軌道交通預制U形梁雙層存梁施工技術研究

摘要 文章依托青島軌道交通13線二期九工區2#梁場，進行預制U形梁的雙層存梁施工技術研究，并完成雙層存梁結構的設計和施工，保質保量地完成了該梁場的生產任務。實踐證明，工程的雙層存梁技術方案可行，提高了梁場設備和土地資源的利用率，具有明顯的經濟效益和社會效益，可為今后城市預制梁場的建設提供借鑒。

關鍵詞 軌道交通；預制梁場；雙層存梁；施工技術

中圖分類號 U445.8 文獻標識碼 A 文章編號 2096-8949（2024）04-0084-03

0 引言

城市軌道交通的建設方式共有兩種：①地下線路；②高架線路。前者的建造與運營成本都高于后者。因此我國大部分城市的軌道交通形式都在向著高架線路形式發展。另外，在選擇高架線路橋梁上部的結構形式時，需考慮整個線路結構安全、能源損耗、外觀及工藝等方面^[1]。預制U形梁多采用“工廠預制、架橋機架設”的施工方法，構件預制工廠的地址根據施工環境進行靈活選擇，并在預制工廠內安裝重型專用制造、吊裝設備。同時，雙層存梁相比單層存梁具有占地面積少、設備利用率高、經濟效益好等優點。該文結合青島軌道交通13線二期九工區2#梁場面積小、工期緊的特點，采用雙層存梁技術減少征地拆遷，提高梁場的存梁能力，解決制梁速度和施工速度不一致的問題，從而避免窩工，節約了工期^[2]。

1 項目概況

2#梁場位于青島市黃島區瑯琊臺鎮濱海大道附近，占地約為150 667 m²，承擔992片U梁制安任務。場內設置制梁區、存梁區、鋼筋加工場、混凝土拌和區、辦公生活區等功能區。

存梁區位于出梁通道一側，設置30 m標準臺座，25 m標準臺座，30 m、25 m共用臺座，以及非標準臺座。存梁區共設置204個存梁臺座，靜載實驗臺1個，單層存梁能力204片，配置1臺DLM300型輪胎式提梁機用于提梁、移梁和出梁^[3]。

為提升用地效率，結合項目現場實際情況，預制U形梁采用雙層存梁方案。考慮工程預制梁場所在區域地質條件的特殊、復雜性，為確保雙層存梁期間箱梁結構的整體安全，對預制U形梁雙層存梁工藝開展試驗研究。對存梁過程中存梁臺座沉降、支座反力、預制U形梁局部和整體的結構反應進行跟蹤測試，為預制U形梁的雙層存梁工藝完善和安全質量控制提供了參考和依據。

2 預制U形梁雙層存梁方案設計及驗算分析

2.1 方案設計

該項目雙層存梁臺座共有五種形式，分別為：30 m標準跨存梁臺座，25 m標準跨存梁臺座，25 m、30 m公用存梁臺座，20～25 m（含25 m）共用存梁臺座以及25～30 m（含30 m）共用存梁臺座。均為鋼筋混凝土結構。上層為鋼結構，采用鋼筋混凝土基礎，下層U梁存放在基礎支墩上，上層U梁存放在工字鋼上。

2.1.1 底層混凝土基礎

存梁臺座基礎采用鋼筋混凝土條形結構，下底寬1.5 m，高0.5 m，長5.6 m，支墩高0.6 m，基礎采用PHC樁基，混凝土標號為C30，梁場建設時已建設完成。

為做雙層存梁，在原基礎旁挖設長2 m、寬1 m、深1 m的基坑，澆筑混凝土后作為斜撐基礎。在原支墩中間澆筑1.5 m×1.2 m×0.5 m的混凝土基礎（鋼筋籠采用直徑22 mm鋼筋），預埋鋼板。

2.1.2 上層鋼結構

存梁臺座上層鋼結構由鋼立柱、鋼橫梁、支點及斜撐組成。立柱采用325×7 mm鋼管，橫梁采用雙拼工63a型鋼，斜撐采用273×7 mm鋼管，立柱分成上下兩節，兩節通過法蘭連接；下節立柱與基礎通過焊接連接，上節立柱與橫梁焊接連接。如表1所示為該項目雙層存梁鋼結構材料數量表（單個臺座）。

2.2 存梁臺座結構驗算

2.2.1 混凝土基礎驗算

該項目雙層存梁混凝土基礎所受荷載為（2 058+37.2）/2=1 047.6 kN，混凝土結構尺寸150 cm×50 cm，截面抵抗矩W=62 500 cm³。如表2所示為混凝土的極限強度。

經分析得知最大彎矩為340.47 kN·m，最大剪力為523.8 kN。

代入公式，則混凝土基礎強度驗算如式（1）：

滿足要求。

2.2.2 鋼結構驗算

雙層存梁臺上層鋼結構包括立柱325×7 mm鋼管、橫梁雙拼工63a型鋼，斜撐273×7 mm鋼管，均為A3鋼材。已知A3鋼材允許應力σ=140 MPa、允許剪應力τ=85 MPa、彈性模量E=2.1×10⁵MPa、單片U梁最大重量210 t，支點豎向荷載為P=（210×9.8）÷4=514.5 kN。

橫梁雙拼工63a型鋼截面參數如表3所示^[4]：

將橫梁雙拼工63a簡化為6 m長簡支梁，支點處集中荷載P=514.5 kN，自重按均布荷載加載q=122×2×9.8=2.39 kN/m。代入公式，則橫梁強度驗算如下式：

滿足要求。

已知立柱豎向荷載為（210+0.122×6.5×4）×9.8÷4=522.3 kN。按一端固定一端鉸接計算，則軸心受壓計算μ=0.7，長度則是L₀=0.7×2.4=1.68 m。

該項目立柱采用直徑325 mm、壁厚7 mm鋼管，已知立柱截面特性A=69.932 cm²、i=11.245 cm、I=8 844 cm⁴。根據《鋼結構設計規范》附表D內容，φ=0.986。

代入公式，則立柱強度驗算如式（6）^[5]：

滿足要求。

實際施工時，為便于下部U梁出梁，鋼立柱按照兩節施工，底部長度30 cm、頂部210 cm，通過連接鋼板、M20螺栓連接；鋼立柱通過M20螺桿栓接固定，并使用鋼管斜撐進行加固。

3 預制U形梁雙層存梁的施工技術要點

3.1 混凝土基礎施工

模板安裝好后，檢查軸線、高程符合設計要求后加固，保證模板在灌注混凝土過程受力后不變形、不移位。模內干凈無雜物，拼合平整嚴密。支撐結構的立面、平面安裝牢固，并能抵擋振動時偶然撞擊。支架立柱在兩個互相垂直的方向加以固定，支架支承部分安置在可靠的地基上。模板檢查合格后，刷脫模劑。

在混凝土灌注過程中指定專人加強檢查、調整，以保證混凝土建筑物形狀、尺寸和相互位置的正確。

3.2 上層鋼結構施工

3.2.1 立柱安裝

在混凝土基礎上將立柱位置精確放樣，下節鋼立柱頂端焊接法蘭板，下端與基礎焊接連接。上節鋼立柱下端焊接法蘭板，通過螺栓與下節立柱連接牢固。

3.2.2 橫梁吊裝

雙拼工63a橫梁在地面雙拼焊接完成后，使用10 t汽車吊進行吊裝就位。雙拼工型鋼橫梁長6.5 m，重1.586 t，汽車吊站位于6 m寬提梁機通道上進行吊裝，汽車吊支立一次可吊裝其附近4根臺座橫梁。

3.2.3 斜撐安裝

斜撐分上下兩部分，在場內加工好后運輸至現場拼裝，下邊一節長1 m，上邊一節長2.3 m。先將上下節通過螺栓連接牢固，整體吊裝就位，與基礎通過錨栓連接好，然后進行斜撐與立柱的焊接施工。

3.2.4 安裝調整

支點位置根據支座位置進行放樣，使用電子水準儀進行標高控制，存梁時四點高差不大于2 mm，且任意一點與另外三點構成的平面距離不大于2 mm，高差不滿足時，通過支點鋼板調整。

3.3 變形監測分析

3.3.1 混凝土基礎

監測存梁臺座混凝土基礎沉降，同一臺座四個支點不均勻沉降不大于2 mm。

3.3.2 鋼結構

監測立柱柱頂位移、橫梁最大撓度和支點不均勻沉降，立柱柱頂位移小于l/500=5.4 mm，橫梁最大撓度l/400=15 mm，任意支點與另外三個支點的相對高差不大于2 mm。

3.3.3 數據采集

在臺座基礎及鋼結構上布設監控點，使用全站儀進行數據采集，采集頻率如表4所示。

3.3.4 數據分析及應急措施

數據采集完成后及時進行匯總分析，如發現異常及時向技術負責人和現場負責人匯報，由技術負責人和現場負責人組織將U梁轉移至其他臺座臨時存放。若臺座不均勻沉降超標，對其進行預壓處理；若鋼結構變形過大，查明原因并進行更換，更換完成后先進行預壓，變形合格后方可繼續存梁^[6]。

3.3.5 監測點布置

混凝土基礎測點布設在相鄰兩片梁之間，鋼結構測點布設在立柱頂及橫梁跨中。

3.4 存梁施工時注意事項

下層存梁時，先將立柱接頭以上部分拆除，U梁存放就位后再將其安裝復原。

上層存梁時，應先檢查鋼結構各處連接是否牢固，出現松動及時加固，落梁時提梁機先提梁在臺座正上方就位，下放至U梁距離支點約10 cm停止，待U梁停止晃動后，先將一端緩慢下落至支點上，并進行檢查，無異常方可將另一端緩慢下放至支點。

提梁過程與存梁過程相反，吊具安裝完成后，先將U梁一端緩慢提起，離開支點約10 cm停止，檢查無異常方可緩慢提起另一端。上層U梁提走后拆除立柱節點以上部分鋼結構，進行下層U梁提梁。

存梁、提梁過程提梁機精確就位，提升、下放均應緩慢進行，減少對鋼結構的沖擊。

定期對臺座進行檢查和變形監測，由現場技術員進行檢查，檢查內容包括鋼結構連接是否牢固、是否銹蝕等，監測內容包括混凝土沉降、鋼結構變形、支點不均勻沉降等。

4 結束語

很多項目在預制U梁梁場建設前期規劃時，沒有充分考慮橋梁下部結構施工進度的影響，導致實際存梁數量遠超過存梁臺座負荷。預制U梁鋼結構雙層存梁施工技術實際應用效果顯著，鋼結構施工簡單、工期短，優于傳統的混凝土結構，可大大提高梁場的存梁能力，提高施工效率，且節約用地、降低成本，符合目前大力倡導的節能減排政策。通過該工程的應用，有力證明了其實用價值，并為以后類似工程提供了經驗借鑒。

參考文獻

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收稿日期：2024-01-08

作者簡介：劉春達（1990—），男，本科，工程師，研究方向：路橋施工。