，高速、高標(biāo)準(zhǔn)、高安全性的高速鐵路建設(shè)正在全面展開。其中，箱梁預(yù)制已成為高速鐵路建設(shè)技術(shù)含量高、設(shè)備投資大、質(zhì)量要求嚴格的單項工程之一[1]。橋梁預(yù)制裝配技術(shù)作為綠色建設(shè)的工法代表，是未來橋梁建造的主流技術(shù)，而在節(jié)段預(yù)制項目中，目前國內(nèi)橋梁施工多采用長線法預(yù)制工藝。長線法比較成熟，經(jīng)驗比較豐富，線性控制比較簡單，但由于長線法的底模是固定的，不能在水平和垂直方向上調(diào)整，因此通常只適用于無平曲線的直橋，而且預(yù)制場規(guī)模較大，涉及大量臨時用地及臨建工程，建設(shè)工期長、成本高。采用短線法預(yù)制工藝預(yù)制占用場地小、質(zhì)量更好、施工工法適用性更強、對自然環(huán)境破壞更小、建設(shè)周期更短，社會效益顯著等[2]。然而，大多數(shù)人不熟悉短線法施工過程，并認為其預(yù)制的精度要求非常高。因此，目前國內(nèi)針對短線法節(jié)段預(yù)制技術(shù)的研究很少，針對高速鐵路短線法節(jié)段預(yù)制梁場選址和規(guī)劃技術(shù)研究少之又少。

目前國內(nèi)外對橋梁預(yù)制場選址的研究大多數(shù)是針對高速公路、市政工程預(yù)制場，而且多數(shù)為新建預(yù)制場，占地面積大，交通便利。而高速鐵路橋梁大多位于偏遠鄉(xiāng)村地區(qū)，不具備滿足節(jié)段梁運輸條件。連續(xù)梁相對于簡支梁來說工期較長，且大多數(shù)位于運架梁通道上，成為運架梁推進順利與否的控制工點。

鑒于此，文章結(jié)合鐵路工程線路長工點多、連續(xù)梁在整條線路較為零散等特點，通過統(tǒng)籌規(guī)劃、對比分析等研究整孔箱梁預(yù)制場與節(jié)段箱梁預(yù)制場合建或改建的方式。在合理安排工期的基礎(chǔ)上，通過對原簡支梁梁場部分流水線進行改造的方式，并且考慮短線法施工工序與施工節(jié)奏，研究并實施了預(yù)制場的標(biāo)準(zhǔn)布局。這樣既可以避免再新征用地用于新建梁場，又可以最大限度地利用梁場既有設(shè)備，減少新的投入，而且能夠有效控制工程的工期。

1 預(yù)制場選址

1.1 預(yù)制場選址原則

（1）運梁距離較短。預(yù)制場盡可能位于施工區(qū)域內(nèi)或其邊緣，這樣可以縮短運梁距離，保證節(jié)段梁運輸?shù)陌踩浴＃?）考慮防洪排澇。盡量避免低洼地區(qū)和頻繁的洪水或洪水排放區(qū)域，現(xiàn)場應(yīng)確保在雨季安全施工。（3）臨時工程量較小。盡可能選擇在具有良好地質(zhì)條件和平坦地形的區(qū)域，這樣可以減少土石方和地基加固工程量，降低工程造價。（4）交通方便。盡可能連接現(xiàn)有道路和施工道路，以便于大型設(shè)備和大宗材料的運輸[3]。

1.2 預(yù)制場選址技術(shù)

結(jié)合鐵路工程特點，連續(xù)梁在整條線路中較為零散，因此采用與運輸較為便利的簡支梁場合建或改建梁場較為適宜。根據(jù)利用既有梁場資源、臨近工程量較小、交通便利、征地拆遷少等預(yù)制場選址原則，再結(jié)合現(xiàn)場實際情況，連徐Ⅱ標(biāo)已有建好的簡支箱梁預(yù)制場，具備一定的運輸條件，但現(xiàn)場地基較差不適合做現(xiàn)場預(yù)制梁場，最終選擇在新沂制梁場提梁上橋區(qū)東側(cè)存梁區(qū)改造成連續(xù)梁節(jié)段預(yù)制場。其優(yōu)點是最大限度利用梁場既有場地及設(shè)備，利用原預(yù)制場臺座基礎(chǔ)及吊裝設(shè)備，減少新的投入，但缺點是需新增運輸設(shè)備、便道改建費用。

連徐Ⅱ標(biāo)東海特大橋跨大沙河（32+48+32）m連續(xù)梁拼裝現(xiàn)場如圖1所示。

圖1 東海特大橋跨大沙河（32+48+32）m連續(xù)梁拼裝現(xiàn)場

2 預(yù)制場規(guī)劃布置

2.1 工程概況

連徐鐵路東海特大962#～965#墩跨大沙河采用（32+48+32）m預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁，設(shè)計時速350km/h，線間距5m，位于直線上。采用CRTS-Ⅲ型板式無砟軌道，軌道結(jié)構(gòu)高度738mm，環(huán)境類別為碳化環(huán)境，作用等級T2，橋位處地震烈度8度，地震動峰值加速度0.2g。

橋梁寬12.6m，全長113.5m，截面中心線處梁高3.035m；梁體混凝土采用C55混凝土；采用節(jié)段預(yù)制裝配施工工藝，連續(xù)梁需預(yù)制40節(jié)段，中跨合龍?zhí)幵O(shè)濕接頭；邊跨不設(shè)濕接縫。

2.2 預(yù)制場的總體規(guī)劃

選擇箱梁預(yù)制場的位置后，應(yīng)對預(yù)制場地進行總體規(guī)劃。節(jié)段箱梁預(yù)制場根據(jù)功能需要劃分為節(jié)段生產(chǎn)區(qū)、修飾養(yǎng)生區(qū)、節(jié)段存儲區(qū)、鋼筋加工區(qū)、混凝土拌合區(qū)，倉儲區(qū)、試驗室、項目辦公生活區(qū)、工人生活區(qū)等功能區(qū)[4]。

鑿除既有梁場3個存梁臺座的支墩，征作節(jié)段梁制梁臺座及存梁臺座，對地基進行處理，節(jié)段預(yù)制區(qū)地面需全部硬化；利用既有鋼筋加工場加工鋼筋，半成品鋼筋運至鋼筋綁扎胎具；設(shè)置2臺鋼筋綁扎胎具，用于綁扎節(jié)段鋼筋，硬化1條通道通往原有鋼筋加工車間；利用梁場現(xiàn)有的450t跨線提梁機作為節(jié)段梁鋼筋籠吊裝入模及提梁之用，需將450t提梁機軌道向小里程方向延伸135m。

制梁區(qū)配置2個短線預(yù)制臺座，臺座軸線與橋梁線路平行，于2個制梁臺座軸線延長線方向設(shè)置2座測量塔；存梁區(qū)與制梁臺座同軸布置，存梁區(qū)設(shè)存梁臺座18個，雙層存梁，可存放36片節(jié)段梁；制梁臺座與存梁臺座之間設(shè)置節(jié)段整修臺座2個，用于節(jié)段梁表面修飾、預(yù)應(yīng)力孔道檢修等；配備1臺泵車，用于混凝土澆筑，在1#測量塔西面通往混凝土拌合站道路處設(shè)置裝車區(qū)，作為節(jié)段梁出場道路。

連續(xù)梁節(jié)段預(yù)制平面布置圖如圖2所示，連續(xù)梁節(jié)段預(yù)制布置實景圖如圖3所示。節(jié)段預(yù)制生產(chǎn)線自西向東，在鋼筋綁扎區(qū)綁扎鋼筋籠，利用梁場現(xiàn)有450t跨線提梁機將節(jié)段梁鋼筋籠吊裝入模，預(yù)制節(jié)段自節(jié)段生產(chǎn)區(qū)移出至修飾養(yǎng)生區(qū)進行整修和繼續(xù)養(yǎng)護，然后再吊運至存梁區(qū)存放，最后從存梁區(qū)出梁。梁段生產(chǎn)各個環(huán)節(jié)分別在不同分區(qū)獨立完成，各區(qū)域間布置緊湊，各工序銜接緊密，由整個標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)線管理系統(tǒng)進行統(tǒng)一調(diào)配，形成流程化、工廠化作業(yè)條件。

圖2 連續(xù)梁節(jié)段預(yù)制平面布置圖

圖3 連續(xù)梁節(jié)段預(yù)制布置實景圖

2.3 預(yù)制場主要功能區(qū)規(guī)劃布局

（1）鋼筋綁扎區(qū)規(guī)劃布局。鋼筋綁扎臺座設(shè)置在預(yù)制生產(chǎn)線的一端，采用先將梁段鋼筋在綁扎臺座上綁扎成整體骨架，用門式起重機整體吊放入模的施工工藝。設(shè)計2個鋼筋綁扎臺座，臺座數(shù)量與制梁臺座數(shù)量為1∶1。鋼筋綁扎支架主要結(jié)構(gòu)采用各類型鋼及鋼管制作，作為鋼筋骨架整體綁扎的胎膜使用。胎架頂部考慮設(shè)置可移動式雨棚，區(qū)域內(nèi)地面采用200mm厚的混凝土面層。在鋼筋臺座的實際安裝過程中，必須仔細計算并檢查頂板和底板之間的平面尺寸、對角線和高度差，以確保尺寸的準(zhǔn)確和精確性。在鋼筋加工區(qū)一端設(shè)有半成品存放區(qū)。鋼筋胎架布置圖如圖4所示。

圖4 鋼筋胎架布置圖

（2）節(jié)段生產(chǎn)區(qū)規(guī)劃布局。節(jié)段生產(chǎn)區(qū)是整個預(yù)制場最為核心的功能區(qū)。按照短線匹配法工廠化流水生產(chǎn)，生產(chǎn)線上設(shè)置以下臺位：鋼筋綁扎臺位、節(jié)段預(yù)制臺位、測量塔區(qū)、模板存放區(qū)等。①制梁臺座和模板的配置。節(jié)段預(yù)制臺座的數(shù)量主要取決于預(yù)制場最大的日產(chǎn)能以及節(jié)段梁的架設(shè)速度。根據(jù)以往項目的經(jīng)驗總結(jié)出，節(jié)段梁從澆筑混凝土到脫模的時間是制梁的控制點，混凝土養(yǎng)護階段在整個預(yù)制過程中占用比較長的時間。梁場最大生產(chǎn)能力主要取決于預(yù)制設(shè)備的配置、預(yù)制流程、預(yù)制作業(yè)班組的配置、預(yù)制效率以及預(yù)制周期等。②制梁臺座的數(shù)量計算。臺座數(shù)量M=N/η。其中，N為預(yù)制場預(yù)制效率，即預(yù)制場一天計劃完成節(jié)段梁預(yù)制的數(shù)量，榀／d；η為單臺座預(yù)制效率，榀／d。③制梁臺座的布置形式。預(yù)制梁場的制梁臺座一般有2種布置方式——橫列式和縱列式。橫列式制梁臺座的長度方向與線路走向互相垂直，縱列式制梁臺座的長度方向與線路走向互相平行。具體布置方式需要根據(jù)實際項目以及現(xiàn)場情況確定，橫列式布置的箱梁通過運梁車轉(zhuǎn)運、裝卸到存儲區(qū)和現(xiàn)場時，需要水平旋轉(zhuǎn)90°[5]。④制梁區(qū)的面積參數(shù)。制梁臺座所占的面積，節(jié)段預(yù)制箱梁寬度12.6m，距離模板兩邊各1m，因此寬度為15m。預(yù)制臺座上布置預(yù)制模板系統(tǒng)，包括內(nèi)模及臺車、固定端模及支架、腹板及翼板模板、澆筑段底模、匹配段底模和養(yǎng)生等強段底模、底模臺車及軌道等。按連徐高鐵項目最長節(jié)段3.3m設(shè)計一個底模區(qū)域，單臺座總長度為23m，因此單個制梁臺座占地面積15×23=345m2，單個測量塔占地面積為2×2=4m2。模板系統(tǒng)距離外側(cè)軌道龍門吊的安全距離和施工空間共取4m，縱列式臺座之間預(yù)留距離2m，混凝土罐車和運梁車通道6m寬度。因此，每個制梁臺座占地面積為（15+4+6）×（23+2+2）=675m2。⑤預(yù)制臺座基礎(chǔ)實施要點。制梁區(qū)按1排布置，一共設(shè)置2個預(yù)制臺座。預(yù)制臺座上布置短線法預(yù)制施工的核心設(shè)備——預(yù)制模板系統(tǒng)，包括內(nèi)模及臺車、固定端模及支架、腹板及翼板模板、澆筑段底模、匹配段底模和養(yǎng)生等強段底模、底模臺車及軌道等。因此，為保證預(yù)制精度，要求預(yù)制臺座基礎(chǔ)要具備足夠的強度、剛度和穩(wěn)定性。

預(yù)制臺座頂面設(shè)計高程應(yīng)高于周邊道路、門吊軌道基礎(chǔ)等設(shè)施，可防止預(yù)制臺座積水，同時便于澆筑混凝土車輛及其他施工運輸車輛通行。在天然地基承載力允許的情況下，設(shè)置剛度較大的擴大基礎(chǔ)以減少因地基不均勻沉降造成的模板系統(tǒng)誤差。短線法制梁要求節(jié)段預(yù)制期間地基累計沉降≤10mm，單榀梁預(yù)制期間地基變形＜2mm。節(jié)段制梁臺座基礎(chǔ)設(shè)計如圖5所示。

圖5 節(jié)段制梁臺座基礎(chǔ)設(shè)計圖（單位：mm）

⑥測量塔實施要點。由于短線法要求很高的測量精度，測量塔作為短線法預(yù)制線型控制的關(guān)鍵設(shè)施，必須具有足夠的剛度，滿足“精度高，變形小、無明顯沉降”的條件要求。場內(nèi)共設(shè)置2個測量塔，設(shè)立在預(yù)制單元的兩端，分別為測量塔和目標(biāo)塔，兩塔互相對視。2個測量塔的控制點之間的連接線與待澆梁的中心軸線重合。測量塔符合測量規(guī)則要求，都是從澆筑梁端到匹配梁端方向布置。為保證高程測量精度，測量角度在30～120°為最佳，極限情況不小于20°。

測量塔采用直徑Φ600mm的混凝土灌注樁。樁基入土深度根據(jù)計算確定，根據(jù)該項目的地質(zhì)條件應(yīng)保證樁基入土深度不小于16m，樁端嵌入該巖層內(nèi)深度不小于600mm。測量塔頂高度應(yīng)高于節(jié)段梁的頂面1000mm，即節(jié)段梁頂面5000mm，測量塔頂標(biāo)高為5000+1000=6000mm；應(yīng)考慮蒸養(yǎng)棚或遮陽棚對視線遮擋的影響，控制蒸養(yǎng)棚棚頂?shù)焦?jié)段梁頂面的距離不要超過800mm。測量專業(yè)用強制對中基座為外購成品，需埋入樁頂面的混凝土內(nèi)，基座中心與樁中心對齊，最大偏差不大于5mm。注意嚴格控制基座頂面的水平度，水平度不小于2%。測量塔塔身四周不接觸其他任何物體，為降低周邊振動對測量精度的影響，混凝土地坪與樁身需保持100mm間隙。測量塔頂部可設(shè)置雨棚，為測量創(chuàng)造良好的條件。測量塔及附屬結(jié)構(gòu)如圖6所示。

（3）修飾養(yǎng)生區(qū)規(guī)劃布局。修飾養(yǎng)生臺座位于制梁臺座與存梁臺座中間，修飾養(yǎng)生臺座數(shù)量需要考慮節(jié)塊梁滿足7d混凝土養(yǎng)護時間。一般情況下，要保證與制梁臺座等數(shù)量設(shè)置。因此，該區(qū)共設(shè)置修整臺座2個，修飾臺座和循環(huán)水池。預(yù)制節(jié)段自節(jié)段生產(chǎn)區(qū)移出至修飾養(yǎng)生區(qū)后，利用450t提梁機吊裝到修飾養(yǎng)生臺座進行整修和繼續(xù)養(yǎng)護，整修工作主要包括預(yù)應(yīng)力孔道清理、混凝土表面清理、匹配面清理等。修飾養(yǎng)生區(qū)設(shè)置水噴淋系統(tǒng)，對預(yù)制節(jié)段繼續(xù)噴淋養(yǎng)護直至設(shè)計要求的養(yǎng)護周期。修飾養(yǎng)生臺座由底座與支墩兩部分構(gòu)成，分次澆注成型。修飾臺座節(jié)段梁放置示意圖如圖7所示。

圖6 測量塔及附屬結(jié)構(gòu)實景圖

圖7 修飾臺座節(jié)段梁放置示意圖（單位：mm）

（4）節(jié)段存儲區(qū)規(guī)劃布局。節(jié)段存儲區(qū)（又稱存梁區(qū)）設(shè)置存梁臺座，用于成品預(yù)制節(jié)段存放，存梁區(qū)存梁能力應(yīng)以設(shè)計要求的節(jié)段累計養(yǎng)護和存放周期確定。存梁臺座為鋼筋混凝土條形基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，區(qū)域周邊設(shè)排水溝，臺座范圍以外地面采用碎石鋪設(shè)。區(qū)域內(nèi)布設(shè)電源和水源，滿足節(jié)段橫向預(yù)應(yīng)力張拉、壓漿、封錨施工作業(yè)以及后續(xù)節(jié)段的灑水養(yǎng)護作業(yè)需要。存梁臺座數(shù)量的確定原則：存梁臺座的數(shù)量n=N×K÷2[5]。其中，N為梁場制梁效率，榀/d；K為按設(shè)計要求節(jié)段梁在存梁臺座上存梁養(yǎng)護的最短時間，d。無特殊要求時，K=30d。按雙層存梁考慮。

根據(jù)預(yù)制場實際情況，為便于梁段的出運，存梁區(qū)設(shè)置在生產(chǎn)線小里程方向。存梁區(qū)與預(yù)制臺座同軸布置，存梁區(qū)設(shè)存梁臺座18個，雙層存梁，可存放36片節(jié)段梁。在存梁臺座建設(shè)前先對該區(qū)域的基礎(chǔ)進行處理，清理平整原地面，并碾壓密實。在硬化好的場地上，設(shè)置存梁臺座，采用高強度混凝土砌筑，基礎(chǔ)堅實，臺座表面平整。在存梁臺座頂面、上下層節(jié)段梁之間放置木板或橡膠板，雙支點側(cè)放置2塊，單支點側(cè)放置1塊。臺座縱向每隔22m斷開，設(shè)置一個縫。節(jié)段梁存梁臺座支點布置示意圖如圖8所示。

圖8 節(jié)段梁存梁臺座支點布置示意圖（單位：mm）

3 結(jié)語

文章通過實際項目介紹了整孔箱梁預(yù)制場與節(jié)段箱梁預(yù)制場的合建，即通過對原簡支梁梁場部分流水線進行改造的方式，并且結(jié)合合建梁場的選址特點，考慮短線法施工工序與施工節(jié)拍，研究并實施了預(yù)制場的標(biāo)準(zhǔn)布局。研究結(jié)果顯示：與簡支梁場合建或改建梁場適用于具備市政道路或便道運輸條件；簡支梁場有可利用的空余地方；簡支梁場位置離架設(shè)現(xiàn)場較近等。這種合建預(yù)制場模式具有可利用原預(yù)制場臺座基礎(chǔ)及吊裝設(shè)備，預(yù)制完畢后可恢復(fù)為簡支梁場，無須另行投入拌合站、鋼筋加工車間等輔助設(shè)施的優(yōu)點；而且能夠有效控制工程的工期，但需新增運輸設(shè)備、便道改建費用。該合建預(yù)制場模式為短線法節(jié)段預(yù)制梁場的選址和規(guī)劃布局提出了一種新的思路，具有一定的指導(dǎo)和借鑒作用。