馬紹辰

(中鐵第五勘察設(shè)計院集團有限公司，北京　102600)

鐵路制存梁場大臨工程設(shè)計問題研究

馬紹辰

(中鐵第五勘察設(shè)計院集團有限公司，北京102600)

摘要：鐵路制存梁場大臨工程設(shè)計是鐵路施工組織設(shè)計的重中之重。由于設(shè)計經(jīng)常存在梁場設(shè)計深度不夠、設(shè)計規(guī)模和大臨工程費用不足等問題，通過對相關(guān)設(shè)計暫規(guī)及文件的重點解讀，結(jié)合多個項目的設(shè)計實踐，深入分析存在問題的產(chǎn)生原因，進一步明確各設(shè)計階段設(shè)計內(nèi)容和設(shè)計深度。以梁場設(shè)計規(guī)模確定為重點，將實際鋪架工程的施組轉(zhuǎn)換為數(shù)學模型分析的方法，通過對不同制存梁臺位規(guī)模的分析比選，得出更為合理的梁場規(guī)模，同時對于T梁制存梁臺座基礎(chǔ)設(shè)計，在滿足原相關(guān)規(guī)定的基礎(chǔ)上提出更為具體的指導設(shè)計意見，以便指導設(shè)計人員更好地完成鐵路制存梁場大臨工程設(shè)計工作。

關(guān)鍵詞：鐵路；制梁場；大臨工程；設(shè)計

隨著鐵路的快速發(fā)展，近幾年來鐵路大臨工程設(shè)計在鐵路建設(shè)中越來越受到關(guān)注，制存梁場作為重點大型臨時設(shè)施，無論從投資還是從工期角度均對鐵路工程項目影響巨大，是鐵路施工組織設(shè)計的重中之重。然而在大臨工程設(shè)計中經(jīng)常存在設(shè)計深度不夠、設(shè)計規(guī)模和大臨工程費用不足的問題，目前的現(xiàn)狀大多是設(shè)計人員根據(jù)多年的設(shè)計和施工經(jīng)驗，人為地根據(jù)項目情況確定梁場的規(guī)模，因為考慮到因素相對單一，容易造成資源的浪費或者因規(guī)模不足造成工期延長[1]。如何指導設(shè)計人員更有針對性地完成設(shè)計任務，如何更為合理地確定預制梁場的規(guī)模，是設(shè)計院亟需解決的問題，通過對鐵路制存梁場設(shè)計施工存在的問題進行相關(guān)分析，提出鐵路制存梁場大臨工程設(shè)計的具體的指導建議。

1目前鐵路制存梁場設(shè)計存在的問題

1.1目前大臨工程設(shè)計主要依據(jù)[2-4]

(1)鐵建設(shè)[2006]113號文《鐵路基本建設(shè)工程設(shè)計概(預)算編制辦法》(以下簡稱“113號文”)。

(2)鐵建設(shè)[2007]152號文《鐵路建設(shè)項目預可行性研究、可行性研究和設(shè)計文件編制辦法》(以下簡稱“152號文”)。

(3)鐵建設(shè)[2008]189號文《鐵路大型臨時工程和過渡工程設(shè)計暫行規(guī)定》(以下簡稱“189號文”)。

(4)鐵建設(shè)[2009]89號文《關(guān)于加強鐵路大型臨時工程設(shè)計和審查工作的通知》(以下簡稱“89號文”)。

1.2主要問題

各文件對于大臨工程設(shè)計提出了不同的要求，“113號文”對于大臨工程的界定和具體設(shè)計范圍作了明確規(guī)定，“152號文”對于鐵路工程設(shè)計各階段大臨工程應該設(shè)計到什么深度、文件及出圖范圍作了明確規(guī)定，“189號文”則對制存梁場、鋪軌基地、軌道板廠等重點大臨工程設(shè)計提出了相對具體的要求?！?9號文”則對加強重點大臨工程設(shè)計和審查提出了更高要求，因此大臨工程設(shè)計必須依照這幾個規(guī)范性文件來執(zhí)行。然而在設(shè)計院具體設(shè)計過程中仍可發(fā)現(xiàn)上述文件依然存在很多需要明確和細化的問題，近年來梁場大臨設(shè)計遇到的主要問題如下。

(1)在設(shè)計深度方面，按“89號文”相關(guān)條文，重點大臨工程是在初設(shè)批復后才進行鉆探和深化設(shè)計，施工圖階段一旦發(fā)現(xiàn)地質(zhì)條件不好，大臨費用較初設(shè)批復增加較多，如果項目整體投資偏緊，在實際操作過程中，大臨工程費用也是很難進行追加的。同時“89號文”未對大臨工程設(shè)計圖紙明確要求，因此各設(shè)計院大臨工程設(shè)計圖紙不統(tǒng)一，如仍按“152號”文要求僅出重點大臨的平面布置圖，不能反映重點大臨的深化設(shè)計。

(2)在制存梁場規(guī)模方面，設(shè)計期間根據(jù)施工組織安排，制存梁臺座數(shù)量一般來講是按照平均制架梁進度確定制存梁臺座個數(shù)，但對于現(xiàn)場實施，規(guī)模往往會根據(jù)施工單位機具保有情況和現(xiàn)場施工難度進行調(diào)整，造成現(xiàn)場實施與設(shè)計規(guī)模不一致[5]。

2梁場設(shè)計存在的主要問題分析

(1)“89號文”發(fā)布時間相對較晚，加深大臨工程設(shè)計和審查的條款又較為籠統(tǒng)，而真正用于指導設(shè)計和出圖的 “152號文”并沒有進行相應條款修正，造成各設(shè)計院設(shè)計和出圖的精度差異較大，很難做到真正意義上的施工圖設(shè)計。

(2)由于大臨工程本身的特殊性，不可能如實地按設(shè)計圖紙施工，從驗收和計量的角度上與正式工程存在很大區(qū)別。一方面，如參照正式工程設(shè)計出圖，結(jié)構(gòu)物尺寸和地基處理等數(shù)量勢必會較現(xiàn)場實施數(shù)量偏大，造成一定程度上的浪費；另一方面，臨時工程存在不確定性，設(shè)計單位也很難在初設(shè)階段考慮全面，而到施工階段除重大施工組織調(diào)整，大臨工程追加投資的可能幾乎沒有，因此大臨工程按圖施工的意義不大。

(3)施工單位的梁場布置往往是根據(jù)自身的機具保有情況自行調(diào)整，施工更為關(guān)注如何按期竣工，對于站前土建工程延誤的工期往往需要鋪架工程追回來，再有就是梁場的布局設(shè)置一旦定型，后期再增加規(guī)模對施工單位損失更大，因此就促使施工單位往往會根據(jù)現(xiàn)場情況和以往的施工經(jīng)驗按照相對不利的因素自行規(guī)劃場地及規(guī)模。

(4)受施工影響，土地所有者對臨近用地使用受限，因此，必須征用整塊用地，造成現(xiàn)場實施規(guī)模的增加。

3鐵路制存梁場大臨工程設(shè)計的建議

3.1明確各設(shè)計階段大臨工程設(shè)計重點解決的問題

(1)可研階段：根據(jù)“152號文”相關(guān)規(guī)定，施工組織設(shè)計需要說明重點大臨的設(shè)置方案意見，沒有要求附圖，因此建議設(shè)計單位可以根據(jù)初測的勘察資料和以往設(shè)計經(jīng)驗，簡單繪制梁場布置示意，以便估算工程數(shù)量和梁場規(guī)模，原則上在可研階段估算盡量合理。

(2)初步設(shè)計階段：根據(jù)“152號文”相關(guān)規(guī)定，大臨工程設(shè)計需要說明設(shè)計原則及位置、規(guī)模、場外岔線、供應總量、供應范圍、工程數(shù)量、占地數(shù)量等內(nèi)容，并附梁場的平面布置圖和梁場的工程數(shù)量表。根據(jù)“89號文”的相關(guān)要求，制存梁場等大臨工程的總體布置和初步設(shè)計工作應在初步設(shè)計階段完成，大臨工程初步設(shè)計文件作為建設(shè)項目初步設(shè)計文件的組成上報鐵道部(現(xiàn)中國鐵路總公司)審批。由于初設(shè)批復投資作為鐵路建設(shè)項目總投資的控制數(shù)額，一般不允許調(diào)整，因施工組織和特殊原因需要調(diào)整的，按規(guī)定程序報批。因此建議梁場等大臨工程勘察應在定測階段提前完成少量的鉆探工作，否則按“89號文”待初設(shè)批復后，再進行鉆探，一旦地基處理費用增加較多，造成施工圖階段大臨工程費用調(diào)增難度加大。也就是說，盡管“89號文”規(guī)定在初設(shè)批復后才進行地質(zhì)鉆探，但為了批復投資的準確性，仍建議設(shè)計院在定測期間考慮少量勘探工作，并根據(jù)相應的地質(zhì)資料進行深化初步設(shè)計，特別是對于結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)檢算工作建議達到施工圖設(shè)計深度，這樣做不僅可以避免施工圖大臨投資超批復的現(xiàn)象，還能有效地縮短施工圖設(shè)計周期。

(3)施工圖階段：根據(jù)“152號文”相關(guān)規(guī)定，施工圖階段大臨設(shè)計要求與初步設(shè)計要求一致，未進一步要求深化設(shè)計；根據(jù)“89號文”的相關(guān)規(guī)定，建設(shè)單位要組織勘察設(shè)計單位根據(jù)批復意見完成地質(zhì)鉆探工作和施工圖設(shè)計，并對施工圖進行審核，而對于附圖附表也沒有進一步細化要求。因此建議設(shè)計單位提前開展大臨工程的地勘和施工圖設(shè)計工作，因為沒有明確的出圖要求，一般也僅出梁場的平面布置圖即可，其他結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)檢算資料和臺座等細部設(shè)計圖等資料也須完善以備審查。

3.2對于制存梁臺座設(shè)計規(guī)模的考慮

按照“189號文”相關(guān)規(guī)定，制存梁場的規(guī)模和位置選擇應根據(jù)建設(shè)項目的總工期、施工組織設(shè)計、存梁能力、存梁時間、簡支梁工程量和橋梁分布等因素，結(jié)合工程條件進行經(jīng)濟比選確定[6]，宜大不宜小。其中制梁能力應根據(jù)架梁工期、同時供應的架橋機數(shù)量、單臺架橋機日架梁能力等確定。以T梁預制梁場為例，制梁臺座、存梁臺位數(shù)量原則上應根據(jù)施工組織設(shè)計及工期安排確定，也可參考下列公式[7]計算，并按施工組織設(shè)計作必要調(diào)整。

式中N3——制梁臺座數(shù)量，個；

η——每日預制T梁數(shù)量，片/d；

T3——預制每片T梁占用單個制梁臺座時間，個·d/片；

N4——存梁臺位個數(shù)；

T4——每片T梁占用存梁臺位時間，d/片；

K2——存梁系數(shù)，單層存梁取1，雙層存梁取0.6～0.7。

以上是“189號文”給出的公式，從設(shè)計角度考慮，建議根據(jù)現(xiàn)場實際情況，一般T梁在制梁臺位上的占用時間在3～4 d，如采用蒸汽養(yǎng)護，時間可適當縮短，在齡期第14 d后進行預應力筋的終張拉，終張的48 h之內(nèi)必須完成灌漿工序，然后進行封錨和防水層的制作，對于纖維混凝土保護層，按《鐵路混凝土防水層技術(shù)條件》( TB/T2965—2011)中規(guī)定，混凝土保護層澆筑完畢后，應采取保水養(yǎng)護，自然養(yǎng)護條件下，相對濕度在60%以上時，自然養(yǎng)護不少于14 d。這樣按規(guī)范要求T梁需在存梁場單層存放最少要14 d(終張)+14 d(保護層養(yǎng)護)=28 d時間，才可作為雙層存梁的下層存放[8]。

例如某線T梁架設(shè)進度為3孔/d，按每片T梁平均占用制梁臺座時間4 d考慮，平均存梁時間為40 d考慮，按平均制架梁進度估算共需：

制梁臺座數(shù)量為6片/d×4 d/片=24個；

存梁臺座數(shù)量為6片/d×40 d=240個；

如按雙層存梁考慮，雙層存梁臺座數(shù)量為240(個)×0.7=168個；

如考慮保護層養(yǎng)護時間，雙層存梁個數(shù)最少要6片/d×28 d=168個；因此在考慮雙層存梁時，設(shè)計推薦采用系數(shù)0.7，如選用0.6系數(shù)會造成作為底層存梁的養(yǎng)護時間不足，雙層存梁臺座的使用率下降，從而降低存梁規(guī)模。

按平均制架梁進度初步確定制存梁臺座規(guī)模后設(shè)計并沒有結(jié)束，還應按照項目橋梁的具體分布情況從施組角度進一步驗證制存梁臺座的匹配程度，具體做法如下。

(1)按照具體鋪軌和架梁的工程量確定總鋪架工期。

(2)通過建立數(shù)學模型，得出在滿足鋪架工期的情況下，多少制梁臺座配合多少存梁臺座更為經(jīng)濟。

通過項目數(shù)據(jù)進行建模計算后可以很清楚地在圖1中看到在制存梁臺座分別為(24，240)、(23，250)、(22，260)、(21，309)時，均可滿足制架梁需求，要選擇最為合理的臺座配置，還要看具體項目臨時用地情況和每個制存梁臺座的建造成本來綜合考慮。根據(jù)項目實際進行數(shù)學模型分析的好處是可以更優(yōu)化配置梁場臺座規(guī)模，指導優(yōu)化架梁進度[9]。

注：以上模型根據(jù)預制梁模板按每制梁臺座配備1套考慮，如考慮模板周轉(zhuǎn)可將制梁臺座數(shù)進行修正。圖1　制存梁臺座匹配關(guān)系

3.3對于制存梁臺座基礎(chǔ)設(shè)計基底應力檢算的建議

制存梁臺座基底處理的費用對于梁場投資規(guī)模影響較大，特別是在不良地質(zhì)情況下，按照“189號文”相關(guān)規(guī)定，臺座基礎(chǔ)設(shè)計應符合現(xiàn)行國家標準《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》(GB50007—2011)的相關(guān)規(guī)定，也可采用《鐵路橋涵地基和基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》(TB10002.5—2005)，制梁臺座、靜載實驗臺座兩端區(qū)域和中間區(qū)域可根據(jù)各自受力情況分別采用不同方式進行基礎(chǔ)處理[10]。但制存梁臺座畢竟是臨時工程，如果按正式工程進行承載力和沉降檢算，工程上會存在一定程度的浪費，因此建議除不良地質(zhì)或地質(zhì)條件變化較大的場地條件外，T梁制存梁臺座不進行沉降檢算。以下以32 m T形梁(圖號[2012]2101)為例進行基底應力檢算分析。

(1)制梁臺座和靜載臺座基底應力檢算

32 m T形梁自重約1422 kN，模板自重530 kN，附加設(shè)備及施工人員荷載約200 kN。梁長32.6 m，制梁臺座基礎(chǔ)長按34 m設(shè)計。制梁臺座受力最不利情況是在T梁張拉后，因此制梁臺座兩端的設(shè)計結(jié)構(gòu)尺寸明顯偏大一些，32 m T梁臺座基礎(chǔ)平面布置如圖2所示。

圖2　32 m T梁臺座布置示意(單位：mm)

設(shè)一般兩端加強區(qū)域的長度為5 m，寬度為W，則荷載檢算公式為

總荷載=(梁自重+模板自重+附加設(shè)備人員重+臺座自重)×超載系數(shù)1.1

總荷載=(1 422+530+200+((34-10)×1.6×0.45+10×0.8×W) ×25)×1.1

單位面積承載力=(2 842.4+220×W)/(10×W+24×1.6)

根據(jù)設(shè)計寬度W不同，可以得出臺座寬度與基底應力之間的關(guān)系曲線，如圖3所示。

圖3　制梁臺座寬度與基底應力之間的關(guān)系曲線

在T梁張拉的受力情況下，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)兩端受力考慮[11]，則有以下公式

總荷載=(梁自重+臺座自重)×超載系數(shù)1.1

臺座基底應力=(1 422+10×0.8×W×25)×1.1/(10×W)

根據(jù)設(shè)計寬度W不同，可以很容易得出以下結(jié)果：

圖4　制梁臺座寬度與基底應力之間的關(guān)系曲線(張拉狀態(tài))

根據(jù)以上試算結(jié)果可以看出，在一般地質(zhì)情況下，只需根據(jù)地質(zhì)條件按照相應寬度的制梁臺座兩端設(shè)計即可，如遇到地質(zhì)條件較差的選址，可以采取相應的地基處理來提高基底承載力[12]。

(2)存梁臺座基底應力檢算

存梁臺座按每片梁每端占用3 m長臺座計算，存梁臺座底寬設(shè)為W1，存梁臺座斷面示意見圖5。

圖5　存梁臺座橫斷面(單位：mm)

總荷載=(梁自重+臺座自重)×超載系數(shù)1.1

則單位面積承載力=(1 422+(2×3×(W1×0.6+0.8×0.6))×25)×1.1/(2×3×W1)

根據(jù)以上公式，按設(shè)計寬度W1不同，得出圖6的枚舉結(jié)果。

圖6　存梁臺座寬度與基底應力之間的關(guān)系曲線

以上結(jié)果僅為簡化計算參考，具體結(jié)構(gòu)尺寸可根據(jù)具體情況調(diào)整，如遇軟土、凍土等特殊地質(zhì)情況，應根據(jù)地基承載力情況進行地基處理后再進行荷載檢算。

4結(jié)語

通過對鐵路制存梁場大臨工程設(shè)計和實施階段發(fā)現(xiàn)的常見問題進行剖析，從解讀規(guī)范條文和滿足既有規(guī)范的角度出發(fā)，總結(jié)了各設(shè)計階段制存梁場大臨設(shè)計應注意的工作內(nèi)容，同時對于梁場制存梁臺座規(guī)模匹配和制存梁臺座基礎(chǔ)設(shè)計的問題重點予以分析，建議在定測和初步設(shè)計階段，重點關(guān)注制存梁場的地質(zhì)勘察和制存梁臺座規(guī)模的匹配問題，由于近幾年客運專線、高速鐵路等項目受到更多的關(guān)注，對于箱梁梁場的設(shè)計和規(guī)劃等研究較為深入，但對于普速鐵路T梁梁場的研究重視不足，特別是對于T梁制存梁臺座規(guī)模的匹配和臺座基礎(chǔ)的設(shè)計重視不夠，造成施工階段現(xiàn)場實施規(guī)模和費用的增加。因此，以T梁梁場為例，研究不同臺座寬度與基底應力之間的關(guān)系，此數(shù)據(jù)可作為經(jīng)驗數(shù)據(jù)指導設(shè)計。本文解決問題的部分思路和方法同樣適用于箱梁梁場設(shè)計工作，希望能給相關(guān)設(shè)計人員帶來一定的啟示。

參考文獻：

[1]單向華.關(guān)于鐵路建設(shè)臨時工程費用的研究與建議[J].鐵路工程造價管理，2013(3) ：1-6.

[2]中華人民共和國鐵道部.鐵建設(shè)[2006]113號鐵路基本建設(shè)工程設(shè)計概(預)算編制辦法[S].北京：中國鐵道出版社，2006.

[3]中華人民共和國鐵道部.鐵建設(shè)[2009]226 號鐵路工程施工組織設(shè)計指南[S].北京：中國鐵道出版社，2009.

[4]中華人民共和國鐵道部.鐵建設(shè)[2007]152號鐵路建設(shè)項目預可行性研究、可行性研究和設(shè)計文件編制辦法[S].北京：中國鐵道出版社，2007.

[5]張言華.大臨工程設(shè)置與投資控制合理性分析[J].鐵路工程造價管理，2010(6)：9-12.

[6]徐慶.大型橋梁工程預制梁場設(shè)計及生產(chǎn)優(yōu)化研究[D].合肥：合肥工業(yè)大學，2008.

[7]中華人民共和國鐵道部.鐵建設(shè)[2008]189號鐵路大型臨時工程和過渡工程設(shè)計暫行規(guī)定[S].北京：中國鐵道出版社，2008.

[8]中華人民共和國鐵道部.TB/T 3043—2005預制后張法預應力混凝土鐵路橋簡支T梁技術(shù)條件[S].北京：中國鐵道出版社，2005.

[9]李艷茹.預制梁場建設(shè)規(guī)模優(yōu)化與內(nèi)部布局問題研究[D].成都：西南交通大學，2013.

[10]中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部.GB 50007—2011建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范[S].北京：中國計劃出版社，2012.

[11]張立青.重載鐵路簡支T梁制梁場建場技術(shù)研究[J].路基工程，2011(6):103-105 .

[12]張建慈.軟弱地基鐵路T梁預制臺座基礎(chǔ)設(shè)計[J].筑路機械與施工機械化，2012(4):81-82.

Research on Design of Large-scale Temporary Works in Railway Beam Fabricating Yard

MA Shao-chen

China Railway Wuyuan Survey and Design Group Co.， Ltd.， Beijing 102600, China)

Abstract：The design of large-scale of temporary works in railway beam fabricating yard is key to railway construction organization. In vies of such problems in the design of beam fabricating yard as insufficiency in details and scale， and cost of large-scale temporary works， this paper tries to find out the causes through studying relevant design provisions and documents and the design practices in various projects， and define details and depths in every step of design. With focus on design scale， the organization of actual erection operations are illustrated by mathematical model to determine appropriate yard scale with analysis of comparison of different scales of beam manufacturing tables， and proposals are made to guide the design of T beam manufacturing table foundation， which may serve as references for future design of large-scale of temporary works in railway beam manufacturing yard.

Key words：Railway; Beam fabricating yard; Large-scale temporary works: Design

中圖分類號：U445

文獻標識碼：A

DOI:10.13238/j.issn.1004-2954.2015.06.019

文章編號：1004-2954(2015)06-0084-04

作者簡介：馬紹辰(1975—)，男，高級工程師，1998年畢業(yè)于長沙鐵道學院建筑管理專業(yè)，工學學士，E-mail：260152843@qq.com。

收稿日期：2015-02-01； 修回日期：2015-02-11