梁体预制工程

9 梁体预制工程
9-1 概述
9-1-1 梁体预制工程施工内容及特点
9-1-1-1 施工内容
梁体预制工程施工是指在桥位附近的临时预制场或固定的混凝土工厂进行批量预制预应力混凝土梁的一种施工方法。

按照梁体承重结构截面型式分为T型梁和箱型梁(双线单室、单线单室)；按照预应力施加和浇筑混凝土的先后次序又分为先张法和后张法。

但无论是哪种梁型，哪种方法，其施工工艺中的各个流程：支立模板；钢筋加工、骨架成型；混凝土拌合、泵送、灌筑、振捣、养护；预应力施工；压浆与封端；箱梁移运等均需要各类施工机械来完成。

9-1-1-2 与现浇法相比预制梁体工程有以下特点
1.梁体预制工程和桥梁墩台现浇法施工相比,梁体预制与架设工程可以平行作业，大大地缩短了制
架梁施工工期。

2.梁体预制工程在专业化预制场生产,机械化程度高,可以提高劳动生产率，降低工程成本,加快施
工进度。

3.梁体预制工程在专业化预制场生产,工艺装备齐全, 质量容易控制，流水作业,便于管理。

9-1-2 梁体预制工程装备演变及发展方向
9-1-2-1 专业化工厂预制梁体阶段
建国初期，铁道部根据当时我国工业发展水平和铁路建设的需要，做出以混凝土梁逐步替代钢梁的决定。

1955年铁道部科学研究院在丰台桥梁厂完成了跨径12m的T型预应力混凝土梁的试制与试验工作。

1956年在东陇海铁路新沂河成功修建了一座28孔，跨径24m，预应力混凝土T型桥梁。

1960年大桥局在南京长江大桥完成了32m跨径的预应力混凝土T型梁试制,并于1964年开始正式在工地投产制造。

目前，我国普通铁路上的大、中、小桥及特大桥的桥梁大都采用预应力混凝土T型简支梁。

由于铁路运输条件可以满足32m以内跨径预应力混凝土T型梁的运输，因此铁道部专业桥梁厂如丰台、哈密、成都、株洲、都匀、襄樊等桥梁工厂承担了大部分32m跨径预应力混凝土T型梁的制造任务。

在专业化工厂预制梁体阶段,予制予应力混凝土T型梁由固定制梁台座制梁发展到活动台座制梁,再发展到活动台座流水生产线制梁。

由于予制予应力混凝土T型梁重量较轻,其施工机械均为中小型施工设备。

9-1-2-2施工现场预制梁体阶段
90年代末期至今，随着秦沈、京津、武广、郑西、温福、合宁、合武、哈大、京沪等客运专线、高速铁路的修建,新型的550t、24m双线单室预应力混凝土箱梁，450t、32m单线单室预应力混凝土箱梁，900t、32m双线单室预应力混凝土箱梁相继投入使用。

铁路运输条件已不能满足24m、32m预应力混凝土箱梁的运输，开始在临近施工线路工地上建立梁场,进入施工现场预制梁体阶段。

在施工现场预制梁体阶段中，采用固定制梁台座制梁方法,施工机械化程度由低级向高级渐进发展。

箱梁内外模模板由人工组合式发展到整体液压式内模和可移动式整体外模；钢筋骨架架立由在台位上绑扎发展到分片整体吊装架立；存梁场区箱梁的移运由移运器移梁,发展到移运台车、再发展到大吨位轮胎搬运机和轨行式搬运机移运；混凝土搅拌设备由最初2³60m3/h拌合站发展到2³120m3/h拌合站；混凝土输送由管道输送发展到混凝土输送车送输到台位；其泵由60m3/时单作用低压输送泵发展到90m3/时双作用高压混凝土输送泵；混凝土布料由简易布料杆发展到液压布料机、混凝土泵车；箱梁梁体桥面抹平由过去的人工抹平发展到机械抹平......。

预制梁体生产效率已由开始的5-6天生产一跨箱梁提高到4-5天生产一跨箱梁的较高水平。

9-1-2-3预制梁体施工装备发展方向
展望我国现场预制梁体工程施工装备发展方向，为适应今后客运专线、高速铁路修建的需要，预制梁体施工装备应向综合性能广、专业性强、技术性能优、生产效率高、操作维修简捷、环保性能显著的方向发展。

开发引进综合性钢筋成型加工机械，形成批量生产多规格、多型号的钢筋骨架和构件，降低材料消耗，提高劳动生产率。

开发高压，大功率的混凝土泵送设备，提高机械性能，降低故障频率，减少堵塞现象，以适应高性能
混凝土泵送的需要。

开发移动式蒸养罩具，降低劳动强度,缩短梁体养护周期，提高梁体养护质量，以适应北方地区寒冷季节的施工。

开发大吨位、体积小、重量轻、结构紧凑、操作简便并向计算机控制方向发展的预应力张拉设备。

逐渐取代人工调整操作，确保张拉控制工序的质量。

梁体予制工程中混凝土搅拌、泵送、振捣、钢筋加工、箱梁移运、预应力施工、压浆等工序尽量采用变频节能新技术，以降低能源消耗。

9-1-3 预制梁体工程装备选型配套的基本原则
预制梁体工程选型配套取决于梁场的规模、工期进度要求、施工成本、地质和地势条件、企业的技术装备政策等诸多因素。

设备的选型和配套有两种不同的含义。

“选型”是指选择设备的性能、规格、型号、厂家，这是设备选型配套的前提，没有优良、先进性能的设备就不能发挥工序设备的效能。

“配套”是指工序设备之间合理的匹配关系，这是设备选型配套的基础，没有合理的匹配关系，就不可能发挥预制梁体工程机械设备的整体效益。

因此，在预制梁体工程机械选型配套应遵循如下基本原则：
1.预制梁体工程机械选型配套应满足施工组织进度要求，以梁体混凝土施工为主线，按照模板架立、
钢筋加工、骨架成型、预应力张拉、压浆、封端、移运等工序配置机械设备，形成各工序机械化流水生产作业线。

2.预制梁体工程在机械选型上要保证设备的技术先进性和经济合理性。

具体要从生产效率、可操作
性、安全性、耐用性、维修性、能耗水平、价格、性价比等方面综合考核选择。

严禁选择技术陈旧、性能落后、能耗大的过时或淘汰产品。

3.预制梁体工程在设备选型是要考虑其通用性。

既可以在预制梁体工程使用也可以在现浇梁体工程
中或其他相关工程中使用，以降低设备的购置成本和运行成本。

4.预制梁体工程设备选型时，对工序中同一用途的多台设备尽量在规格、型号、厂家上统一，有利
于设备的维修、保养，配件储备和使用管理，以降低工程成本。

5.预制梁体工程机械设备配套,应考虑工序之间机械化程度的均衡性。

前后工序机械设备之间在生
产能力、工艺性能、技术性能要有合理的配套关系，体现预制梁体工程整体机械化施工水平，不能顾此失彼。

6.预制梁体工程在设备配套时，对中小型设备可根据自身能力，留有备用。

这样既可以及时替换故
障设备，又可以对设备能力不足的环节做必要的补充。

9-2箱梁预制施工装备
9-2-1 箱梁预制施工的主要设备
箱梁预制施工是客运专线、高速铁路桥梁施工的主要施工方法。

其施工工艺主要包括制、存梁台座设计、施工；模板的设计、制造及安装；钢筋加工及骨架的制作、架立；混凝土拌合、泵送、灌筑、振捣及养护；预应力施工；孔道注浆和封端；箱梁移运等。

9-2-1-1箱梁预制工程主要工艺特点
主要工艺特点：
1.预制箱梁梁体轮廓尺寸大、混凝土数量多、重量重、施工技术复杂，质量要求高。

2.制、存梁台位受力大，四支点承载高程要求严格，对台座刚度及变形要求高。

3.钢筋数量大，型号多，需要在设计好的胎具上绑扎，整体吊装，工序复杂。

4.模板制作、安装精度要求高，误差小，整体强度、刚度大，检测严格，定位准确。

5.高性能混凝土对原材料、添加剂选择要求严格，计量准确，强度、弹性模量、耐久性和密实性要
求高。

6.大体积混凝土需6小时内分层连续灌筑、捣固,一次成型，蒸汽养护，施工组织要求严。

7.预应力张拉施工分三次进行，施工程序多，检查、测量精度要求严，技术含量高，施工难度大。

8.预应力孔道注浆采取连续式真空泵压浆工艺，同一管道一次完成，水泥浆抗压强度高。

9-2-1-2 箱梁预制工程主要施工设备
1.模板设备：底模、外侧模、内模、端模；
2.混凝土设备：搅拌站、混凝土输送泵、混凝土输送车、混凝土泵车、混凝土布料装置、混凝土振
动器；
3.钢筋加工设备：钢筋切断机、钢筋弯曲机、钢筋对焊机、钢筋调直切断机、电焊机；
4.起重设备：门式起重机、汽车起重机、叉车；
5.予应力设备：张拉千斤顶、高压泵站；
6.压浆设备：、灌浆机、压浆台车、真空泵；;
7.移运设备:移梁台车、搬运机
8.其它设备：变压器、柴油发电机、装载机、蒸汽养护锅炉等。

9-2-2 箱梁预制施工装备选型配套方法
9-2-2-1箱梁预制施工装备选型配套方法步骤
箱梁预制施工装备选型配套实际上是新建箱梁预制场装备的整体投入，它的选型配套主要取决于预制梁场的规模和工期的长短。

在选型配套时要遵循下述步骤进行。

1.首先根据制架梁工程数量、工期进度要求、架梁区段长度、架桥机、运梁车数量、梁场地势和地
质条件、梁场位置、架梁半径确定梁场的规模。

2.在满足制架工期、进度指标和制梁各工序的循环作业时间的要求前提下，计算出制、存梁台座及
模板数量。

3.根据企业技术政策，现有设备状况、施工经验，并考虑具有一定储备能力的原则，选择各施工工
序机械设备的型号、规格和数量。

4.在满足工期进度指标前提下，要考虑各工序之间的均衡性，注意各工序生产能力的配套关系，不
能顾此失彼。

5.设备的配套首先立足于自身现有设备，充分发挥现有设备的作用，降低工程设备投入成本。

在设
备不足时，再考虑新制和新购设备。

6.在新购各类机械设备选型时，要充分调研考核并掌握设备的型号分类、特点、规格及其厂家信誉，
在选型上做到技术上先进，经济上合理。

7.设备台数的确定要根据工程各工序的工作量及已选机型的生产能力，经详细计算确定。

9-2-2-2模板设备的选型配套
1.模板的选型
在目前的箱梁预制施工中，模板分为侧外模、底模、端模和内模。

其中侧外模分为组合式侧外模、整体固定侧外模和移动整体式侧外模，内模分为组合式内模和液压整体式内模。

在选型时应优先考虑选用移动式整体侧外模和液压整体式内模。

移动式侧外模和液压整体式内模工作效率高，不需要人工组拼、拆卸及吊装，劳动强度低，作业安全，箱梁成型质量好，是箱梁预制工程理想的模板装备。

但由于移动式整体侧外模和液压整体式内模投入成本高，对于梁场规模小，制架工期较宽松的箱梁预制工程也可采用组合式内模和外侧模。

移动式整体外模及液压内模参看图9-2.1～图9-2.3。

2.模板与制梁台座的配套
模板数量的配套取决于箱梁预制各工作循环时间及在制梁台座上的占用时间。

通过表9-3-1可以看出台座的工作循环周期为120h，模板的循环周期为60h。

因此，在正常的工作情况下，外侧模、端模和内模与制梁台座配备比例为1：2，即1套模板对应两个台座（含底模）配置使用。

图9.2.1整体移动外模示意图
图9.2.2底模示意图
图9.2.3液压内模示意图
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图9.2.4端模示意图
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9-2-2-3混凝土设备选型配套
1.混凝土搅拌站的选型配套
混凝土搅拌站是予应力混凝土箱梁施工的主要设备，它是将一定配合比例的水泥、砂、石骨、料添加剂及水等搅拌成匀质混凝土的专用大型机械。

参看图9.2.5混凝土搅拌站示意图；图9.2.6混凝土搅拌站全貌图
图9.2.5混凝土搅拌站示意图
图9.2.6混凝土搅拌站全貌图
(1)混凝土搅拌站型号
混凝土搅拌站由组代号、装机台数、搅拌机形式代号、主参数和变型或更新代号等组成。

其中，组代号HZ为混凝土搅拌站，HL为混凝土搅拌楼；装机台数用阿拉伯数字标注，单机可省略；搅拌机型式代号S为双卧轴式，D为单卧轴式，T为行星式，W为涡浆式，F为锥形倾斜出料式，Z为锥形反转出料式；主参数代号为生产率，单位ｍ3/h；变更或更新代号用A、B、C…表示。

(2)混凝土搅拌站的型式
①拉铲集料式搅拌站。

骨料系统采用扇形料场储料、悬臂拉铲集料、卸料门下带称量斗、料车提升投料的方式，代号A型。

拉铲式搅拌站的建站投资比较低，因此被广泛采用。

但在实际应用中逐渐显露其不足：一是拉铲卷扬的钢丝绳和铲斗的磨损量大，拉铲的作业环境差，劳动强度大；二是料场的堆
积容积有限而且死料多，对砂石供应流通领域的物流要求较高；三是受拉铲与提升装置的规格和露天料场的影响，搅拌站的规格受限制。

②配料机组合式搅拌站。

骨料配料机又称配料站，是集砂石的储供料、计量和配料输出的功能于一体的模块化骨料后台装置。

它与骨料提升装置组合的形式逐渐替代了拉铲式搅拌站的骨料系统。

代号B型，其特点是：主体结构比较简单，60°直轨结构占地面积较小，建站投资也较低，应用在工程施工现场比较多见。

然而，骨料系统采用料车提升方式的搅拌站也有难以逾越的弱点：一是提升卷扬的钢丝绳磨损较大，钢丝绳缠绕和料车轨道运行的维护保养工作量较大；二是受提升驱动和制动装置配套的局限，规格难以再大；三是骨料流程中由于料车下降时间的因素存在，批次骨料的工作循环周期相应增加，提高生产率受到限制。

③皮带机提升仿楼式搅拌站。

其骨料系统有两种形式，一种是斜皮带机前加置配料机，骨料提升至主体的中途斗暂存再投料的基本形式，代号C型；另一种是隔墙料场下的地槽内加置独立计量的砂、石计量斗，批次骨料经水平皮带机输送，倾斜皮带机提升到主体的中途斗暂存后投料的仿楼流程形式，代号E型。

皮带机提升仿楼式搅拌站结构合理，性能优越，配置先进，功能齐全，成套设备布局能适应箱梁予制施工混凝土的使用要求和适用条件。

④骨料直投式砼搅拌站，代号D型，其结构特点是骨料提升采用人字花纹带型的倾斜皮带机，皮带机输出直接投料。

主体没有中途暂存斗，计量系统将水泥与掺合料，水与添加剂的计量装置及其架体采用模块化结构设计，并直接坐落在搅拌机上。

其优点是骨料流程简捷，结构紧凑，设备占地面积小，设备主体结构安装调试简捷，拆迁移动便利，外观简洁美观，主体台面通畅，维护保养方便，而且能采用砂浆裹石搅拌工艺，满足拌制高性能砼的要求。

(3)混凝土搅拌站主机型式
混凝土搅拌站主机常用的有锥形反转出料式、立轴涡浆式和双卧轴强制式三种型式。

其搅拌性能与效用参见表9-2-2。

(4)搅拌站类别与特点见表9-2-3
(5)HZS系列混凝土搅拌站主要技术参数表9-2-4
参数有可能变动，以产品为准。

(6)混凝土搅拌站选型配套基本要求
①首先，根据箱梁预制场的规模，日制箱梁跨数，计算预制梁场单日混凝土供应量。

一般情况梁场规模在600跨以上，日平均制梁2-3跨的箱梁预制场应选择2³120m3/h拌合站；梁场规模在600跨以下，日平均制梁1-2跨可选择2³90m3/h拌合站，以满足箱梁梁体连续
灌筑时间不超过6小时的要求。

②混凝土搅拌站主机型式的选择应根据预制箱梁高性能混凝土稠度大、骨料粒径小、坍落度小的特点，优先选择双卧轴强制式拌合机。

其优点是，搅拌时间短，生产率高，搅拌质量好，对环境污染小。

③混凝土搅拌站骨料供应系统型式的选择，应结合箱梁预制场地的地形、地势条件、场地面积、施工经验及使用习惯来综合比较选择。

目前，常用的为独立料场与配料机分离，装载机供料，皮带输送机提升的仿楼型式。

其特点是占地面积小，基础投资费用低，适应性强。

④混凝土拌合站水泥供应的选择一般有四种型式：螺旋输送机、回转给料机、斗式提升机和压气输送。

目前常用为压气输送，其特点是对环境污染小，效率高。

⑤混凝土搅拌站配料计量系统选择应配置PLC微机控制监视管理，以确保预制箱梁高性能混凝土对砂、石、骨料、粉料、剂料、水的精度要求。

2.混凝土泵送机械选型配套
混凝土泵送机械包括混凝土泵及混凝土泵车。

混凝土泵是将混凝土沿管道连续输送到浇筑工作面的一种混凝土输送机械。

参看图9.2.7。

图9.2.7混凝土泵外貌图
混凝土泵车是将混凝土泵装在汽车底盘上，并用液压折叠式臂架上的管道来输送混凝土的机械。

参看图9.2.8示意图;图9.2.9外貌图
图9.2.8混凝土泵车示意图
图9.2.9混凝土泵车外貌图
(1)混凝土泵送机械分类
①混凝土输送泵按其移动方式分为拖式、固定式、臂架式和车载式。

拖式混凝土输送泵安装有轮胎，可以在施工现场方便地移动，在铁路工程施工单位使用较为普遍。

②混凝土输送泵按其驱动形式分为机械式、液压式和风动式。

目前机械式和风动式已经基本不生产。

③混凝土输送泵按其排量大小分为小型（泵排量小于30m 3/h ）、中型（泵排量为30～80m 3/h ）和大型（泵排量大于80m 3
/h ）混凝土输送泵。

④混凝土输送泵按其分配阀结构型式分为管型闸阀、闸板阀和“S ”阀三种类型，目前预制梁场常用的是闸板阀和“S ”阀液压式混凝土输送泵。

⑤混凝土泵车按其底盘结构可分为整体式、半挂式和全挂式。

目前常用的是整体式混凝土泵车。

(2)混凝土输送泵型号
混凝土输送泵的型号分类及表示方法见表9-2-5。

(3)常用混凝土输送泵主要技术性能见表9-2-6
(4)常用混凝土车载泵主要技术性能表见表9-2-7
(5)常用混凝土泵车主要技术性能,参看表9-2-8
（6）混凝土输送泵选型配套基本要求
在铁路施工机械中,绝大多数制造厂家提供的机械性能和生产率与实际使用相差不大，但混凝土泵送机械由于其泵送的介质、泵送混凝土的性状、使用环境、设备、输送管道的安装和布置及使用操作等因素的影响，理论计算值与实际使用差别较大。

为此,在混凝土泵送机械选型配套时要考虑：
①根据厂家提供的混凝土输送泵理论排量计算该型混凝土输送泵实际平均输送量，做为设备选型的重要指标。

其计算公式如下：
Q1=Q max³a1³η………………………………………式9-2-1 式中: Q1──每台混凝土输送泵的实际平均输出量(m3/h)；
Q max──每台混凝土输送泵的最大输出量(m3/h)；
a1──配管条件系数。

可取0.8～0.9；
η──作业效率。

根据混凝土搅拌运输车向混凝土输送泵供料的间断时间，拆装混凝土输送管和布料停歇等情况确定，可取0.5～0.7。

②混凝土输送泵形式的选择要根据工程量、施工环境、电力资源等进行确定，在电力资源丰富，地方电网质量较高的施工环境，一般选择电动泵；在电力资源不足，地方电网质量不高的施工环境选择内燃泵。

混凝土箱梁预制场电力资源丰富，一般选用拖式、电驱动、双缸、“Ｓ”阀混凝土输送泵。

其特点是磨损小，故障率低，作业效率高。

③为提高混凝土输送泵平均实际排量，在进行管道配管时，混凝土输送泵输送管道整体水平换算长度应不超过计算所得的最大水平泵送距离，混凝土管道总压力损失，应小于混凝土泵正常工作压力的最大出口压力。

否则混凝土输送泵输送能力将大大降低。

a．混凝土输送管的水平换算长度见表9-2-9
角度与90°角的比值；3、向下垂直管，其水平换算长度等于其长度；4、斜向配管时，根据其水平及垂直投影长度，分别按水平、垂直配管计算。

b．混凝土泵送换算压力损失见表9-2-10
c．混凝土附属泵体换算压力损失见表9-2-11
④混凝土输送管道包括直管，弯管，锥形管，软管，管接头，截止阀等，选配时要考虑阻力小，耐磨损，自重轻，便于拆装等因素。

参看常用直管重量表9-2-12；常用弯管道重量表9-2-13,常用软管道重量表9-2-14。

⑤选择混凝土输送管径时要考虑粗骨料最大粒径尺寸，一般情况下粗骨料粒径与输送管径应成正比例关系。

参见表9-2-15常用混凝土输送管规格表；表9-2-16混凝土输送管与粗骨料最大粒径关系表。

⑥混凝土输送泵在箱梁预制场一般配置２台同时灌注，考虑梁体系高性能混凝土，坍落度小，极易堵管，为确保混凝土连续灌注，在配套时建议增加１台备用设备。

3.混凝土运输机械选型配套
混凝土运输机械是将拌合好的新鲜混凝土及时保质保量地运输到灌注工地的设备。

混凝土搅拌运输车是混凝土运输的专用设备。

它由运载底盘和相对独立的搅拌装置组成，在混凝土运输过程中通过搅拌装置不停的搅动，避免了分层离析现象，优质的将混凝土运输到灌筑工地。

参见图9.2.10
图9.2.10混凝土搅拌运输车示意图
（1）混凝土搅拌运输车的分类及特点：
①按运载底盘结构形式分类可分为自行式和拖挂式混凝土搅拌运输车。

自行式采用普通载重汽车底盘，拖挂式采用专用拖挂式底盘。

②按搅拌筒驱动型式可分为集中驱动和单独驱动混凝土搅拌运输车。

集中驱动搅拌运输车其结构是搅拌筒旋转与整车行驶共用一台发动机。

它的特点是结构简单，紧凑，造价低廉。

但因道路条件的变化将会引起搅拌筒转速的波动，影响混凝土拌和物的质量；单独驱动搅拌运输车是单独为搅拌筒设置一台发动机，该形式的搅拌运输车可选用各种汽车底盘，搅拌筒工作状态与底盘的行使性能互不影响。

但是制造成本较高，整车重量较大，适用于大容量搅拌运输车。

③按搅拌装置传动方式分类可分为机械传动、全液压传动和机械——液压传动的混凝土搅拌运输车。

采用液压传动与行星减速器易实现大减速，无级调速，结构紧凑等，目前普遍采用这种传动方式。

④按搅拌容量大小分类可分为小型（搅拌容量为3m 3）、中型（搅拌容量为3-8m3 ）和大型（搅拌容量为8m3以上）。

中型车较为通用，特别是容量为6~8m 3的最为常用。

从国内外现有的资料来看，大量使用的中小容量运输搅拌车，一般都采用自行式，液压-机械传动，集中驱动的形式，只有大容量的混凝土搅拌运输车采用半拖挂式专用底盘。

（2）常用混凝土搅拌运输车主要技术性能参见表9-2-17。