客運專線鐵路箱梁場建設(shè)規(guī)劃和工裝設(shè)備配置

■ 楊偉鋒 雍莉

客運專線鐵路箱梁場的選址規(guī)劃是建場關(guān)鍵，場地布局建設(shè)和工裝設(shè)備的選用對梁場的后續(xù)施工、建設(shè)周期、材料運輸、箱梁預(yù)制工序銜接、預(yù)制及架設(shè)、成本控制等方面有很大影響。梁場規(guī)劃應(yīng)緊湊合理，按施工流程設(shè)計，兼顧運架設(shè)備安裝和拆除，根據(jù)施工工藝要求和移梁運梁工序，合理布置生產(chǎn)區(qū)、存梁區(qū)、運梁便線、材料存放區(qū)，結(jié)合制梁數(shù)量合理設(shè)置制梁臺座、存梁臺座數(shù)量和攪拌站位置，以及確定砂石料存放場地大小。梁場需要場內(nèi)交通、供水、供電、防洪排澇、環(huán)保等合理布置。

1 梁場選址

梁場位置選擇應(yīng)綜合考慮周邊交通狀況、箱梁架設(shè)運距、工期要求、雙向架梁架橋機調(diào)頭場地、周邊水電供應(yīng)，以及周邊居民等諸多因素。梁場選址應(yīng)盡量選擇在周邊有公路、物資運輸便利、建筑拆遷少、水電方便、對周邊居民生活干擾小的區(qū)域。箱梁架設(shè)采用提梁機跨橋位提梁直接上橋和提梁機提梁由運梁車通過運梁馬道由路基上橋。

通過對鄭西高速鐵路華縣制梁場、臨潼制梁場，武廣高速鐵路新臨湘制梁場，哈大瓦房店制梁場，京石高碑店涿州制梁場等箱梁場的架梁數(shù)據(jù)和運梁車架橋機設(shè)備功效分析，運梁距離0～6 km每天3～4孔，6～12 km每天2～2.5孔，12～18 km每天1.5～2孔。因此，梁場選址時應(yīng)考慮架梁半徑，控制在18 km內(nèi)，最大不超過20 km，這樣箱梁生產(chǎn)與運架梁設(shè)備功效平衡、有效。

1.1 平原地區(qū)梁場選址

平原地區(qū)滿足梁場條件下，梁場選址盡可能選擇在車站位置，利用站前廣場規(guī)劃布局，箱梁通過運梁馬道采用車站路基上橋方案，后期地下隱蔽工程無需進行復(fù)耕，減少復(fù)耕費用，降低成本，提高工效，并可利用車站周邊便利交通，降低梁場物資運輸費用。目前，國內(nèi)大部分運梁車的轉(zhuǎn)彎半徑為7 000 m，爬坡能力3％，運梁馬道地基承載力應(yīng)不小于0.6 MPa?？紤]運梁車轉(zhuǎn)彎半徑、爬坡能力，以及運梁馬道的地基承載力，選用路基上橋方案時，車站路基填筑高度不大于6.5 m。提梁直接上橋方案無需修建運梁馬道，在工程成本和運梁安全方面有較好的工程效應(yīng)，但梁場提梁范圍的橋位墩高不能大于12.45 m。

1.2 山區(qū)和高丘陵地區(qū)梁場選址

山區(qū)和高丘陵地區(qū)因線路走向多為山脊或溝腹地，梁場場地大多為高挖和高填區(qū)域。梁場建設(shè)土石方工程量大，臨建工期長、費用高，且進場施工便道長、坡度大，部分填方為原有稻田或魚塘，為軟弱地基，處理難、成本高。梁場選址盡可能選擇在新建車站位置，利用站前廣場規(guī)劃布局，箱梁通過運梁馬道采用車站路基上橋方案。車站位置一般為靠近城市和公路交通發(fā)達的區(qū)域，且周邊配套的交通、材料、電力、供水等設(shè)施較為完善，利用站前廣場設(shè)計永久工程，作為梁場大型臨時工程使用，對梁場在大型臨時工程和后期施工中成本控制有益。車站位置一般地勢較為平緩、周邊高度落差不大，后期地下隱蔽工程無需進行復(fù)耕，減少復(fù)耕費用，降低成本，提高工效，車站路基填筑高度不大于6.5 m。在路基區(qū)域，采用運梁馬道沿路基上橋方案多用于雙向架設(shè)梁場，架橋機調(diào)頭可合理利用路基。根據(jù)工藝技術(shù)及運梁車等設(shè)備要求，路基填筑高度不大于12 m。在橋位墩高小于12.45 m、橋位周邊場地土石方工程量較小、梁場雙向架設(shè)時，架橋機在其他地方調(diào)頭的梁場可采用跨橋位提梁直接上橋方案。

梁場制梁臺與存梁臺為橫列式布置，比例為1︰7，在正常生產(chǎn)條件下，1︰7配置恰好能夠滿足梁場“制、運、架”平衡。目前，全路大部分梁場均采用此比例布設(shè)。京滬高速鐵路齊河制梁場移梁方式采用搬運機，制梁臺平行布置，梁場就近為現(xiàn)有鄉(xiāng)級公路，滿足材料進場要求，且場地平整，橋位墩高8 m，距離村莊較遠(yuǎn)，對周圍群眾生活影響小。京石線高碑店制梁場和南廣線蒼梧制梁場的移梁方案采用橫移梁小車，制梁臺采用“一”字排列式布設(shè)。其中，高碑店制梁場位于新建車站站前廣場（見圖1），車站路基填筑高4.2 m，京珠高速公路出口距離梁場4 km，G112國道緊貼梁場邊緣，鄉(xiāng)鎮(zhèn)公路完善，為材料進場提供了便利的運輸條件。梁場區(qū)域灌溉用機井多，梁場可直接利用，附近沿線電力發(fā)達，電力資源豐富，電力網(wǎng)絡(luò)密集。蒼梧制梁場位于高丘陵區(qū)域，選址在新建梧州南站站坪廣場，利用站坪廣場永久性工程減少臨時設(shè)施建設(shè)，降低梁場建設(shè)成本。

2 大型臨時工程設(shè)計

客運專線箱梁自重約為900 t，在制梁場完成預(yù)應(yīng)力預(yù)初張拉，張拉時梁體自重大部分由制梁臺兩端承受，因此制、存梁臺和移梁基礎(chǔ)處理尤為重要。目前大部分梁場地基處理方式為鋼筋混凝土擴大基礎(chǔ)，采用鉆孔灌注樁、預(yù)應(yīng)力管樁、水泥攪拌樁。不同地區(qū)和不同地質(zhì)狀況的制梁臺基礎(chǔ)設(shè)計是否合理對梁場建場成本影響較大。河塘淤泥地區(qū)基礎(chǔ)處理方式一般選擇預(yù)應(yīng)力管樁，速度快、成本低、工藝簡單。濕陷性黃土或農(nóng)田灌溉區(qū)域一般采用鉆孔灌注樁，制、存梁臺沉降量小，基礎(chǔ)穩(wěn)定性好，但成本高、工期長。強風(fēng)化巖層、粉質(zhì)黏土地區(qū)采用擴大基礎(chǔ)處理方式，為確?；A(chǔ)沉降量小于設(shè)計要求，制梁臺地基承載力≥220 k Pa，存梁臺地基承載力≥200 k Pa，其速度快，成本低，但對地基承載力要求高。京滬高速鐵路齊河制梁場和京石線高碑店制梁場處于農(nóng)田灌溉區(qū)，土層含水量大，大型臨時工程方案采用φ80 mm鉆孔灌注樁，最終沉降量為3.6 mm。南廣線蒼梧制梁場位于高丘陵地區(qū)，地下土質(zhì)為強風(fēng)化巖層和粉質(zhì)黏土，遇水流塑性大，制、存梁臺基礎(chǔ)采用明挖混凝土擴大基礎(chǔ)，基底采用比例為3︰7的灰土進行換填。

3 大型設(shè)備選定

梁場制梁所用大型設(shè)備的型號和使用功能決定梁場位置的規(guī)劃與設(shè)計。制梁采用的大型設(shè)備為拌和站、制梁區(qū)龍門、移梁設(shè)施、發(fā)電機、布料機等。目前，我國大部分梁場所用梁型的自重約為900 t，混凝土為308～330 m3，澆筑時間應(yīng)小于6 h。根據(jù)箱梁技術(shù)要求，以及梁體混凝土方量、澆筑時間、每盤混凝土攪拌時間（120～180 s）等要求，一般采用2HZS120型拌和站，采用計算機控制自動上料和自動計量，膠凝材料、水和外加劑的稱量最大允許偏差為±1％，粗細(xì)骨料稱量最大允許偏差為±2％。

圖1 高碑店制梁場示意圖

3.1 制梁區(qū)龍門

制梁區(qū)龍門主要是吊裝鋼筋、箱梁內(nèi)模和端模。根據(jù)施工工藝不同，梁體鋼筋綁扎方法有2種：一是頂板鋼筋和底腹板鋼筋在各自的鋼筋定位胎卡具上進行綁扎，吊裝時先安裝底腹板鋼筋，吊裝內(nèi)模，然后吊裝頂板鋼筋，最后將頂板鋼筋和底腹板鋼筋進行連接；二是頂板鋼筋和底腹板鋼筋整體綁扎，綁扎完畢內(nèi)模支撐到位后，穿入已綁扎成型的鋼筋骨架中，然后采用2臺龍門整體進行吊裝。梁體非預(yù)應(yīng)力鋼筋約為62 t（底腹板鋼筋28 t，頂板鋼筋34 t）。目前，國內(nèi)企業(yè)生產(chǎn)的內(nèi)模自重60～70 t。選用第一種綁扎方法，采用1組2臺額定起重噸位40 t的龍門吊可滿足施工需求。優(yōu)點：投入設(shè)備成本低、綁扎鋼筋工作面多、功效高，頂板鋼筋成型好；缺點：吊裝后頂板鋼筋與底腹板鋼筋綁扎連接困難，連接鋼筋間距和擺放角度不易控制，連接鋼筋下面無法進行全部綁扎，梁體混凝土強度較低時，提梁容易導(dǎo)致頂板與腹板腔內(nèi)倒角處產(chǎn)生拉應(yīng)力而開裂。選用第二種綁扎方法，采用1組2臺額定起重噸位80 t的龍門吊可滿足施工需求，其中龍門跨度40 m。優(yōu)點：可控制頂板與底腹板連接鋼筋間距和擺放角度，使梁體在頂板與腹板腔內(nèi)倒角不易開裂；缺點：設(shè)備投入成本高，鋼筋綁扎工作面小，底腹板綁扎完后需搭設(shè)支架綁扎頂板鋼筋，功效低。

3.2 移梁設(shè)備

目前，箱梁場內(nèi)移900 t箱梁采用900 t輪軌式橫移梁小車，采用4臺千斤頂將箱梁頂起，沿預(yù)設(shè)軌道進行移梁，采用900 t輪胎式或輪軌式搬運機將梁體吊起后沿運梁便道或預(yù)設(shè)軌道進行移梁作業(yè)。橫移梁小車適用于制梁小于500片的梁場，制梁臺在場內(nèi)為“一”字排列式，箱梁內(nèi)、外模與制梁臺為1︰2配置，單個制梁臺每月正常預(yù)制生產(chǎn)5～6片。采用橫移梁小車對移梁滑道軌道水平和順直度要求高，梁場模型投入少、設(shè)備成本低、性能高，一般場內(nèi)配置3～4臺，但移梁功效低，臺位之間倒運拼裝麻煩，千斤頂易損壞。每個制梁臺的制梁號存在規(guī)律性，必須按架梁流水號進行臺位分配預(yù)制。搬運機適用于制梁大于700片的梁場，其移梁功效高，箱梁底側(cè)模與制梁臺為1︰1配置，制梁時底側(cè)模無需移動，減少工序過程銜接，臺位制梁效率高，單個制梁臺每月正常預(yù)制生產(chǎn)7～8片，但模型投入數(shù)量大，設(shè)備成本高，維修保養(yǎng)費用大，一但損壞梁場將短期停工。

3.3 發(fā)電機

鐵科技函［2004］120號《客運專線預(yù)應(yīng)力混凝土預(yù)制梁暫行技術(shù)條件》規(guī)定，梁體應(yīng)采用泵送混凝土連續(xù)灌注、一次成型，灌注時間不大于6 h 。為滿足梁體澆筑時的連續(xù)灌注和一次成型，梁場應(yīng)按所需功率配置備用發(fā)電機（見表1），其功率必須滿足梁場正常生活（食堂照明、冰柜、鼓風(fēng)機）、辦公（計算機、復(fù)印機、照明）、梁體澆筑（攪拌站、振動器、振動棒、布料機、現(xiàn)場照明）等設(shè)備功率要求。當(dāng)托泵使用油泵時，梁場所配備發(fā)電機功率≥500 kW；托泵為電泵時，備用發(fā)電機應(yīng)在此基礎(chǔ)上加上2臺電泵的功率，才能滿足梁體的澆筑和辦公生活用電。

表1 按所需功率配置備用發(fā)電機

3.4 布料機

箱梁澆筑混凝土布料機我國為液壓式和機械式。液壓式布料機需1名操作人員，采用遙控器對布料機進行水平和垂直方向控制，輕松簡便，操作性強，布料出口無需人工操作，節(jié)省人力，其作業(yè)見圖2。液壓式布料機布料時移動速度慢，在箱梁左右線交叉布料時易將管中混凝土灑落到內(nèi)模，形成干灰，脫模后影響梁體外觀質(zhì)量；在澆筑跨中混凝土?xí)r頂升太高，如果產(chǎn)生爆管，不方便更換布料管。機械式布料機布料時采用遙控器，只能對布料機“一折布料管”進行水平控制，“二折布料管”需由操作人員進行水平轉(zhuǎn)向，需3名操作人員，其作業(yè)見圖3。南方地區(qū)每年4—8月為雨季，雨中澆筑梁體導(dǎo)致高性能混凝土因水膠比改變、漿體損失梁體強度，不能滿足設(shè)計要求，脫模后易產(chǎn)生大面積蜂窩麻面和露筋露骨，嚴(yán)重影響梁體質(zhì)量，嚴(yán)重時導(dǎo)致梁體報廢。雨季澆筑混凝土箱梁時，必須采用防雨大棚，梁體澆筑時頂面距地面約4.35 m，采用機械式布料機頂升最大高度約6.55 m，由2臺龍門吊將防雨大棚提升至9.85 m，并用纜繩將大棚固定在龍門支腿和側(cè)模護欄上，防止大棚搖擺。采用液壓式布料機的最不利位置是2臺布料機交叉澆筑的跨中位置，此時布料機頂升最高約9.85 m，需2臺龍門吊將防雨大棚提升至13.15 m，高差為3.3 m，大棚提升太高容易變形和開散。梁場需要4臺布料機時，應(yīng)配置2臺機械式布料機，用于雨季梁體澆筑。

4 工藝裝備數(shù)量確定

梁場的工藝裝備主要為臺座、模板、鋼筋綁扎胎具、吊架等。制梁臺座數(shù)量應(yīng)從梁場的制梁任務(wù)、制架梁工期、供梁范圍內(nèi)的控制性節(jié)點工程、所用移梁設(shè)備、冬期施工等方面綜合考慮并按不同移梁方式和單個制梁臺座正常生產(chǎn)條件下生產(chǎn)功效確定制、存梁臺座數(shù)量。根據(jù)移梁方式和制梁臺位數(shù)量確定梁場所需模板數(shù)量。梁場正常生產(chǎn)中，底腹板和頂板鋼筋分開綁扎時，每套鋼筋綁扎18～22 h，底腹板鋼筋作業(yè)每班需20～24人，頂板鋼筋作業(yè)每班需36～42人。移梁方式采用搬運機，單個制梁臺每月7～8片。每套綁扎胎卡具對應(yīng)2個制梁臺座，可滿足箱梁正常澆筑和模型周轉(zhuǎn)，每個底腹板鋼筋胎卡具應(yīng)配備一套完整的橡膠抽拔棒。

[1] 鐵科技函［2004］120號 客運專線預(yù)應(yīng)力混凝土預(yù)制梁暫行技術(shù)條件[S]

[2] 全許辦［2006］31號 預(yù)應(yīng)力混凝土鐵路橋簡支梁產(chǎn)品生產(chǎn)許可證實施細(xì)則[S]