浅析牡佳客专兴农制梁场建设方案

浅析牡佳客专兴农制梁场建设方案

姚鹏

中铁十一局集团桥梁有限公司江西鹰潭335000

摘要：目前，我国高速铁路飞速发展，桥梁工程设计和施工过程中，大部分情况下使用的是预制箱梁。由于预制箱梁在铁路桥梁建设中普遍应用，无论是在使用范围还是在规模上都在日益扩大，使得预制梁在铁路桥梁建设中具有不可取代的作用，然而，箱梁预制受到预制梁场所处的当地气候、水文、地理位置以及规模大小、计划工期、线下施工状况等因素的影响非常明显，同时高速铁路预制箱梁场的建设具有占地面积较大，大型工装设备较多，建场投入费用巨大等特点，所以预制梁场的建设方案规划显得格外重要，通过理论计算和中长期的施工实践，本文通过牡佳客专兴农制梁场的建设方案主要阐述了预制梁场的场地选址、大临布局、建场施工组织、生产资源配置以及东北黑龙江高寒地区梁场一些特殊处理等内容，可供同类工程参考。

关键词：高速铁路；箱梁；预制梁场；建设方案

1、工程概况

1.1工程简介

中铁十一局集团桥梁有限公司兴农制梁场主要负责牡丹江至佳木斯铁路MJZQSG-5标181孔梁的预制任务（含5孔23.5m梁）。

1.2总体进度和工期计划

兴农制梁场负责线路DK151+343.45～DK183+855.41范围内的箱梁预制任务，占地206.5亩左右。根据牡佳施组工期安排，梁场架梁工期为2018年7月3日至2019年11月22日。

1.3自然特征

1.3.1、地形地貌

沿线地貌主要为低山丘陵区及冲洪积平原，海拔高度在80～800m之间。沿线出露地层种类丰富，主要有第四系松散地层、沉积岩、火成岩及变质岩。

1.3.2、气候

本区属中温带大陆湿润性气候区，线路所经地带冬季受极地大陆气团控制，严寒干燥；夏季炎热多雨；春秋两季因冬夏季风交替，气候多变，春季多大风，降水少蒸发快，易发生干旱，秋季多寒潮侵袭，降温急剧，易发生冻害，属严寒地区。

土壤最大冻结深度如下表：

1.4交通情况

铁路：牡佳线、牡绥线、勃七线、林东线、城鸡线等既有铁路线。

公路：公路资源分布较广但道路质量欠佳，主要道路较少，有G201国道、G221国道与S309省道，可以利用为施工便道。砂土质乡间道路分布较多，宽度一般3～5m，经拓宽、整修后可作施工引入便道。林区及保护区内道路资源匮乏。

1.5兴农制梁场场址选择

1.5.1、梁场规划

根据工期安排，拟按以下情况设置制存梁台座：

1）、共设8个制梁台座，42个双层存梁台座，此配置最大存梁能力可达42*2+1=85孔。

2）、模型配置：均按固定侧模的形式进行配置。底模、侧模各8套、端模7套其中有砟轨道和无砟轨道梁型各3套、内模4套。

3）、生产区龙门吊跨度40m，共计2台50T龙门吊，2个整体钢筋绑扎胎具，含1个复合绑扎胎具，内模检修台座共计4套。

梁场占地206.5亩，整体设计采用横列式，分为生产区、存梁区（含提梁区、耕种土存放区）、生活办公区、生产辅助区、混凝土拌合区五大区域。

1.5.2位置确定

方案1原指导性施组建议梁场设于DK162+000附近，线路右侧，占地约206.5亩。

方案2：因原建议位置不满足要求，现调至DK161+500附近，线路右侧，占地约206.5亩左右。

比选过程如下：

方案1：DK162+000附近

概况：位于黑龙江省鸡西市鸡东县境内，地形复杂，高差大，多为密林，无进场通道，需修进场便道。

优点：

1、地势较平坦。

2、林地较少。

3、距离进场便道较近。

缺点：

1、离路基段较远需修建750m上桥便道。

2、位于高填方区，增加护坡及桩基费用。

3、挖填方及其不平衡，梁场与线路平均高差45m，运梁便道坡度6.1%，远大于运梁车爬坡能力3%，无法架梁。

方案2：DK161+500附近

概况：此区域北侧紧邻新建铁路，地势比原设计位置抬高27m，运梁便道与路基衔接位置向小里程移动545m，运梁便道平均坡率2.8%，满足架梁要求。

优点：

1、缩短了上桥便道的修筑长度。

2、场地范围中建筑设施少，拆迁工作相对简单。

3、土方开挖基本平衡。

缺点：

1、此区域为丘陵地形，地势复杂，前期平整场地困难，影响工期。

2、位于高填方区，增加护坡及桩基费用。

3、梁场范围内含一块约60亩的湿地，梁场用地手续较为复杂，耗时较长。

工期比选：

综上所述，方案二可行。

2、总体施工组织规划

2.1总体施工组织规划及布置

2.1.1总体施工目标

梁场建场及取证时间安排为5个月，于2018年3月15日开始征地，4月11日开始建场，2018年9月底完成梁场的建设及取证，从2019年7月3日至11月22日需完成箱梁架设任务。

2.2总体施工组织

2.2.1梁场组织结构

中铁十一局集团桥梁有限公司兴农制梁场组织机构设置图

2.2.1.1主要管理人员

主要管理人员配置全部到位，定员不超过51人。

2.2.2施工资源组织

根据现场实际情况，按照工程进度要求。项目部将所有管理人员分成若干小队，明确分工各负其责。所有管理人员将对引进的施工队进行对口管理。

3、方案设计说明

3.1平面布置图概述

梁场共设置5个区，如下

生产区：制梁台座、钢筋绑扎台位、内模检修台位、养护设施、2台50T龙门吊。

存梁区：存梁台座、提梁机便道、养护设施。

办公生活区：管理人员生活办公区、员工生活区。

生产辅助区：钢筋存放加工区、试验室、仓库、配电房、工具房、维修房。

混凝土拌合区：砂石料库、备用砂石料场、180搅拌站。

3.2制梁区

3.2.1承载力计算

设计参数：

地勘结果显示地基承载力特征值fak=470KPa。

拟建生产区32m制梁台座，32m梁重770t、模型自重160t，台座采用钢筋混凝土筏板上设3条条形基础以承受梁和模型等重量，自重400t，施工荷载20t。上部荷载共1350t即13500KN。

有6个制梁台座处于挖方区，筏板基础平面尺寸为：6.26m*34.5m，安全系数取2，则：6.26*34.5*470/2=50752KN>13500KN，满足要求，无需采用桩基对地基进行处理。

另2个预留制梁台座处于填方区，考虑填方的自然沉降较大，需采用桩基处理地基，拟采用旋挖钻孔机械统一进行桩基施工，参数如下表：

注：考虑填土的负摩阻力，根据《建筑桩基技术规范》（JGJ94-2008）表5.3.5-1，填土的极限侧阻力标准取-20kpa。

根据《建筑桩基技术规范》（JGJ94-2008）5.3.5公式（5.3.5）

Quk=qpk?Ap+u?∑qsik?Li

此处筏板基础对应的地基承载力可不考虑，回填深度最大6m，拟采用直径800mm钻孔桩，有效桩长12m，以K27号地勘点为例，③层为0.3m，④-1层为5.5m，单桩承载力Ra计算如下：

Quk=qpk?Ap+u?∑qsik?Li=2000*3.14*0.4*0.4+（-20*6+75*0.3+80*5.5）*3.14*0.8=1865.16KN

取Ra=Quk/2=932.58KN

则桩数为：13500/932.58=14.4根，故制梁台座下部桩基采用3列布置每列5根即可满足要求。

故制梁台座基础根据地层特点，挖方区不需要采取桩基进行地基处理，填方区采用了旋挖钻孔灌注桩，桩径为800mm，设计有效桩长12m，配筋后灌注C35混凝土（根据经验桩身强度可不做验算）。

3.2.2制梁台座数量确定

台座周转周期为T，台座数量为n。

保守时：T=6天，正常情况下：T=4天

可以得出：8个生产台座能力=n/T=8/5=1.6孔

考虑天气及设备维修等诸多因素，梁场的设计生产能力可定为每天1.2孔，满足要求

制梁台座按横列式双线布置，共设8个，含1个复合台座，7个32m台座。均按固定侧模配置。底模侧模各8套、端模7套（含1套24m端模、6套32m端模）其中有砟轨道和无砟轨道梁型各3套、内模4套。2个整体钢筋绑扎胎具，含1个复合绑扎胎具，内模检修台座共计4套。

3.3存梁区

存梁区设计主要是存梁台座数量及桩基础的设计。

3.3.1承载力计算

地勘结果显示挖方区地质情况较好，地基承载力特征值fak=470KPa，填方区可取fak=160KPa。

拟建存梁区32m制梁台座，32m梁每孔自重取770T，双层存梁则荷载为1540T，梁体由2处扩大基础上设置方形墩支撑，扩大基础平面尺寸为：2.8m*12m，每个扩大基础上设2个方形墩，单侧基座自重19t，则上部荷载为1578t即15780KN。

挖方区：

台座扩大基础平面尺寸为：2.8m*12m，安全系数取2

则：2.8*12*470*2/2=15792KN>15780KN，满足要求，无需采用桩基对地基进行处理。

填方区：

考虑到填方的自然沉降较大，需采用桩基处理地基，拟采用旋挖钻孔机械统一进行桩基施工，参数如下表：

注：考虑填土的负摩阻力，根据《建筑桩基技术规范》（JGJ94-2008）表5.3.5-1，填土的极限侧阻力标准取-20kpa。

根据《建筑桩基技术规范》（JGJ94-2008）5.3.5公式（5.3.5）

Quk=qpk?Ap+u?∑qsik?Li

此处扩大基础对应的地基承载力可不考虑，回填深度最大12m，拟采用直径1200mm钻孔桩，有效桩长35m，以K27号地勘点为例，③层为4.9m，④-1层为17.3m，单桩承载力Ra计算如下：

Quk=qpk?Ap+u?∑qsik?Li

=2000*3.14*0.6*0.6+（-20*12.8+75*4.9+80*17.3）*3.14*1.2=7895.84KN

可取Ra=Quk/2=3947.92KN

考虑扩大基础下对称布置桩基4根，

则：4*Ra=15791.68KN>15780KN，满足要求。

故填方区存梁台座下部桩基采用旋挖钻孔灌注桩，配筋后灌注C35混凝土（根据经验桩身强度可不做验算），桩径1200mm，设计有效桩长35m，共4根对称布置，为防止不均匀沉降仍旧在桩上设置扩大基础，平面尺寸可优化为：2m*6.4m，即可满足要求。

3.3.2存梁台座数量

最少存梁台座的数量M＝T×η

其中：η—梁场制梁效率（孔/天）

T—箱梁在存梁台座上最少存放时间（天）

箱梁在存梁台座上最少存放时间T的确定原则分析如下：

《TB/T3432-2016》中3.3.8.e要求“在箱梁梁体混凝土强度及弹性模量达到设计值后，龄期不小于10d方能进行终张”。

梁场按一天完成箱梁预制1.2孔，则梁场的最少存梁台座数量M＝Tη＝43×1.2＝52个。考虑到2019年7月份才开始架梁，若架梁前处于满存梁状态，剩余3个月只需制梁96孔，通过计算可知得出梁场设置43个存梁台座即可满足工期要求，其中包含2个复合存梁台座，1个复合静载台座，另设置1个复合发梁台座，此配置极限存梁能力可达42*2+1=85孔。

综上，梁场此存梁能力满足要求。

3.4钢筋加工区及存放区

3.4.1主要计算存储能力

钢筋加工区及存放区设置为144m×24m=3456㎡，其中钢筋存放区1776㎡，按存储15天（18孔）计算，存放区主要用于存放HRB400（φ12钢筋为盘螺，其余为直钢筋）、HPB300（盘圆）钢筋和钢绞线。

每孔梁直筋用量约38t，直筋堆放高度不超过1.2m（常规），即2.0T/㎡，棚内利用系数0.5，则单孔梁直条钢筋占地38㎡；

单孔梁HRB400φ12钢筋用量16t，按3t/盘考虑，每盘占地面积2㎡计算，取棚内利用系数0.5，则单孔梁φ12钢筋占地21㎡；

单孔梁HPB300钢筋1.72t，按盘条钢筋考虑，3t/盘，每盘占地2㎡计算，取棚内利用系数0.5，则单孔梁盘条钢筋占地2.3㎡；

单孔梁钢绞线用量约11t，按3.5t/盘，每盘占地2㎡计算，取棚内利用系数0.5，则单孔梁钢绞线占地12.6㎡。

则1776/（38+21+2.3+12.6）/1.2≈24，满足生产需求。

3.5混凝土拌合区

混凝土拌合区配备2台HZS180Q型搅拌站，搅拌站占地面积为5756㎡，共设置150t粉料罐16个，其中水泥罐8个（4个待检、4个合格），矿粉、粉煤灰罐各4个（2个待检、2个合格）。设置蓄水池1个（容量105m?）。外加剂棚与水池并列布置。为了满足冬期施工的施工温度要求，采用钢结构保温棚将搅拌站与料仓进行全封闭，仅预留混凝凝土下料孔。

根据C50梁体混凝土配合比：

水泥：粉煤灰：矿粉=380：50：50，按286方混凝土计算，

则每孔梁水泥、粉煤灰、矿粉用量为：

水泥：108.68t，粉煤灰：14.3t，矿粉：14.3t，

则存放能力为：

水泥：4*150/108.68=5.52孔，粉煤灰：2*150/14.3=20.98孔，矿粉：2*150/14.3=20.98孔

设计最大生产能力1.2孔/天，水泥检验周期按4天计，则至少保证合格材料储量不小于4*1.2=4.8孔，储料罐中胶凝材料保证能力为4*150/108.68=5.52孔梁＞4.8孔梁，满足要求。

（1）砂石料库

砂石料库分合格区、待检区和备料区三个区域，各原材料合格仓与待检仓并排布置，便于材料转运，料仓占地面积4800㎡，高度3m，合格仓4个，10m*30m=300㎡/个（中砂2个、10-20mm碎石1个、5-10mm碎石1个），待检仓4个，10m*30m=300㎡/个（中砂1个、10-20mm碎石2个、5-10mm碎石1个）。砂石料库采用制式钢结构棚进行全封闭，并与搅拌站钢结构棚连成一体。料仓内沿料仓墙壁布设4排φ50无缝钢管用于通入蒸汽给料仓内部供暖，另考虑当地砂子解冻困难，因此在砂子仓布设地暖。

另设3个露天备用料仓（砂子仓20m*20m=400㎡，10-20mm碎石20m*20m=400㎡，5-10mm碎石10m*20m=200㎡）。

根据梁体C50混凝土配合比按中粗砂：5-10mm碎石：10-20mm碎石：中砂=332：774：738，按286方混凝土计算，则每孔梁砂石料用量为：

砂：211.068t，碎石：94.952t，碎石：221.364t

砂子密度按1.5t/m3，石子密度按1.6t/m3计算，材料堆放高度按2.5m考虑，

储存量为：

砂：1800*2.5*1.5&pide;211.068=31.98孔

碎石5-10mm：1200*1.6*2.5&pide;94.952=50.55孔

碎石10-20mm：1800*1.6*2.5&pide;221.364=32.53孔

最大保证能力为31孔梁，满足使用要求。

（2）筛砂区、洗石区

在料仓与备用料仓中间设置洗石筛沙区，面积640㎡，并配备XS-150洗石机3台，SS-100筛沙机1台。

3.6生活办公区

3.6.1员工生活区

生活办公区面积共有7000㎡，设置宿舍共74间，其中管理人员宿舍18间，管理人员宿舍按3人计算，工人宿舍按6人/间计算，可容纳管理人员54人，工序员工216人，完全可以达到1.2孔/天的生产能力时所需工人的住宿。

3.6.2办公区

管理人员约51人，为满足办公要求，办公区活动板房建筑面积设计为840㎡左右，根据要求配置经理室、副经理室、总工室、财务室及各部室办公室。同时配置驻场监理办公室2间。

3.7仓库

仓库占地面积720㎡，采用全封闭式钢结构棚，仓库入口设置5m宽大门一处，值班室、办公室各一间。仓库内设置一条5m宽材料通道用于日常材料装卸，仓库内各构配件均单独划分区域进行存放，分别存放五金、电料、小型配件、存放支座板、防落梁、PVC管材、锚具、接触网钢板、锚栓等。

3.8试验室

试验室临近搅拌站，便于生产阶段的过程控制。占地面积986.8㎡，建筑面积583.3㎡。其中办公面积98.8㎡，可满足试验室至少配备10人的办公要求，同时剩余38.8㎡的空间放置资料柜、打印机等设备。

试验作业面积322㎡，其中标养室面积65.9㎡，配备全自动恒温恒湿设备保证室内环境温湿度达到标准要求。在标养室放置长2m，宽0.5m，高1.75m的试件架40个，最大存放量可满足每天1.2孔梁的生产要求。力学室配备万能材料试验机、压力试验机和水泥砂浆抗折抗压试验机，用于钢筋钢绞线的检测和混凝土的强度试验。

将混凝土室和砂石室分开设置，方便混凝土试拌的时候有较大的空间便于操控和存放砂石备用料，且不单独设置样品室原材料留样的存放。计量室用于存放计量器具以便对整个梁场的计量设备进行管理。为了更规范的对原材料进行化学分析的检测，将胶凝室和化学分析室分开设置。校顶室承担张拉千斤顶和油压表的匹配校验。

3.11场内重车道设计方案

混凝土面层厚度为0.2m。基层选用碎石，厚0.1m，垫层为1m火烧石。详图如下所示：

根据上述计算，选用两台800KVA变压器，能够满足生产需要。

4.结束语

随着我国高速铁路的大规模发展，预制箱梁得到了普遍应用，制梁场的需求和要求都不断提升，在满足建设单位的标准化要求和生产要求的基础上，对制梁场的建设方案进行设计优化，以提高梁场建场的性价比对施工单位有着重大的积极意义，本文从制梁场的建场选址和布局规划，基础设计及施工组织等多个方面进行了论述，通过各方评审一致认为在东北冻胀严重情况下本方案不仅切实可行还具有较好的性价比效益，可供同类行业参考。