鐵路T形梁預(yù)制場(chǎng)規(guī)劃設(shè)計(jì)方案

劉吉海

（中國(guó)土木工程集團(tuán)有限公司，北京100038）

1 工程概況

在阿爾及利亞55 km鐵路復(fù)線項(xiàng)目預(yù)制梁施工中，36 m長(zhǎng)T形梁實(shí)際預(yù)制梁長(zhǎng)37.1 m，梁腹板厚分別為：（1）跨中厚度為0.24 m；（2）在2.35 m范圍內(nèi)梁兩端為0.88 m；（3）梁頂板厚度平均值為0.2～0.3 m。本工程梁高2.6 m，梁體除9束預(yù)應(yīng)力鋼束以及2束7T15N1和N2鋼束外，其他均為9T15，張拉控制應(yīng)力1 480 MPa。需注意的是，本工程預(yù)制梁在張拉時(shí)，必須要保證混凝土強(qiáng)度＞設(shè)計(jì)強(qiáng)度（40 MPa）的90%。

2 預(yù)制場(chǎng)整體規(guī)劃階段

2.1 預(yù)制場(chǎng)規(guī)劃階段劃分

本工程在T形梁預(yù)制場(chǎng)規(guī)劃前，根據(jù)整個(gè)工程進(jìn)度計(jì)劃和包裝計(jì)劃，要明確其生產(chǎn)任務(wù)、施工時(shí)間、生產(chǎn)周期和速度等因素。制場(chǎng)計(jì)劃可分為總體計(jì)劃和施工計(jì)劃2部分，包括總體方案包括預(yù)制場(chǎng)位置、T形梁的數(shù)目和速度的確認(rèn)方向、關(guān)鍵參數(shù)（如制梁臺(tái)座的數(shù)目、存梁臺(tái)長(zhǎng)度等）的確定，施工方案主要是預(yù)制場(chǎng)的輔助施工方案，其中包括交通道路、電力、供水、雨水排水、采暖、混凝土運(yùn)輸?shù)裙こ坦艿赖挠?jì)劃等。

2.2 預(yù)制場(chǎng)整體規(guī)劃原則

工程總體規(guī)劃應(yīng)遵循因地制宜、合理布局、節(jié)約用地的基本原則?？傮w規(guī)劃根據(jù)生產(chǎn)企業(yè)的實(shí)際情況，落實(shí)生產(chǎn)、交通、防洪、安全、衛(wèi)生等要求，確定經(jīng)濟(jì)可行、技術(shù)合理的方案。

在具體設(shè)計(jì)中，整個(gè)方案可按5個(gè)步驟進(jìn)行：（1）預(yù)制場(chǎng)T形梁生產(chǎn)數(shù)量和速度的確定；（2）選址；（3）大型工裝的配置；（4）關(guān)鍵參數(shù)（數(shù)量、長(zhǎng)度）的確定；（5）平面布置。值得注意的是，這些步驟應(yīng)該相互交叉，還要根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)整。

由于本工程應(yīng)力集中位置在36 m T形梁翼緣板根部，加之應(yīng)力集中位置夏季具有氣溫高、溫差大特點(diǎn)，因此，必須考慮到如果沒(méi)有在氣溫高（尤其是正午）情況下做好養(yǎng)護(hù)工作且較早時(shí)間拆模，則可能會(huì)導(dǎo)致翼緣板根部出現(xiàn)縱向裂縫現(xiàn)象。對(duì)此，可具體采取的措施有：在現(xiàn)場(chǎng)施工過(guò)程中采取盡量避開(kāi)中午的高溫時(shí)段澆筑混凝土，并選擇在氣溫較低時(shí)拆模，加強(qiáng)混凝土養(yǎng)護(hù)，混凝土表面和未拆的模板表面設(shè)遮陽(yáng)設(shè)施，避免防止混凝土產(chǎn)生溫差過(guò)大。經(jīng)過(guò)一段時(shí)間觀察，36 m T形梁翼緣板根部沒(méi)有出現(xiàn)開(kāi)裂現(xiàn)象。

3 存在問(wèn)題及處理對(duì)策

3.1 張拉時(shí)端部開(kāi)裂

對(duì)于本工程來(lái)說(shuō)，當(dāng)36 m T形梁完成張拉起拱，則該T形梁就會(huì)處于簡(jiǎn)支受力狀態(tài)，這直接體現(xiàn)為其在兩端下部20 cm范圍內(nèi)需要支撐梁重。這意味著，該T形梁混凝土除了需要承受自身壓力外，還需要承受因其張拉造成梁長(zhǎng)度縮短所產(chǎn)生的與臺(tái)座之間拉力。此外，由于封錨槽口正好位于該T形梁兩端下部20 cm范圍內(nèi)，因此這一位置四周混凝土呈現(xiàn)出了厚度較小、配筋數(shù)量較少的特征，即其T形梁在張拉后兩端下部會(huì)發(fā)生開(kāi)裂，甚至在嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致相關(guān)部位混凝土完全分離于梁體混凝土[1]。

針對(duì)T形梁張拉后在制梁臺(tái)座的受力狀態(tài)，可以在T形梁端下部20 cm臺(tái)座范圍內(nèi)增設(shè)1層3～5 mm的泡沫板來(lái)改變T形梁張拉后兩端的受力效果。由于泡沫板受力壓縮改變了梁端受力的范圍，T形梁端部受力位置距梁端20～50 cm，正是T形梁的支座位置，能承受較大的集中力作用，保證T形梁張拉起拱后梁端混凝土不開(kāi)裂。

3.2 梁張拉后起拱度偏大

要實(shí)行預(yù)應(yīng)力施工，必須滿足的條件為：36 m T形梁混凝土體養(yǎng)護(hù)時(shí)，混凝土試件強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度預(yù)應(yīng)力。本工程中，該T形梁在張拉后起拱數(shù)值約25 mm，張拉后3個(gè)月時(shí)總起拱數(shù)值為65 mm。在阿爾及利亞，T形梁向上拱數(shù)值需＜10 mm，而本工程臺(tái)座在根據(jù)設(shè)計(jì)要求施工后，需向下設(shè)置30 mm反拱，而具體施工中實(shí)際向上起拱達(dá)到了35 mm；也就是說(shuō)，這一起拱值與當(dāng)?shù)厮?guī)定的數(shù)值偏差較大，必須采取措施加以解決。

經(jīng)分析，本工程T形梁張拉后出現(xiàn)起拱偏大主要有3個(gè)原因：（1）T形梁混凝土的彈性模量偏?。唬?）T形梁張拉強(qiáng)度沒(méi)有滿足＞設(shè)計(jì)強(qiáng)度（40 MPa）的90%這一要求；（3）T形梁不僅斷面尺寸較小，且其截面慣性矩也遠(yuǎn)小于國(guó)內(nèi)預(yù)制箱梁。

針對(duì)上述問(wèn)題，有3個(gè)處理對(duì)策：

1）盡可能地選擇細(xì)度模數(shù)大且質(zhì)量較好河砂。

2）控制好相關(guān)施工材料的參數(shù)，具體為：（1）含泥量＜1%；（2）混凝土坍落度必須在10～14 cm內(nèi)，且優(yōu)先選擇坍落度較小的混凝土；（3）混凝土在張拉情況下強(qiáng)度需達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度（40 MPa）的100%。

3）為了解決上拱過(guò)大問(wèn)題，在完成預(yù)制梁施工后要第一時(shí)間進(jìn)行架設(shè)與橋面施工。

實(shí)施以上對(duì)策施工后，T形梁張拉后的起拱明顯減小。3個(gè)月內(nèi)向上起拱基本控制在＜10 mm。

4 預(yù)制場(chǎng)選址原則

在進(jìn)行預(yù)制場(chǎng)選址時(shí)，需遵循的原則包括：

1）以既有橋梁廠或預(yù)制梁場(chǎng)為率先考慮地址。采用邊鋪邊架設(shè)的施工方法，機(jī)車(chē)牽引專(zhuān)用運(yùn)輸車(chē)輛時(shí)，優(yōu)先考慮既有鐵路橋梁廠，周?chē)锌瓦\(yùn)制梁場(chǎng)時(shí)優(yōu)先考慮其已建梁場(chǎng)。

2）為了方便大型設(shè)備和材料的進(jìn)入，預(yù)制場(chǎng)的位置要盡可能和已有道路或施工便道連接。采用輪軌式機(jī)車(chē)牽引運(yùn)梁時(shí)，要考慮既有路線對(duì)平面布置的影響。

3）為保證施工安全，預(yù)制場(chǎng)選擇位置應(yīng)提前考慮防洪、防澇、防凍要求。

4）預(yù)制場(chǎng)要盡量少占用耕地，同時(shí)也可以遵循永久與臨時(shí)結(jié)合的原則，利用一些鐵路的永久用地區(qū)域，或者直接將預(yù)制場(chǎng)建設(shè)在當(dāng)?shù)赜谰媒ㄔO(shè)用地上，還可以將預(yù)制場(chǎng)和鋪軌基地進(jìn)行合并，一起建設(shè)。

5 搬移梁方式和主要工裝配置

T形梁在搬運(yùn)到存梁臺(tái)位上之前，要在制梁臺(tái)座上完成初始張拉。移動(dòng)方法可分為移梁滑道（小車(chē)）、橫向移動(dòng)搬梁法和載體（2×80 t提梁機(jī)）提吊搬移梁法。

5.1 移梁滑道(移梁小車(chē))橫移法移梁

移梁滑道（移梁滑道小車(chē)）的質(zhì)量較輕，一次性設(shè)備成本低，但基礎(chǔ)差時(shí)，地基處理成本高，因此應(yīng)采用移梁滑道（小型車(chē)）布置2×80 t提梁機(jī)。

5.2 搬梁機(jī)(2×80 t提梁機(jī))搬梁

采用輪胎式或輪軌式搬梁機(jī)（2×80 t提梁機(jī)）運(yùn)輸梁效率高，通道（軌道）施工少，但是設(shè)備的費(fèi)用相對(duì)較高?？蓪?shí)現(xiàn)2×80 t提梁機(jī)單向移動(dòng)重載的負(fù)荷轉(zhuǎn)換，更方便靈活且高效。

6 預(yù)制場(chǎng)關(guān)鍵參數(shù)確定

6.1 制梁臺(tái)座數(shù)量

T形梁預(yù)制場(chǎng)制梁臺(tái)座的數(shù)量，要滿足預(yù)制梁總量的要求，并考慮預(yù)制梁設(shè)備、工藝、周期、效率等多種影響條件。在計(jì)劃中，可根據(jù)式（1）確定臺(tái)座數(shù)量：

式中，N1為臺(tái)座數(shù)，個(gè)；η為每天的預(yù)制量，片/d；T1為預(yù)制每片梁占用單個(gè)臺(tái)座時(shí)間，個(gè)·d/片。

6.2 存梁臺(tái)位長(zhǎng)度

根據(jù)使用的設(shè)備，如果選擇移梁滑道的模式，在使用滑道（小車(chē)）時(shí)，應(yīng)選擇單層存梁的存放方式。在配備有搬梁機(jī)（2×80 t提梁機(jī)）時(shí)，則應(yīng)選擇雙層梁的存放方式。存梁臺(tái)位長(zhǎng)度可按照式（2）計(jì)算：

式中，N2為根據(jù)計(jì)量制梁速度確定的存梁臺(tái)位長(zhǎng)度，m；B為保存每片梁的占用臺(tái)位長(zhǎng)度，m；T2為每片梁占用的天數(shù)，d/片；K為存梁系數(shù)，可以以單層存梁為1和雙層存梁為0.7來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)。

值得關(guān)注的是，存梁臺(tái)的長(zhǎng)度經(jīng)一般計(jì)算后，按（3）式重新修正：

式中，N3為根據(jù)運(yùn)輸梁計(jì)劃而鎖定的存梁臺(tái)位長(zhǎng)度，m；θ為累積存儲(chǔ)T形梁的數(shù)量，由式（2）、式（3）計(jì)算，取計(jì)算結(jié)果較大值，作為存梁臺(tái)位長(zhǎng)度。

6.3 預(yù)制場(chǎng)平面布置

按水平和組合分類(lèi)，平面布置主要采用3種形式（豎向、水平和組合）。除此之外，為了適應(yīng)當(dāng)前鐵路建設(shè)的快速發(fā)展，一般都會(huì)在現(xiàn)場(chǎng)尋找適合的區(qū)域設(shè)置預(yù)制場(chǎng)，這樣能有效地減少工程運(yùn)輸?shù)瘸杀举M(fèi)用。一般會(huì)在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行研究整理，根據(jù)實(shí)際情況安排預(yù)制場(chǎng)平面布置的組合方式。

6.3.1 縱列式平面布置

預(yù)制場(chǎng)的布置相對(duì)狹長(zhǎng)，主要適合于生產(chǎn)能力小的場(chǎng)地，可以使用1套設(shè)備，如2×80 t提梁機(jī)。預(yù)制場(chǎng)平面布置見(jiàn)圖1。

圖1預(yù)制場(chǎng)平面布置

6.3.2橫列式平面布置

預(yù)制場(chǎng)場(chǎng)地比較方正，適合中等生產(chǎn)能力的制梁場(chǎng)，宜使用移梁滑道。提梁則加配2×80 t提梁機(jī)裝車(chē)，除此之外也可以使用搬梁機(jī)。橫列式平面布置見(jiàn)圖2。

圖2橫列式平面布置

6.3.3 組合式平面布置

預(yù)制場(chǎng)具備縱橫布局的特點(diǎn)。制梁區(qū)一般采用縱列式布置，存放區(qū)采用輪胎式或輪軌式搬梁機(jī)水平布置，適合生產(chǎn)能力較大的預(yù)制場(chǎng)。組合式平面布置見(jiàn)圖3。

7 結(jié)語(yǔ)

圖3組合式平面布置

合理規(guī)劃預(yù)制場(chǎng)施工場(chǎng)地，對(duì)整個(gè)鐵路建設(shè)具有重要意義，同時(shí)也能進(jìn)一步深化對(duì)預(yù)制場(chǎng)建設(shè)的重視。根據(jù)實(shí)際案例分析了預(yù)制場(chǎng)的縱列式、橫列式和組合式平面布置方式。需要根據(jù)實(shí)際情況，選擇最能適應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境條件、保證施工方便，又能節(jié)省建設(shè)費(fèi)用的方案。