寒冷干旱地区铁路预应力混凝土T梁批量制造工艺实践

2012-01-22周兆春

铁道标准设计 2012年3期

周兆春

(北京中铁房山桥梁有限公司,北京 102400)

近几年,随着铁路建设的高速发展,T梁的预制在客运和货运铁路建设中都占据了很大的比例,目前现场制梁的方式已经普及,根据工期和任务量,大多数都是短期的梁场,T梁的现场预制受到了很多客观因素的制约,生产出来的产品质量容易出现一些缺陷,不能满足新时期标准规范的要求。T梁从外形设计上就比箱梁要复杂,侧面还有横向连接用的预留钢筋,所以施工起来工艺比较繁琐,外观和尺寸不太好控制。针对此,我公司自主创新了施工工艺,进行了技术革新,首次在T梁的生产中大规模使用了提梁机、液压模板、底模板增加底部振动、桥梁两端实现同步自动张拉、并采用微控桥梁静载试验系统,大大提高了生产效率,也更好地保证了产品的质量。

1 工程概况

1.1 任务量

新建铁路巴准线正线长度128.102 km。北京中铁房山桥梁有限公司负责全线的桥梁预制梁工程,预制梁场设在新建海勒斯南站站场内,长度约1 800 m,宽度在80～110 m,总占地面积约20 hm2(300亩)。预制梁为通桥(2005)2101型号T形梁,跨度分为32、24、16 m 3种。全部预制任务共有2 687孔。

1.2 工期计划

项目部总的预制任务量为2 687孔T梁,自2011年6月21日开始生产,计划到2012年12月完成预制任务,正常情况产量为每月150孔梁。项目部设置了南北2个生产区,下面以1个生产区的生产设施配备情况为例进行介绍：生产区配备13套模板,正常日生产能力为6片,每套模板的正常周转时间为2 d一个循环,其中,蒸汽养护时间按24 h考虑,其他24 h为工序时间,每个月1个生产区生产能力为150片梁,即按照每月25 d有效工作日考虑。

1.3 场地布局

项目部全部位于新建海勒斯南站站场内,考虑到制梁场用地时间较长,为了不影响巴准线开通运营、海勒斯南站的使用,在场地布置时,制梁场没有占用巴准线的上下行主道,而是分布在上下行主道间的狭长地带。分为2个预制梁生产区。综合考虑预制梁工期和建场投入,项目部在大里程侧生产区建造轻钢结构厂房1座,而小里程侧生产区则为普通的露天生产模式。除了2个生产区对应位置为生产附属区域以及单独设置的办公生活区和施工人员生活区外,其余场地绝大部分为存梁区域,上侧为提梁区。

2 创新和革新

2.1 提梁机移运桥梁

采用提梁机移运箱梁在业内已被广泛认可,我公司在南京仪征项目部T梁生产时就采用了提梁机移运(提梁机提梁通道11 m),采用提梁机移运T梁有以下优点：

(1)移运速度快,可以提高生产效率；

(2)灵活方便不受场地限制；

(3)可以实现双层叠放存梁,减少存梁用地；

(4)取梁自由,不受存放先后顺序限制。

2.2 现场制梁采用彩钢厂房

由于该项目工期很紧,冬季必须进行生产,而鄂尔多斯冬季时间很长且温度很低。为了保证工期、保证产品质量,决定采用建彩钢厂房,桥梁生产在厂房内进行。

(1)梁体生产厂房长283 m、宽38 m、高12.5 m(檐下高度),共设13个生产台座。钢筋加工及主体生产初张拉都在厂房内完成,而且提梁机可以进入厂房内提梁。这样主体生产就不受天气的影响,可以按计划进行。

(2)梁体配套在专用养护棚里进行,梁场共设养护棚8个,每个长40 m、宽10 m、高4 m,每个养护棚可以同时进行3片梁的配套。养护棚周边采用砖砌结构,顶部采用养护盖,养护棚取暖采用下部布设暖气管道,用2 t热水锅炉供暖方式。

(3)骨料在厂房内存放,并且采用地暖加热保温。

2.3 液压模板的使用

在传统预制T梁生产过程中,梁体外形尺寸难以保证、梁体漏浆、拆模时对梁体表面的损坏一直是影响梁体质量的难题。目前,国内传统的预制T梁模板,均采用人工拼装、拆卸。由于模型较重、行车运行误差较大等原因,在施工过程中,安全系数低,并且造成梁体磕损、掉脚、硬伤现象严重。混凝土振捣时,出现侧模与底模分离,梁底漏浆,影响了梁体外观质量,同时导致梁体局部混凝土强度降低。

为解决模板拼、拆,T梁生产时出现的上述各种问题,公司相关技术人员积极探讨、试制,最终研发出采用液压系统多点同步控制模型拼装、拆卸的液压型预制梁模板,如图1所示。

与传统模型相比,液压型预制梁模板打破了常规思维定式,在生产工艺、技术设计、制作方法等各方面进行了合理、大胆创新,并具有如下优点。

(1)操作简单

操作简便、自动化程度高,安全系数高。液压模板在首次拼装完成后,由于整个模板一侧连成一个整体,在立模时,只需要由操作熟练的工人开动油泵,保证模板下部每侧的9个液压千斤顶同步运动,即可将一侧模板立上。模板均就位后,通过拧紧上下拉杆进行紧固即可。

(2)节省人工

以液压系统控制模型开合,取代人工、桁车的吊装施工。与普通模板相比,液压模板的装、拆在人工使用方面,节约超过60%。据统计,传统32 m模板每套仅安装螺栓就需要大约800条,而液压模板则不足50条,大大节约了人工。在节约人工的同时,工序施工时间也得到了大幅度缩减,有利于加快施工进度。

(3)提高效率

模型自重较轻,拼装、拆卸过程中节省龙门吊使用,同时避免了龙门吊来回运行干扰进度；由于不需要10 t龙门吊在装、拆模的配合,也大大减少了10 t龙门吊的使用频次,减少了工序交叉互相影响的情况。液压系统效率高,提高了模板和台座利用率；液压钢模板与台座“一对一”设置,占用场地小,采用整块式侧模拼装,提高生产效率。

(4)确保质量

梁高通过两侧滑道调节、控制,立模时定位误差小，能够保证产品外形尺寸；拆模时避免模型与T梁的碰撞,减少磕损、掉角。

2.4 底模板加底振

在T梁的生产中,下“八”字气泡及腹板气泡、支座板空腹、N1管道锚垫板下不密实,是困扰各生产企业的质量通病。究其原因是因为振动方式不科学、不合理。目前多数企业模板固定及振动方式:

(1)底模刚性固定在混凝土基础上；

(2)侧模利用下拉的方式或者打楔子的方式与底模连接在一起；

(3)附着式振动器连接在侧模上；

(4)通过附着式振动器的击振力将预应力管道以下的混凝土振动密实。

由于底模与基础是刚性连接不能形成振幅,下“八”字以下及流入底板的混凝土不能振捣密实,造成支座板混凝土空腹现象及N1管道锚垫板下混凝土不密实，下“八”字处气泡不能有效排除。

2.4.1 改进方法

此项改造方法是底模板处固定连接改成活动连接。原有底模平台的扁担梁与地脚预埋铁是直接焊死的,没有底部振动,如图2所示。改造后是在扁担梁与地脚槽钢之间安放1块10 mm厚的橡胶垫,用螺杆把扁担梁与槽钢连结,如图3所示。底部振动器安放在底模下方,如图4所示,每隔2 m设置1个,呈V字形交替排放,为了保证振动时底模不产生偏移,在底脚槽钢与扁担梁的连接处分别焊上限位。这样既改变了刚性联结，又保证了振动时整体的稳定性。此项改造主要增加底部振动,使之与梁体可以形成共振。此项技术的创新,我公司获得了国家技术专利,专利号为：ZL 2010 2 0520912.9。

图2 原有底模板

图3 改造后底模板

图4 振动器安放位置

2.4.2 优点

(1)解决了振捣棒和侧振无法将底部混凝土振捣密实的问题。

(2)解决了产品下“八”字位置及腹板出现大量蜂窝麻面的问题。

(3)确保了梁体底部振动的整体稳定性和均匀性。

(4)解决了支座板空腹现象。

(5)解决了预应力束N1管道锚垫板下混凝土不密实的缺陷。

2.5 自动张拉系统

2.5.1 自动张拉系统简介

桥梁预应力张拉自动控制系统(图5)，主要是为满足高速铁路桥梁预应力张拉而设计的,由4台千斤顶,4台电动液压站、8个高精度压力传感器、4个高精度位移传感器、PLC控制器、主机(一体化工作站)、无线数据传输系统等组成,可同时控制4台千斤顶同步工作,构成平衡的双向张拉,同时根据张拉工艺不同也可单侧2锚或4锚张拉。微电脑预设张拉工艺,一键操作实现张拉过程的自动化控制,伸长值显示,张拉数据实时曲线采集及校核报警,张拉结果记录存储、无线数据传输以及网络传输,信息化管理。

2.5.2 主要特点

本系统的特点是结构简单,张拉控制精度可达到0.5%要求,千斤顶端只有测量伸长值的位移传感器需要引线,可靠性好,工人操作千斤顶与原手动操作相同,且减少了伸长值测量和记录等工作量。集成了计算机自动控制技术、无线传输技术、数据监控分析技术于一体。把梁场桥梁的张拉、数据传输、监控、管理等一系列功能紧密地结合起来,从张拉现场到梁场信息化管理中心通过无线网络传输,从梁场到客运专线信息化管理中心通过宽带信息网实现高速实时互联,达到信息的快速流通,实现桥梁张拉的现代化管理。

2.6 微控桥梁静载试验系统(图6)

2.6.1 桥梁静载试验简介

目前桥梁静载试验所采取的常规操作方式,需要抽调大量人员(少则20～30人,多则40～50人)来配合试验,还需要在试验前期花费大量时间进行资料准备(如：试验加载数据的计算和千斤顶标定后的参数计算),在试验完成后汇总大量零散的记录数据,按照桥梁静载试验标准对大量表格(有9种类型表格)进行计算填写等繁琐工作。真正判断试验梁是否合格,须在所有表格和数据整理完毕才能判定。

图5 自动张拉设备

图6 微控桥梁静载试验系统

尽管桥梁静载试验标准对于加载速度的快慢、加载载荷的精度、试验数据记录的完整性都有严格的要求,但目前的试验加载和记录完全是人工完成,加载速度的控制(人工操作加载速度往往偏高,会对桥梁产生额外的冲击动荷载),加载载荷精度的控制都很困难。在各载荷等级持荷时,液压系统的泄漏是不可避免的,人工补压不容易精准操作,人工读取压力表和百分表数据也只能读取某个时刻的数值,不具有代表性。所记录的试验数据的完整性很难达到桥梁静载试验标准的要求。

综上所述,需要研发一种用计算机自动载荷计算,自动千斤顶配套标定,自动控制加载,自动数据采集,自动及时试验报告的输出,能完整地存贮试验数据的微控铁路桥梁静载试验系统(以下简称“本系统”)。本系统输出的是标准格式的word文档,保证各梁场的报告格式一致,方便测量数据的阅读和保存管理。

2.6.2 系统的主要功能

(1)桥梁静载试验加载载荷计算

桥梁静载试验加载载荷计算是试验前重点的工作之一,对于熟练的技术人员也要一定的时间完成。利用本软件,只需要点击数据库中保存的桥梁图号和选择梁龄即可完成计算,并输出标准的Word文档。

(2)千斤顶配套标定

为消除千斤顶活塞面积的偏差和千斤顶摩阻所引起的压力误差,需要对千斤顶进行配套标定。

目前标定采用人工加载,人工读数的方式记录标定数据,然后再对数据进行线性回归计算。

利用本系统的千斤顶配套标定功能,可以自动同步读取测力传感器和系统传感器的数据,标定的数据更为精确,并能自动进行数据的回归计算。

(3)微机自动加载,确保加载载荷同步

本系统能自动按照试验加载循环进行加载,只需1人操作电脑。彻底摆脱了多人操作状态。加载速度调整方便,加载误差小于1%,远远小于人工试验加载的误差,也不会出现加载超过设定值的现象。在各级持荷阶段,本系统还能自动补油保压,使试验更为可靠。

(4)微机自动读取加载载荷和百分表数据

在本系统自动加载试验过程中,本系统的主界面会动态地显示当前的加载载荷和百分表的数据,动态地计算实测挠跨比。在试验过程中能完整地按照桥梁静载试验标准的要求记录所有的数据,且记录数据精确、真实、可靠。完全不需要人工参与读数。并可在试验完成后即刻输出完整的试验报告,打印检测报告供审核。