后张法铁路简支T梁车间式预制方法研究

王纯玉

(中铁十九局集团有限公司，北京 100176)

1 概述

集包增建第二双线属国家重点项目，其榆林制梁场承担了2 928片T梁预制工作，时间紧、任务重、工期压力非常紧迫。梁场所处的地理位置决定了有效工期仅为每年的4月至10月，而铺架必须冬期照常进行，才能满足工期的要求。若采用传统的固定台座生产模式，不仅不能进行冬期施工，而且生产及存梁能力均不能满足铺架需求量，工期不能保证;为此提出了高效率车间式T梁预制方法的构想，经过多次论证，认为可行。此法利用新技术，突破传统生产的模式，合理利用劳动力及设备，节约占地面积，缩短生产周期，提高生产效率，控制成本;解决了冬季严寒制约T梁生产的问题，实现了铁路T梁预制高效率、可冬期施工的生产模式。

2 高效率车间式T梁预制的基本原理

考虑到集包增建第二双线工期紧，制梁、铺架压力空前，且制梁场场地不具备扩建的可行性，设计了制梁车间这种生产模式。其具备24 h不间断生产的能力，并且不受恶劣环境因素的制约，同时具备冬期施工的能力。将传统的区域固定、工序循环的生产模式，改变为区域循环、工序固定的生产模式。制梁车间所采用的区域循环、工序固定的生产模式，关键在于克服T梁在移动过程中所受到的扰动影响。为了能够保证T梁在移动过程中不受到扰动，重点控制基础的不均匀沉降、滑道滚轮的高程以及生产线排水系统等。

3 制梁车间设计

3.1 整体制作方案

制梁车间分为有棚区和无棚区，各长168 m、132 m。在制梁车间设计时，考虑到呼和浩特市季风风向等气候因素，以及梁场场地的条件限制，生产线整体走向为由东向西。同时将制梁车间四周下方设计成可拆卸的形式，最大限度减少风荷载对生产线有棚区结构的影响。同时在生产线钢支柱之间增加斜向支撑，以保证钢结构的稳定性。

有棚区:主体采用钢结构总跨度为36 m，顶面为40 mm×60 mm方钢桁架式结构，起拱1.5 m。桁架间距为1 m，纵向亦为40 mm×60 mm，采用彩钢瓦覆盖，呈M形。立柱为φ200～300 mm钢管，净高12 m，间距为5 m。立柱基础内预埋2 cm厚40 mm×40 mm钢板，钢板上焊接φ20 mm螺纹钢筋作为锚固筋，用C20混凝土制作。

制梁车间内含4条生产线，生产线内部龙门吊跨度为15 m，轨道边到生产线边位1.5 m，轨道高程同地面高程。制梁底胎模轨道高程为－0.30 m(地面高程为±0.00)，内净间距为2 m，2条滑道中心间距为0.8 m，纵向滚轮中心间距为1 m。底胎模中主便道宽为5 m，两侧辅便道宽均为3 m。地面整体用C20混凝土硬化20 cm。

排水系统是生产线制梁区必不可少的一部分。生产线整体由东向西设计了2‰的坡降，同时在生产线两侧设30 cm×30 cm排水沟，中间由顶部顺延排水管(φ50 mm钢管)，间距为5 m，纵向布设，可将降水对地基承载力的影响降至最低。

3.2 T梁行走线基础检算

制梁车间主要由T梁行走线、施工便道以及龙门吊行走线组成。根据其使用功能、承受的恒载及活载不同，考虑到经济利益，其基础设计也有所不同。制梁车间中T梁行走线基础是整个生产线的重点，必须对其进行检算。

因生产线长300 m，考虑其地基承载力有所变化，在建设之前，对梁场场地范围内的地质环境进行了详细的勘测。为确保生产线正常运行，不发生沉降，取场地内勘测出的最不利值140 kPa作为地基承载力。由于篇幅有限，下面仅给出拆模、初张拉区的基础检算。

台座基础断面如图1所示。台座工作时，可能出现以下3种对基础不利的荷载工况:工况1—混凝土浇筑后，初张前;工况2—预应力初张后;工况3—重载移梁;工况3相对于工况2更不利，下面仅给出工况1、3 的检算。

图1 台座基础断面(单位:mm)

(1)混凝土浇筑后，初张前

T梁自重+模板重力+移动底胎模+滚轮=2 537 kN

台座沿全长每隔1 m承受一个集中荷载:2537/33=76.9 kN

根据文献［1］中表21－2－3，查得基床系数 k=3×104kN/m3，由Winkler弹性地基梁电算程序计算结果如下:

跨中最大弯矩为－72.2 kN·m，最大剪力为76.9 kN，竖向最大位移 2.1 mm，地基应力:3×104kN/m3×0.002 1 m=63 kPa＜140 kPa，满足要求。

(2)预应力初张后重载移梁时

当T梁在底胎模上初张后，两端部受压力较大。因底胎模基础所受弯矩不足以使其脱离地基，所以底胎模基础以及底胎模自重不需加入端头受力，因此按照两端部(4 m范围)受力计算，移梁时考虑移动荷载的冲击作用。

两端各4 m长范围每隔1 m作用一个集中荷载:1 906/8+631/33=257.4 kN，中间25 m范围每隔1 m作用1个集中荷载:631/33=19.1 kN，由Winkler弹性地基梁电算程序计算结果如下:

最大弯矩为－787.7 kN·m，最大剪力为358.4 kN，竖向最大位移4.1 mm，地基应力:3×104kN/m3×0.004 1 m=123 kPa＜140 kPa，满足要求。

鉴于首次使用车间式预制施工工艺，在基础制作之前，以3 m2为单位对其地基进行承载力的检测，同时取60 kPa的保险值。即当地基承载力小于200 kPa时，须对地基进行处理。采用换填法，即在承载力不足的探点处3 m2范围内，直接进行沙砾换填，换填厚度为100 cm，换填完成后进行夯实。当地基承载力超过200 kPa时，可不进行换填处理，但需进行夯实，严格控制沉降量。

为了能够确保生产线不产生不均匀沉降，各施工区域基础宽度通过计算并考虑富裕度。即移动底胎模检修区、梁体钢筋绑扎区基础采用C30混凝土宽1 m、高0.6 m的设计。模板拼装区基础采用C30混凝土宽2 m、高1 m的设计。因考虑到自养护区开始便为生产线的无棚区域，这些施工区域的基础受降雨等环境因素的影响比较大，其安全系数也须相应的得以提高。所以自混凝土浇筑区基础开始，均采用C30混凝土宽3 m、高1.5 m的设计。

4 施工工艺流程

高效率车间式预制T梁施工工艺流程如图2所示。

图2 高效率车间式预制T梁施工工艺流程

从施工工艺上来讲，制梁车间分为移动底胎模检修区、梁体钢筋区、模板拼装区、混凝土浇筑区、混凝土养护区、拆模张拉区以及移梁区7个施工区域。其中前4个施工区域均在生产线有棚区内，其余区域在无棚区。

设置移动底胎模检修区(图3a)的目的是为了将循环回来的底胎模进行检测和修整，以保证移动底胎模的刚性及反拱度设置的准确性。移动底胎模检修合格后，采用卷扬机将其移入钢筋绑扎区(图3b)。钢筋绑扎可采用两种方式进行，一种是在移动底胎模上直接进行梁体钢筋的绑扎，另一种是先在梁体钢筋胎卡具绑扎完成，然后将半成品钢筋梁体吊放至移动底胎模上;完成梁体钢筋的精调及预应力成孔橡胶棒的安装。当梁体钢筋绑扎合格后，将移动底胎模拉至模板拼装区(图3c)，进行模板拼装及桥面板钢筋的绑扎(在面板绑扎胎卡具上绑扎完成)及安放。为防止模板在运转过程中发生整体扭曲变形，在每节模板上打上斜支撑。移动底胎模移入混凝土浇筑区(图3d)，对模板的垂直度、长度、宽度等进行复测和调整(防止在移动过程中模板产生变形)，在复检合格后进行混凝土浇筑。考虑到大棚高度的影响(大棚起拱位置高11.5 m)，混凝土浇筑采用传统吊料斗进行浇筑，当混凝土浇筑完成且达到初凝后，方可进行下道工序。

为了提高生产线的生产效率，降低工装设备的运转周期，在生产线无棚区设置T梁养护区(图3e)。在冬期施工时，可在混凝土养护区搭建暖棚，以满足混凝土养护时的规范要求。混凝土强度达到拆模强度时，在拆模张拉区(图3f)进行对称拆模，同时洒水养护，防止出现早期收缩裂纹。混凝土强度达到初张拉强度要求时，进行初张拉，张拉完成后移入移梁区(图3g)进行顶梁和横移梁，T梁外移完成后，移动底胎模回运至检修区。此为一个生产循环。

制梁车间在区域布置时，不同于传统的生产模式，将各工序施工区域独立出来。最大限度降低各工序衔接对生产的制约。传统生产模式在一个施工区域内，移梁工序之前的所有工序均要在此进行，严重制约工装的周转。同时在混凝土未达到规范要求的强度时不能进行初张拉，不能移梁，使得此施工区域在此期间不能进行任何施工作业，导致生产效率低下。研究发现生产线只是在模板循环运输与混凝土浇筑时会产生制约。针对此种制约，通过生产管理及现场协调，将模板回运工序与混凝土浇筑工序安排在不同时间进行;在制梁车间增加模板回运轨道，此轨道由拆模区跨越混凝土浇筑区直至模板拼装区，这样，避免了传统的龙门吊回运模板与混凝土浇筑相互制约，提高了生产效率。

图3 制梁车间分区

5 质量控制

5.1 制梁车间控制要点

5.1.1 区域布置及排水系统

制梁车间在使用过程中，对其基础承载及沉降影响最大的是游离水的渗入。所以生产线的排水系统采用的是防排相结合的方式，“防”是将T梁移运线、便道、龙门吊行走线等衔接处，均采用水泥砂浆及防水卷材进行防水处理，以防水侵入地基，造成地基产生不均匀沉降。“排”主要是雨、霜、雪、蒸养、养护用水的处理方式。制梁车间的排水系统主要是由南北两侧及中部的明渠排水体系组成。同时在无棚区均设有深入地基下方的暗管排水体系(此暗管设置埋深考虑到呼和浩特市历年来的最厚冻土层，用以保障暗管将水排出生产线之前不受冻)。

5.1.2 主线基础制作

生产线内移动底胎模基础，根据各个区域承受活载的不同，选用不同宽度、高度的混凝土基础。其设计原理是根据不同区域地基承受的荷载小于其承载力防止地基沉降来进行设计的。

在进行基础混凝土浇筑时，必须控制混凝土面高程。采用水准仪按照2‰坡度、每1 m一点进行控制，误差控制在3 mm内。

5.1.3 滚轮托盘预埋件的安装

浇筑基础混凝土时，同时安装滚轮托盘预埋件，该预埋件的高程直接影响到滚轮的高程及生产线的坡度，是该过程中控制的重点。

在混凝土表面高程调整好之后安装滚轮托盘预埋件，横向、纵向均采用挂线方式调整顺直度;采用水准仪测量托盘顶面4个角点和中心点的高程，误差控制在1 mm内，另外测量前一个托盘和横向相邻托盘的高程，相邻托盘之间的高程误差同样控制在1 mm以内(纵向考虑2‰的坡度)。同时，每浇筑完10 m的区域便采用全站仪和水准仪进行复测，并及时校正。

5.2 车间式预制T梁质量控制要点

5.2.1 移梁时混凝土强度控制

混凝土浇筑完成后至初凝之前，T梁不能进行任何移动。当混凝土初凝后，才能进行移动，目的是防止对初凝前混凝土的扰动而影响混凝土质量。

5.2.2 冬期施工的操作要点

制梁车间在冬期施工时，有棚区全部进行封闭。棚内布设水暖和蒸汽通用暖气片，通常情况下由6 t锅炉供暖，确保环境温度在－25℃时，大棚内最低温度不低于5℃。4条生产线西侧延伸设置4个养护棚，棚内布设暖气片，由6 t锅炉供暖，可保证温度在(20±5)℃之间。当室外温度低于－30℃时，增加临时蒸汽管道，用以确保T梁的质量合格。

当环境温度不低于－25℃时，制梁车间能够在24 h内正常生产;当环境温度低于－25℃时，为保证T梁质量，除混凝土浇筑工序以外其他工序均可正常进行。

5.2.3 混凝土养护

混凝土浇筑完成后，将梁移入养护棚内进行养护，每个养护棚内设2排暖气管道，外部用棉帆布围挡，养护棚内温度控制在(20±5)℃。养护过程中，对梁体两端及中部位置采用自动温控系统进行温度监控。养护棚内设置喷水阀，可定期对梁体进行洒水养生，以提高梁体强度，从而提高了模板的周转周期。由试验室对随梁试件进行检验，当梁体混凝土达到初张拉强度时，对梁体降温。当梁体混凝土芯部与表层、表层与环境温差不超过15℃时，将其移出养护棚拆模，并及时进行初张拉。

6 高效率车间式T梁预制方法的应用

高效率车间式的生产模式在榆林制梁场首次使用，在有效工期内日均生产6片T梁，冬期施工日产4片T梁。在整个生产过程中，制梁车间只投入了榆林制梁场35%的工装设备，但其产量却达到了总生产量的44%。其生产效率比传统模式的生产效率提高了25%。

此制梁车间的建立，极大减少了征地，得到了当地政府、居民及业主单位的一致好评，取得了显著的社会效益。施工过程中采取了生产集中、合理的节能、环保措施，减少了废物、废料等对环境的污染，取得了良好的环保节能效益。

7 结语

(1)车间式预制模式，将施工区域固定、施工工序循环的传统施工工艺创新为施工工序固定、施工区域循环的全新施工工艺。

(2)车间式预制模式克服了传统模式中环境、混凝土强度增长制约生产的客观因素，以及各工序受到施工区域的限制，工序衔接制约生产的主观因素。降低了工装设备的运转周期，同时结合了循环流水线作业的特点，使T梁预制能充分利用劳动力和机械设备，生产顺畅，降低了T梁的生产周期，节约了劳动力，提高了生产效率。

(3)本施工技术适用于存梁能力有限，且不具备扩存能力的预制场，适用于工期紧，任务重，施工环境恶劣的项目，特别是对有效工期短的项目，采用本技术可以实现昼夜正常施工，降雨正常施工以及冬期正常施工。

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