寒冷干旱地區鐵路預應力混凝土T梁批量制造工藝實踐

周兆春

(北京中鐵房山橋梁有限公司,北京 102400)

近幾年,隨著鐵路建設的高速發展,T梁的預制在客運和貨運鐵路建設中都占據了很大的比例,目前現場制梁的方式已經普及,根據工期和任務量,大多數都是短期的梁場,T梁的現場預制受到了很多客觀因素的制約,生產出來的產品質量容易出現一些缺陷,不能滿足新時期標準規范的要求。T梁從外形設計上就比箱梁要復雜,側面還有橫向連接用的預留鋼筋,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,我公司自主創新了施工工藝,進行了技術革新,首次在T梁的生產中大規模使用了提梁機、液壓模板、底模板增加底部振動、橋梁兩端實現同步自動張拉、并采用微控橋梁靜載試驗系統,大大提高了生產效率,也更好地保證了產品的質量。

1 工程概況

1.1 任務量

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

1.2 工期計劃

項目部總的預制任務量為2 687孔T梁,自2011年6月21日開始生產,計劃到2012年12月完成預制任務,正常情況產量為每月150孔梁。項目部設置了南北2個生產區,下面以1個生產區的生產設施配備情況為例進行介紹：生產區配備13套模板,正常日生產能力為6片,每套模板的正常周轉時間為2 d一個循環,其中,蒸汽養護時間按24 h考慮,其他24 h為工序時間,每個月1個生產區生產能力為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,考慮到制梁場用地時間較長,為了不影響巴準線開通運營、海勒斯南站的使用,在場地布置時,制梁場沒有占用巴準線的上下行主道,而是分布在上下行主道間的狹長地帶。分為2個預制梁生產區。綜合考慮預制梁工期和建場投入,項目部在大里程側生產區建造輕鋼結構廠房1座,而小里程側生產區則為普通的露天生產模式。除了2個生產區對應位置為生產附屬區域以及單獨設置的辦公生活區和施工人員生活區外,其余場地絕大部分為存梁區域,上側為提梁區。

2 創新和革新

2.1 提梁機移運橋梁

采用提梁機移運箱梁在業內已被廣泛認可,我公司在南京儀征項目部T梁生產時就采用了提梁機移運(提梁機提梁通道11 m),采用提梁機移運T梁有以下優點：

(1)移運速度快,可以提高生產效率；

(2)靈活方便不受場地限制；

(3)可以實現雙層疊放存梁,減少存梁用地；

(4)取梁自由,不受存放先后順序限制。

2.2 現場制梁采用彩鋼廠房

由于該項目工期很緊,冬季必須進行生產,而鄂爾多斯冬季時間很長且溫度很低。為了保證工期、保證產品質量,決定采用建彩鋼廠房,橋梁生產在廠房內進行。

(1)梁體生產廠房長283 m、寬38 m、高12.5 m(檐下高度),共設13個生產臺座。鋼筋加工及主體生產初張拉都在廠房內完成,而且提梁機可以進入廠房內提梁。這樣主體生產就不受天氣的影響,可以按計劃進行。

(2)梁體配套在專用養護棚里進行,梁場共設養護棚8個,每個長40 m、寬10 m、高4 m,每個養護棚可以同時進行3片梁的配套。養護棚周邊采用磚砌結構,頂部采用養護蓋,養護棚取暖采用下部布設暖氣管道,用2 t熱水鍋爐供暖方式。

(3)骨料在廠房內存放,并且采用地暖加熱保溫。

2.3 液壓模板的使用

在傳統預制T梁生產過程中,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量的難題。目前,國內傳統的預制T梁模板,均采用人工拼裝、拆卸。由于模型較重、行車運行誤差較大等原因,在施工過程中,安全系數低,并且造成梁體磕損、掉腳、硬傷現象嚴重。混凝土振搗時,出現側模與底模分離,梁底漏漿,影響了梁體外觀質量,同時導致梁體局部混凝土強度降低。

為解決模板拼、拆,T梁生產時出現的上述各種問題,公司相關技術人員積極探討、試制,最終研發出采用液壓系統多點同步控制模型拼裝、拆卸的液壓型預制梁模板,如圖1所示。

與傳統模型相比,液壓型預制梁模板打破了常規思維定式,在生產工藝、技術設計、制作方法等各方面進行了合理、大膽創新,并具有如下優點。

(1)操作簡單

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

(2)節省人工

以液壓系統控制模型開合,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,節約超過60%。據統計,傳統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,大大節約了人工。在節約人工的同時,工序施工時間也得到了大幅度縮減,有利于加快施工進度。

(3)提高效率

模型自重較輕,拼裝、拆卸過程中節省龍門吊使用,同時避免了龍門吊來回運行干擾進度；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”設置,占用場地小,采用整塊式側模拼裝,提高生產效率。

(4)確保質量

梁高通過兩側滑道調節、控制,立模時定位誤差小，能夠保證產品外形尺寸；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,是困擾各生產企業的質量通病。究其原因是因為振動方式不科學、不合理。目前多數企業模板固定及振動方式:

(1)底模剛性固定在混凝土基礎上；

(2)側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模上；

(4)通過附著式振動器的擊振力將預應力管道以下的混凝土振動密實。

由于底模與基礎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,造成支座板混凝土空腹現象及N1管道錨墊板下混凝土不密實，下“八”字處氣泡不能有效排除。

2.4.1 改進方法

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梁與地腳預埋鐵是直接焊死的,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,用螺桿把扁擔梁與槽鋼連結,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設置1個,呈V字形交替排放,為了保證振動時底模不產生偏移,在底腳槽鋼與扁擔梁的連接處分別焊上限位。這樣既改變了剛性聯結，又保證了振動時整體的穩定性。此項改造主要增加底部振動,使之與梁體可以形成共振。此項技術的創新,我公司獲得了國家技術專利,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 優點

(1)解決了振搗棒和側振無法將底部混凝土振搗密實的問題。

(2)解決了產品下“八”字位置及腹板出現大量蜂窩麻面的問題。

(3)確保了梁體底部振動的整體穩定性和均勻性。

(4)解決了支座板空腹現象。

(5)解決了預應力束N1管道錨墊板下混凝土不密實的缺陷。

2.5 自動張拉系統

2.5.1 自動張拉系統簡介

橋梁預應力張拉自動控制系統(圖5)，主要是為滿足高速鐵路橋梁預應力張拉而設計的,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(一體化工作站)、無線數據傳輸系統等組成,可同時控制4臺千斤頂同步工作,構成平衡的雙向張拉,同時根據張拉工藝不同也可單側2錨或4錨張拉。微電腦預設張拉工藝,一鍵操作實現張拉過程的自動化控制,伸長值顯示,張拉數據實時曲線采集及校核報警,張拉結果記錄存儲、無線數據傳輸以及網絡傳輸,信息化管理。

2.5.2 主要特點

本系統的特點是結構簡單,張拉控制精度可達到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。集成了計算機自動控制技術、無線傳輸技術、數據監控分析技術于一體。把梁場橋梁的張拉、數據傳輸、監控、管理等一系列功能緊密地結合起來,從張拉現場到梁場信息化管理中心通過無線網絡傳輸,從梁場到客運專線信息化管理中心通過寬帶信息網實現高速實時互聯,達到信息的快速流通,實現橋梁張拉的現代化管理。

2.6 微控橋梁靜載試驗系統(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操作方式,需要抽調大量人員(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大量時間進行資料準備(如：試驗加載數據的計算和千斤頂標定后的參數計算),在試驗完成后匯總大量零散的記錄數據,按照橋梁靜載試驗標準對大量表格(有9種類型表格)進行計算填寫等繁瑣工作。真正判斷試驗梁是否合格,須在所有表格和數據整理完畢才能判定。

圖5 自動張拉設備

圖6 微控橋梁靜載試驗系統

盡管橋梁靜載試驗標準對于加載速度的快慢、加載載荷的精度、試驗數據記錄的完整性都有嚴格的要求,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,液壓系統的泄漏是不可避免的,人工補壓不容易精準操作,人工讀取壓力表和百分表數據也只能讀取某個時刻的數值,不具有代表性。所記錄的試驗數據的完整性很難達到橋梁靜載試驗標準的要求。

綜上所述,需要研發一種用計算機自動載荷計算,自動千斤頂配套標定,自動控制加載,自動數據采集,自動及時試驗報告的輸出,能完整地存貯試驗數據的微控鐵路橋梁靜載試驗系統(以下簡稱“本系統”)。本系統輸出的是標準格式的word文檔,保證各梁場的報告格式一致,方便測量數據的閱讀和保存管理。

2.6.2 系統的主要功能

(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的工作之一,對于熟練的技術人員也要一定的時間完成。利用本軟件,只需要點擊數據庫中保存的橋梁圖號和選擇梁齡即可完成計算,并輸出標準的Word文檔。

(2)千斤頂配套標定

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,需要對千斤頂進行配套標定。

目前標定采用人工加載,人工讀數的方式記錄標定數據,然后再對數據進行線性回歸計算。

利用本系統的千斤頂配套標定功能,可以自動同步讀取測力傳感器和系統傳感器的數據,標定的數據更為精確,并能自動進行數據的回歸計算。

(3)微機自動加載,確保加載載荷同步

本系統能自動按照試驗加載循環進行加載,只需1人操作電腦。徹底擺脫了多人操作狀態。加載速度調整方便,加載誤差小于1%,遠遠小于人工試驗加載的誤差,也不會出現加載超過設定值的現象。在各級持荷階段,本系統還能自動補油保壓,使試驗更為可靠。

(4)微機自動讀取加載載荷和百分表數據

在本系統自動加載試驗過程中,本系統的主界面會動態地顯示當前的加載載荷和百分表的數據,動態地計算實測撓跨比。在試驗過程中能完整地按照橋梁靜載試驗標準的要求記錄所有的數據,且記錄數據精確、真實、可靠。完全不需要人工參與讀數。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,有多重保護措施。既可以直接中斷本次加載循環過程,也可以單獨處理某一個或幾個加載千斤頂的非正常情況,處理完成后,可恢復在中斷處繼續進行試驗,操作方便靈活。

(6)使用本系統除了上述的優點外,還有以下優點：

①本系統產生的數據可以通過網絡傳遞到相關部門以供審查,監檢部門可以不去現場就能了解試驗的完整信息；

②能夠確保梁場按規定進行橋梁的批量檢查試驗,只要審查其本系統產生的數據就可以確定其是否進行了規定的試驗；

③本系統產生的數據真實可靠,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。

2.7 鋼筋自動加工設備

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

圖7 鋼筋自動下料設備

圖8 鋼筋自動彎曲設備

使用鋼筋自動下料設備和彎制設備有如下優點：

(1)一次切筋數量多,彎制速度快,生產效率高；

(2)誤差小,精度高；

(3)大大減少了人工成本。

3 結語

隨著高速鐵路的快速發展,產品的要求也越來越高,生產工期也越來越短,橋梁施工企業將面臨著很嚴峻的考驗,這就要求我們要適應新時期的發展,積極開拓創新,努力提高勞動生產率,努力打造優質產品,努力降低施工成本,為我國的橋梁事業發展做貢獻。

[1] TB/T3043—2005 預制后張法預應力混凝土鐵路橋簡支T梁技術條件[S].北京：中國鐵道出版社,2005.

[2] TB/T2092—2003 預應力混凝土鐵路橋簡支梁靜載彎曲試驗方法及評定標準[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.