公路大型復雜預制箱梁預壓加載三層存梁施工

高祿巍

(中鐵十九局集團第五工程有限公司，遼寧大連 116000)

1 概述

城市交通堵塞現(xiàn)象是全國各大中城市普遍存在的難題，隨著解決措施的加強，一批快速交通用的大、特大公路橋逐漸增多，受城市周邊地形的限制，該種橋梁大多是曲線橋，大連南部濱海大道工程星海灣大橋?qū)儆谠摲N情況。該橋的東引橋采用曲線雙層設計，預制箱梁海運架設施工方案，在該橋箱梁預制場選址和設計中，受寸土寸金的城市用地的影響，其場地的占地面積和臨時出海碼頭的組合選址極其受限，為解決該問題，我們對梁底寬相同的梁型采用了三層存梁的設計，力爭最大化的減少占地。

2 三層存梁設計方案的確定

2.1 三層存梁臺座設計影響因素

1)梁長變化的影響。

按照設計圖紙，預制場307片箱梁，按照梁長分類共計38種，箱梁底寬為 1.95 m，2.6 m，3.0 m，3.3 m，3.8 m 五種。以梁底寬2.6 m且同梁長重量最大為例(見表1)，底寬2.6 m的箱梁總片數(shù)97片，梁長有13種，最長為43.47 m，最短為41.45 m，最重為486.55 t，最輕為 424.05 t。

表1 預制箱梁(底寬2.6 m)梁重及梁長統(tǒng)計表

2)存梁臺座設計理念。

存梁臺座的設計要與梁型、存梁方式、吊梁方式等結(jié)合起來，臺座設計時綜合考慮不同梁底寬的尺寸，以梁長相近、底寬差值小為設計基礎，以共用為設計原則。

受多種梁底寬度的影響以及考慮存梁時的三層臨時支座的中心位于同一鉛垂線位置，本梁場存梁臺座采用樁基礎+承載梁的結(jié)構(gòu)形式。

2.2 存梁臺座設計

根據(jù)設計圖紙統(tǒng)計數(shù)據(jù)分析，承載梁寬度需要2.5 m方可保證不同梁長的箱梁存放時的支點位置符合設計要求;受地質(zhì)為雜填土的影響，基礎采用樁基。

存梁臺座設計計算(以底寬2.6 m箱梁為例):

按照表1，底寬2.6 m箱梁最大重量為486.55 t，三層存梁總重量為1 459.65 t;基礎采用樁徑1.2 m鉆孔灌注樁基礎，樁長8 m，間距4 m，樁底支撐在中風化基巖上。承載梁尺寸4 m×2.5 m×1 m，承載梁設計采用C30鋼筋混凝土，其受力段計算重量為23 t。單樁重量為19.888 t。則上部荷載為1 459.66 t+23 t=1 482.66 t。單樁承載力為 761.218 t。

1)單樁承載力設計計算。

單樁承載力按《公路橋涵地基與基礎設計規(guī)范》選用公式計算。

支承在基巖上或嵌入基巖內(nèi)的鉆(挖)孔樁、沉樁的單樁軸向受壓承載力容許值［Ra］，可按下式計算:

其中，［Ra］為單樁軸向受壓承載力容許值，kN，樁身自重與置換土重(當自重計入浮力時，置換土重也計入浮力)的差值作為荷載考慮;c1為根據(jù)清孔情況、巖石破碎程度等因素而定的端阻發(fā)揮系數(shù)，按表5.3.4采用;Ap為樁端截面面積，m2，對于擴底樁，取擴底截面面積;frk為樁端巖石飽和單軸抗壓強度標準值，黏土質(zhì)巖取天然溫度單軸抗壓強度標準值，當frk＜2 MPa時按摩擦樁計算(frkio為第i層的frk值);c2i為根據(jù)清孔情況、巖石破碎程度等因素而定的第i層巖層的側(cè)阻發(fā)揮系數(shù)，按表5.3.4采用;u為各土層或各巖層部分的樁身周長，m;hi為樁嵌入各巖層部分的厚度，m，不包括強風化層和全風化層;m為巖層的層數(shù)，不包括強風化層和全風化層;ζ5為覆蓋層土的側(cè)阻力發(fā)揮系數(shù)，根據(jù)樁端frk確定:當2 MPa≤frk＜15 MPa時，ζ5=0.8;當15 MPa≤frk＜30 MPa時，ζ5=0.5;當 frk＞30 MPa 時，ζ5=0.2;τi為各土層的厚度，m;qik為樁側(cè)第i層土的側(cè)阻力標準值，宜采用單樁摩阻力試驗值，當無試驗條件時，對于鉆挖孔樁按本規(guī)范表選用，對于沉樁按規(guī)范表5.3.3-4選用;n為土層的層數(shù)，強風化和全風化巖層按土層考慮。

單樁軸向受壓承載力容許值由上式得:［Ra］=0.6×1.13×15 000=10 173.6 kN ＞1.2 ×7 612.18 kN=9 134.616 kN。所以，樁基承載力滿足要求。

由于樁在最不利荷載組合下的拉應力為1.3 MPa＜ftd=1.39 MPa，因此可用素混凝土樁。

2)臨時支座設計。

臨時支座采用兩種形式，一層、一層和二層間采用鋼制砂箱+定制橡膠板，三層采用定制的單片承載力300 t的橡膠板支座(中間夾有鋼板)。因為設計要求為兜底吊裝，吊裝用的鋼絲繩的直徑為140 mm，因此臨時支座的設計高度為25 cm，以利鋼絲繩安拆。

a.鋼砂箱制作。

鋼砂箱采用型鋼［25a制作(見圖1，圖2)，外箱尺寸長度×寬度×高度=650 mm×556 mm×250 mm。

圖1 鋼砂箱平面示意圖

圖2 鋼砂箱立面示意圖

b.鋼砂箱受力分析。

第一層鋼砂箱最大承重3片箱梁及臨時支座的荷載之和，按照最重箱梁計算為1 459.65 t，一個鋼砂箱重量為(含砂石及橡膠板)661.129 kg+90 kg+10 kg=761.129 kg=0.761 t。第三層橡膠板臨時支座重量為25 kg(5層)，下部鋼砂箱承受的荷載為(1 459.65+0.761+0.025)/4=365.11 t。

2.3 主要施工方法

施工中重點控制工序有梁重量確認、臨時支座安裝、預壓落梁施工、防止傾覆措施等。

1)梁重量確認。

預制箱梁的重量計算時是按照理論重量考慮，施工中要根據(jù)實際澆筑混凝土方量、鋼筋使用數(shù)量、鋼絞線數(shù)量以及注漿數(shù)量等進行二次計算，用計算的實際重量通過提梁機自帶的計重系統(tǒng)進行復核，以三者最大重量進行復核計算。

2)臨時支座安裝。

a.臨時支座安裝位置測放。

鋼砂箱安裝位置要根據(jù)存梁計劃對三片箱梁的臨時支點位置進行預布置，確保三層箱梁臨時支點位于同一鉛垂線上，且位于梁端腹板中心，平面位置和鋼砂箱中心誤差均不大于10 mm。在存梁臺座上精確放線，標注清楚一層鋼砂箱的位置，在第二片箱梁上以跨中為起點，測放鋼砂箱位置，并根據(jù)第一片和第二片箱梁的長度差，測放到第一層箱梁頂面上，第三片放線方法同第二片，但要注意鋼砂箱尺寸和橡膠板尺寸差。

為了確保臨時支點處于同一鉛垂線上，同一存梁臺座存放的3片箱梁長度誤差不得大于2 m，同時又可以使鋼砂箱四邊均在2.5 m寬的存梁臺座上，以保證鋼砂箱受力能有效的傳遞到基礎上。

b.臨時支座安裝。

首先要清除承載梁(箱梁)上的雜物，其次要精確定位鋼砂箱(橡膠板)位置，臨時支座安裝要使其長邊平行于承載梁(見圖3)。因鋼砂箱不存在卸荷問題，故在箱內(nèi)填實砂+碎石，按照實際施工經(jīng)驗，其比例為1∶2，可以有效地保證密實度;因其受力后存在一定的不均勻沉降，故碎石上部加墊500 mm×400 mm的橡膠板支座，利用橡膠板的彈性變形能力，平衡其不均勻沉降。橡膠板尺寸不能大于鋼砂箱內(nèi)空尺寸。

3)預壓落梁施工。

a.預壓理念。

梁端受力和鋼砂箱受力計算均經(jīng)過設計院復核，滿足要求，但是三層存梁還是存在一定的風險，主要是:鋼砂箱和橡膠板的沉降和變形是否能保持4點相同，尤其是鋼砂箱在裝填砂石時4個鋼砂箱還是存在砂石比例、填充密實度等的偏差，該偏差只能通過預壓解決，以保證存梁4點高差滿足要求;樁基礎施工存在施工偏差，其結(jié)果是臺座沉降量偏差是否同步，這都是決定三層存梁成功與否的關(guān)鍵。

圖3 第一層存梁鋼砂箱安裝圖

根據(jù)現(xiàn)澆箱梁支架預壓理念和實際存梁經(jīng)驗，預壓落梁控制是整個施工中的重中之重，尤其是同時預制邊梁和中梁的預制場。

b.預壓落梁施工方法。

第一片、第二片箱梁存梁時不預壓，直接落梁后觀測臨時支座的4點高差，對其調(diào)整后落梁。第三片梁按照梁重量預壓加載為0→30%→60%→100%，分三次觀測臺座以及底部鋼砂箱的變形值，測量第一片梁端部的4個觀測點高差在4 mm以內(nèi)方可。第一級加載預壓觀測時間為1 h，第二級加載預壓觀測時間為2 h，第三次加載預壓觀測時間為4 h。本加載預壓時間是通過實際加載預壓觀測總結(jié)的經(jīng)驗數(shù)據(jù)，針對的是樁基+鋼筋混凝土承載梁的結(jié)構(gòu)形式，其他結(jié)構(gòu)形式需要在此基礎上來進行調(diào)整以及預判。加載重量是按照提梁機(或者龍門吊)自帶的計重系統(tǒng)實測為準。

4)防止傾覆措施。

按照長度相近原則進行存梁布置，結(jié)合架梁順序，綜合布置存梁方案。對所有邊梁進行重心偏移計算，以梁重心為存放依據(jù)，三層箱梁采用左邊梁+中梁+右邊梁的形式，兩個邊梁重心偏移量相近，偏差不大于5 cm即可存放在同一臺座上。按照實際預留鋼砂箱偏載壓縮值，第一片箱梁左邊側(cè)鋼砂箱抬高4 mm，第二片水平布置，第三片箱梁右邊側(cè)橡膠板支座抬高2 mm。三層箱梁存放后各層梁的臨時支座位于水平，偏差不大于4 mm。該種方案可以有效地避免偏載現(xiàn)象，使三層箱梁存放后的重心與梁中心基本吻合，避免了存梁失穩(wěn)現(xiàn)象。

3 結(jié)語

中鐵十九局集團第五工程有限公司大連南部濱海大道工程箱梁預制二標段承建的東引橋箱梁及上橫梁、東側(cè)大跨徑引橋箱梁及上橫梁預制工程，梁長、梁寬其變化之復雜程度，基本上在國內(nèi)少見。本預制場通過對存梁臺座的設計綜合分析、研究以及對三層存梁的施工工藝的探討，總結(jié)出從基礎設計到三層預壓落梁一套完整的施工工藝，在場地受限或者城市及邊緣地區(qū)施工中，有效的解決了存梁能力的問題，極大地減少了臨時占地面積，提高了土地利用率的同時也降低了復耕的費用，綜合經(jīng)濟價值較高，具有較好的推廣應用價值。

隨著城市解決道路擁堵問題逐漸開始，跨河、跨海、跨湖等公路隨著大型箱梁設計理念和施工技術(shù)的日益成熟，勢必逐步推廣應用，本預制場解決的三層存梁施工技術(shù)，提高了箱梁預制中預制場地的問題，積累了一定的設計、施工經(jīng)驗。

［1］JTG/TF 50-2011，公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范［S］.

［2］JTG D63-2007，公路橋涵地基與基礎設計規(guī)范［S］.