高速铁路预制梁场的规划设计研究

陈秀萍

（中铁十七局集团第三工程有限公司 河北石家庄 050081）

近年来，随着我国铁路建设事业迅速发展，速度快、标准高的高速铁路建设如火如荼，而这其中的箱梁预制工作更成为了高速铁路建设中技术含量高、设备投入大、质量要求严的单项工程之一[1-4]。京沪高速铁路建设中采用的预制箱梁有32 m，24 m两种类型。其中32 m箱梁梁体重826.8箱。又加之高速铁路设计运行速度要求在350 km/h，正常使用条件下梁体结构设计使用寿命为100年。如何在这种条件下合理规划设计预制梁场，确保预制梁施工满足工期及安全质量要求，成为工程顺利完成的关键。

1 工程特点

京沪高速铁路土建TJ-1标青县梁场位于沧州市青县清州镇侯家营北侧，104国道东侧，京福铁路东侧，高速铁路正线右侧，区间桩号为DK190＋100～DK190＋200，梁场占地240亩。

1.1 设计标准高、质量要求高

本工程项目设计速度为350 km/h、使用寿命100年；采用双线大断面箱梁、线上无碴轨道结构；高性能混凝土引入工程实体；工程验收（综合调试）速度要达到 1.1倍设计速度要求，高标准的设计对箱梁预制质量提出了很高的要求。

1.2 地质条件差、工程复杂、技术含量高

梁场地层表层为粉质粘土，采用CFG桩进行地基处理，处理工程量很大，水、电、蒸气预埋管线多。梁体制、存梁台座不均匀下沉量控制在2 mm以内，对制、存梁台座沉降幅度要求高。

梁预制采用新型技术，技术含量高，是国内新兴起来的梁型。厂家定制，要求模板接缝顺直。预埋件种类多，数量大，防腐处理要求高，预留孔道数量大，种类多，需加工专用成孔设备；预应力筋张拉孔数多，应力分布各不相同；钢筋保护层垫块要求高，采用有专利的产品；运梁通道标准要求高等。

1.3 施工投入大

本梁场梁制梁及运架需要的运吊设备大多是新型大型设备，部分是进口设备，设备购置费用高，梁场占地240亩，建设规模大，施工投入很大。

1.4 管理风险高

双线整体箱梁，设计断面大、梁体重量大、梁体平顺线形要求高，采用新型技术，厂房式生产，施工人员数量大，相对集中，施工管理的重要性和高风险性突出。

2 预制梁场设计布置

2.1 梁场选址

青县梁场位于京福铁路东侧，梁场西侧受京福铁路限高（3 m）的影响，不能满足大型车辆的通行，进出梁场的车辆自104国道从青县南外环线向东通过铁路立交桥（4.5 m），东行3 km与高速铁路主便道相交（K187＋442.5），沿施工主便道向南行2.7 km进入青县梁场。为了与局指挥部、驻地及监理加快沟通交流的速度，梁场管理人员均配了移动电话同时还装了固定电话和传真机，资料和文件的传送可以通过网上电子邮箱进行。预制梁所用原材料按照京沪公司的要求进场，水泥主要选用故城山水；钢材主要选用唐钢；石料选用保定满城，砂选用易县沙场，粉煤灰选用山东德州，外加剂选用河北金舵。原材料运到梁场主要通过公路运输来完成，运距在100～220 km范围。

2.2 梁场功能划分

桥梁预制场一般分为制梁区、存梁区、钢筋加工区、物料堆放区、混凝土拌合区、办公生活区及施工便道。

制梁区作为预制梁场的主要组成部分，预制梁的生产和各种关键性的机械设施布置主要都集中这一区域。

存梁区是用来存放预制梁的区域，其存放顺序按架梁总体施工顺序存放，青县梁场存梁区采取了双层存梁布置。

钢筋加工区是将钢筋原材料按成品梁的设计要求加工成需要的形状和尺寸的区域，该区域还包括钢筋堆放区。

物料堆放去是堆放生产预制梁过程中所需要的物料的区域。

混凝土拌合区是将组成混凝土的原材料按设计要求加工成需要的成品混凝土的区域。青县梁场采用2台HZS-120型拌和设备拌制混凝土。

办公生活区是梁场职工工作、生活、学习和娱乐的场所。青县梁场生活、生产分区进行。

施工便道是与外界及主体工程施工区联系的通道，制梁所需要的原材料，设备、物资等需要通过便道送到各个功能区，成品箱梁也是通过施工便道运往工程主体施工区。便道的设置对于优化布局具有重要作用。

2.3 预制梁场的设计原则

预制梁场布置应结合桥梁施工进度，预制梁施工工艺流程及施工场地自然条件来进行，以“快速、优质、低成本”为目的，因此，确定预制梁场布置原则时主要考虑以下因素。

建设投资费用。预制梁场的建设费用受场地占地大小影响较大，制梁区作为预制场的主要组成部分，其面积的大小直接影响预制梁场的占地大小及征地的费用，因此，在满足桥梁施工进度的情况下如何确定最优的制梁台座规模，使制梁区面积最小就是一个必须考虑的内容。

施工进度要求。预制梁场作为桥梁工程的配套工程，主要任务就是为桥梁提供预制梁，必须按照桥梁工程的特点、工期要求、场地条件及起重运输条件，合理安排预制梁场的生产计划，确定梁场生产能力，合理布置预制场以满足桥梁施工进度。

整体性因素。根据预制梁生产要求，综合考虑各个工序之间的生产顺序，合理安排各个施工区布置，尽量避免倒流作业，做到生产工艺流程合理。

场内运输距离。场内施工所用的各种物料包括钢筋、钢绞线及混凝土等，在场地运输应以运输距离最小为目标，杜绝二次搬运，保持物运输畅通。

空间因素。预制场地内布置时应有效利用场地，充分利用场区地形条件，因地制宜，布置力求紧凑，尽量缩短工艺之间的流水线路，工棚及施工人员的住房尽量靠四周布置，即少占施工面积又可以充当围墙，既减少使用面积，又节约减少费用。

流动性因素。各个区域之间布置应按生产工艺流程来进行，确保生产过程中流动的畅通，生产流程连续化，道路上不允许堆放物品，保证道路畅通，道路设置宜采用环形布置，场区宜设置两个出入口。设单个出入口时应考虑预制梁及物料运输时的车辆通行宽度。

安全因素。布置时应考虑生产安全，水、电线路应该沿场地四周布置，避免影响施工造成事故，挖方路堑及填方边坡需做好防护及临时排水设施。

3 预制梁模板配备及周转方案

3.1 模板制作

预制梁模板虽是施工过程中的临时结构，但确十分重要，它不仅控制梁体尺寸的精度，而且对工程质量有直接影响，为满足桥梁施工的可靠性，要满足如下要求：

模板必须具有足够的强度和刚度和稳定性，能可靠的承受施工中可能产生的各项荷载，保证结构的设计形状、尺寸和模板各部件之间的相对位置准确性；

模板表面光滑平整，接缝严密，在混凝土振捣时不漏浆；便于制作，拆卸容易，施工操作方便，保证安全。

3.2 预制梁模板设计、加工注意事项

模板加工前，由厂家根据预制梁施工图纸制作模板设计图，施工单位技术负责人复核，确认其选材合理、结构安全、装拆方便、几何尺寸正确、数量无误后，再由模板厂家开始加工。模板加工完毕出厂前，应由施工单位技术人员现场验收，验收内容主要包括几何尺寸、规格数量、焊接质量及拼装质量，其中拼装质量很关键，该验收环节因操作麻烦往往容易忽略，而实际上多数模板在拼装时容易出现连接处不严缝，螺栓孔对不上，在施工现场需要二次修整处理，延误施工工期。为便于装拆，模板设计时横隔板与大模板宜设计成整体，横隔板设计图纸一般为两面带坡，坡度约1 %，模板设计时横隔板应四面带坡，坡度为2 %～3 %，且应避免用小钢板，防止焊接变形而导致脱模困难。端模设计应考虑好锚垫板的定位，刚度应当大一些，保证锚垫板的位置准确。附着式振捣器位置应当根据振捣器的功率和作用半径来确定预留。

3.3 预制梁模板数量确定

模板数量不足严重影响工程进度，模板过多将增加工程成本，造成不必要的浪费。以京沪高铁青县制梁场为例：制梁模型板采用钢模板，根据制梁台座设定及箱梁生产周期要求，规划制作加工底模和侧模9套，内模6套。

4 预制梁场设施设备配套技术

4.1 梁场场地及地基处理

梁场建设施工时，根据现场地质条件，进行开挖或回填，平整场地。

路内梁场挖方段，其顶面标高尽量接近路床顶设计标高，以便减小路基二次施工工作量，预制梁架设完毕后，快速交验路基，为路面施工提供作业面。

路内梁场填方段，其施工过程应严格按照主体路基工程施工要求，分层碾压，逐层检测，一次成型，梁场顶面标高应高于设计路床顶面，其超出部分即为碎石垫层或混凝土硬化面厚度。预制梁施工完毕后，除掉硬化层，即可进行路面施工。

无论路内或路外预制梁场地，平整碾压后必须做地基承载力试验，尤其是龙门吊轨道基础、制梁台座及存梁基础处，要根据龙门吊、预制梁的重量等验算地基承载力是否满足要求，不满足要求时，则需要进行二次碾压或换填处理，直至地基满足承载力要求。

梁场排水必须顺畅，填方边坡应做临时急流槽及边沟，挖方边坡应设截水沟，防止梁场积水。梁场地面应全部硬化（石方路堑地段可铺碎石），并设计不小于1 %的流水坡，防止场内积水。

4.2 梁场水、电设施配备

预制梁场用水主要包括混凝土搅拌用水、混凝土养生用水、工人生活用水等，根据梁场所在地水文条件的不同，当水源丰富时，直接接入水源或打井供水；当所在地水源缺乏时，一般采用运水车供水。蓄水池大小根据混凝土供应、养生高峰期日用水量计算。为保证场区内干净有序，场区内应设置主排水沟及辅助排水沟，积水通过地面坡度排入辅助排水沟，再进入主排水沟排出场地外。

梁场用电根据总体施工组织设计方案，直接配备变压器或从附近变压器接入电源，变压器大小应根据梁场内搅拌机、龙门吊、钢筋加工焊接设备及生活用电等用电量确定，各用电设备设施按照安全载流量计算电线截面并配线。为保证电器设备或系统正常运行，确保人员安全，梁场内主干线应设三相五线制。

4.3 预制梁台座设置

台座的布置要考虑的因素包括有预制梁数量、施工工期、每片梁生产周期、龙门吊跨度、场内交通等。以青县梁场为例，32 m箱梁591孔，24 m箱梁17孔，有效工期18个月。梁场生产能力为1.5～2榀/天，箱梁从绑扎钢筋、安装模板、浇注混泥土、拆模、张拉、压浆、移梁周期按4天计算，同时考虑当地气候严寒，春、秋季气温较低，混凝土强度增长较慢及其它影响进度等因素外，设置制梁台座为10个（其中10号台座为24 m与32共用）。

4.4 存梁台座设置

存梁台座的设置应综合考虑以下设置原则：运架梁工期、架桥机数量及日架梁数量；征地拆迁费用和场地限制，必要时地基处理可考虑叠梁存放荷载；根据规范要求，施加预应力后，应尽量减少收缩与徐变、延长二期恒载上桥的最短时间[5]。

存梁台座的数量：m=V×K

其中，V为梁场制梁速度（榀/天），K为箱梁在存梁台座上最少存放时间（天），一般情况下，K=40 d。

预制箱梁在存梁台座上最少存放时间K的确定：初张后终张前时间间隔10 d，终张拉时间为1 d，压浆封端时间约为2 d，压浆封端后存放时间约15 d。故K=10＋1＋2＋15=28 d，故取K=30 d。

考虑其他风险因素的存在，青县梁场最后实际确定存梁台座81个，其中1个为试验台座。5个为24 m与32 m箱梁共用。

4.5 龙门吊选择

龙门吊选择主要是根据现场实际情况正确确定龙门吊的起重量、 跨度、起升高度、走行速度、起升速度等技术参数。梁场龙门吊一般设起梁用的重型龙门吊和吊装钢筋、模板及混凝土所用的轻型龙门吊。

龙门吊高度的确定。要考虑钢筋骨架吊具、蒸汽养生罩等在已浇筑梁体上的吊运安全。下面以40 m龙门吊和54 m龙门吊为例说明龙门吊的选择对梁场规划的影响。4.5.1 40 m龙门吊场地布置方案

在用跨度40 m龙门吊时，制梁区的布置要求考虑有三个作用区域。①内模存放区；②钢绞线下料区；③钢绞线穿束区；④布料机、拖泵及罐车工作区域。综合考虑上述区域，在制梁台座布置时每列只能布置一个制梁台座，且每个制梁台座相互错开的布置方式。以布置10个制梁台座为例。需要布置10列制梁台座，同时配有11条提梁机通道。每个制梁台座长度为33.4 m，每条提梁机通道宽度按照8 m计算。制梁区总长度为33.4 m×10+8 m×11=422 m。此外还需同时再考虑钢筋绑扎区，按照两个绑扎区、四套绑扎胎膜具考虑。绑扎胎膜具长度为32.6 m，每列胎膜具之间需要考虑6 m通道。这样两个绑扎区总长度为32.6 m×4＋6 m×4=154.4 m。这样钢筋绑扎区加上制梁区总长度为576.4 m。根据上述在考虑箱梁场地时至少需要考虑有576.4m的总长度。

图1 两梁场龙门吊布置对比图

4.5.2 54 m龙门吊场地布置方案

在利用54 m跨度龙门吊布置场地时，每列可以考虑布置两排制梁台座。每个制梁台座模板宽度按照15 m考虑。制梁台座边距龙门吊轨道按照最短距离2m考虑，每排制梁台座间距可以按照10 m考虑。因此在用54 m龙门吊布置场地时，可以考虑用每列两排，且每排相邻台座错开的布置方式。以布置10个台座为例，制梁区总需要5列，6条移粱机通道。这样制梁区总长度为33.4 m×5＋8 m×6=215 m。在考虑钢筋绑扎区时，在54 m跨度范围内可以布置下两套钢筋绑扎胎膜具。以两个钢筋绑扎区为例钢筋绑扎区总长度为32.6 m×2＋6 m×2=77.2 m。钢筋绑扎区和制梁区总长度为292.2 m。根据上述考虑在利用54 m龙门吊布置场地时，梁场场地只要满足最小长度292.2 m即可布置下10个制梁台座和两个钢筋加工区。

4.5.3 40 m龙门吊与54 m龙门吊布置情况对比分析

通过上述我们可以看到用40 m龙门吊布置场地时，梁场场地最小需要满足576.4 m。在用54 m龙门吊布置场地时，梁场场地最小需要满足292.2 m。这样54 m龙门吊布置梁场场地需要的长度明显比用40 m龙门吊布置场地时小的多。在高铁箱梁场场地选场时一些地域由于地势的限制往往不能满足40 m龙门吊布置场地要求的长度。同时为了尽量减少征地数量同样用54m龙门吊布置场地都是最佳的选择。青县梁场采用的是40 m龙门吊，而我单位施工的另一梁场则采用了54 m龙门吊。两梁场龙门吊布置对比图见图1。

5 结语

桥梁工程施工建设由于投资大，工程量大、工期紧、和施工环境复杂等众多因素，给生产计划的制定和执行带了极大的困难。目前，工程单位施工管理多采用整体计划与局部现场管理相结合，施工过程中，往往只注重工程进度和质量，而对工程施工的规划和设计重视不够，一些大型临时工程规划设计主要依靠施工技术人员的经验来完成。在总结施工经验的基础上，详细分析研究了预制梁场规划布置和设计问题，对于预制梁场规划和设计问题有一定的指导和借鉴作用。

[1]薛宁鸿,张文格.高速铁路客运专线预制梁场规划建设及施工管理综述[J].铁道标准设计,2010, (z1) :85～88

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[3]韩刚.350 km/h铁路客运专线箱梁预制场规划设计原则与方法[J].铁道勘察,2008,34(3) :77～80

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[5]程萍.高速铁路客运专线预制梁场规划设计与研究[J].山西建筑, 2009,35(10):122～123