张 平

(中铁大桥局集团第三工程有限公司,广州 510800)

1 工程概况

穗莞深城际轨道位于珠江三角洲广、深交通走廊,是珠江三角洲地区城际轨道交通网的重要组成内容。其桥梁上部结构以跨度30、25 m后张法预应力混凝土简支单箱、单室箱梁为主,双线梁顶宽10.6 m、底宽4.84 m,单线梁顶宽5.65 m、底宽3.0 m,单孔30 m箱梁质量近600 t。穗莞深城际轨道交通工程洪梅梁场主要负责洪梅特大桥、东江南特大桥北岸共计299片单、双线箱梁的预制和架设任务(其中双线30 m箱梁126片,25 m箱梁32片；单线30 m箱梁94片,25 m箱梁47片),总工期18个月。

由于设计线路沿线水系发达、工厂林立,经多番勘察,梁场场址只能选择位于DK30+095～DK30+268段线路左侧的一块紧邻设计线路、沿线路方向长度为173 m,垂直线路方向长度为462 m的一块场地。梁场所在地工程地质、水文地质条件较差,雨水多、地下水位较高,还受潮汐的影响。经钻探可知,场地地表为厚约0.5 m的根植土,下部存在厚约5～10 m的软土,深度约10 m以下为第三系泥岩。根植土结构松散、未完成自重固结,软土从上到下按成因分：流塑状淤泥或淤泥质土,褐色全风化泥岩(呈黏性较大的土状)。软土未完成自重固结,承载力fak=40 kPa。第三系泥岩为极软岩,天然单轴抗压强度为3 MPa。

2 梁场规划设计原则

制梁场规划设计应本着安全适用、技术先进、经济合理的总原则进行统筹规划设计,以达到“制梁速度快、质量高和建场费用低”之目的。梁场的布置形式一般主要有纵列式和横列式两种,纵列式布置方式是台座的长度方向顺线路走向,比较适合于梁场靠近线路的情况；横列式布置方式是台座的长度方向垂直于线路方向,箱梁上桥前需水平旋转90°,比较适合于梁场远离线路的情况。另外,梁场的布置方式还要考虑场地面积、长宽比及设备配置、工期要求、技术条件、经济效益等实际情况。

3 梁场规划方案比选及综述

考虑到梁场同时承担单、双线梁的预制任务,按照传统布置方案需要分别设置单、双线制梁台座和存梁台座。箱梁的架设也因考虑到规模偏小而只考虑使用1台架桥机,因此在进行单线梁预制、架设时,双线梁制、存梁台座及配套设施均不能全部投入使用而造成了较大的资源浪费,反之亦然。为此,经过研究提出基于单、双线共用制、存梁台座的规划设计方案,并与传统的纵列式、横列式方案进行比选。梁场规划方案比选见表1。

表1 梁场规划方案比选

在只有1台架桥机的前提下,在架设双线梁时,梁场内相当于拥有8个双线梁制梁台座、44个双线梁存梁台座,梁场台座资源达到最大利用率,反之亦然。同时考虑到梁场空间受限、规模偏小及提梁机设备投资大、成本高(相当于普通轮轨式平移梁车的十几倍甚至20倍)、安装和拆除技术复杂以及轮轨式移梁台车平移技术要求、成本低、移运平稳快捷、操作简单等诸多优点,梁场箱梁的移梁方式采用轮轨式移梁台车进行。故经过比选采用单、双线共用制、存梁台座方案。

4 梁场的总体布置方案

4.1 制、存梁台座数量的确定

根据以往经验以及目前生产工艺、技术条件及工人的熟练程度,每一孔箱梁预制从准备工作、混凝土灌注、混凝土养护、预张拉到拆除模板等工作流程全部进行完毕,用时约80 h。为保证工期,则每天至少需要生产1.5孔梁,则需要6个制梁台座(单、双线制梁台座均需6个)。存梁台座数量按技术条件要求的施工工艺时间,从梁体混凝土养护、终张拉、压浆、封锚到压浆强度达标等合计占用存梁台座时间为35 d,如架设进度按照1～2孔/d,至少需存梁台座35个,若考虑试验需要等因素,存梁台座需设置40个左右较为合适。同时考虑到单、双线箱梁及30、25 m箱梁所占的比例设置8个制梁台座、44个存梁台座(单、双线共用)。

4.2 制、存梁台座布置形式

设计采用钢-混凝土组合结构形式的制梁台座及立柱加盖梁形式的存梁台座,以达到单、双线箱梁均能共用的目的。提升钢筋骨架用的龙门吊沿台座长边方向布置并用单台龙门吊起吊,制梁台座采用同排并列、异排错位布置的方案，以达到节约成本、方便施工、提高利用效率的目的。梁场预制双线梁时相当于拥有8个双线制梁台座、44个双线存梁台座,预制单线梁时可以将台座的钢结构部分拆除,便相当于拥有8个单线梁制梁台座、44个单线梁存梁台座。同排布置的两个制梁台座对应2个钢筋整体绑扎台座、1个钢筋加工场、1个钢筋存放场、1台龙门吊机(35+35/10 t)和11个存梁台座。每个制梁台座配备1套底模,每两个制梁台座共用1套外模、内模和短模。相间排列的制、存梁台座采用30、25 m共用的形式,以根据需要调整30、25 m梁台座的数量,在只有1台架桥机的前提下,可根据需要调整单、双线及25、30 m梁台座的数量,以达到资源合理调配的目的,大大增强梁场的生产能力。制、存梁台座其梁场平面布置(制、存、提梁区)见图1。

图1 梁场平面布置(制、存、提梁区)

5 梁场主要大临结构设计

梁场主要由制梁区、存梁区、提梁区、混凝土生产区、办公生活区等部分组成,其主要结构物有制、存梁台座,静载试验台座,提梁吊机、移梁台车、龙门吊机轨道等。其设计、施工情况直接关系到预制箱梁的质量、效率。

5.1 制梁台座设计

制梁台座采用连续墙式,设计时应该按照2种工况考虑,工况一为梁体混凝土浇筑完毕而尚未进行张拉,此时荷载基本均布于制梁台座上,主要验算条基内力；工况二为箱梁内、外模板拆除,张拉完毕、梁体上拱,主要荷载作用于台座两端,此时主要验算桩基础受力；台座上的荷载由箱梁自重、底模自重、内模自重、外模自重及施工荷载组成,经计算，两个条基及横梁选用C25混凝土,条基截面选定为1.3 m×0.5 m；台座端部基础使用φ600 mm×6 mm钢管,中间使用φ500 mm×6 mm钢管,钢管柱上用2根I36b做为分配梁；端部横梁截面6 m×1.5 m,高0.6 m,中间横梁截面6 m×1 m,高0.6 m,横梁最大间距为4.6 m；端部基础处理采用φ500 mm型预制管桩；中间使用φ300 mm型预制管桩。经计算结果均满足要求。底模按照单、双线梁底板尺寸由两块拼装而成,在预制单线梁时将多余部分底模及钢管柱、钢分配梁拆除、调整后便可进行施工。制梁台座的设计要点在于要考虑到2种荷载工况下制梁台座端头部位应设计成独立结构或设置沉降缝以实现端部分与中部隔离,以保证端部和中部单独受力进而避免两部位产生较大的不均匀沉降,方便对梁端部位台座产生的沉降进行处理。同时由于顶升梁和移梁台车重载移梁工况下会对移梁轨道基础产生较大的弯矩和剪力作用,为保证结构安全,移梁轨道和制梁台座也应该单独受力,否则若按整体设计,需配置的钢筋量较大且不利于结构安全。台座平、立面设计见图2～图4。

图2 制梁台座平面(25、30 m共用)(单位：mm)

图3 立面(双线梁制梁工况)(单位：mm)

图4 立面(单线梁制梁工况)(单位：mm)

5.2 存梁台座设计

存梁台座采用立柱加盖梁结构形式的单、双线共用的形式、四点支承的方法,每个存梁台座设有4个橡胶垫块。对存梁台座受力计算要以存放单、双线梁的不同状态进行计算,并取最不利受力状态进行结构强度验算。经初步计算选定盖梁尺寸为4.6 m×0.8 m×1.0 m,以满足单双线梁底板宽度不一致的需求,相邻两存梁台座间距为11.1 m,混凝土强度等级为C25。盖梁下两个立柱用φ500 mm的预制管桩,桩间距为3.4 m,经计算结构符合要求。存梁台座设计关键在于保证4个支撑点的高程差控制在2 mm以内,两端基础形式尽量保持相同,避免因基础的不均匀沉降而出现箱梁受扭破坏,同时要考虑到方便终张拉、压浆等后续工作进行。存梁台座立面见图5。

图5 存梁台座立面(单位：mm)

5.3 静载试验台座设计

静载试验台座的设计要考虑到试验用的反力梁、分配梁等结构的存放和安装就位是否便于施工、加载过程中方便对梁体的观察等问题。为配合箱梁静载试验,梁场在存梁区西南端设置一个静载试验台座,静载试验采用移动模架主桁改制而成的反力架及千斤顶、φ15.2 mm钢绞线等自锚加载进行,存梁台座两端分别设置2个3.0 m×1.5 m×1.2 m的盖梁承担上部梁体自重及静载试验设备的荷载,盖梁混凝土强度等级为C25、间距为4.0 m,盖梁下的立柱选用2根间距为1.8 m的φ500 mm的预制管桩。静载试验台座设计关键在于台座需拥有足够的刚度和稳定性且不得分担试验梁所承受的试验荷载、不阻碍梁体变形自由发展且方便施工。静载试验台座立面见图6。

图6 静载试验台座立面(单位：mm)

5.4 移梁轨道、提梁吊机轨道、龙门吊轨道设计

箱梁横移采用YDTC600型轮轨式移梁台车进行,移梁轨道上部荷载按6 400 kN(箱梁自重+移梁台车自重)考虑,经计算移梁轨道梁截面选定为1.0 m×1.4 m,混凝土强度等级为C25,轨道基础用间距为3.5 m的φ500 mm的预制管桩处理。因城际轨道交通线间距及简支箱梁标准跨径比客运专线箱梁小,梁体自重也较轻,且暂无专门针对此类箱梁的运、架设备,箱梁提升上桥采用2台MG450型提梁吊机进行,提梁吊机轨道上部荷载由箱梁自重、提梁吊机自重及吊机运行时的动载组成,经计算提梁吊机轨道梁截面选定为1.7 m×1.0 m,混凝土强度等级为C30。沿轨道长度方向每隔5.0 m设置一个1.0 m×1.0 m×2.5 m的承台,承台长边方向垂直于轨道,并在承台下设置2根间距为1.6 m的φ500 mm的预制管桩作为基础处理。每孔30 m双线箱梁钢筋骨架重约500 kN,龙门吊(35+35/10 t)轨道上部荷载由钢筋骨架自重、吊架自重、龙门吊机自重及运行动载组成,经计算龙门吊轮压按250 kN计算。龙门吊轨道梁截面选定为0.6 m×0.6 m,混凝土强度等级为C25,轨道基础用间距为4.5 m的φ300 mm的预制管桩处理。轨道设计的关键在于设计时要分荷载位于桩顶和跨中2种工况进行验算。

6 结语

箱梁预制场的建设是一个投资大、涉及面广、建设时间短的临时工程,其规划设计方案是否合理是关系到能否建成一个投资节约、规划合理的高标准梁场的先决条件,它不仅关系到预制场场地建设时期的工期保证、质量安全、整体形象及建设费用,并且会对日后制、架梁施工组织、施工效率、工程质量、经济成本等产生直接影响。洪梅梁场根据城际轨道交通箱梁的特点及梁场场地的实际情况,创造性的采取了一系列措施,研究出适合于该梁场实际情况的规划方案,并在实际生产中成功的验证了其成果,对以后同类型、同条件下城际轨道交通及铁路客运专线箱梁预制场建设具有指导意义。笔者全程参与梁场的规划设计,并有如下体会。

(1)单、双线共用制、存梁台座方案能够较好的适应沿场地线路方向空间不足的情况,可以在不采用大型轮胎式提梁机的前提下解决横列式规划方案箱梁旋转90°的问题,在只有一台架桥机条件下充分利用既有台座,实现单、双线箱梁生产资源的合理调配,减少大型设备的一次性投入,节约成本、确保工期。

(2)经测试梁场软弱地基采用预制管桩处理时单桩施工时间为25～30 min,每天平均施工25～30根,具有成本低、成桩功效高、合格率高、污染小、质量控制便捷等优点,且施工完毕后无需等待强度便可进行下一道工序施工,极大提高了生产效率。同时相对于粉喷桩、钻孔桩、碎石桩等预制管桩在施工完毕后拔除更易,大大节省后期复耕费用。

(3)制梁台座端头部位应设计成独立结构或设置沉降缝以实现端部分与中部隔离,移梁轨道和制梁台座也应该单独受力,以保避免不同工况条件下不同结构部位产生的不均匀沉降而产生的弯矩、剪力,确保结构安全。

(4)梁场各大临结构均要设计沉降观测点,对制、存梁台座要进行预压及长期观测,基础的沉降是一个长期而又缓慢的过程,每生产完一孔箱梁就要调整一次底模以抵消基础沉降的影响,确保箱梁施工质量。对存梁台座要长期观测，确保4个支撑点高程差控制在2 mm以内,以防箱梁因台座不均匀沉降而受扭破坏。

(5)由于存梁台座未设计支撑垫石且盖梁施工采用人工收面,随意性较大,很难将四支撑点高程差控制在《客运专线预应力混凝土预制梁暂行技术条件》要求的2 mm以内。为避免出现该类问题,应在盖梁上加设支撑垫石来调整4个支撑点高程,在盖梁施工完毕后经测量复核、放样再进行垫石施工,便可较好解决该问题。

[1] 黄弟福.铁路客运专线梁场规划研究[J].铁道标准设计,2009(4):42-45.

[2] 王 刚.石武客运专线某梁场规划与设计[J].铁道标准设计,2010(9):95-97.

[3] 李艳哲,冯广胜.京津城际轨道交通工程3号梁场总体设计与箱梁施工[J].铁道标准设计,2007(6)：15-18.

[4] 陶石林,李进荣.客运专线纵列式梁场规划与设计[J].铁道标准设计,2009(2)：95-97.

[5] 王建军,房会彬.客运专线预制箱梁梁场平移方式的分析比较[J].铁道标准设计,2007(7)：87-89.

[6] 马永杰.京津城际铁路客运专线32 m 900 t箱梁预制台座的设计与施工[J].铁道标准设计,2006(2):68-70.

[7] 张军林.武广客运专线王家湾制梁场900 t箱梁预制台座设计和施工[J].铁道标准设计,2010(3):79-81.

[8] 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(3)：77-80.

[9] 栗成果,罗 磊.客运专线梁场场地与设备比选[J].铁道建筑技术,2009(增刊)：167-170.

[10] 林富财,梁超,赵小平.软弱地质条件下预制梁场的方案设计与施工[J].山西建筑,2008(4):128-129.