铁路后张法混凝土梁预制场建设技术指南

5 预制场规划设计5.1 总体规划设计5.1.1 根据总体工期安排和铺架计划，结合气候条件选用合理的冬休期或常规性间断生产时间，拟定预制场建设投产及预制场生产与竣工时间，确定预制场的生产能力和制梁周期。5.1.2 根据气候条件确定是否采用蒸汽养护方案。5.1.3 根据预制场生产能力确定制梁台座、存梁台座及其他各功能台座的数量和形式，确定制梁模板、移梁设备、提升站、龙门吊、搅拌站、锅炉等大型工装设备的种类和数量。5.1.4 进行场区内施工道路、给排水管道和供电线路布置，进行生产与生活房屋、搅拌站和砂石料场等规划布局。5.1.5 根据自有设备资源、制梁经验等，结合国内外的先进工艺，确定一种或多种预制场规划设计方案，并进行经济、技术比较，选用合理的方案进行细化。5.2 预制场结构物设计概述5.2.1 结构物分类根据预制场结构物使用频率、破坏后果的严重程度，划分为两种等级：重要结构物和一般结构物。设计时应根据结构等级情况，按照结构的重要性选用相应的结构重要性系数。预制场重要结构物：结构重要性系数为1.1，主要包含制梁台座、存梁台座、移梁台车轨道基础、提梁机走行轨道基础、拌合站基础、静载试验台座等。预制场一般结构物：结构重要性系数为0.9，主要包含钢筋绑扎台座、模型准备台座等。5.2.2 基本规定1 一般要求结构物采用以概率理论为基础的极限状态设计法，以可靠指标度量结构的可靠度，采用以分项系数的设计表达式进行设计。结构物设计，必须坚持因地制宜、就地取材、保护环境和节约资源的原则；预制场结构物应根据岩土工程勘察资料，综合考虑结构类型、大型设备机械性能、材料情况与施工条件等因素，精心设计、精心施工。2 结构正常使用极限状态预制场重要结构物设计按正常使用极限状态进行设计，应进行承载力及稳定、变形、抗裂及裂缝宽度验算。受弯构件的最大挠度应按荷载效应的标准组合并考虑荷载长期作用影响进行计算，其计算值不应超过各结构物挠度限值要求，各结构物挠度限值参见各结构物一般要求部分。预制场结构物裂缝控制等级按第三级设计，裂缝宽度计算按荷载效应标准组合并考虑长期作用影响计算，构件的最大裂缝宽度不应超过最大裂缝宽度限值（lim），最大裂缝宽度限值参见各结构物一般要求部分。3 地基基础设计在预制场结构物基础设计时，一般要考虑如下因素：结构物基础所用的材料及基础的结构型式，基础的埋置深度，地基的承载力，基础的形状和布置以及与相邻基础、地下工程管线的关系，上部结构的类型、使用要求及其对不均匀沉降的敏感性，施工期限、施工方法及所需的施工设备等。预制场重要结构物为对地基变形有特殊要求的结构物，地基基础设计等级为甲级，地基基础计算应在满足承载力计算有关规定的同时，满足地基变形规定，其地基基础的相关计算为变形控制。预制场一般结构物地基基础设计等级为丙级，除有特殊技术要求外，一般地基基础计算只需满足地基承载力规定。预制场结构物地基基础设计步骤宜按以下步骤进行：选择地基基础方案，确定基础类型；确定基础埋置深度和地基承载力特征值；根据地基承载力特征值计算基础底面尺寸和桩基尺寸；根据需要进行地基变形验算；进行基础的结构设计；绘制基础施工详图、提出施工方案。预制场结构物地基基础设计一般先假设后计算，设计时应根据结构物等级要求不同，尽量挖掘地基潜力，充分发挥基础材料性能，采用设计和施工先进技术，降低造价，提高劳动生产率；要强化经济观点，在设计和施工中注意节约。当预制场地基为一般第四纪沉积层时，结构物基础宜优先选用天然地基上浅基础；若浅层上有软弱地基，可考虑人工地基上浅基础或天然地基上深基础：软弱土层较薄，可采用人工处理地基后浅基础，若软弱土层较厚，可选用桩基础。本指南主要针对预制场结构物的地基基础设计提出设计原则和计算方法，对于位于特殊土上预制场的地基基础设计应符合相应规范的规定。4 岩土勘察1） 勘察报告的基本要求预制场结构物地基基础设计时宜按照岩土工程勘察规范GB50021-2001要求，根据结构物地基基础的设计等级提出相应的勘察要求，必要时应根据预制场工程建设的需要提出补充勘察要求。勘察报告应包含勘察内容、图表、场地稳定性评价、地基基础形式和施工建议等。预制场结构设计应采用经审查合格的勘察报告。 2） 对勘察报告的检查预制场结构设计前应检查勘察报告是否满足结构设计的基本要求，大致判断如下：对持力层的判断，根据结构物基础底面标高，判断相应标高处土层作为持力层的可行性，核查勘察报告对持力层的选择是否准确，应重视对地基主要受力层范围内的情况分析；对持力层地基承载力的判断，估算地基承载力是否满足结构基础设计需要，是否存在软弱下卧层，若有软弱下卧层应对其进行承载力验算；对地基变形的判断，根据预制场结构物重要性区分是否应进行地基变形计算，若需要则需要地基变形计算深度内土层参数，在判断过程中，应重视地基变形的经验值，并将其与理论计算的地基变形值进行对比分析，避免计算值与沉降经验值差异过大；勘探点的布置和勘察深度是否满足预制场结构设计要求，若不满足应提出补充勘察要求。3）预制场场地的安全性评价查验预制场地质灾害的危险性评价报告。主要地质灾害包含岩溶、土洞、塌陷、滑坡、崩塌、泥石流、底面沉降、地裂缝、活动断裂、斜坡变形等，对于建于山坡、湖海岸边的预制场，更应特别注意其可能存在的地质灾害。5 计算及荷载预制场结构物地基基础以及结构物的计算应符合建筑地基基础设计规范GB50007-2002和混凝土结构设计规范GB50010-2002的规定；设计荷载取值应符合建筑结构荷载规范GB50009-2001的规定；对于采用桩基础和承台的预制场结构宜符合建筑桩基础技术规范JGJ94-94及钢筋混凝土承台设计规程CECS88：97规定。预制场结构的承载力计算，均应采用荷载设计值；抗裂及裂缝宽度验算，均应采用相应的荷载代表值；直接承受起重设备的结构，在计算承载力、抗裂时，应考虑起重设备荷载的动力系数。预制场结构的地基基础设计时，所采用的荷载效应最不利组合与相应的抗力限值，应按下列规定：按地基承载力确定基础底面积、埋深或按单桩承载力而确定桩数时，传至基础或承台底面上的荷载应按正常使用极限状态下荷载效应的标准组合，相应的抗力应采用地基承载力特征值或单桩承载力特征值；计算地基变形时，传至基础底面上的荷载效应应按正常使用极限状态下荷载效应的准永久组合，相应的限值应为地基变形允许值；在确定基础或桩台高度、计算基础内力、确定配筋和验算材料强度时，上部结构传来的荷载效应组合和相应的基底反力，应按承载能力极限状态下荷载效应的基本组合，采用相应的分项系数；当需要验算基础裂缝宽度时，应按正常使用极限状态荷载效应标准组合。5.3 预制区设计5.3.1 制梁台座1 基本说明制梁台座为预制场制梁区为混凝土梁预制过程提供平台的结构物。一般要在制梁台座上完成立拆模板、钢筋安装、混凝土浇筑及养护、预应力筋张拉等工作。根据上部结构的不同，制梁台座可分为格构式制梁台座和墙式制梁台座；根据下部基础的不同，制梁台座可分为桩基础制梁台座和筏板基础制梁台座等。2 一般要求制梁台座平面布置应结合预制场总体规划、提移梁设备的空间要求进行，同时应满足模板安拆、钢筋绑扎、混凝土浇筑与养护、预应力筋张拉、橡胶棒抽拔等施工空间要求。制梁台座数量应满足预制场总体规划、生产规模和生产速度的要求。制梁台座应满足所预制混凝土梁的结构尺寸以及其他构造要求。制梁台座结构设计按正常使用极限状态进行设计，需进行承载力及稳定、变形、抗裂及裂缝宽度计算。制梁台座自身结构变形不宜超过5mm，最大裂缝宽度限值（lim）不宜超过0.2mm。制梁台座地基基础设计为变形控制，应同时满足承载力计算和满足地基变形规定：基础总沉降量不宜超过9mm，不均匀沉降不宜超过2mm/m，箱梁四支座处沉降差不宜超过1mm。制梁台座基础的沉降应小于制梁台座的容许沉降值，在地基变形计算中可按分层总和法或者建筑地基基础设计规范GB50007-2002规定的方法进行计算。制梁台座宜采用整体基础形式，在确有技术保证的前提下可采用断开式基础形式。3 工况及荷载分析制梁台座计算分析时应全面考虑多种工况，应对各种工况进行具体分析，对不同构件取对该部构件最不利工况为控制工况进行设计。普通制梁台座工况一般有两种控制工况：浇注梁体完毕尚未张拉时为第一工况；台座上张拉阶段完毕尚未提梁为第二工况。第一工况荷载基本为均布于制梁台上，第二工况荷载较为集中于制梁台两端。两种工况下应分别进行构件内力和地基反力计算，求得各构件的内力进行钢筋配置，同时求出地基的反力，以进行地基和基础设计。制梁台座在结构分析计算还要考虑不同移梁设备的作用效应。对于采用滑移台车运梁，不仅要满足前述的第一、第二两种工况，还需满足顶梁千斤顶顶升梁体和移梁台车驼梁重载走行第三种工况，该种工况下的荷载高度集中于台座两端，在移梁台车负载走行工况中需考虑移动荷载和冲击作用。4 几种常用制梁台座设计1 筏形基础制梁台座当制梁台座区地基承载力较低或地质较为不均匀时，宜优先考虑采用筏形基础方案。制梁台座筏形基础因上部结构的不同可分为梁板式和平板式两种类型，其选型应根据工程地质、上部结构体系、荷载大小以及施工条件等因素确定。筏形基础可采用倒梁法、倒盖楼法、弹性地基板法等进行计算，宜优先使用以弹性地基板法理论为基础的有限元数值分析方法进行电算。筏形基础底面的确定上需满足如下要求：持力层地基承载力要求；软弱下卧层承载力要求；荷载合力中心线宜尽量与筏基形心重合。筏形基础的平面尺寸，应根据地基土的承载力、上部结构的布置及各种不同工况下传递下的荷载分布等因素按有关规定确定。在筏形基础的地基计算中，地基必须有足够的承载力、整体稳定性，地基变形且应该在制梁台座基础设计要求容许范围之内。对于上部结构为墙式的梁板式筏基底板，其筏板基础除计算正截面受弯承载力外，其厚度尚应满足抗冲切承载力、抗剪切承载力的要求，且板厚不应小于500mm，板厚与计算区段的最小跨度比不宜小于1/20；筏基底板的抗冲切承载力、抗剪切承载力计算应满足建筑地基基础设计规范GB50007-2002之8.4.5条规定。对于上部结构为格构式的平板式筏基，其筏板基础除计算正截面受弯承载力外，其厚度亦应满足抗冲切承载力的要求，且其板厚不应小于500mm，板厚与计算区段的最小跨度比不宜小于1/20；筏基底板的抗剪切承载力计算应满足建筑地基基础设计规范GB50007-2002之8.4.7条规定。对采用变阶基础变阶的制梁台座筏板基础，在变阶处应进行冲切承载力验算，要求在基础可能冲切处，地基净反力产生的冲切力小于基础可能冲切面上混凝土的抗冲切强度，否则应根据冲切力进行钢筋配置。筏形基础的混凝土强度等级不应低于C30。筏形基础的配筋根据内力计算结果确定：对于平板式筏基，按计算的最大正弯矩配置板内下部钢筋，用计算的最小负弯矩配置板内上部钢筋；对梁肋式筏基，分别按梁肋和底板的内力计算配置。筏板配筋除按计算要求外，纵横方向钢筋，应分别有不低于0.2和0.15配筋率连通。底板受力钢筋的最小直径不宜小于12mm，分布钢筋直径不宜小于10mm，间距不大于200mm。2 桩基础制梁台座制梁台座桩基础承台的型式可根据上部结构类型、荷载形式大小和单桩竖向承载力设计值进行比选。制梁台座基础承台宜选用筏板承台，若有充分技术保证措施，可采用交叉条形承台。制梁台座下各桩的竖向力设计值应根据承台的型式、桩端持力层的土质、上部结构的类型以及传至承台顶面的荷载形式和大小采用合理的计算方法确定。桩的平面布置、桩的最小中心距、承台边缘至桩中心的最小距离和桩边缘承台挑出部分的最小尺寸应符合建筑桩基技术规范JGJ 94-94的规定，同时在桩的布置时宜按下述原则进行布置： 布桩时宜使桩群承载力合力点与计算荷载重心重合，并使桩基在受水平力和力矩较大方向有较大的截面模量；对采用条形承台及交叉条形承台的制梁台座，基础下桩宜沿承台轴线，根据工况及荷载分析计算结果使各桩受力基本相等为原则进行布置；筏形承台当桩数较少时宜按下列原则布桩，柱下筏形承台宜将桩布置在柱下或附近，梁板式筏形承台宜将桩布置在梁下，筏形承台下桩宜根据工况及荷载分析计算结果，使各桩受力基本相等为原则进行布置；筏形承台当需要布置的桩数较多又不能采用承载力更高的桩时可采用小直径桩满堂布置。筏形承台的弯矩设计值宜按下列规定计算：筏形承台的弯矩宜考虑地基土层性质、桩基的几何特征承台和上部结构的型式与刚度，按地基-桩-承台-上部结构共同作用的原理分析计算；对筏形承台当桩端持力层坚硬均匀，上部结构刚度较好且柱荷载及柱间距的变化不超过20时可仅考虑局部弯曲作用，宜按倒楼盖法计算；当桩端以下有中高压缩性土非均匀土层，上部结构刚度较差或柱荷载及柱间距变化较大时宜按弹性地基梁板进行计算。条形承台可按建筑桩基技术规范JGJ94-94中的倒置弹性地基梁法计算弯矩与剪力，并应验算桩顶以上部分结构的局部承压强度。制梁台座承台受柱冲切的承载力、筏形承台受内部桩冲切的承载力计算应符合钢筋混凝土承台设计规程CECS88：97要求；承台应按钢筋混凝土承台设计规程CECS 88：97选取计算截面，计算其弯矩设计值，按规程配置纵向钢筋，保证其承台正截面受弯承载力满足要求；制梁台座基础承台纵向受力钢筋宜采用级钢筋。制梁台座承台斜截面受剪承载力计算时，剪切破坏面可按钢筋混凝土承台设计规程CECS 88：97规定确定，承台宜配置箍筋以满足斜截面受剪。当桩的混凝土强度等级高于制梁台座承台的混凝土强度等级5Mpa以上时，应验算承台在桩上的局部受压承载力，承台的局部受压承载力按钢筋混凝土承台设计规程CECS 88：97确定，并按规程配置局部加强钢筋。制梁台座基础混凝土强度等级不应低于C30。制梁台座承台的尺寸除应满足承载力计算上部结构和桩位布置的需要外，尚应满足如下构造要求：当制梁台座采用条形承台时，条形承台的最小宽度不应小800mm；条形交叉条形的厚度不应小于500mm，台阶形边缘厚度不宜小于300mm，台阶形承台的每阶高度宜为300500mm；对于桩布置于梁下的情况承台板厚度不宜小于600mm，且板厚与计算区段最小跨度之比不宜小于1/20。承台中纵向受力钢筋宜采用变形钢筋。承台中纵向受力钢筋箍筋的配置应符合混凝土结构设计规范GB50010-2002中最大配筋率、最小配筋率的规定。筏形承台板当仅考虑局部弯曲作用，按倒楼盖法计算内力时，考虑到整体弯曲的影响，在纵横两个方向钢筋尚配筋率不低于0.15，贯通全跨配置。对梁板式筏形承台，板的分布构造钢筋直径不宜小于10mm，间距可采用150200mm。承台的纵向受力钢筋直径不宜小于12mm，箍筋直径不宜小于8mm；当梁宽350b800mm时，可采用四肢箍筋，b800mm时，可采用六肢箍筋；箍筋间距不应大于15d（d为梁纵向受力钢筋的最小直径），也不应大于400mm。当条形承台沿纵向布置的桩多于一排时，承台的翼板内必需配置横向钢筋，除应满足受弯承载力的要求外其直径尚不应小10mm，间距不大于200mm；纵向分布钢筋的直径可采用812mm，间距不应大于250mm。桩顶嵌入承台内的长度，对250mmdp800mm的桩，不宜小于50mm；对dp800mm的桩不宜小于100mm；且桩不得从承台底部受力钢筋网片中穿过。混凝土桩的桩顶主筋应伸入承台内其锚固长度不宜小于30倍主筋直径。其他有关桩基设计部分参见桩基础存梁台座部分。5 构造制梁台座顶面不宜预留设拱（挠）度，制梁所需预设的拱（挠）度宜由模板设计和制造单位在模板加工和安装上进行控制，在预制梁模板施工中可通过调整底模与台座间楔形钢板调整预设拱（挠）度。制梁台座基础及上部结构应预留与模板连接预埋件，并预留其他制梁装备所需接地预埋件。制梁台座周边应采取混凝土硬化表层，硬化层构成为底层三七灰土不宜小于30cm，表层混凝土厚度不宜小于15cm，在存梁台座周边硬化混凝土范围不宜小于3m。制梁台座应与周边场地硬化混凝土应设