鐵路T形梁預制場規劃設計方案

劉吉海

（中國土木工程集團有限公司，北京100038）

1 工程概況

在阿爾及利亞55 km鐵路復線項目預制梁施工中，36 m長T形梁實際預制梁長37.1 m，梁腹板厚分別為：（1）跨中厚度為0.24 m；（2）在2.35 m范圍內梁兩端為0.88 m；（3）梁頂板厚度平均值為0.2～0.3 m。本工程梁高2.6 m，梁體除9束預應力鋼束以及2束7T15N1和N2鋼束外，其他均為9T15，張拉控制應力1 480 MPa。需注意的是，本工程預制梁在張拉時，必須要保證混凝土強度＞設計強度（40 MPa）的90%。

2 預制場整體規劃階段

2.1 預制場規劃階段劃分

本工程在T形梁預制場規劃前，根據整個工程進度計劃和包裝計劃，要明確其生產任務、施工時間、生產周期和速度等因素。制場計劃可分為總體計劃和施工計劃2部分，包括總體方案包括預制場位置、T形梁的數目和速度的確認方向、關鍵參數（如制梁臺座的數目、存梁臺長度等）的確定，施工方案主要是預制場的輔助施工方案，其中包括交通道路、電力、供水、雨水排水、采暖、混凝土運輸等工程管道的計劃等。

2.2 預制場整體規劃原則

工程總體規劃應遵循因地制宜、合理布局、節約用地的基本原則。總體規劃根據生產企業的實際情況，落實生產、交通、防洪、安全、衛生等要求，確定經濟可行、技術合理的方案。

在具體設計中，整個方案可按5個步驟進行：（1）預制場T形梁生產數量和速度的確定；（2）選址；（3）大型工裝的配置；（4）關鍵參數（數量、長度）的確定；（5）平面布置。值得注意的是，這些步驟應該相互交叉，還要根據實際情況進行調整。

由于本工程應力集中位置在36 m T形梁翼緣板根部，加之應力集中位置夏季具有氣溫高、溫差大特點，因此，必須考慮到如果沒有在氣溫高（尤其是正午）情況下做好養護工作且較早時間拆模，則可能會導致翼緣板根部出現縱向裂縫現象。對此，可具體采取的措施有：在現場施工過程中采取盡量避開中午的高溫時段澆筑混凝土，并選擇在氣溫較低時拆模，加強混凝土養護，混凝土表面和未拆的模板表面設遮陽設施，避免防止混凝土產生溫差過大。經過一段時間觀察，36 m T形梁翼緣板根部沒有出現開裂現象。

3 存在問題及處理對策

3.1 張拉時端部開裂

對于本工程來說，當36 m T形梁完成張拉起拱，則該T形梁就會處于簡支受力狀態，這直接體現為其在兩端下部20 cm范圍內需要支撐梁重。這意味著，該T形梁混凝土除了需要承受自身壓力外，還需要承受因其張拉造成梁長度縮短所產生的與臺座之間拉力。此外，由于封錨槽口正好位于該T形梁兩端下部20 cm范圍內，因此這一位置四周混凝土呈現出了厚度較小、配筋數量較少的特征，即其T形梁在張拉后兩端下部會發生開裂，甚至在嚴重時會導致相關部位混凝土完全分離于梁體混凝土[1]。

針對T形梁張拉后在制梁臺座的受力狀態，可以在T形梁端下部20 cm臺座范圍內增設1層3～5 mm的泡沫板來改變T形梁張拉后兩端的受力效果。由于泡沫板受力壓縮改變了梁端受力的范圍，T形梁端部受力位置距梁端20～50 cm，正是T形梁的支座位置，能承受較大的集中力作用，保證T形梁張拉起拱后梁端混凝土不開裂。

3.2 梁張拉后起拱度偏大

要實行預應力施工，必須滿足的條件為：36 m T形梁混凝土體養護時，混凝土試件強度達到設計強度預應力。本工程中，該T形梁在張拉后起拱數值約25 mm，張拉后3個月時總起拱數值為65 mm。在阿爾及利亞，T形梁向上拱數值需＜10 mm，而本工程臺座在根據設計要求施工后，需向下設置30 mm反拱，而具體施工中實際向上起拱達到了35 mm；也就是說，這一起拱值與當地所規定的數值偏差較大，必須采取措施加以解決。

經分析，本工程T形梁張拉后出現起拱偏大主要有3個原因：（1）T形梁混凝土的彈性模量偏小；（2）T形梁張拉強度沒有滿足＞設計強度（40 MPa）的90%這一要求；（3）T形梁不僅斷面尺寸較小，且其截面慣性矩也遠小于國內預制箱梁。

針對上述問題，有3個處理對策：

1）盡可能地選擇細度模數大且質量較好河砂。

2）控制好相關施工材料的參數，具體為：（1）含泥量＜1%；（2）混凝土坍落度必須在10～14 cm內，且優先選擇坍落度較小的混凝土；（3）混凝土在張拉情況下強度需達到設計強度（40 MPa）的100%。

3）為了解決上拱過大問題，在完成預制梁施工后要第一時間進行架設與橋面施工。

實施以上對策施工后，T形梁張拉后的起拱明顯減小。3個月內向上起拱基本控制在＜10 mm。

4 預制場選址原則

在進行預制場選址時，需遵循的原則包括：

1）以既有橋梁廠或預制梁場為率先考慮地址。采用邊鋪邊架設的施工方法，機車牽引專用運輸車輛時，優先考慮既有鐵路橋梁廠，周圍有客運制梁場時優先考慮其已建梁場。

2）為了方便大型設備和材料的進入，預制場的位置要盡可能和已有道路或施工便道連接。采用輪軌式機車牽引運梁時，要考慮既有路線對平面布置的影響。

3）為保證施工安全，預制場選擇位置應提前考慮防洪、防澇、防凍要求。

4）預制場要盡量少占用耕地，同時也可以遵循永久與臨時結合的原則，利用一些鐵路的永久用地區域，或者直接將預制場建設在當地永久建設用地上，還可以將預制場和鋪軌基地進行合并，一起建設。

5 搬移梁方式和主要工裝配置

T形梁在搬運到存梁臺位上之前，要在制梁臺座上完成初始張拉。移動方法可分為移梁滑道（小車）、橫向移動搬梁法和載體（2×80 t提梁機）提吊搬移梁法。

5.1 移梁滑道(移梁小車)橫移法移梁

移梁滑道（移梁滑道小車）的質量較輕，一次性設備成本低，但基礎差時，地基處理成本高，因此應采用移梁滑道（小型車）布置2×80 t提梁機。

5.2 搬梁機(2×80 t提梁機)搬梁

采用輪胎式或輪軌式搬梁機（2×80 t提梁機）運輸梁效率高，通道（軌道）施工少，但是設備的費用相對較高。可實現2×80 t提梁機單向移動重載的負荷轉換，更方便靈活且高效。

6 預制場關鍵參數確定

6.1 制梁臺座數量

T形梁預制場制梁臺座的數量，要滿足預制梁總量的要求，并考慮預制梁設備、工藝、周期、效率等多種影響條件。在計劃中，可根據式（1）確定臺座數量：

式中，N1為臺座數，個；η為每天的預制量，片/d；T1為預制每片梁占用單個臺座時間，個·d/片。

6.2 存梁臺位長度

根據使用的設備，如果選擇移梁滑道的模式，在使用滑道（小車）時，應選擇單層存梁的存放方式。在配備有搬梁機（2×80 t提梁機）時，則應選擇雙層梁的存放方式。存梁臺位長度可按照式（2）計算：

式中，N2為根據計量制梁速度確定的存梁臺位長度，m；B為保存每片梁的占用臺位長度，m；T2為每片梁占用的天數，d/片；K為存梁系數，可以以單層存梁為1和雙層存梁為0.7來進行設計。

值得關注的是，存梁臺的長度經一般計算后，按（3）式重新修正：

式中，N3為根據運輸梁計劃而鎖定的存梁臺位長度，m；θ為累積存儲T形梁的數量，由式（2）、式（3）計算，取計算結果較大值，作為存梁臺位長度。

6.3 預制場平面布置

按水平和組合分類，平面布置主要采用3種形式（豎向、水平和組合）。除此之外，為了適應當前鐵路建設的快速發展，一般都會在現場尋找適合的區域設置預制場，這樣能有效地減少工程運輸等成本費用。一般會在現場進行研究整理，根據實際情況安排預制場平面布置的組合方式。

6.3.1 縱列式平面布置

預制場的布置相對狹長，主要適合于生產能力小的場地，可以使用1套設備，如2×80 t提梁機。預制場平面布置見圖1。

圖1預制場平面布置

6.3.2橫列式平面布置

預制場場地比較方正，適合中等生產能力的制梁場，宜使用移梁滑道。提梁則加配2×80 t提梁機裝車，除此之外也可以使用搬梁機。橫列式平面布置見圖2。

圖2橫列式平面布置

6.3.3 組合式平面布置

預制場具備縱橫布局的特點。制梁區一般采用縱列式布置，存放區采用輪胎式或輪軌式搬梁機水平布置，適合生產能力較大的預制場。組合式平面布置見圖3。

7 結語

圖3組合式平面布置

合理規劃預制場施工場地，對整個鐵路建設具有重要意義，同時也能進一步深化對預制場建設的重視。根據實際案例分析了預制場的縱列式、橫列式和組合式平面布置方式。需要根據實際情況，選擇最能適應現場環境條件、保證施工方便，又能節省建設費用的方案。