铁路T形梁预制场规划设计方案

刘吉海

（中国土木工程集团有限公司，北京100038）

1 工程概况

在阿尔及利亚55 km铁路复线项目预制梁施工中，36 m长T形梁实际预制梁长37.1 m，梁腹板厚分别为：（1）跨中厚度为0.24 m；（2）在2.35 m范围内梁两端为0.88 m；（3）梁顶板厚度平均值为0.2～0.3 m。本工程梁高2.6 m，梁体除9束预应力钢束以及2束7T15N1和N2钢束外，其他均为9T15，张拉控制应力1 480 MPa。需注意的是，本工程预制梁在张拉时，必须要保证混凝土强度＞设计强度（40 MPa）的90%。

2 预制场整体规划阶段

2.1 预制场规划阶段划分

本工程在T形梁预制场规划前，根据整个工程进度计划和包装计划，要明确其生产任务、施工时间、生产周期和速度等因素。制场计划可分为总体计划和施工计划2部分，包括总体方案包括预制场位置、T形梁的数目和速度的确认方向、关键参数（如制梁台座的数目、存梁台长度等）的确定，施工方案主要是预制场的辅助施工方案，其中包括交通道路、电力、供水、雨水排水、采暖、混凝土运输等工程管道的计划等。

2.2 预制场整体规划原则

工程总体规划应遵循因地制宜、合理布局、节约用地的基本原则。总体规划根据生产企业的实际情况，落实生产、交通、防洪、安全、卫生等要求，确定经济可行、技术合理的方案。

在具体设计中，整个方案可按5个步骤进行：（1）预制场T形梁生产数量和速度的确定；（2）选址；（3）大型工装的配置；（4）关键参数（数量、长度）的确定；（5）平面布置。值得注意的是，这些步骤应该相互交叉，还要根据实际情况进行调整。

由于本工程应力集中位置在36 m T形梁翼缘板根部，加之应力集中位置夏季具有气温高、温差大特点，因此，必须考虑到如果没有在气温高（尤其是正午）情况下做好养护工作且较早时间拆模，则可能会导致翼缘板根部出现纵向裂缝现象。对此，可具体采取的措施有：在现场施工过程中采取尽量避开中午的高温时段浇筑混凝土，并选择在气温较低时拆模，加强混凝土养护，混凝土表面和未拆的模板表面设遮阳设施，避免防止混凝土产生温差过大。经过一段时间观察，36 m T形梁翼缘板根部没有出现开裂现象。

3 存在问题及处理对策

3.1 张拉时端部开裂

对于本工程来说，当36 m T形梁完成张拉起拱，则该T形梁就会处于简支受力状态，这直接体现为其在两端下部20 cm范围内需要支撑梁重。这意味着，该T形梁混凝土除了需要承受自身压力外，还需要承受因其张拉造成梁长度缩短所产生的与台座之间拉力。此外，由于封锚槽口正好位于该T形梁两端下部20 cm范围内，因此这一位置四周混凝土呈现出了厚度较小、配筋数量较少的特征，即其T形梁在张拉后两端下部会发生开裂，甚至在严重时会导致相关部位混凝土完全分离于梁体混凝土[1]。

针对T形梁张拉后在制梁台座的受力状态，可以在T形梁端下部20 cm台座范围内增设1层3～5 mm的泡沫板来改变T形梁张拉后两端的受力效果。由于泡沫板受力压缩改变了梁端受力的范围，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，能承受较大的集中力作用，保证T形梁张拉起拱后梁端混凝土不开裂。

3.2 梁张拉后起拱度偏大

要实行预应力施工，必须满足的条件为：36 m T形梁混凝土体养护时，混凝土试件强度达到设计强度预应力。本工程中，该T形梁在张拉后起拱数值约25 mm，张拉后3个月时总起拱数值为65 mm。在阿尔及利亚，T形梁向上拱数值需＜10 mm，而本工程台座在根据设计要求施工后，需向下设置30 mm反拱，而具体施工中实际向上起拱达到了35 mm；也就是说，这一起拱值与当地所规定的数值偏差较大，必须采取措施加以解决。

经分析，本工程T形梁张拉后出现起拱偏大主要有3个原因：（1）T形梁混凝土的弹性模量偏小；（2）T形梁张拉强度没有满足＞设计强度（40 MPa）的90%这一要求；（3）T形梁不仅断面尺寸较小，且其截面惯性矩也远小于国内预制箱梁。

针对上述问题，有3个处理对策：

1）尽可能地选择细度模数大且质量较好河砂。

2）控制好相关施工材料的参数，具体为：（1）含泥量＜1%；（2）混凝土坍落度必须在10～14 cm内，且优先选择坍落度较小的混凝土；（3）混凝土在张拉情况下强度需达到设计强度（40 MPa）的100%。

3）为了解决上拱过大问题，在完成预制梁施工后要第一时间进行架设与桥面施工。

实施以上对策施工后，T形梁张拉后的起拱明显减小。3个月内向上起拱基本控制在＜10 mm。

4 预制场选址原则

在进行预制场选址时，需遵循的原则包括：

1）以既有桥梁厂或预制梁场为率先考虑地址。采用边铺边架设的施工方法，机车牵引专用运输车辆时，优先考虑既有铁路桥梁厂，周围有客运制梁场时优先考虑其已建梁场。

2）为了方便大型设备和材料的进入，预制场的位置要尽可能和已有道路或施工便道连接。采用轮轨式机车牵引运梁时，要考虑既有路线对平面布置的影响。

3）为保证施工安全，预制场选择位置应提前考虑防洪、防涝、防冻要求。

4）预制场要尽量少占用耕地，同时也可以遵循永久与临时结合的原则，利用一些铁路的永久用地区域，或者直接将预制场建设在当地永久建设用地上，还可以将预制场和铺轨基地进行合并，一起建设。

5 搬移梁方式和主要工装配置

T形梁在搬运到存梁台位上之前，要在制梁台座上完成初始张拉。移动方法可分为移梁滑道（小车）、横向移动搬梁法和载体（2×80 t提梁机）提吊搬移梁法。

5.1 移梁滑道(移梁小车)横移法移梁

移梁滑道（移梁滑道小车）的质量较轻，一次性设备成本低，但基础差时，地基处理成本高，因此应采用移梁滑道（小型车）布置2×80 t提梁机。

5.2 搬梁机(2×80 t提梁机)搬梁

采用轮胎式或轮轨式搬梁机（2×80 t提梁机）运输梁效率高，通道（轨道）施工少，但是设备的费用相对较高。可实现2×80 t提梁机单向移动重载的负荷转换，更方便灵活且高效。

6 预制场关键参数确定

6.1 制梁台座数量

T形梁预制场制梁台座的数量，要满足预制梁总量的要求，并考虑预制梁设备、工艺、周期、效率等多种影响条件。在计划中，可根据式（1）确定台座数量：

式中，N1为台座数，个；η为每天的预制量，片/d；T1为预制每片梁占用单个台座时间，个·d/片。

6.2 存梁台位长度

根据使用的设备，如果选择移梁滑道的模式，在使用滑道（小车）时，应选择单层存梁的存放方式。在配备有搬梁机（2×80 t提梁机）时，则应选择双层梁的存放方式。存梁台位长度可按照式（2）计算：

式中，N2为根据计量制梁速度确定的存梁台位长度，m；B为保存每片梁的占用台位长度，m；T2为每片梁占用的天数，d/片；K为存梁系数，可以以单层存梁为1和双层存梁为0.7来进行设计。

值得关注的是，存梁台的长度经一般计算后，按（3）式重新修正：

式中，N3为根据运输梁计划而锁定的存梁台位长度，m；θ为累积存储T形梁的数量，由式（2）、式（3）计算，取计算结果较大值，作为存梁台位长度。

6.3 预制场平面布置

按水平和组合分类，平面布置主要采用3种形式（竖向、水平和组合）。除此之外，为了适应当前铁路建设的快速发展，一般都会在现场寻找适合的区域设置预制场，这样能有效地减少工程运输等成本费用。一般会在现场进行研究整理，根据实际情况安排预制场平面布置的组合方式。

6.3.1 纵列式平面布置

预制场的布置相对狭长，主要适合于生产能力小的场地，可以使用1套设备，如2×80 t提梁机。预制场平面布置见图1。

图1预制场平面布置

6.3.2横列式平面布置

预制场场地比较方正，适合中等生产能力的制梁场，宜使用移梁滑道。提梁则加配2×80 t提梁机装车，除此之外也可以使用搬梁机。横列式平面布置见图2。

图2横列式平面布置

6.3.3 组合式平面布置

预制场具备纵横布局的特点。制梁区一般采用纵列式布置，存放区采用轮胎式或轮轨式搬梁机水平布置，适合生产能力较大的预制场。组合式平面布置见图3。

7 结语

图3组合式平面布置

合理规划预制场施工场地，对整个铁路建设具有重要意义，同时也能进一步深化对预制场建设的重视。根据实际案例分析了预制场的纵列式、横列式和组合式平面布置方式。需要根据实际情况，选择最能适应现场环境条件、保证施工方便，又能节省建设费用的方案。