呂磊濤(中鐵第一勘察設(shè)計院集團(tuán)有限公司，陜西西安　710043)

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鐵路T梁制存梁場大型臨時工程設(shè)計研究

呂磊濤
(中鐵第一勘察設(shè)計院集團(tuán)有限公司，陜西西安710043)

摘要:鐵路T梁制存梁場設(shè)計是鐵路施工組織大型臨時工程設(shè)計的重中之重。本文對T梁場選址、平面布置、關(guān)鍵參數(shù)確定、主要土建結(jié)構(gòu)物設(shè)計等梁場大型臨時工程設(shè)計相關(guān)因素進(jìn)行了研究，對T梁場制存梁臺座數(shù)量及匹配、制存梁臺座基礎(chǔ)設(shè)計予以了重點(diǎn)分析，計算得到了不同制存梁臺座寬度與基底應(yīng)力之間的關(guān)系，得到的數(shù)據(jù)可作為經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)用于梁場設(shè)計。同時，針對目前鐵路梁場設(shè)計中存在的問題，提出了具體指導(dǎo)建議，以求達(dá)到技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)合理、安全適用的梁場設(shè)計目標(biāo)。

關(guān)鍵詞:鐵路T形梁制存梁場大型臨時工程設(shè)計

在250 km/h以下客貨共線鐵路中，由于T梁優(yōu)勢明顯仍將被大量使用。作為重點(diǎn)大型臨時工程之一的T梁制存梁場設(shè)計，對鐵路建設(shè)的工程進(jìn)度、施工組織設(shè)計、工程質(zhì)量、投資控制、節(jié)約用地、環(huán)境保護(hù)等起著至關(guān)重要的作用。然而在T梁制存梁場設(shè)計中，設(shè)計人員往往根據(jù)類似項(xiàng)目設(shè)計和施工的經(jīng)驗(yàn)，確定梁場選址及規(guī)模，而缺乏合理的分析比較和科學(xué)的計算，容易造成工期延長及投資增加［1］。本文從設(shè)計角度對制存梁場規(guī)劃、土建結(jié)構(gòu)設(shè)計等進(jìn)行了詳細(xì)的論述，同時結(jié)合目前梁場設(shè)計中存在的問題，提出梁場設(shè)計的具體建議。

T梁制存梁場設(shè)計包含規(guī)劃設(shè)計和土建結(jié)構(gòu)設(shè)計兩大部分，規(guī)劃設(shè)計包含梁場選址、平面布置、關(guān)鍵參數(shù)(梁場規(guī)模及制梁速度、制存梁臺座數(shù)量及匹配等)確定等［2］，土建結(jié)構(gòu)設(shè)計主要包括制梁臺座、存梁臺座等設(shè)計內(nèi)容。

1　 T梁制存梁場規(guī)劃設(shè)計

T梁制存梁場主要由制梁區(qū)、存梁區(qū)、保障區(qū)、鐵路岔線和場內(nèi)線路組成。具體包括場地硬化、土石方、砌筑工程、制存梁臺座工程，混凝土集中拌合站、給水管路、鐵路岔線、軌道(含龍門吊走行軌)、電力線路(10 kV)、生活房屋、臨時用地恢復(fù)等。

1.1梁場選址考慮的因素

1)力求節(jié)約用地、少占農(nóng)田并盡可能減少拆遷。

2)水文地質(zhì)條件好，地形平坦，土石方工程和基礎(chǔ)處理較少。

3)附近宜水源充足、電源穩(wěn)定、通信良好，并靠近當(dāng)?shù)亓显?。?yīng)盡量與既有鐵路、公路或施工便道相連，以方便大型設(shè)備和材料進(jìn)場。

4)T梁梁場供應(yīng)半徑雙線不宜大于200 km，單線可根據(jù)情況適當(dāng)大一些。

5)當(dāng)條件允許時，最好和鋪軌基地合二為一，以提高鋪架速度。

6)盡可能利用車站和其他鐵路永久用地，或設(shè)在地方規(guī)劃或工程規(guī)劃中的永久建設(shè)用地上，以求永臨結(jié)合。

7)應(yīng)考慮防洪、排澇等要求，以確保施工安全。

1.2平面布置

制梁區(qū)、存梁區(qū)、保障區(qū)、鐵路岔線和場內(nèi)線路平面可按縱列式或橫列式布置。制梁臺座宜采用橫向并排、縱向錯列布置。具體選擇哪種方案需要綜合考慮梁場規(guī)模、工藝和梁場大型設(shè)備因素，力求工藝流程合理、結(jié)構(gòu)緊湊。存梁臺位的設(shè)置可選擇在岔線一側(cè)或兩側(cè)，具體應(yīng)依據(jù)梁的類型、孔數(shù)，并結(jié)合架梁次序予以安排。

1.3關(guān)鍵參數(shù)的確定

1.3.1梁場規(guī)模及制梁速度

梁場規(guī)模與其生產(chǎn)能力、架梁進(jìn)度密不可分。梁場的規(guī)模和生產(chǎn)能力應(yīng)能滿足架梁的進(jìn)度要求。制存梁場設(shè)計規(guī)模應(yīng)結(jié)合建設(shè)項(xiàng)目的預(yù)制梁工程量、工期要求、施工組織、制梁能力、存梁時間等因素，進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)比選，適當(dāng)偏大。其中，制梁能力應(yīng)根據(jù)架梁工期、架梁能力等確定。當(dāng)采用線上運(yùn)梁方式時，制存梁場生產(chǎn)規(guī)模的供應(yīng)半徑宜為150～200 km。運(yùn)梁限速擬為臨近架橋點(diǎn)限速5 km/h，中間段限速15 km/h，長鋼軌段限速30 km/h［3］。在一般情況下，一臺架橋機(jī)每天可架梁6～8片，制梁速度每天不低于6片(線上運(yùn)梁)。

1.3.2制梁臺座數(shù)量

制梁臺座數(shù)量設(shè)計時原則上應(yīng)根據(jù)施工組織設(shè)計及工期安排確定，也可參考式(1)［4］計算，并按施工組織設(shè)計作必要調(diào)整。

式中:N1為制梁臺座數(shù)量，個;η為每日預(yù)制T梁數(shù)量，片/d;T1為預(yù)制每片T梁占用單個制梁臺座時間，d/片。T1宜取3～4 d/片，如采用蒸汽養(yǎng)護(hù)，時間可適當(dāng)縮短。

1.3.3存梁臺位數(shù)量(長度)

存梁臺位數(shù)量應(yīng)根據(jù)項(xiàng)目總工期和鋪架工期，結(jié)合T梁的制梁周期及存梁周期，分析預(yù)制量、供應(yīng)量以及存儲量之間的關(guān)系來確定，宜盡量考慮雙層存梁。采用通長形式存梁臺位時總長度可按式(2)計算。

式中:N2為存梁臺位長度，m;T2為每片T梁占用存梁臺位時間，d/片;B為每片T梁單層存放占用滑道長度，m;K為存梁系數(shù)，單層存梁取1，雙層存梁取0.6～0.7。

公式(2)中T2一般≥45 d。B = 2×(a + b)。a為每片梁頂寬;b為梁間最小凈距，b宜取0.4～0.6 m。

按《鐵路混凝土防水層技術(shù)條件》(TB/T 2965—2011)要求，T梁需要在存梁臺座單層存放最少28 d(終張拉14 d +保護(hù)層養(yǎng)護(hù)14 d)，才能夠作為雙層存梁的下層存放［5］。

存梁臺位數(shù)量除按式(2)計算外，還須按式(3)計算出按運(yùn)架梁計劃確定的存梁臺位長度。最終實(shí)際需要的存梁臺位數(shù)量取兩者的最大值。

式中:N3為按運(yùn)架梁計劃確定的存梁臺位長度，m;θ為累計存儲的T梁數(shù)量，片。

θ=max(Σ梁場分月累計預(yù)制的T梁數(shù)量－Σ梁場分月累計供應(yīng)的T梁數(shù)量)=maxΣ梁場分月累計儲存的T梁數(shù)量。

1.3.4制、存梁臺座匹配

按平均制架梁進(jìn)度初步確定制、存梁臺座數(shù)量后，還應(yīng)按照橋梁的里程分布情況從施工組織角度進(jìn)一步驗(yàn)證制、存梁臺座的匹配程度，一般做法如下:

1)按照鋪架工程量確定總鋪架工期;

2)通過建模計算在滿足鋪架工期的情況下，選擇最經(jīng)濟(jì)合理的臺座匹配，還要結(jié)合具體項(xiàng)目臨時用地和單個制、存梁臺座的工程造價來綜合分析［6］。

2　 T梁制存梁場主要土建結(jié)構(gòu)設(shè)計

T梁制存梁場主要土建結(jié)構(gòu)物包括制梁臺座、存梁臺座等，宜采用以概率理論為基礎(chǔ)的極限狀態(tài)設(shè)計法，其設(shè)計可依據(jù)建筑或鐵路規(guī)范。

2.1制梁臺座

考慮到T梁制、存梁臺座是臨時工程，一般不是特殊地質(zhì)情況下不進(jìn)行沉降檢算［7］，只進(jìn)行基底應(yīng)力檢算。制梁臺座設(shè)計荷載包括T梁結(jié)構(gòu)自重、模板重量、臺座自重以及施工荷載，超載系數(shù)取1.1。下面以32 m T形梁(圖號［2012］2101)為例進(jìn)行基底應(yīng)力檢算分析。

32 m T梁自重約1 422 kN，模板自重530 kN，施工荷載取180 kN。梁長32.6 m，制梁臺座基礎(chǔ)長按34 m設(shè)計，32 m T梁制梁臺座1/2示意如圖1。

圖1　32 m T梁制梁臺座1/2示意(單位:cm)

制梁臺座結(jié)構(gòu)及基礎(chǔ)按極限狀態(tài)最不利工況進(jìn)行設(shè)計，即梁體澆筑完畢尚未張拉時，設(shè)計荷載均布于制梁臺座上。以此工況建立數(shù)學(xué)模型，進(jìn)行制梁臺座基底應(yīng)力檢算。

設(shè)一般兩端加強(qiáng)區(qū)域的長度為5 m，寬度為W，混凝土按重度25 kN/m3計，則臺座基底應(yīng)力公式為

總荷載=(梁自重+模板自重+施工荷載+

臺座自重)×超載系數(shù)=

{ 1 422 + 530 + 180 +［(34－10)×1.6×0.45 +

10×0.8W］×25}×1.1 = 2 820.4 + 220W

臺座基底應(yīng)力=(2 820.4 + 220W)/(10W + 24×1.6)

根據(jù)不同的設(shè)計寬度W，可以計算出不同的基底應(yīng)力，繪出臺座寬度與基底應(yīng)力之間的關(guān)系曲線，如圖2所示。

在T梁張拉情況下，由于T梁會產(chǎn)生上拱徐變造成臺座受力發(fā)生變化，按極限狀態(tài)最不利情況進(jìn)行設(shè)計，即臺座上混凝土梁張拉完畢尚未提梁時，T梁結(jié)構(gòu)自重荷載集中作用于制梁臺座兩端，則

臺座基底應(yīng)力=(1 564.2 + 220W)/(10W)

根據(jù)不同的設(shè)計寬度W，可以計算出不同的基底應(yīng)力，繪出張拉狀態(tài)時臺座寬度與基底應(yīng)力之間的關(guān)系曲線，如圖3所示。

圖2　制梁臺座寬度與基底應(yīng)力關(guān)系曲線

圖3　制梁臺座寬度與基底應(yīng)力關(guān)系曲線(張拉狀態(tài))

圖4　存梁臺座橫斷面(單位:cm)

以上計算結(jié)果僅為簡化計算，具體結(jié)構(gòu)尺寸可根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整。在一般地質(zhì)情況下，只需根據(jù)地基承載力設(shè)計制梁臺座寬度即可。如遇軟土、凍土等特殊地質(zhì)情況，應(yīng)根據(jù)地基承載力情況首先進(jìn)行地基處理，提高基底承載力后再進(jìn)行荷載檢算［8］。

2.2存梁臺座

存梁臺座設(shè)計荷載包括T梁結(jié)構(gòu)自重、臺座自重等，荷載集中作用于兩端支承墊石(墊梁)上，存梁臺座按兩端承重設(shè)計，超載系數(shù)取1.1。

存梁臺座按每片梁每端占用3 m長臺座計算，橫斷面示意如圖4。臺座底寬設(shè)為W，根據(jù)不同的設(shè)計寬度W，可以計算出不同的基底應(yīng)力，繪出存梁臺座寬度與基底應(yīng)力關(guān)系曲線，如圖5所示。

圖5　存梁臺座寬度與基底應(yīng)力關(guān)系曲線

同制梁臺座一樣，在一般地質(zhì)情況下，只需根據(jù)地質(zhì)條件設(shè)計存梁臺座兩端寬度即可，如選址處地質(zhì)條件較差，可以采取相應(yīng)的地基處理措施提高基底承載力后再進(jìn)行荷載檢算。

3　目前梁場設(shè)計存在的問題及建議

3.1梁場設(shè)計存在的問題

1)由于鐵建設(shè)［2007］152號文《鐵路建設(shè)項(xiàng)目預(yù)可行性研究、可行性研究和設(shè)計文件編制辦法》對鐵路梁場設(shè)計各階段出圖范圍、設(shè)計深度要求方面不太具體，造成各設(shè)計院圖紙五花八門，差異較大?！?89號文”雖然對制存梁場選址原則和臺座計算提出了相對具體的要求，但沒有闡述如何進(jìn)行臺座基底應(yīng)力檢算，在梁場具體設(shè)計過程中仍有所欠缺。

2)在制存梁場規(guī)模方面，設(shè)計單位一般是根據(jù)正常施工組織設(shè)計，按照平均制架梁進(jìn)度確定制、存梁臺座數(shù)量及梁場規(guī)模，但到了現(xiàn)場實(shí)施階段，施工單位往往會根據(jù)現(xiàn)場施工難度和以往的施工經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合工期及可利用的施工機(jī)具數(shù)量自行調(diào)整，靈活掌握，容易造成現(xiàn)場實(shí)施規(guī)模與設(shè)計規(guī)模不一致。

3)在重視程度方面，考慮到梁場為大型臨時工程，設(shè)計時經(jīng)常按經(jīng)驗(yàn)設(shè)計，以致選址隨意，規(guī)模失當(dāng)，投資浪費(fèi)。

3.2梁場設(shè)計的建議

1)在可研階段，盡管“152號”制存梁場設(shè)計不要求附圖，本文建議設(shè)計單位根據(jù)初測的勘察資料，結(jié)合以往類似項(xiàng)目的設(shè)計經(jīng)驗(yàn)，繪制簡單的梁場平面布置示意圖，估算出梁場規(guī)模和工程數(shù)量，盡量在可研階段做到估算合理，規(guī)模適當(dāng)。

2)在初步設(shè)計階段，要完成制存梁場的總體布置和初步設(shè)計。由于梁場作為大型臨時工程初設(shè)批復(fù)后基本不可能追加投資，因此為了避免施工圖設(shè)計階段由于地質(zhì)情況等發(fā)生變化增加投資，建議設(shè)計單位在定測期間進(jìn)行少量勘探，直接按梁場施工圖設(shè)計深度進(jìn)行臺座基底應(yīng)力檢算，這樣可以縮短梁場施工圖設(shè)計周期，有效控制梁場造價。

3)在今后梁場設(shè)計時，建議勘察設(shè)計人員要嚴(yán)格按照“152號文”和“189號文”進(jìn)行梁場設(shè)計，要根據(jù)項(xiàng)目總工期，結(jié)合工程量、材料供應(yīng)、運(yùn)輸與地形條件等，確定建設(shè)位置、建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)、平面布置和規(guī)模，合理計算確定制、存梁臺座數(shù)量及匹配，結(jié)合臺座寬度進(jìn)行臺座基底應(yīng)力檢算，準(zhǔn)確編制梁場概算，避免出現(xiàn)選址不當(dāng)、規(guī)模失控和投資浪費(fèi)。

4　結(jié)語

本文從設(shè)計角度對T梁場選址、平面布置、關(guān)鍵參數(shù)確定、主要土建結(jié)構(gòu)物設(shè)計等梁場大型臨時工程設(shè)計進(jìn)行了研究，對T梁場制存梁臺座數(shù)量及匹配、制存梁臺座基礎(chǔ)設(shè)計予以了重點(diǎn)分析。計算得到不同制存梁臺座寬度與基底應(yīng)力之間的關(guān)系，得到的數(shù)據(jù)可作為經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)指導(dǎo)梁場設(shè)計，并結(jié)合目前鐵路梁場設(shè)計中存在的問題提出了具體建議。

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(責(zé)任審編孟慶伶)

Design Study on Large Temporary Works as Fabricating and Storing Yard of Railway T-shaped Girders

LV Leitao

(China Railway First Survey and Design Institute Group Co.，Ltd.，Xi'an Shaanxi 710043，China)

Abstract:T he design of large temporary works as fabricating and storing yard of railway T -shaped girders is the key to railway construction organization.In this paper，T -shaped girder yard location selection，layout，determination of the key parameters，and main civil structure design were studied.Also，the quantity and matching of T -shaped girder manufacturing tables，and the design of girder manufacturing table foundation were analyzed.T he relationship between pedestal width and foundation stress was calculated.T hese data may be used for the future design as empirical data.T he current problems of railway girder fabricating and storing yard were proposed and related suggestion was given to achieve the goal of advanced technology，reasonable economy and safety.

Key words:Railway;T -shaped girder;Girder fabricating and storing yard;Large temporary works;Design

作者簡介:呂磊濤(1982—)，男，工程師。

收稿日期:2015-08-13;修回日期:2016-01-05

文章編號:1003-1995(2016)03-0058-04

中圖分類號:U445.47+1

文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A

DOI:10.3969/j.issn.1003-1995.2016.03.14