轨道交通预制U形梁双层存梁施工技术研究

摘要 文章依托青岛轨道交通13线二期九工区2#梁场，进行预制U形梁的双层存梁施工技术研究，并完成双层存梁结构的设计和施工，保质保量地完成了该梁场的生产任务。实践证明，工程的双层存梁技术方案可行，提高了梁场设备和土地资源的利用率，具有明显的经济效益和社会效益，可为今后城市预制梁场的建设提供借鉴。

关键词 轨道交通；预制梁场；双层存梁；施工技术

中图分类号 U445.8 文献标识码 A 文章编号 2096-8949（2024）04-0084-03

0 引言

城市轨道交通的建设方式共有两种：①地下线路；②高架线路。前者的建造与运营成本都高于后者。因此我国大部分城市的轨道交通形式都在向着高架线路形式发展。另外，在选择高架线路桥梁上部的结构形式时，需考虑整个线路结构安全、能源损耗、外观及工艺等方面^[1]。预制U形梁多采用“工厂预制、架桥机架设”的施工方法，构件预制工厂的地址根据施工环境进行灵活选择，并在预制工厂内安装重型专用制造、吊装设备。同时，双层存梁相比单层存梁具有占地面积少、设备利用率高、经济效益好等优点。该文结合青岛轨道交通13线二期九工区2#梁场面积小、工期紧的特点，采用双层存梁技术减少征地拆迁，提高梁场的存梁能力，解决制梁速度和施工速度不一致的问题，从而避免窝工，节约了工期^[2]。

1 项目概况

2#梁场位于青岛市黄岛区琅琊台镇滨海大道附近，占地约为150 667 m²，承担992片U梁制安任务。场内设置制梁区、存梁区、钢筋加工场、混凝土拌和区、办公生活区等功能区。

存梁区位于出梁通道一侧，设置30 m标准台座，25 m标准台座，30 m、25 m共用台座，以及非标准臺座。存梁区共设置204个存梁台座，静载实验台1个，单层存梁能力204片，配置1台DLM300型轮胎式提梁机用于提梁、移梁和出梁^[3]。

为提升用地效率，结合项目现场实际情况，预制U形梁采用双层存梁方案。考虑工程预制梁场所在区域地质条件的特殊、复杂性，为确保双层存梁期间箱梁结构的整体安全，对预制U形梁双层存梁工艺开展试验研究。对存梁过程中存梁台座沉降、支座反力、预制U形梁局部和整体的结构反应进行跟踪测试，为预制U形梁的双层存梁工艺完善和安全质量控制提供了参考和依据。

2 预制U形梁双层存梁方案设计及验算分析

2.1 方案设计

该项目双层存梁台座共有五种形式，分别为：30 m标准跨存梁台座，25 m标准跨存梁台座，25 m、30 m公用存梁台座，20～25 m（含25 m）共用存梁台座以及25～30 m（含30 m）共用存梁台座。均为钢筋混凝土结构。上层为钢结构，采用钢筋混凝土基础，下层U梁存放在基础支墩上，上层U梁存放在工字钢上。

2.1.1 底层混凝土基础

存梁台座基础采用钢筋混凝土条形结构，下底宽1.5 m，高0.5 m，长5.6 m，支墩高0.6 m，基础采用PHC桩基，混凝土标号为C30，梁场建设时已建设完成。

为做双层存梁，在原基础旁挖设长2 m、宽1 m、深1 m的基坑，浇筑混凝土后作为斜撑基础。在原支墩中间浇筑1.5 m×1.2 m×0.5 m的混凝土基础（钢筋笼采用直径22 mm钢筋），预埋钢板。

2.1.2 上层钢结构

存梁台座上层钢结构由钢立柱、钢横梁、支点及斜撑组成。立柱采用325×7 mm钢管，横梁采用双拼工63a型钢，斜撑采用273×7 mm钢管，立柱分成上下两节，两节通过法兰连接；下节立柱与基础通过焊接连接，上节立柱与横梁焊接连接。如表1所示为该项目双层存梁钢结构材料数量表（单个台座）。

2.2 存梁台座结构验算

2.2.1 混凝土基础验算

该项目双层存梁混凝土基础所受荷载为（2 058+37.2）/2=1 047.6 kN，混凝土结构尺寸150 cm×50 cm，截面抵抗矩W=62 500 cm³。如表2所示为混凝土的极限强度。

经分析得知最大弯矩为340.47 kN·m，最大剪力为523.8 kN。

代入公式，则混凝土基础强度验算如式（1）：

满足要求。

2.2.2 钢结构验算

双层存梁台上层钢结构包括立柱325×7 mm钢管、横梁双拼工63a型钢，斜撑273×7 mm钢管，均为A3钢材。已知A3钢材允许应力σ=140 MPa、允许剪应力τ=85 MPa、弹性模量E=2.1×10⁵MPa、单片U梁最大重量210 t，支点竖向荷载为P=（210×9.8）÷4=514.5 kN。

横梁双拼工63a型钢截面参数如表3所示^[4]：

将横梁双拼工63a简化为6 m长简支梁，支点处集中荷载P=514.5 kN，自重按均布荷载加载q=122×2×9.8=2.39 kN/m。代入公式，则横梁强度验算如下式：

满足要求。

已知立柱竖向荷载为（210+0.122×6.5×4）×9.8÷4=522.3 kN。按一端固定一端铰接计算，则轴心受压计算μ=0.7，长度则是L₀=0.7×2.4=1.68 m。

该项目立柱采用直径325 mm、壁厚7 mm钢管，已知立柱截面特性A=69.932 cm²、i=11.245 cm、I=8 844 cm⁴。根据《钢结构设计规范》附表D内容，φ=0.986。

代入公式，则立柱强度验算如式（6）^[5]：

满足要求。

实际施工时，为便于下部U梁出梁，钢立柱按照两节施工，底部长度30 cm、顶部210 cm，通过连接钢板、M20螺栓连接；钢立柱通过M20螺杆栓接固定，并使用钢管斜撑进行加固。

3 预制U形梁双层存梁的施工技术要点

3.1 混凝土基础施工

模板安装好后，检查轴线、高程符合设计要求后加固，保证模板在灌注混凝土过程受力后不变形、不移位。模内干净无杂物，拼合平整严密。支撑结构的立面、平面安装牢固，并能抵挡振动时偶然撞击。支架立柱在两个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。模板检查合格后，刷脱模剂。

在混凝土灌注过程中指定专人加强检查、调整，以保证混凝土建筑物形状、尺寸和相互位置的正确。

3.2 上层钢结构施工

3.2.1 立柱安装

在混凝土基础上将立柱位置精确放样，下节钢立柱顶端焊接法兰板，下端与基础焊接连接。上节钢立柱下端焊接法兰板，通过螺栓与下节立柱连接牢固。

3.2.2 横梁吊装

双拼工63a横梁在地面双拼焊接完成后，使用10 t汽车吊进行吊装就位。双拼工型钢横梁长6.5 m，重1.586 t，汽车吊站位于6 m宽提梁机通道上进行吊装，汽车吊支立一次可吊装其附近4根台座横梁。

3.2.3 斜撑安装

斜撑分上下两部分，在场内加工好后运输至现场拼装，下边一节长1 m，上边一节长2.3 m。先将上下节通过螺栓连接牢固，整体吊装就位，与基础通过锚栓连接好，然后进行斜撑与立柱的焊接施工。

3.2.4 安装调整

支点位置根据支座位置进行放样，使用电子水准仪進行标高控制，存梁时四点高差不大于2 mm，且任意一点与另外三点构成的平面距离不大于2 mm，高差不满足时，通过支点钢板调整。

3.3 变形监测分析

3.3.1 混凝土基础

监测存梁台座混凝土基础沉降，同一台座四个支点不均匀沉降不大于2 mm。

3.3.2 钢结构

监测立柱柱顶位移、横梁最大挠度和支点不均匀沉降，立柱柱顶位移小于l/500=5.4 mm，横梁最大挠度l/400=15 mm，任意支点与另外三个支点的相对高差不大于2 mm。

3.3.3 数据采集

在台座基础及钢结构上布设监控点，使用全站仪进行数据采集，采集频率如表4所示。

3.3.4 数据分析及应急措施

数据采集完成后及时进行汇总分析，如发现异常及时向技术负责人和现场负责人汇报，由技术负责人和现场负责人组织将U梁转移至其他台座临时存放。若台座不均匀沉降超标，对其进行预压处理；若钢结构变形过大，查明原因并进行更换，更换完成后先进行预压，变形合格后方可继续存梁^[6]。

3.3.5 监测点布置

混凝土基础测点布设在相邻两片梁之间，钢结构测点布设在立柱顶及横梁跨中。

3.4 存梁施工时注意事项

下层存梁时，先将立柱接头以上部分拆除，U梁存放就位后再将其安装复原。

上层存梁时，应先检查钢结构各处连接是否牢固，出现松动及时加固，落梁时提梁机先提梁在台座正上方就位，下放至U梁距离支点约10 cm停止，待U梁停止晃动后，先将一端缓慢下落至支点上，并进行检查，无异常方可将另一端缓慢下放至支点。

提梁过程与存梁过程相反，吊具安装完成后，先将U梁一端缓慢提起，离开支点约10 cm停止，检查无异常方可缓慢提起另一端。上层U梁提走后拆除立柱节点以上部分钢结构，进行下层U梁提梁。

存梁、提梁过程提梁机精确就位，提升、下放均应缓慢进行，减少对钢结构的冲击。

定期对台座进行检查和变形监测，由现场技术员进行检查，检查内容包括钢结构连接是否牢固、是否锈蚀等，监测内容包括混凝土沉降、钢结构变形、支点不均匀沉降等。

4 结束语

很多项目在预制U梁梁场建设前期规划时，没有充分考虑桥梁下部结构施工进度的影响，导致实际存梁数量远超过存梁台座负荷。预制U梁钢结构双层存梁施工技术实际应用效果显著，钢结构施工简单、工期短，优于传统的混凝土结构，可大大提高梁场的存梁能力，提高施工效率，且节约用地、降低成本，符合目前大力倡导的节能减排政策。通过该工程的应用，有力证明了其实用价值，并为以后类似工程提供了经验借鉴。

参考文献

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[3]李胜华. 梁场单双层存梁的经济性分析实例[J]. 山西建筑， 2009（12）： 142-143.

[4]赵天文. 石武客专驿城制梁场双层存梁技术研究[J]. 四川建筑， 2012（3）： 185-186.

[5]虞巍巍. 900 t铁路大型箱梁双层存放工艺[J]. 福建建筑， 2010（4）： 117-120+116.

[6]闫晓冬， 黄伟修， 丁鹏. 40 mT梁双层存梁施工技术研究[J]. 黑龙江交通科技， 2019（5）： 134-135.

收稿日期：2024-01-08

作者简介：刘春达（1990—），男，本科，工程师，研究方向：路桥施工。