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        鐵路客站裝配式鋼筋混凝土雨棚發(fā)展與適用性分析*

        2021-06-24 06:19:26陳月平周大興
        施工技術(shù)(中英文) 2021年10期
        關(guān)鍵詞:形梁雨棚站臺(tái)

        陳月平,溫 愷,周大興

        (中鐵建設(shè)集團(tuán)有限公司,北京 100040)

        1 鐵路客站裝配式雨棚發(fā)展現(xiàn)狀

        大中型鐵路客站無(wú)站臺(tái)柱雨棚多采用裝配式鋼結(jié)構(gòu)+鋁鎂錳合金板屋面,小型客站多采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)、鋼結(jié)構(gòu)+彩鋼板屋面。鋼結(jié)構(gòu)裝配式雨棚在實(shí)際使用過(guò)程中易生銹、屋面抗風(fēng)性差、列車(chē)通過(guò)風(fēng)鳴振顫嚴(yán)重,所以近年中小型鐵路客站建設(shè)中,站臺(tái)雨棚基本以鋼筋混凝土現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)為主。但現(xiàn)澆鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)雨棚施工存在與站前交叉作業(yè)多,單層結(jié)構(gòu)腳手架用量大、周轉(zhuǎn)少,混凝土罐車(chē)進(jìn)場(chǎng)對(duì)場(chǎng)地道路要求高,占用大量人力不環(huán)保,總體施工成本高等問(wèn)題。

        近年來(lái),綠色環(huán)保成為建筑業(yè)發(fā)展必須貫徹的新時(shí)代發(fā)展理念,中國(guó)建筑業(yè)勞動(dòng)力越來(lái)越緊缺,人力成本越來(lái)越高,裝配式建筑結(jié)構(gòu)工廠化生產(chǎn)、現(xiàn)場(chǎng)施工機(jī)械化、節(jié)能環(huán)保等優(yōu)越性得以體現(xiàn),并越來(lái)越被認(rèn)可,建筑工業(yè)化、機(jī)械化是新時(shí)代建筑施工發(fā)展的必然方向[1-10]。同時(shí),鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)站臺(tái)雨棚裝配化理念也得以提出,實(shí)心疊合板裝配整體式混凝土體系、空腔疊合板裝配整體式混凝土雨棚體系、全裝配式混凝土雨棚體系可進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)圖編制,具有推廣意義。

        2019年12月在懷來(lái)站完成了非實(shí)體試驗(yàn)段施工,并作為永久性建筑保留;2020年7月在長(zhǎng)治東站基本站臺(tái)完成了雙柱雨棚裝配式實(shí)體試驗(yàn)段施工,驗(yàn)證了裝配式雨棚的可行性。

        2020年8月,中國(guó)國(guó)家鐵路集團(tuán)有限公司《新時(shí)代交通強(qiáng)國(guó)鐵路先行規(guī)劃綱要》明確提出,到2035年,中國(guó)鐵路網(wǎng)將達(dá)到20萬(wàn)km左右,其中高鐵約7萬(wàn)km。這意味著中國(guó)高鐵運(yùn)營(yíng)里程將是目前運(yùn)營(yíng)里程的近2倍。到2035年,50萬(wàn)人口以上城市高鐵通達(dá),全國(guó)形成1,2,3h高鐵出行圈。目前,我國(guó)100萬(wàn)人口以上城市高鐵通達(dá)率已達(dá)94%,未來(lái)高鐵客站的建設(shè)以中小型客站為主,客站站臺(tái)雨棚將以鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)為主。加上高鐵海外市場(chǎng)越來(lái)越大,使裝配式雨棚的研究具有更高價(jià)值,意義更大。

        2 裝配整體式混凝土雨棚體系應(yīng)用

        裝配整體式混凝土雨棚體系分為實(shí)心疊合板裝配整體式混凝土雨棚體系和空腔疊合板裝配整體式混凝土雨棚體系。

        1)實(shí)心疊合板裝配整體式混凝土雨棚體系

        進(jìn)行實(shí)心疊合板裝配整體式混凝土體系縮尺結(jié)構(gòu)試驗(yàn),如圖1所示。

        圖1 單柱Y形梁+屋面上返梁結(jié)構(gòu)雨棚結(jié)構(gòu)試驗(yàn)

        通過(guò)實(shí)驗(yàn)室縮尺試驗(yàn),驗(yàn)證了裝配整體式鋼筋混凝土雨棚結(jié)構(gòu)的受力性能與撓度滿足現(xiàn)行規(guī)范要求。采用強(qiáng)連接方案,輔以適當(dāng)?shù)男滦脱b配式混凝土結(jié)構(gòu)施工技術(shù),連接可靠、穩(wěn)定,方便現(xiàn)場(chǎng)施工。但構(gòu)件吊裝連接過(guò)程中需有足夠承載力的支撐體系保證現(xiàn)場(chǎng)構(gòu)件連接施工,現(xiàn)場(chǎng)濕作業(yè)多,工序多,工期較長(zhǎng)。

        2)空腔疊合板裝配整體式混凝土雨棚體系

        對(duì)空腔疊合板裝配整體式雨棚體系進(jìn)行理論驗(yàn)算(見(jiàn)圖2,3),認(rèn)為該體系自重小、跨度大、分塊靈活,可直接順軌設(shè)置,支撐于雨棚柱垂軌支撐梁上。

        圖2 TCS內(nèi)模及預(yù)制邊梁安裝完成

        圖3 預(yù)制空腔疊合板現(xiàn)澆部分澆筑完成

        該體系通過(guò)縱梁及邊梁傳遞屋面荷載,相比于實(shí)心屋面框架結(jié)構(gòu),傳遞路徑較小,吊裝方便,雖然有濕作業(yè),但空腔疊合板起到了模板體系支撐作用,現(xiàn)場(chǎng)不需另外進(jìn)行模板支撐體系施工,安裝完成后,可進(jìn)行大面積屋面混凝土澆筑,工期占用不大,結(jié)構(gòu)整體性較好。

        3 全裝配式混凝土雨棚體系應(yīng)用

        全裝配式混凝土雨棚體系是指所有受力構(gòu)件都由工廠預(yù)制,運(yùn)輸至現(xiàn)場(chǎng)拼裝,形成全裝配式結(jié)構(gòu)。

        懷來(lái)站非實(shí)體全裝配式雨棚樣板在站臺(tái)雨棚基礎(chǔ)上,柱間距從9m減為6m,其余Y形梁及挑板與原結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)一樣,在原設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上分為柱、Y形梁及板3部分進(jìn)行裝配式分拆組拼,如圖4所示?,F(xiàn)場(chǎng)吊裝順利,工藝成熟可行。

        圖4 懷來(lái)站非實(shí)體樣板單柱Y形梁+屋面上返梁結(jié)構(gòu)雨棚分拆示意

        長(zhǎng)治東站站臺(tái)雨棚全裝配式實(shí)體試驗(yàn)段選擇1排柱、2榀梁、3跨板,在站臺(tái)原設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上,進(jìn)行原位裝配式分拆拼裝設(shè)計(jì)?,F(xiàn)場(chǎng)吊裝順利,濕作業(yè)較少,工藝成熟可行。但受限于區(qū)域資源及原設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)造型,裝配式拆分的最大板塊屋面中板重達(dá)30t,加上側(cè)線下站,護(hù)坡寬度>10m,需采用350t大噸位起重機(jī)吊裝(見(jiàn)圖5)。雖然吊裝過(guò)程快速便捷,但大噸位起重機(jī)租賃費(fèi)相對(duì)較高,經(jīng)濟(jì)性略差。在規(guī)模化施工、吊裝位置合適的情況下,經(jīng)濟(jì)性與房建裝配式建筑接近。

        圖5 長(zhǎng)治東站實(shí)體裝配式雨棚屋面板現(xiàn)場(chǎng)吊裝

        4 裝配式混凝土雨棚適用性分析

        站臺(tái)雨棚寬度一般與站臺(tái)寬度相同,站臺(tái)分為基本站臺(tái)和中間站臺(tái)?;菊九_(tái)一般寬12m,中間站臺(tái)一般寬9m,也有寬8,11.5m的中間站臺(tái)?;菊九_(tái)雨棚一般采用雙柱π形梁結(jié)構(gòu);寬度<9m 的中間站臺(tái)多采用單柱Y形梁結(jié)構(gòu),9m以上的中間站臺(tái)多采用雙柱π形梁結(jié)構(gòu)??v向跨度多為9,12m。鋼筋混凝土站臺(tái)雨棚屋面多為下返梁及上返梁結(jié)構(gòu)。

        4.1 裝配式分拆方式

        4.1.1雨棚柱分拆

        柱分為梁底、柱底兩點(diǎn)分拆及柱頂、梁底單點(diǎn)分拆2種方式。即使采用裝配式雨棚,雨棚柱基礎(chǔ)也須現(xiàn)澆,雨棚柱模單一、周轉(zhuǎn)性強(qiáng)、所需工人少,現(xiàn)場(chǎng)場(chǎng)地要求較低;早期也有相對(duì)充足的時(shí)間進(jìn)行雨棚柱現(xiàn)澆,且不受站臺(tái)其他相關(guān)專業(yè)施工影響。所以,雨棚柱與基礎(chǔ)一起現(xiàn)澆,在梁底單點(diǎn)分拆更經(jīng)濟(jì)合理。

        4.1.2雨棚支撐梁與實(shí)心(疊合)屋面框架梁板結(jié)構(gòu)分拆

        1)支撐梁與實(shí)心屋面框架梁、板預(yù)留支座分拆(見(jiàn)圖6)

        圖6 長(zhǎng)治東站實(shí)體樣板段雙柱π形梁+屋面上返梁結(jié)構(gòu)雨棚分拆

        Y形或π形支撐梁梁底在對(duì)應(yīng)屋面框架梁部位加支座與上部屋面梁板拆分。若支撐梁太重,可采取縱向整體雙梁拆分。

        上返梁結(jié)構(gòu)造型雨棚較下返梁屋面結(jié)構(gòu)分拆難度大,且上返梁結(jié)構(gòu)分拆后,與Y形梁或π形梁接口處為梁底縫,屋面防水處理難度加大。下返梁結(jié)構(gòu)分拆后,與Y形梁或π形梁接口處為梁頂縫,屋面防水難度相對(duì)較小。

        在與支撐梁分拆的基礎(chǔ)上,屋面框架梁板按結(jié)構(gòu)形式縱向分拆為2~4塊。

        2)支撐梁與屋面梁板預(yù)留后澆帶分拆(見(jiàn)圖7,8)

        圖7 雙柱π形梁結(jié)構(gòu)雨棚框架梁預(yù)留后澆帶分拆

        按房建框架結(jié)構(gòu)拆分法,在相應(yīng)位置預(yù)留后澆帶,加工構(gòu)件,現(xiàn)場(chǎng)支撐好進(jìn)行后澆帶施工。

        圖8 雙柱π形梁+屋面下返梁結(jié)構(gòu)雨棚預(yù)留后澆帶分拆

        預(yù)留后澆帶分拆可使預(yù)制構(gòu)件小型化,方便運(yùn)輸與吊裝,后澆帶施工后結(jié)構(gòu)整體性較好,但現(xiàn)場(chǎng)需另設(shè)大量支撐,成本較高且影響工期。支撐梁與屋面梁、板按支座連接分拆可直接吊裝就位,相對(duì)更快速方便。因拆分質(zhì)量較大,需選擇更大噸位的起重機(jī),還需考慮增加抗震防落梁措施。

        4.2 工廠化加工運(yùn)輸方式

        1)火車(chē)運(yùn)輸 只有線下施工單位的構(gòu)件加工廠方便進(jìn)行裝配式雨棚構(gòu)件加工且具備鐵路運(yùn)輸條件時(shí),才可實(shí)現(xiàn);鐵路運(yùn)輸及軌道車(chē)吊裝須在線路鋪裝完成、接觸網(wǎng)安裝前進(jìn)行。構(gòu)件加工場(chǎng)地與運(yùn)輸時(shí)間均受限制。

        2)汽車(chē)運(yùn)輸 對(duì)加工場(chǎng)地及運(yùn)輸時(shí)間限制較小。

        4.3 節(jié)點(diǎn)形式

        1)柱根節(jié)點(diǎn) 柱采用工廠化加工時(shí),柱根節(jié)點(diǎn)可采用杯形基礎(chǔ)及后注漿植筋連接。采用杯形基礎(chǔ)連接,現(xiàn)場(chǎng)吊裝就位固定相對(duì)容易,杯形周邊灌漿施工簡(jiǎn)單。下插式坐漿植筋施工簡(jiǎn)單,但吊裝過(guò)程中,下插式預(yù)留鋼筋易破壞,造成對(duì)位困難;上插式注漿植筋需后注漿。

        2)柱頂節(jié)點(diǎn) 柱頂與雨棚支撐梁節(jié)點(diǎn)采用注漿植筋連接,下插式坐漿植筋施工簡(jiǎn)單,但吊裝過(guò)程中,上部支撐梁下插式預(yù)留鋼筋易破壞,造成對(duì)位困難;上插式注漿植筋需后注漿。法蘭連接方便,但費(fèi)用相對(duì)較高。

        3)支撐梁與屋面結(jié)構(gòu)連接節(jié)點(diǎn) ①鉸接連接包括牛腿連接(明牛腿與暗牛腿連接)、預(yù)埋鋼板連接,牛腿連接傳力路線明確,施工簡(jiǎn)單;②半剛性連接包括螺栓連接、預(yù)留鋼板連接,施工難度大,費(fèi)用高;③剛性連接包括法蘭連接、焊接連接,施工難度大,費(fèi)用高。

        4.4 吊裝位置

        基本站臺(tái)和中間站臺(tái)最佳吊裝位置為站臺(tái)旁線路路基上,基本站臺(tái)外段條件具備,也適合吊裝。

        4.5 交叉作業(yè)

        站臺(tái)雨棚施工早期與線路路基、線路、站臺(tái)擋墻、出站通道、行包通道、站臺(tái)回填及電氣化專業(yè)分項(xiàng)工程存在交叉作業(yè)。

        如果站臺(tái)雨棚采用裝配式結(jié)構(gòu),在線路路基施工過(guò)程中可啟動(dòng)裝配式工廠化加工及現(xiàn)場(chǎng)雨棚柱基礎(chǔ)施工(單點(diǎn)分拆時(shí),雨棚柱也可同步施工)。在線路路基完成或路基施工過(guò)程中,具有交叉作業(yè)吊裝,可與線路路基施工單位協(xié)商,在最短時(shí)間內(nèi)分段完成雨棚柱、梁、屋面結(jié)構(gòu)的吊裝。該方式可充分利用早期時(shí)間,完成雨棚施工,避免站臺(tái)墻、站臺(tái)面回填,站臺(tái)面墊層施工等專業(yè)的交叉作業(yè),可縮短工期,也可緩解勞動(dòng)力不足給工期造成的壓力。

        如果有條件采用線路工程運(yùn)輸及軌道式起重機(jī)吊裝,則可選擇在站臺(tái)墻及站臺(tái)面墊層、線路初鋪(滿足軌道工程車(chē)運(yùn)行)完成后,以最短時(shí)間在接觸網(wǎng)安裝前,運(yùn)輸?shù)浆F(xiàn)場(chǎng)完成裝配式雨棚吊裝。該方式可給前期站臺(tái)擋墻施工、站臺(tái)回填、站臺(tái)面墊層施工留出充足時(shí)間,緩解雨棚施工搶工時(shí)勞動(dòng)力不足的壓力。

        4.6 優(yōu)化方式建議

        1)加工方式 優(yōu)先選擇就近工廠化加工,考慮裝配式施工發(fā)展還不充分,構(gòu)件加工廠布局較少,采用現(xiàn)場(chǎng)有條件的場(chǎng)地或現(xiàn)場(chǎng)附近進(jìn)行半工廠化加工在較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)較適合。

        2)運(yùn)輸方式 如果可選擇線路橋梁或隧道用構(gòu)件廠作為裝配式雨棚加工廠,同時(shí)具備鐵路線工程車(chē)運(yùn)輸及軌道式起重機(jī)吊裝條件,鐵路工程車(chē)運(yùn)輸是首選,在線路鋪設(shè)完成、鐵路接觸網(wǎng)施工前快速完成雨棚安裝。缺乏鐵路線工程車(chē)運(yùn)輸條件的,只能選擇重型板車(chē)運(yùn)輸,重型板車(chē)運(yùn)輸須在線路軌道板或道碴鋪設(shè)前完成雨棚安裝。

        3)雨棚柱 在柱頂、梁底進(jìn)行裝配式雨棚拆分,或柱底采用杯形基礎(chǔ)連接,更方便現(xiàn)場(chǎng)施工,經(jīng)濟(jì)性更優(yōu)。

        4)下返梁屋面結(jié)構(gòu)更方便拆分,經(jīng)濟(jì)性更好。

        5)雨棚Y形梁及π形梁裝配式對(duì)接,采用下插式植筋對(duì)接(就位時(shí)提前向孔中灌漿,免除后注漿),經(jīng)濟(jì)性最好,預(yù)留鋼筋的保護(hù)措施要到位。上插式植筋對(duì)接避免了梁吊裝運(yùn)輸過(guò)程中對(duì)預(yù)留鋼筋的碰撞,但需后注漿。

        6)空腔疊合板屋面結(jié)構(gòu)拆分更靈活,施工更方便,可用于全裝配式鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

        5 裝配式鋼筋混凝土雨棚發(fā)展方向分析

        實(shí)心疊合裝配整體式混凝土雨棚施工工序多、工期長(zhǎng)、推廣應(yīng)用難度較大??涨化B合裝配整體式混凝土雨棚,屋面分隔靈活、構(gòu)件相對(duì)較小、吊裝方便,雖有濕法施工,但空腔疊合板自體支撐體系完善,混凝土為大面施工,工期可控,整體性好,有推廣應(yīng)用價(jià)值。全裝配式鋼筋混凝土雨棚,構(gòu)件分拆上略有難度,分拆構(gòu)件偏重,但完全實(shí)現(xiàn)了工廠化加工,現(xiàn)場(chǎng)干法連接,施工方便快捷,工期可控,整體性滿足要求,具有較大推廣應(yīng)用價(jià)值。

        5.1 全裝配式鋼筋混凝土雨棚優(yōu)點(diǎn)

        1)在既有車(chē)站改造項(xiàng)目中,能縮短工期,減小現(xiàn)場(chǎng)施工的不可控性,提高施工效率。

        2)新建車(chē)站雨棚施工中,構(gòu)件工廠化預(yù)制,標(biāo)準(zhǔn)化程度高,可利用高強(qiáng)度等級(jí)混凝土、預(yù)應(yīng)力技術(shù)增加結(jié)構(gòu)剛度,減小構(gòu)件截面尺寸,通過(guò)清水混凝土技術(shù),減少現(xiàn)場(chǎng)二次裝修,實(shí)現(xiàn)節(jié)材節(jié)能。

        3)現(xiàn)場(chǎng)安裝簡(jiǎn)捷快速,可緩解現(xiàn)場(chǎng)交叉作業(yè)相互干擾,響應(yīng)綠色施工理念,提高機(jī)械化程度,緩解用工難的困境。

        4)裝配式結(jié)構(gòu)安裝、維護(hù)方便,利于車(chē)站后期的部分工程改造。

        5)相對(duì)于鋼結(jié)構(gòu)雨棚,其耐久性更好,可有效減少后期的維護(hù)工作,確保車(chē)站和鐵路運(yùn)營(yíng)不受影響。

        6)利于雨棚風(fēng)格統(tǒng)一,并向海外鐵路推廣,更好地服務(wù)于“一帶一路”建設(shè)。

        5.2 裝配式雨棚目前存在的問(wèn)題

        1)裝配式雨棚設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)仍在研究階段,驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)還不完善。

        2)整體裝配式建筑仍在推廣,普及度低,構(gòu)件加工廠配置少,構(gòu)件加工費(fèi)單價(jià)較高,概算定額造價(jià)比現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)略高。出于成本考慮,在原現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)下進(jìn)行裝配式分拆施工,施工單位接受度較低。

        6 結(jié)語(yǔ)

        在最優(yōu)化條件下,與現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)相比,裝配式雨棚經(jīng)濟(jì)成本的增加可控制在30%以內(nèi)。裝配式鋼筋混凝土雨棚施工成本雖短期內(nèi)不占優(yōu)勢(shì),但在建筑工業(yè)化發(fā)展大趨勢(shì)下,鋼筋混凝土全裝配式雨棚體系將會(huì)進(jìn)一步完善,得到推廣應(yīng)用。隨著綠色建造理念的大力貫徹,全裝配式鋼筋混凝土雨棚將迎來(lái)很好的推廣應(yīng)用前景。

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