高速铁路预制梁场布置设计
1概况
1.1高速铁路发展概述
近几年高速铁路大规模开工建设，为节约用地、少占良田、解决路基工后沉降控制问题、缩短建设周期，设计上大量采用了高架桥，京津城际铁路全长120km，桥梁长度100.6km，桥梁占83.8%，京沪高速铁路全长1318.2km,桥梁长度1054.4km,桥梁占80%。桥梁上部结构设计的形式又主要以整孔简支预制架设箱梁为主，因此梁场在高铁建设中的重要性更显突出，我国目前高速铁路箱梁预制在秦沈客运专线预制箱梁工艺为基础上，对钢筋整体绑扎起吊、箱梁横移、运输、设备等技术进行了优化。
1.2梁场制梁的优点
⑴高速铁路对箱梁预制标准要求较高，混凝土体积大，采用场内预制可达到工厂化生产条件，有效改善施工作业环境，施工工艺条件、环境稳定。混凝土原材料及混凝土拌制可以集中供应，有利于原材料质量检测和监管，缩短混凝土供应运输距离，提高了钢筋、混凝土的施工质量。
⑵梁场预制因施工条件的改善和劳动效率的提高，缩短单件制造周期，如模架现浇施工周期在10天以上，预制梁周期一般不超过6天。
2制梁场布置设计
梁场设计布置、位置选择合理与否严重影响施工工期和经济性，要本着技术先进，经济合理总原则。在满足建设工期要求前提下对箱梁预制场进行科学规划设计，以求达到“制梁速度快、
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质量高和建场费用低”之目的。
2.1梁场选址原则
⑴在桥群集中地段设置梁场。全面考虑桥跨与梁型布置、工期、运架梁速度、地质状况及桥跨两端路基工程等因素进行梁场选址，一般选择在桥群中心或两端附近。根据目前运架梁施工技术水平，一套运架设备(即一台运梁车＋一台架桥机)在25km里程范围内平均一天可完成一榀箱梁的架设。但在可能的情况下，尽量缩短运梁距离，提高架梁进度，降低运输费用，一般应控制在15km以内。
⑵梁场位置选择在桥梁的直线地段，不仅可以减小所用箱梁架设提升吊机的跨度，减小轮压，而且对提升吊机结构和其轨道基础的设计也有利。
⑶架梁前的控制工程必须先期完成，充分考虑高压线路迁改、房屋拆迁的影响和在运架梁线路里程范围内现浇梁、路基等妨碍运梁车通行工程，必须在架梁前完成。
⑷制梁原材料及大型设备运输必须通畅方便。制梁场的位置应尽量与既有公路或施工便道相连，利于大型制梁设备和大量制梁材料运输进场。
⑸征地拆迁少，复耕量少。在满足制梁工期和存梁的前提下，制梁场应选在占用耕地少、拆迁量少以及工程完工后复耕量少的地方。因此应尽量利用车站、红线以内区域设置梁场，在可能的情况下尽量永临结合。
⑹地质状况好，尽量减少梁场主要结构物的地基处理费用。高速铁路箱梁对制梁台座和存梁台座的承载能力和不均匀沉降均提出了很高的要求，因此制梁场的位置应尽量选在地质条件好的地方，减少土石方工程和基础加固工程量，降低工程费用。另外，运梁车的最大可用爬坡度一般
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为3％，必要时可通过展线，将梁场布置在地质条件比较好的地方。
⑺待选场址内应用电、取水方便，并不宜有高压电线通过。
⑻考虑防洪排涝，确保雨季施工安全。
总之，场址的选择应综合考虑经济、工期、技术各方面的因素。
2.2梁场划分
预制梁场按功能主要划分为生产区、生产辅助区、办公生活区三大部分组成。梁场生产区与生活区要分开包括民工，生产区进行封闭式管理，安装地磅，对进出材料过磅验收，严格控制材料进出。
生产区：分为制梁区、存梁区、提梁区。制梁区主要布置有钢筋制作区、钢筋存放区、钢筋绑扎区、制梁台座、模板清理存放区、蒸养蓬罩存放区；存梁区包括存梁台座和提梁机行走便道；提梁区包括箱梁装车区或提梁站。生产区基础处理是制梁场基础处理中最重要也是投入最大的。
生产辅助区：布置有混凝土拌合站、砂石料存放区、锅炉房、存煤场、钢构件存放区、钢绞线存放区、材料库房、机修区等。该类场地一般拌和站筒仓基础、龙门吊轨道需作特别处理，其余为一般按施工道路等级硬化处理。
办公生活区：主要有生活区、办公区、停车场等生活设施。该类场地荷载小，一般作压实硬化处理即可。
生产辅助区、办公生活区的规模和占地面积围绕生产区制梁生产能力合理确定，拌和站的砂
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石料场储料能力除根据日均制梁能力确定外，还需要根据制梁场所在地砂、石料运输方式和生产季节性确定，水路船运要考虑冬季枯水期要有足够的场地储料，不应少于1个月的生产能力。
2.3确定制、存梁台座数量
根据制梁数量、工期要求确定制、存梁台座数量，再根据台座数量确定梁场占地、拌合站规模、模板套数等。
制梁场台座数量确定：
每月制梁数量(X) =制梁数量(G)/有效制梁工期(Y)
台座数量(N)＝X/n（个）
n—单台座预制一孔梁循环周期（一般按照6天/孔.台位）
存梁台座数量确定:
最少存梁台座的数量M＝K1×T
K1—梁场制梁效率（孔/天）
T—箱梁在存梁台座上最少存放时间（天）
其中T=T1+T2。T1-根据设计要求，初张拉时箱梁混凝必须达到设计强度的80％，根据已有施工经验，T1一般为4天～6天。T2-初张拉工时约1天。设计要求终张后30天方可架设。
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因此，T= 4～6+1+30=35～37天。考虑施工中不确定因素影响，存梁一般按梁场2个月的生产能力考虑。
若施工环境较为复杂，制梁可能受影响，设计时制梁台位先可少让，预留位置，存梁台位可多设。
2.4制、存梁台座布置设计
⑴制梁台位
制梁台座有两种布置方式：纵列式和横列式，纵列式布置方式是台座的长度方向顺线路走向，横列式台座的长度方向垂直于线路走向。横列式布置的箱梁上桥前需水平旋转90º，运梁车需调头，这种布置方式比较适合于梁场远离线路的情况，而纵列式比较适合于梁场靠近线路的情况。
台座布置除考虑预制时方向宜尽量和架设时相对应外，还与箱梁从制梁台座到提升桥面时出移方法和机械设备相关，每一种布置方式中，多个台座的具体排列方式主要取决于箱梁移出台座的方式。
⑵存梁台位
存梁可分为单层存梁和双层存梁，采用哪一种方式主根据移梁设备确定，同时考虑地基加固处理与征地费用等进行经济对比，尽量降低成本。采用滑移时只能单层存梁。
⑶地基加固
32m箱梁自重800多吨，制、存梁台位对地基承载力和不均匀沉降要求高，要根据不同的
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地质条件和当地资源情况选择合理的加固方式，在满足承载力要求的同时还要满足沉降要求。在地质条件较好的地方可采用明挖扩大基础，地质条件差的地方通常采用钻孔桩、CFG桩、预应力管桩、夯扩桩等进行强固处理。
⑷存梁区要设静载试验台位、支座安装台位、装梁区及运梁车调头场地。
2.5制存梁区设计应注意问题
⑴当采用轨道式移梁时，走道应为沉入示，以方便张拉、压浆设备及其他设在存梁区走行移动。
⑵制、存梁场地面高程确定考虑开挖土方平衡，减少开挖外运工程量，同时保证排水通畅民。
⑶存梁台位支柱位置应将支座位置让出，以便检查和支座安装。
⑷走道混凝土施工时应预留电缆、供水、排水管道。
3移梁方式
目前移方式有两种：龙门吊机移梁和移梁台车移梁，龙门吊机又分轮胎式和轮轨式两种。
3.1移梁台车横移出梁
台座呈“一”字形单列布置，如图1。初张拉箱梁后，外侧模拆出后纵移到下一台座腾空横移方向，由移梁台车将箱梁从台座上顶起并横移至存梁台座上，箱梁装车需另配龙门吊机。
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图1
根据移梁台车驱动和走行方式，可分为滑移式和轮轨式，滑移式目前以MGB滑块在磨光钢板或不锈钢板上相对滑动，驱动方式是以水平千斤顶为动力。轮轨式是以轮对在钢轨上通过电动或液压马达驱动方式行走。
3.2900t搬运机提升横移出梁
台座可单列、双列及更多列布置，如图2。初张拉箱梁后，900t龙门吊机纵跨制梁台座，将箱梁直接提吊出台座，并存放到存梁台座上。提吊不同台座中的箱梁时，龙门吊机轮胎需在千斤顶辅下进行90º转向，横移到目标台座后再将轮胎转回原来状态。
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图2
900t搬运机净跨要求大于梁长，其走行可为轮胎或轮轨式龙门吊机。
3.3、450t轮轨龙门吊机提升纵移出梁
台座双列布置一般较为经济，两台450t轮轨式龙门吊机横跨两列制梁台座，将箱梁直接提吊出台，并存放到存梁台座上。
3.4、450t轮轨式龙门吊机提升纵、横移出梁
根据目前大吨位龙门吊制造能力和经济合理性，轮轨纵横移搬运机跨度为36m，每档内布置2列制梁台座较为经济，梁体钢筋预先整体绑扎由1台双天车龙门吊通过吊架吊装到模板内，内
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模可整体拖移入模。
两台450t轮轨式龙门吊机横跨两列制梁台座，将箱梁直接提吊出台，并存放到存梁台座上。其横移梁到提升站或其它列存梁台座时，轮轨式龙门吊机提梁到横移区内，通过支腿千斤顶将一端顶起，轮轨在水平转向千斤顶辅助下旋转90º，再松开支腿千斤顶将走行轮轨落于横移轨道上。按同样步骤操作将另一端走行轮转向落于横移轨道上，待2台龙门吊走行都转向90º后，龙门吊即可实现将箱梁搬运横移到提升站或其它列存梁台座，同列内横移可通过轮轨龙门吊天车移运实现。
3.5移梁方式比较
3.5.1滑移优点
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⑴每两个制梁台位共用一套内外侧模及端模，在模板的投入上相对较小（一套模板约180~200万）
⑵箱梁从制梁台位移至存梁台位，不需要大型的施工设备，移梁台车体积小，质量轻，即使是一个梁场同时投入一套以上的移梁设备，相对一次性投入的移梁设备费用也较小
⑶由于预制台位一线平行与桥梁轴线布置，台位之间施工时的相互干扰较小。
⑷箱梁移梁时局部防裂较为有利。
⑸制、存梁台位之间的布置较为紧凑。
3.5.2滑移缺点
⑴由于每两个制梁台位共用一套内外侧模及端模，每施工完一片箱梁后，模板转入下一个制梁台位时模板的调整时间较长。
⑵移梁滑道基础一般需要设计成桩基础结构形式，以保证在移梁的过程防止移梁支点的不均匀沉降，从而在梁场的建设费用投入上相对较大。
⑶台车移梁速度较慢，人工费用较多，由于预制台位与存梁台位在横桥向对应布置，一孔梁在一个制梁台位预制后，相应的存梁位置也基本确定，存梁位置的灵活性受到一定的限制（特别是静载实验梁的选择上受到一定的影响）。
⑷钢筋的绑扎及吊装分为底腹板钢筋和顶板钢筋分别绑扎，分别吊装，施工时间相对较长，吊装过程中易变形。
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⑸难以考虑在应急情况下的双层存梁方案。
⑹移梁时平面交叉轨道需要重复拆装。
3.5.3移梁机优点
⑴每个制梁台位均配置了一套外模，外侧模板直接侧向旋转，完成拆装过程，施工时调整速度相对较快。
⑵每套与制梁台座对应的内模，存放在制梁台位的端部，可实现整体进出，拼装速度快。
⑶箱梁钢筋绑扎时，在钢筋绑扎胎具上整体成型，直接调入以拼装好的外模内，整体性好不易变形。
⑷箱梁从制梁台位移至存梁台位时，由于由移梁机直接提至存梁台位，移梁机走行轮较多接地比压较小，地基的处理要求相对较低，一般通过换填、强夯、碾压即可，施工投入相对较小。
⑸由于由移梁机直接提至存梁台位，使用效率高，可考虑双层存梁的方案，存梁占地相对较少。
⑹由于移梁机可90度转向行走，箱梁的存放灵活
3.5.3移梁机缺点
⑴施工中由于模板的投入与制梁台位一对一，因此模板的投入相对较大。
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⑵提梁机由于自动化程度较高，易损件较多，一旦出现故障可能直接影响到施工。
⑶钢筋绑扎台位位于制梁台位的一端，一个台位的钢筋吊装时易于其他台位形成平面干扰，安全保障差。
⑷箱梁初张拉完成后，提梁机直接通过吊梁孔提梁至存梁台位时，易使梁体出现局部裂纹。
⑸采用搬运机方案机械设备的一次性投入相对台车移梁要大，但是台车移梁方案的投入主要基础施工投入大，需要做桩基、扩大基础或复合地基处理。其投入是一次性的，不能搬迁，临时用地复垦困难。
⑹轮轨式搬运机机械设备成本、基础处理工程量介于轮胎式搬运机和台车移运两者之间，设备造价较轮胎式小，但基础处理投入较轮胎式搬运机高。
4梁箱装车
箱梁装车方式有两种方式：提梁上桥装车直运梁式和梁场装车爬坡上桥运梁式。提梁上桥装车直运梁式对高速铁路32m(双线)箱梁必须配置两台450t提梁机，设备投资大，增加提升上桥的工序和安全控制点，但在遇到特大桥（如30km长的特大桥）的情况下，可使梁场位置更合理；梁场装车爬坡上桥运梁式可利用台后路基运梁上桥，运梁的安全性高和成本低。即使台后路基不能利用，必须在桥台后修建临时运梁便道和爬坡道，其运梁成本也低于提梁上桥装车直运梁式。
5梁场主要机械、设备配置
预制梁场主要的大型工装设备有：钢模板、混凝土搅拌站、搬移梁设备、混凝土的浇注及运输设备、生产区龙门吊、变压器、300kw.h以上发电机（备用）。
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5.1钢模板方案
32m箱梁一套模板外模重约120t，端模8t，内模70t，共重200t，加工费用170-200万。设计若有非标准梁、20m、24m梁模板及台位设计时应考虑方便改制预制。
⑴整体式内模、整体固定式外模
箱梁底腹板和顶板钢筋一次整体绑扎和整体吊装，相应的内模整体拖入就位，由此要求内模液压系统必须是全自动液压内模。每个制梁台位一套外模，两个台位共用一套内模。
整体式内、外模避免了外模拖移就位、内模分节拆除后需再拼装成整体的矛盾，可实现箱梁钢筋整体一次绑扎成形，避免底腹板、顶板钢筋分开绑扎吊装时顶板与底腹板倒角钢筋现场绑扎质量差、时间长的缺点，缩短了制梁台座制梁周期，但模板投入大。
⑵侧移式外模
侧移式外模是指箱梁侧模可纵向移动，每2个台位配1套外模。箱梁混凝土强度达到设计强度的80%后，外模滑移到下一个台位。对于使用横移台车移梁方案的梁场，由于移梁时必须移开外模，因此必须采用侧移式外模方案。
⑶分节式内模
在客专铁路建设早期，因内模设计、制造技术和台座布置出模场地限制，预制箱梁内模大部分为分节拆除，采用该型式只须保证同一节内模的液压油缸同步即可，其同步和精度问题较好解决。而整体出模的自动液压内模要求油缸同步数量较多，一般变截面和标准断面截面分开先收梁端变截面段，再收中间标准截面段，标准截面内模两侧分别收缩油缸，要求同侧收缩油缸全部达
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到同步，以避免不同步造成内模变形，内模收、放时原则上位移同步优先于压力同步。
由于液压泵站一般设置在两端，分节拆除时需将液压管接头拆开，为保证高压油管接头反复拆、接质量，一般选用质量较高的快速接头。采用整进整出内模则也有利于液压系统和油管路的布置。
5.2钢筋吊装方案
预制箱梁钢筋采用在胎具上绑扎，然后龙门吊机进行整体吊装，目前主要分一次吊装和两次吊装即底腹板和顶板分开，主要根据龙门吊起吊能力和内模入模方式确定，32m箱梁钢筋重60t，一次吊装一般采用两台50t龙门吊机。钢筋吊架设计应用足够的刚度和稳定性确保起吊过程钢筋笼的整体性。
5.3混凝土搅拌站配置方案
高速铁路使用的是高性能耐久性混凝土，为保证混凝土质量和供应速度，梁场需就近自建混凝土搅拌站。梁场拌和站需采用双系统强制搅拌机，电子计量系统计量原材料，确保成品混凝土的质量和产量。
根据高速铁路要求一片梁在6小时内浇注完成，每盘料搅拌时间为120s～150s，冬季施工时搅拌时间需适当延长，所以拌和站高性能混凝土实际生产能力不小于60m3/h，若考虑同时供应两片梁混凝土，则相应增大。
5.4混凝土的运输及浇筑设备的配置
在高速铁路制梁场的设备配置中，一般浇注一孔梁使用两台布料半径不小于18m布料机和
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HBT80混凝土输送泵。若同时浇注2孔梁则需按倍数增加混凝土拖泵和布料机数量。
混凝土的运输一般对应2台混凝土拖泵配置4～5台8方搅拌运输车，备用一台拖泵。冬、夏季施工时，混凝土搅拌车料罐外宜用保温棉布包裹。
5.5龙门吊的配置
生产区的龙门吊主要负责钢筋笼的吊装和模板的拆装，一般根据台座的布置来确定龙门吊的跨度、根据生产区最大起吊重物确定其吊装吨位，配置数量由每日制梁数量和钢筋笼绑扎方案吊装工作量来确定，钢筋整体吊装比底腹板和顶板分开绑扎起吊多一倍起吊时间。
按龙门吊走行方向与台座方向相比，目前主要有平行台座的2台龙门吊抬吊和垂直台座1台龙门吊双天车起吊钢筋笼两种。
5.6蒸汽养生系统的配置
箱梁预制冬期施工一般采用蒸汽养生，蒸汽养生必须根据环境温度和箱梁的养生过程进行热工计算，以确定单位时间内箱梁的最大蒸汽用量，从而确定蒸汽锅炉的吨位和台数。
蒸汽锅炉的位置布一般选择在梁场的中部，以便全场生产台座蒸汽供给等距。梁场生产台座的布置确定蒸汽管道的长度，箱梁的养生温度及供气距离确定蒸汽锅炉压力及蒸汽管道直径。
6其他
6.1给排水系统
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给排水系统应与供温管道、电力线设计统筹考虑。
6.2供电满足拌合站、生产区提梁、钢筋加工、混凝土施工、生活区用电的需要。
7小结
总之梁场设计布置要充分考虑制梁数量、工期、施工环境、施工组织管量、经济效益、现有设备资源等诸多因素，施工要超统筹考虑，做好合理组织安排，避免冬季施工和赶工，但最终应满足工期的要求。
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