后張法鐵路簡支T梁車間式預制方法研究

王純玉

(中鐵十九局集團有限公司，北京 100176)

1 概述

集包增建第二雙線屬國家重點項目，其榆林制梁場承擔了2 928片T梁預制工作，時間緊、任務重、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行，才能滿足工期的要求。若采用傳統的固定臺座生產模式，不僅不能進行冬期施工，而且生產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梁預制方法的構想，經過多次論證，認為可行。此法利用新技術，突破傳統生產的模式，合理利用勞動力及設備，節約占地面積，縮短生產周期，提高生產效率，控制成本;解決了冬季嚴寒制約T梁生產的問題，實現了鐵路T梁預制高效率、可冬期施工的生產模式。

2 高效率車間式T梁預制的基本原理

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建的可行性，設計了制梁車間這種生產模式。其具備24 h不間斷生產的能力，并且不受惡劣環境因素的制約，同時具備冬期施工的能力。將傳統的區域固定、工序循環的生產模式，改變為區域循環、工序固定的生產模式。制梁車間所采用的區域循環、工序固定的生產模式，關鍵在于克服T梁在移動過程中所受到的擾動影響。為了能夠保證T梁在移動過程中不受到擾動，重點控制基礎的不均勻沉降、滑道滾輪的高程以及生產線排水系統等。

3 制梁車間設計

3.1 整體制作方案

制梁車間分為有棚區和無棚區，各長168 m、132 m。在制梁車間設計時，考慮到呼和浩特市季風風向等氣候因素，以及梁場場地的條件限制，生產線整體走向為由東向西。同時將制梁車間四周下方設計成可拆卸的形式，最大限度減少風荷載對生產線有棚區結構的影響。同時在生產線鋼支柱之間增加斜向支撐，以保證鋼結構的穩定性。

有棚區:主體采用鋼結構總跨度為36 m，頂面為40 mm×60 mm方鋼桁架式結構，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。立柱基礎內預埋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。

制梁車間內含4條生產線，生產線內部龍門吊跨度為15 m，軌道邊到生產線邊位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。

排水系統是生產線制梁區必不可少的一部分。生產線整體由東向西設計了2‰的坡降，同時在生產線兩側設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，可將降水對地基承載力的影響降至最低。

3.2 T梁行走線基礎檢算

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。根據其使用功能、承受的恒載及活載不同，考慮到經濟利益，其基礎設計也有所不同。制梁車間中T梁行走線基礎是整個生產線的重點，必須對其進行檢算。

因生產線長300 m，考慮其地基承載力有所變化，在建設之前，對梁場場地范圍內的地質環境進行了詳細的勘測。為確保生產線正常運行，不發生沉降，取場地內勘測出的最不利值140 kPa作為地基承載力。由于篇幅有限，下面僅給出拆模、初張拉區的基礎檢算。

臺座基礎斷面如圖1所示。臺座工作時，可能出現以下3種對基礎不利的荷載工況:工況1—混凝土澆筑后，初張前;工況2—預應力初張后;工況3—重載移梁;工況3相對于工況2更不利，下面僅給出工況1、3 的檢算。

圖1 臺座基礎斷面(單位:mm)

(1)混凝土澆筑后，初張前

T梁自重+模板重力+移動底胎模+滾輪=2 537 kN

臺座沿全長每隔1 m承受一個集中荷載:2537/33=76.9 kN

根據文獻［1］中表21－2－3，查得基床系數 k=3×104kN/m3，由Winkler彈性地基梁電算程序計算結果如下:

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，地基應力:3×104kN/m3×0.002 1 m=63 kPa＜140 kPa，滿足要求。

(2)預應力初張后重載移梁時

當T梁在底胎模上初張后，兩端部受壓力較大。因底胎?；A所受彎矩不足以使其脫離地基，所以底胎?；A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)受力計算，移梁時考慮移動荷載的沖擊作用。

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

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制施工工藝，在基礎制作之前，以3 m2為單位對其地基進行承載力的檢測，同時取60 kPa的保險值。即當地基承載力小于200 kPa時，須對地基進行處理。采用換填法，即在承載力不足的探點處3 m2范圍內，直接進行沙礫換填，換填厚度為100 cm，換填完成后進行夯實。當地基承載力超過200 kPa時，可不進行換填處理，但需進行夯實，嚴格控制沉降量。

為了能夠確保生產線不產生不均勻沉降，各施工區域基礎寬度通過計算并考慮富裕度。即移動底胎模檢修區、梁體鋼筋綁扎區基礎采用C30混凝土寬1 m、高0.6 m的設計。模板拼裝區基礎采用C30混凝土寬2 m、高1 m的設計。因考慮到自養護區開始便為生產線的無棚區域，這些施工區域的基礎受降雨等環境因素的影響比較大，其安全系數也須相應的得以提高。所以自混凝土澆筑區基礎開始，均采用C30混凝土寬3 m、高1.5 m的設計。

4 施工工藝流程

高效率車間式預制T梁施工工藝流程如圖2所示。

圖2 高效率車間式預制T梁施工工藝流程

從施工工藝上來講，制梁車間分為移動底胎模檢修區、梁體鋼筋區、模板拼裝區、混凝土澆筑區、混凝土養護區、拆模張拉區以及移梁區7個施工區域。其中前4個施工區域均在生產線有棚區內，其余區域在無棚區。

設置移動底胎模檢修區(圖3a)的目的是為了將循環回來的底胎模進行檢測和修整，以保證移動底胎模的剛性及反拱度設置的準確性。移動底胎模檢修合格后，采用卷揚機將其移入鋼筋綁扎區(圖3b)。鋼筋綁扎可采用兩種方式進行，一種是在移動底胎模上直接進行梁體鋼筋的綁扎，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底胎模上;完成梁體鋼筋的精調及預應力成孔橡膠棒的安裝。當梁體鋼筋綁扎合格后，將移動底胎模拉至模板拼裝區(圖3c)，進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。為防止模板在運轉過程中發生整體扭曲變形，在每節模板上打上斜支撐。移動底胎模移入混凝土澆筑區(圖3d)，對模板的垂直度、長度、寬度等進行復測和調整(防止在移動過程中模板產生變形)，在復檢合格后進行混凝土澆筑。考慮到大棚高度的影響(大棚起拱位置高11.5 m)，混凝土澆筑采用傳統吊料斗進行澆筑，當混凝土澆筑完成且達到初凝后，方可進行下道工序。

為了提高生產線的生產效率，降低工裝設備的運轉周期，在生產線無棚區設置T梁養護區(圖3e)。在冬期施工時，可在混凝土養護區搭建暖棚，以滿足混凝土養護時的規范要求。混凝土強度達到拆模強度時，在拆模張拉區(圖3f)進行對稱拆模，同時灑水養護，防止出現早期收縮裂紋?；炷翉姸冗_到初張拉強度要求時，進行初張拉，張拉完成后移入移梁區(圖3g)進行頂梁和橫移梁，T梁外移完成后，移動底胎?；剡\至檢修區。此為一個生產循環。

制梁車間在區域布置時，不同于傳統的生產模式，將各工序施工區域獨立出來。最大限度降低各工序銜接對生產的制約。傳統生產模式在一個施工區域內，移梁工序之前的所有工序均要在此進行，嚴重制約工裝的周轉。同時在混凝土未達到規范要求的強度時不能進行初張拉，不能移梁，使得此施工區域在此期間不能進行任何施工作業，導致生產效率低下。研究發現生產線只是在模板循環運輸與混凝土澆筑時會產生制約。針對此種制約，通過生產管理及現場協調，將模板回運工序與混凝土澆筑工序安排在不同時間進行;在制梁車間增加模板回運軌道，此軌道由拆模區跨越混凝土澆筑區直至模板拼裝區，這樣，避免了傳統的龍門吊回運模板與混凝土澆筑相互制約，提高了生產效率。

圖3 制梁車間分區

5 質量控制

5.1 制梁車間控制要點

5.1.1 區域布置及排水系統

制梁車間在使用過程中，對其基礎承載及沉降影響最大的是游離水的滲入。所以生產線的排水系統采用的是防排相結合的方式，“防”是將T梁移運線、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行防水處理，以防水侵入地基，造成地基產生不均勻沉降?！芭拧敝饕怯辍⑺?、雪、蒸養、養護用水的處理方式。制梁車間的排水系統主要是由南北兩側及中部的明渠排水體系組成。同時在無棚區均設有深入地基下方的暗管排水體系(此暗管設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線之前不受凍)。

5.1.2 主線基礎制作

生產線內移動底胎模基礎，根據各個區域承受活載的不同，選用不同寬度、高度的混凝土基礎。其設計原理是根據不同區域地基承受的荷載小于其承載力防止地基沉降來進行設計的。

在進行基礎混凝土澆筑時，必須控制混凝土面高程。采用水準儀按照2‰坡度、每1 m一點進行控制，誤差控制在3 mm內。

5.1.3 滾輪托盤預埋件的安裝

澆筑基礎混凝土時，同時安裝滾輪托盤預埋件，該預埋件的高程直接影響到滾輪的高程及生產線的坡度，是該過程中控制的重點。

在混凝土表面高程調整好之后安裝滾輪托盤預埋件，橫向、縱向均采用掛線方式調整順直度;采用水準儀測量托盤頂面4個角點和中心點的高程，誤差控制在1 mm內，另外測量前一個托盤和橫向相鄰托盤的高程，相鄰托盤之間的高程誤差同樣控制在1 mm以內(縱向考慮2‰的坡度)。同時，每澆筑完10 m的區域便采用全站儀和水準儀進行復測，并及時校正。

5.2 車間式預制T梁質量控制要點

5.2.1 移梁時混凝土強度控制

混凝土澆筑完成后至初凝之前，T梁不能進行任何移動。當混凝土初凝后，才能進行移動，目的是防止對初凝前混凝土的擾動而影響混凝土質量。

5.2.2 冬期施工的操作要點

制梁車間在冬期施工時，有棚區全部進行封閉。棚內布設水暖和蒸汽通用暖氣片，通常情況下由6 t鍋爐供暖，確保環境溫度在－25℃時，大棚內最低溫度不低于5℃。4條生產線西側延伸設置4個養護棚，棚內布設暖氣片，由6 t鍋爐供暖，可保證溫度在(20±5)℃之間。當室外溫度低于－30℃時，增加臨時蒸汽管道，用以確保T梁的質量合格。

當環境溫度不低于－25℃時，制梁車間能夠在24 h內正常生產;當環境溫度低于－25℃時，為保證T梁質量，除混凝土澆筑工序以外其他工序均可正常進行。

5.2.3 混凝土養護

混凝土澆筑完成后，將梁移入養護棚內進行養護，每個養護棚內設2排暖氣管道，外部用棉帆布圍擋，養護棚內溫度控制在(20±5)℃。養護過程中，對梁體兩端及中部位置采用自動溫控系統進行溫度監控。養護棚內設置噴水閥，可定期對梁體進行灑水養生，以提高梁體強度，從而提高了模板的周轉周期。由試驗室對隨梁試件進行檢驗，當梁體混凝土達到初張拉強度時，對梁體降溫。當梁體混凝土芯部與表層、表層與環境溫差不超過15℃時，將其移出養護棚拆模，并及時進行初張拉。

6 高效率車間式T梁預制方法的應用

高效率車間式的生產模式在榆林制梁場首次使用，在有效工期內日均生產6片T梁，冬期施工日產4片T梁。在整個生產過程中，制梁車間只投入了榆林制梁場35%的工裝設備，但其產量卻達到了總生產量的44%。其生產效率比傳統模式的生產效率提高了25%。

此制梁車間的建立，極大減少了征地，得到了當地政府、居民及業主單位的一致好評，取得了顯著的社會效益。施工過程中采取了生產集中、合理的節能、環保措施，減少了廢物、廢料等對環境的污染，取得了良好的環保節能效益。

7 結語

(1)車間式預制模式，將施工區域固定、施工工序循環的傳統施工工藝創新為施工工序固定、施工區域循環的全新施工工藝。

(2)車間式預制模式克服了傳統模式中環境、混凝土強度增長制約生產的客觀因素，以及各工序受到施工區域的限制，工序銜接制約生產的主觀因素。降低了工裝設備的運轉周期，同時結合了循環流水線作業的特點，使T梁預制能充分利用勞動力和機械設備，生產順暢，降低了T梁的生產周期，節約了勞動力，提高了生產效率。

(3)本施工技術適用于存梁能力有限，且不具備擴存能力的預制場，適用于工期緊，任務重，施工環境惡劣的項目，特別是對有效工期短的項目，采用本技術可以實現晝夜正常施工，降雨正常施工以及冬期正常施工。

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