鐵路制存梁場大臨工程設計問題研究

馬紹辰

(中鐵第五勘察設計院集團有限公司，北京　102600)

鐵路制存梁場大臨工程設計問題研究

馬紹辰

(中鐵第五勘察設計院集團有限公司，北京102600)

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

關鍵詞：鐵路；制梁場；大臨工程；設計

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

1目前鐵路制存梁場設計存在的問題

1.1目前大臨工程設計主要依據[2-4]

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

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

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

(4)鐵建設[2009]89號文《關于加強鐵路大型臨時工程設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計范圍作了明確規定，“152號文”對于鐵路工程設計各階段大臨工程應該設計到什么深度、文件及出圖范圍作了明確規定，“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計和審查提出了更高要求，因此大臨工程設計必須依照這幾個規范性文件來執行。然而在設計院具體設計過程中仍可發現上述文件依然存在很多需要明確和細化的問題，近年來梁場大臨設計遇到的主要問題如下。

(1)在設計深度方面，按“89號文”相關條文，重點大臨工程是在初設批復后才進行鉆探和深化設計，施工圖階段一旦發現地質條件不好，大臨費用較初設批復增加較多，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”未對大臨工程設計圖紙明確要求，因此各設計院大臨工程設計圖紙不統一，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計。

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

2梁場設計存在的主要問題分析

(1)“89號文”發布時間相對較晚，加深大臨工程設計和審查的條款又較為籠統，而真正用于指導設計和出圖的 “152號文”并沒有進行相應條款修正，造成各設計院設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計。

(2)由于大臨工程本身的特殊性，不可能如實地按設計圖紙施工，從驗收和計量的角度上與正式工程存在很大區別。一方面，如參照正式工程設計出圖，結構物尺寸和地基處理等數量勢必會較現場實施數量偏大，造成一定程度上的浪費；另一方面，臨時工程存在不確定性，設計單位也很難在初設階段考慮全面，而到施工階段除重大施工組織調整，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自身的機具保有情況自行調整，施工更為關注如何按期竣工，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置一旦定型，后期再增加規模對施工單位損失更大，因此就促使施工單位往往會根據現場情況和以往的施工經驗按照相對不利的因素自行規劃場地及規模。

(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，造成現場實施規模的增加。

3鐵路制存梁場大臨工程設計的建議

3.1明確各設計階段大臨工程設計重點解決的問題

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

(2)初步設計階段：根據“152號文”相關規定，大臨工程設計需要說明設計原則及位置、規模、場外岔線、供應總量、供應范圍、工程數量、占地數量等內容，并附梁場的平面布置圖和梁場的工程數量表。根據“89號文”的相關要求，制存梁場等大臨工程的總體布置和初步設計工作應在初步設計階段完成，大臨工程初步設計文件作為建設項目初步設計文件的組成上報鐵道部(現中國鐵路總公司)審批。由于初設批復投資作為鐵路建設項目總投資的控制數額，一般不允許調整，因施工組織和特殊原因需要調整的，按規定程序報批。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增難度加大。也就是說，盡管“89號文”規定在初設批復后才進行地質鉆探，但為了批復投資的準確性，仍建議設計院在定測期間考慮少量勘探工作，并根據相應的地質資料進行深化初步設計，特別是對于結構基礎檢算工作建議達到施工圖設計深度，這樣做不僅可以避免施工圖大臨投資超批復的現象，還能有效地縮短施工圖設計周期。

(3)施工圖階段：根據“152號文”相關規定，施工圖階段大臨設計要求與初步設計要求一致，未進一步要求深化設計；根據“89號文”的相關規定，建設單位要組織勘察設計單位根據批復意見完成地質鉆探工作和施工圖設計，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。因此建議設計單位提前開展大臨工程的地勘和施工圖設計工作，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，其他結構基礎檢算資料和臺座等細部設計圖等資料也須完善以備審查。

3.2對于制存梁臺座設計規模的考慮

按照“189號文”相關規定，制存梁場的規模和位置選擇應根據建設項目的總工期、施工組織設計、存梁能力、存梁時間、簡支梁工程量和橋梁分布等因素，結合工程條件進行經濟比選確定[6]，宜大不宜小。其中制梁能力應根據架梁工期、同時供應的架橋機數量、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、存梁臺位數量原則上應根據施工組織設計及工期安排確定，也可參考下列公式[7]計算，并按施工組織設計作必要調整。

式中N3——制梁臺座數量，個；

η——每日預制T梁數量，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；

T4——每片T梁占用存梁臺位時間，d/片；

K2——存梁系數，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，從設計角度考慮，建議根據現場實際情況，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條件》( TB/T2965—2011)中規定，混凝土保護層澆筑完畢后，應采取保水養護，自然養護條件下，相對濕度在60%以上時，自然養護不少于14 d。這樣按規范要求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：

制梁臺座數量為6片/d×4 d/片=24個；

存梁臺座數量為6片/d×40 d=240個；

如按雙層存梁考慮，雙層存梁臺座數量為240(個)×0.7=168個；

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

按平均制架梁進度初步確定制存梁臺座規模后設計并沒有結束，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濟。

通過項目數據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。根據項目實際進行數學模型分析的好處是可以更優化配置梁場臺座規模，指導優化架梁進度[9]。

注：以上模型根據預制梁模板按每制梁臺座配備1套考慮，如考慮模板周轉可將制梁臺座數進行修正。圖1　制存梁臺座匹配關系

3.3對于制存梁臺座基礎設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模影響較大，特別是在不良地質情況下，按照“189號文”相關規定，臺座基礎設計應符合現行國家標準《建筑地基基礎設計規范》(GB50007—2011)的相關規定，也可采用《鐵路橋涵地基和基礎設計規范》(TB10002.5—2005)，制梁臺座、靜載實驗臺座兩端區域和中間區域可根據各自受力情況分別采用不同方式進行基礎處理[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或地質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，附加設備及施工人員荷載約200 kN。梁長32.6 m，制梁臺座基礎長按34 m設計。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計結構尺寸明顯偏大一些，32 m T梁臺座基礎平面布置如圖2所示。

圖2　32 m T梁臺座布置示意(單位：mm)

設一般兩端加強區域的長度為5 m，寬度為W，則荷載檢算公式為

總荷載=(梁自重+模板自重+附加設備人員重+臺座自重)×超載系數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)

根據設計寬度W不同，可以得出臺座寬度與基底應力之間的關系曲線，如圖3所示。

圖3　制梁臺座寬度與基底應力之間的關系曲線

在T梁張拉的受力情況下，由于T梁會產生上拱徐變造成臺座受力發生變化，按極限狀態兩端受力考慮[11]，則有以下公式

總荷載=(梁自重+臺座自重)×超載系數1.1

臺座基底應力=(1 422+10×0.8×W×25)×1.1/(10×W)

根據設計寬度W不同，可以很容易得出以下結果：

圖4　制梁臺座寬度與基底應力之間的關系曲線(張拉狀態)

根據以上試算結果可以看出，在一般地質情況下，只需根據地質條件按照相應寬度的制梁臺座兩端設計即可，如遇到地質條件較差的選址，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)

根據以上公式，按設計寬度W1不同，得出圖6的枚舉結果。

圖6　存梁臺座寬度與基底應力之間的關系曲線

以上結果僅為簡化計算參考，具體結構尺寸可根據具體情況調整，如遇軟土、凍土等特殊地質情況，應根據地基承載力情況進行地基處理后再進行荷載檢算。

4結語

通過對鐵路制存梁場大臨工程設計和實施階段發現的常見問題進行剖析，從解讀規范條文和滿足既有規范的角度出發，總結了各設計階段制存梁場大臨設計應注意的工作內容，同時對于梁場制存梁臺座規模匹配和制存梁臺座基礎設計的問題重點予以分析，建議在定測和初步設計階段，重點關注制存梁場的地質勘察和制存梁臺座規模的匹配問題，由于近幾年客運專線、高速鐵路等項目受到更多的關注，對于箱梁梁場的設計和規劃等研究較為深入，但對于普速鐵路T梁梁場的研究重視不足，特別是對于T梁制存梁臺座規模的匹配和臺座基礎的設計重視不夠，造成施工階段現場實施規模和費用的增加。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系，此數據可作為經驗數據指導設計。本文解決問題的部分思路和方法同樣適用于箱梁梁場設計工作，希望能給相關設計人員帶來一定的啟示。

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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年畢業于長沙鐵道學院建筑管理專業，工學學士，E-mail：260152843@qq.com。

收稿日期：2015-02-01； 修回日期：2015-02-11