鄭州四環(huán)節(jié)段預(yù)制主體橋梁架設(shè)工藝及架設(shè)裝備選擇

何永平 陳清華

（廣州瀚陽工程咨詢有限公司， 廣東 廣州 510220）

1 概述

鄭州市四環(huán)線及大河路快速化工程（以下簡稱鄭州四環(huán)）是鄭州市主城區(qū)“兩環(huán)三十一放射”快速路系統(tǒng)中“兩環(huán)”的外環(huán)，由大河路、東四環(huán)、南四環(huán)及西四環(huán)組成閉合環(huán)線，路線全長約93.3km。該工程在完善鄭州城市交通路網(wǎng)體系、助推以鄭州為代表的國家中心城市建設(shè)、助推國家交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)產(chǎn)業(yè)戰(zhàn)略升級等方面將發(fā)揮重要作用。

工程主體高架橋梁采用短線法節(jié)段預(yù)制拼裝工藝，全線主梁預(yù)制節(jié)段數(shù)量約4.6萬榀，體量超過原世界記錄泰國邦納高架橋（Bang Na Expressway in Bangkok,Thailand）3.9萬榀成為新的世界之最。

橋梁工業(yè)化是世界橋梁工程的發(fā)展方向，而架設(shè)工藝及架設(shè)裝備則是橋梁工業(yè)化的重要支撐。本文將從項(xiàng)目特點(diǎn)入手，從架設(shè)工藝及施工裝備方面介紹鄭州四環(huán)主體橋梁的總體施工方案。

2 項(xiàng)目特點(diǎn)及需求

鄭州四環(huán)線及大河路快速化工程是大型市政工程項(xiàng)目，具備典型市政橋梁工程的普遍特點(diǎn)，如工期緊張、交通繁忙、文明施工、結(jié)構(gòu)多樣、節(jié)點(diǎn)眾多及產(chǎn)業(yè)升級，這些特點(diǎn)將直接影響節(jié)段預(yù)制橋梁拼裝方案的擬定。其主線路中分幅典型高架構(gòu)件組裝如圖1所示。

根據(jù)上述項(xiàng)目特點(diǎn)，鄭州四環(huán)需求一種新型橋梁工業(yè)化建造方案，這種方案應(yīng)具備施工效率高、適用范圍廣的特點(diǎn)，而且在安全、經(jīng)濟(jì)、耐久、環(huán)保、景觀、民生等方面也要達(dá)到較高預(yù)期。

圖1 主線路中分幅典型高架構(gòu)件組裝示意圖

3 決策過程

3.1 為什么選用工業(yè)化3.0短線法節(jié)段預(yù)制

實(shí)現(xiàn)綠色建設(shè)、低碳發(fā)展與國家資源戰(zhàn)略、信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展、生態(tài)文明密切相關(guān)。綠色建設(shè)是國家政策導(dǎo)向，所以橋梁工業(yè)化將是橋梁工程的發(fā)展方向。

國內(nèi)目前主要的橋梁工業(yè)化方案是整孔預(yù)制小箱梁、整孔預(yù)制T梁（橋梁工業(yè)化 1.0）或整孔預(yù)制大箱梁（橋梁工業(yè)化 2.0）方案。然而，市政及公路主體橋梁多樣化的平面曲線給整孔預(yù)制工業(yè)化實(shí)施帶來了不可逾越的障礙、整孔預(yù)制工業(yè)化方案又對運(yùn)輸條件及架設(shè)條件提出了苛刻要求，尤其是長度約 40m、重量約1000t的整孔預(yù)制大箱梁方案在很多情況下是不可實(shí)施的，這些因素制約了工業(yè)化率的進(jìn)一步提升。

縱觀國內(nèi)外橋梁工程工業(yè)化發(fā)展的歷程，主體橋梁裝配化實(shí)施的領(lǐng)軍方案將是短線法節(jié)段預(yù)制拼裝技術(shù)（橋梁工業(yè)化 3.0）。短線法節(jié)段預(yù)制技術(shù)具備其它橋梁裝配化技術(shù)所不具備的多項(xiàng)優(yōu)勢，它不僅解放了道路線形對工業(yè)化實(shí)施的限制，而且還解放了結(jié)構(gòu)體系及架設(shè)裝備對主體橋梁工業(yè)化實(shí)施的桎梏，在安全、經(jīng)濟(jì)、耐久、環(huán)保、景觀、民生、工期等方面均可達(dá)到良好的預(yù)期。正因?yàn)槿绱耍嵵菟沫h(huán)選擇了基于短線法節(jié)段預(yù)制的橋梁工業(yè)化3.0技術(shù)。

3.2 為什么選用懸臂拼裝工藝

在選擇架設(shè)方案時(shí)需要充分考慮具體工程的實(shí)際特點(diǎn)，脫離項(xiàng)目的實(shí)際情況去選擇架設(shè)方案往往顯示出紙上談兵與不切實(shí)際。這些特點(diǎn)一般包含工期情況、地形情況、線路情況、沿線地下及地上控制節(jié)點(diǎn)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)情況、架設(shè)方案及架設(shè)裝備自身特點(diǎn)等。節(jié)段預(yù)制拼裝技術(shù)的主要的架設(shè)方案大體上可分為兩大類：逐孔架設(shè)與懸臂拼裝。

第一類逐孔架設(shè)方案，可供選擇的架橋設(shè)備主要有上行式架橋機(jī)、下行式架橋機(jī)、支架+汽車吊（或履帶吊）等，如圖2所示。逐孔架設(shè)方案一般配套使用上行式架橋機(jī)，這種方案的特點(diǎn)是設(shè)備體量大、重量重，導(dǎo)致施工荷載大，一般不適用于平曲線半徑較小的匝道橋梁，不宜應(yīng)用于大懸臂橫梁的橋墩，不宜應(yīng)用于作業(yè)面不連續(xù)的工程；而適用于平曲線半徑大、標(biāo)準(zhǔn)段多、沿線控制點(diǎn)少的主體橋梁。

圖2 逐孔架設(shè)工法示意圖-上行式架橋機(jī)

第二類懸臂拼裝架設(shè)方案，可供選擇的架橋設(shè)備主要有上行式架橋機(jī)、橋面吊機(jī)、支架+汽車吊（或履帶吊）、輪胎式提梁機(jī)（或軌道式龍門吊）、汽車吊（或履帶吊）等，如圖3所示。懸臂拼裝方案配套的架設(shè)裝備輕、架設(shè)裝備選擇靈活，不受曲線半徑大小的制約，不受作業(yè)面連續(xù)與否的制約，不受結(jié)構(gòu)類型多樣與否的制約。

圖3 懸臂平衡架設(shè)工法示意圖

現(xiàn)在回歸本工程的前述特點(diǎn)就比較容易做出選用何種架設(shè)方案的選擇了。

其一，立交匝道橋梁平曲線多且小。這個(gè)特點(diǎn)就決定了立交匝道范圍不適合采用逐孔架設(shè)方案。

其二，主線及立交橋梁節(jié)點(diǎn)眾多。這個(gè)特點(diǎn)導(dǎo)致作業(yè)面嚴(yán)重零散，進(jìn)而決定了主線橋梁不適合采用逐孔架設(shè)。

其三，主線高架約百分之八十比例為設(shè)置大挑臂橫梁的路中分幅結(jié)構(gòu)方案，而逐孔拼裝施工荷載卻控制大挑臂橫梁的施工過程。這個(gè)特點(diǎn)也決定了主線橋梁不適合采用逐孔架設(shè)。

其四，工期緊張導(dǎo)致架設(shè)作業(yè)面多，不排除在項(xiàng)目中后期增加架設(shè)裝備的可能。以鄭州四環(huán)的體量和工期，集成全國所有架橋設(shè)備廠家的產(chǎn)能也難以保證逐孔拼裝所需的大型上行式架橋機(jī)數(shù)量；另外，項(xiàng)目中后期如果增加架設(shè)裝備，裝備的制造周期、設(shè)備成本也是逐孔拼裝方案的劣勢。與之相對比的是，懸臂拼裝可供選擇的架橋設(shè)備多達(dá)五種，這種多樣化的設(shè)備供給方式將會(huì)極大程度緩解施工單位在工期異常緊張情況下的大型設(shè)備及配套高技術(shù)人才集中需求的難題。

綜上所述，鄭州四環(huán)節(jié)段預(yù)制主體橋梁選擇懸臂拼裝工藝是適應(yīng)項(xiàng)目特點(diǎn)的合理選擇。

4 架設(shè)工藝

不斷追求高效率和高效益是工業(yè)化的精神動(dòng)力，而科學(xué)合理的施工工藝可以讓施工單位在實(shí)現(xiàn)高效率和高效益目標(biāo)的過程中贏在起跑線上。

鄭州四環(huán)節(jié)段預(yù)制主體橋梁的施工工藝基于懸臂拼裝工法，制定了四個(gè)主要施工步驟如下：

4.1 下部結(jié)構(gòu)及0#塊施工

本階段是預(yù)制節(jié)段拼裝前的準(zhǔn)備，包括樁基、承臺(tái)、橋墩及主梁0#塊施工，屬常規(guī)施工工藝。

4.2 提前架設(shè)1#塊

本階段將1#塊提前安裝，其目的在于避免1#塊姿態(tài)調(diào)整和現(xiàn)澆濕接縫這兩個(gè)工序占用主體架橋裝備的時(shí)間。其中，1#塊的安裝精度決定了全橋的安裝精度，需要相對較長的時(shí)間。

4.3 依次架設(shè)其余節(jié)段：

本階段按部就班拼裝剩余預(yù)制節(jié)段，要點(diǎn)在于各節(jié)段的永久鋼束張拉后當(dāng)前階段暫緩灌漿，待拼裝完所有節(jié)段后再統(tǒng)一進(jìn)行預(yù)應(yīng)力管道灌漿。其目的在于避免管道灌漿等強(qiáng)過程占用主體架橋裝備的時(shí)間。

4.4 合攏及連續(xù)束張拉等。

本階段是預(yù)制節(jié)段安裝完成后的收尾工序，包括架橋設(shè)備過孔、邊中跨合攏、橋面附屬施工等子工序，屬常規(guī)施工工藝。

上述四個(gè)主要施工步驟互不干擾、依次實(shí)施、流水施工，不同工種的作業(yè)人員作業(yè)面有序隔離不沖突，可極大地提高架設(shè)效率、并減少架設(shè)裝備投入。

上述主要工序流水施工步驟示意如圖4所示：

圖4 懸臂拼裝流水施工過程示意圖

5 架設(shè)裝備

基于懸臂拼裝的節(jié)段預(yù)制主體橋梁有五種主體架設(shè)裝備可供選擇：輪胎式提梁機(jī)（或軌道式龍門吊）、上行式架橋機(jī)、橋面吊機(jī)、支架+汽車吊（或履帶吊）、汽車吊（或履帶吊），其施工現(xiàn)場如圖5所示。上述五種架設(shè)裝備各有自身特點(diǎn)及適用范圍，結(jié)合前述鄭州四環(huán)項(xiàng)目的特點(diǎn)，它們在項(xiàng)目中均得到了實(shí)際、靈活的應(yīng)用。

圖5 架設(shè)裝備實(shí)例展示圖

鄭州四環(huán)常見應(yīng)用場景案例：直線或大曲線標(biāo)準(zhǔn)段采用輪胎式提梁機(jī)（或軌道式龍門吊）架設(shè)；橋墩較高的主線采用上行式架橋機(jī)或橋面吊機(jī)架設(shè)；橋墩比較矮的上下匝道采用支架+汽車吊（履帶吊）架設(shè)；曲線半徑比較小的立交匝道采用橋面吊架設(shè)；遇到多層立交匝道時(shí)，按先施工上層后施工下層的順序采用橋面吊機(jī)架設(shè)；遇到大跨節(jié)點(diǎn)橋梁時(shí)，采用橋面吊機(jī)架設(shè)；跨越既有構(gòu)筑物時(shí)，采用輔助縱向/橫向移梁軌道定點(diǎn)提梁措施解決橋下喂梁困難；跨越河流時(shí)，采用上行式架橋機(jī)架設(shè)。

需要說明的是，拼裝支架作為本工程的輔助架設(shè)裝備，共分三類：邊跨不平衡段拼裝支架、中墩1#塊安裝支架、墩旁（中墩、邊墩）鋼支撐，也是工程必須不可少的施工裝備。

6 結(jié)束語

鄭州四環(huán)作為典型的大型市政工程選用了基于短線法的節(jié)段預(yù)制懸臂拼裝工藝，是適應(yīng)項(xiàng)目特點(diǎn)的合理選擇。

本項(xiàng)目節(jié)段預(yù)制主體橋梁施工工藝及施工裝備的擬定原則在公路橋梁、市政橋梁、軌道交通及鐵路主體橋梁工程中具備一定的普遍性及代表性，橋梁工程師在借鑒本文的同時(shí)也要結(jié)合具體項(xiàng)目特點(diǎn)掌握一定的靈活性。