填方路基作為預(yù)制梁場(chǎng)的技術(shù)分析

李發(fā)均

（中鐵二十三局集團(tuán)第三工程有限公司，四川 成都 611130）

近年來(lái)，我國(guó)交通事業(yè)飛躍發(fā)展，隨著國(guó)家宏觀調(diào)控政策的改變，高速公路的設(shè)計(jì)理念、設(shè)計(jì)思路也隨之發(fā)生了重大變化，由原來(lái)的適用性、經(jīng)濟(jì)性轉(zhuǎn)變?yōu)榭茖W(xué)性，最大限度地保護(hù)生態(tài)環(huán)境、保護(hù)農(nóng)業(yè)耕地，因此高速公路從設(shè)計(jì)方面就提出了“致富路、生態(tài)路、環(huán)保路”的設(shè)計(jì)新概念、新理念。從而導(dǎo)致高速公路橋梁數(shù)量、隧道數(shù)量的比例增加較快，施工方面的預(yù)制梁場(chǎng)選址規(guī)劃已成為山區(qū)高速公路建設(shè)施工中越來(lái)越重要的環(huán)節(jié)。

在山區(qū)復(fù)雜地形條件下，預(yù)制梁場(chǎng)的選址規(guī)劃和建設(shè)施工往往面臨著許多問(wèn)題和制約。如何對(duì)預(yù)制梁場(chǎng)進(jìn)行合理的規(guī)劃布置，科學(xué)的建設(shè)施工，對(duì)施工單位的管理人員來(lái)說(shuō)也是一個(gè)全新的課題和巨大的挑戰(zhàn)。對(duì)于建設(shè)施工過(guò)程中的預(yù)制梁場(chǎng)來(lái)說(shuō)，梁場(chǎng)規(guī)劃布置的合理性和科學(xué)性，都將直接影響著梁場(chǎng)在高速公路施工中作用的發(fā)揮，對(duì)于工程項(xiàng)目的順利進(jìn)行以及施工單位的經(jīng)濟(jì)效益起著至關(guān)重要的作用。

梁場(chǎng)選址規(guī)劃上又增加了難度，既要選擇在離橋梁較近的地方，又要選擇在場(chǎng)地較寬敞，沉降量較小的地段，所以不可避免選擇在填方路基上。要保證梁場(chǎng)建設(shè)完成投入使用后，在預(yù)制梁的施工生產(chǎn)過(guò)程中，不會(huì)因?yàn)榱簣?chǎng)建設(shè)過(guò)程中施工質(zhì)量問(wèn)題，從而影響到預(yù)制梁的施工生產(chǎn)質(zhì)量，因此這就顯現(xiàn)出來(lái)了路基填方地段作為梁場(chǎng)地址規(guī)劃與建設(shè)的重要性越來(lái)越明顯。本文結(jié)合天府仁壽大道三繞至大化段2#預(yù)制梁場(chǎng)的選址、臺(tái)座設(shè)計(jì)、承載力檢算等方面說(shuō)明填方路基作為預(yù)制梁場(chǎng)的應(yīng)用。

1 工程概況

天府仁壽大道三繞至大化段工程項(xiàng)目線路設(shè)計(jì)起點(diǎn)位于成都第三繞城高速公路黑龍灘立交以南，線路設(shè)計(jì)終點(diǎn)與已建成的天府仁壽大道大化段順接，路線長(zhǎng)度為12.459km。全線共有橋梁13座，共有T梁1033片，全線共設(shè)有2個(gè)梁場(chǎng)，1#梁場(chǎng)25mT梁471片，2#梁場(chǎng)25mT梁394片、40mT梁168片。路線穿越淺切丘陵地貌，路線通過(guò)處地形起伏不大，沿線地表基巖零星出露，覆蓋層分布不均，山坡地段主要為坡殘積粉質(zhì)黏土，厚約0～1.2m，丘間平壩及溝谷地帶主要為坡洪積、沖洪積層粉質(zhì)黏土和軟土，粉質(zhì)黏土厚約1.5～6.0m，軟土厚約0.5～2.5m?；鶐r為泥巖、砂巖、粉砂巖不等厚互層。

2 梁場(chǎng)的場(chǎng)址選擇

2.1 預(yù)制底座計(jì)算

2#梁場(chǎng)預(yù)制25m預(yù)應(yīng)力混凝土T形梁為394片，25mT梁梁高為175cm、底寬為60cm、頂寬為160cm；預(yù)制40m預(yù)應(yīng)力混凝土T形梁為168片，40mT梁梁高為250cm、底寬為60cm、頂寬為160cm。T梁的預(yù)制生產(chǎn)時(shí)間按10個(gè)月計(jì)算，T梁架設(shè)安裝時(shí)間延后1個(gè)月，工期也按10個(gè)月計(jì)算。T梁運(yùn)輸?shù)跹b設(shè)備考慮1.5個(gè)月的安拆時(shí)間，每片T梁的預(yù)制生產(chǎn)周期按10天進(jìn)行計(jì)算，根據(jù)經(jīng)上數(shù)據(jù)分析需要預(yù)制梁底座數(shù)量為：

25mT形梁底座：394×10÷10÷30=13.13，取15個(gè)

40mT形梁底座：168×10÷10÷30=5.6，取10個(gè)（含3個(gè)鋼筋胎模）

底座面積：15×(25+2)×(1.6+1)+10×(40+2)×(1.6+1)=2145m2

2.2 吊裝設(shè)備

經(jīng)多方面考慮與多年的施工經(jīng)驗(yàn)，為方便預(yù)制T梁施工生產(chǎn)、運(yùn)輸和安裝等多方面的因素，按線路前進(jìn)方向縱向設(shè)置制梁底座，縱向布置成5排，每排設(shè)置5個(gè)，臺(tái)座與臺(tái)座之間的凈間距為2.5m，梁場(chǎng)寬度為5×1.6+4×2.5+2×2+1.5（10t龍門(mén)吊與80t龍門(mén)吊間的安全距離）+6.5（架梁通道寬度）=30m。提升預(yù)制梁2臺(tái)80t龍門(mén)吊跨度為30m，高為12m。預(yù)制T梁雙導(dǎo)梁架橋機(jī)按長(zhǎng)40m梁配置，由于T梁預(yù)制與安裝時(shí)間差為1個(gè)月，再考慮架橋機(jī)1.5個(gè)月的安拆時(shí)間，龍門(mén)吊的設(shè)備攤銷時(shí)間按12.5個(gè)月計(jì)算；架橋機(jī)的設(shè)備攤銷時(shí)間按11.5個(gè)月計(jì)算。

2.3 臨時(shí)軌道及其他

存梁區(qū)長(zhǎng)度考慮110m，鋼筋加工棚按長(zhǎng)60m設(shè)置，因此預(yù)制場(chǎng)的長(zhǎng)度為：3×27+2×42+10×3（梁兩端工作距離）+2×7（制梁區(qū)與存梁區(qū)及鋼筋加工棚間的距離）+110+60=379m（此處取380m）。

考慮到T梁架設(shè)、運(yùn)輸?shù)姆奖悖A(yù)制梁場(chǎng)存梁區(qū)與橋頭相接，同時(shí)應(yīng)考慮到預(yù)留出架橋機(jī)拼裝調(diào)試長(zhǎng)度，按最大跨徑T梁40m的兩跨長(zhǎng)度80m進(jìn)行計(jì)算，則路基上80t龍門(mén)吊30m跨軌道長(zhǎng)度為(380-60+80×2)×2=960(m)，10t龍門(mén)吊22m跨軌道長(zhǎng)度為(380-110)×2=540(m)。因倉(cāng)庫(kù)辦公生活等的需要，再增加70m。所以，平場(chǎng)地的面積：（30+2×2.5)×(380+70)=15750(m2)，占地面積為23.62畝。場(chǎng)地硬化的面積：450×32-2145=12255(m2)。全部鋪20cm砂礫后，水泥混凝土硬化厚20cm。

2.4 梁場(chǎng)位置確定

天府仁壽大道三繞至大化段線路位于龍泉山脈二峨山低山地貌。除了橋梁與隧道，其他地段多為深挖高填，路基挖填變化頻繁，挖方路基較短，選址十分困難。針對(duì)以上情況及現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，有下面方案可以選擇。

1）選擇在路線外，選取場(chǎng)地較平整、地質(zhì)條件較好的山谷地作為預(yù)制梁場(chǎng)場(chǎng)地。

2）選擇在路線紅線內(nèi)，盡量利用路基挖方段作為預(yù)制梁場(chǎng)場(chǎng)地用，因挖方路基長(zhǎng)度不滿足要求時(shí)，需要利用填方路基，才能保證預(yù)制梁場(chǎng)場(chǎng)地尺寸的要求。

經(jīng)過(guò)多方案比選最終確定在府君大橋橋尾K22+120～K22+500段路基作為預(yù)制梁場(chǎng)（其中K22+280～K22+500段為填方地段）。

3 梁場(chǎng)處理

3.1 填前地表處理

進(jìn)場(chǎng)后，先清理現(xiàn)場(chǎng)，地表附作物、伐樹(shù)挖根，清除地表0.5～1.0m耕植土。

當(dāng)場(chǎng)地清理結(jié)束后，立即進(jìn)行路基基底回填碾壓處理。同時(shí)對(duì)路基兩側(cè)進(jìn)行臨時(shí)排水溝開(kāi)挖，形成貫通有效的排水系統(tǒng)，排除地表水和降低地下水位。采用平行與流水作業(yè)相結(jié)合的施工方法，確保路基填方順利完成。

3.2 路基填筑施工

填方路段施工應(yīng)嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)圖紙和施工規(guī)范要求進(jìn)行施工，每一層填料按規(guī)范及試驗(yàn)路段要求的松鋪厚度后進(jìn)行碾壓密實(shí)，壓實(shí)后的實(shí)際路基寬度應(yīng)大于設(shè)計(jì)路基寬度。路堤分層填筑時(shí)，必須從原地面最低處逐層分層填筑，分層壓實(shí)。并每填筑3米進(jìn)行沖擊碾壓一次，確保碾壓質(zhì)量，減小沉降量。梁場(chǎng)填方地段填筑到路基96區(qū)頂面后，設(shè)置好縱橫向排水坡度，作好路肩擋水沿，及時(shí)施作填方坡面防護(hù)并作好綠化。

4 臺(tái)座設(shè)計(jì)

路基填方填至96區(qū)頂后，反向開(kāi)挖預(yù)制梁臺(tái)座基礎(chǔ)，設(shè)置C25混凝土基礎(chǔ)，基礎(chǔ)埋置深度60cm，寬度120cm；臺(tái)座采用C35鋼筋混凝土，臺(tái)座尺寸高為35cm，寬為60cm。為了增加抗拉強(qiáng)度，降低和減少地基及預(yù)制梁臺(tái)座及基礎(chǔ)的不均勻沉降，造成對(duì)制梁臺(tái)座的影響，以及預(yù)制T梁在預(yù)應(yīng)力張拉時(shí)對(duì)臺(tái)座壓縮變形，考慮到預(yù)應(yīng)力混凝土T梁在預(yù)應(yīng)力張拉時(shí)，均布?jí)簯?yīng)力逐漸向T梁兩端的臺(tái)座移動(dòng)，逐漸將力傳至臺(tái)座基礎(chǔ)上，在基礎(chǔ)底部設(shè)置單層鋼筋網(wǎng)片；臺(tái)座設(shè)置鋼筋骨架。臺(tái)座頂面尺寸與預(yù)制T梁梁底面尺寸相同，臺(tái)座頂面出露的棱角用槽鋼包邊，以防止臺(tái)座在使用過(guò)程中掉塊缺角，并在臺(tái)座頂面設(shè)置厚6mm鋼板，在臺(tái)座兩端支座位置附近預(yù)留寬30cm吊運(yùn)梁用的鋼絲繩穿槽口，同時(shí)在臺(tái)座兩側(cè)設(shè)置固定模板用的對(duì)拉孔。臺(tái)座頂面和兩邊必須平順平整光滑，以保證側(cè)模的安裝就位和T梁底的平整度。為了有效防止預(yù)制T梁預(yù)應(yīng)力張拉后上拱度過(guò)大，必須在預(yù)制T梁臺(tái)座上設(shè)置向下的二次拋物線反拱（包括梁頂）。

臺(tái)座設(shè)計(jì)如圖1。

圖1

5 基礎(chǔ)及臺(tái)座承載力檢算

5.1 預(yù)制40mT梁參數(shù)

地基為96區(qū)填方路基，承載力取[fao]=150KPa

40米T梁自重115T，G1=115×9.8=1127KN

40米T梁模板預(yù)估重40T，G2=40×9.8=392KN

混凝土澆筑時(shí)施工人員荷載，按12人計(jì)，G3=12×0.085×9.8=10KN

臺(tái)座基礎(chǔ)尺寸：長(zhǎng)42m、寬1.2m、厚0.6m

臺(tái)座尺寸：長(zhǎng)41m、寬0.6m、厚0.35m

臺(tái)座及基礎(chǔ)體積：V=42×0.6×1.2+41×0.6×0.35=38.85m3

臺(tái)座及基礎(chǔ)重力：G4=38.85×2.5×9.8=951.83KN

C35混凝土軸心抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值[fcd]=16.7MPa(依據(jù)《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》2015年版 GB50010-2010 20頁(yè))

C25混凝土軸心抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值[fcd]=11.9MPa

5.2 臺(tái)座地基承載力驗(yàn)算

在預(yù)應(yīng)力混凝土T梁施工過(guò)程中，對(duì)地基的壓力最大的時(shí)候是在混凝土澆筑時(shí)，所以總的對(duì)地基的壓力最大值為：

Fmax=G1+G2+G3+G4=1127+392+10+951.83=2480.83KN

對(duì)每平米地基的壓力為：

f=Fmax/A=2480.83/(42×1.2)=49.22KPa＜[fao]=150KPa

所以，地基承載力滿足要求。

5.3 張拉前臺(tái)座受力驗(yàn)算

臺(tái)座張拉前的受力簡(jiǎn)圖如圖2。

圖2

5.3.1 上層臺(tái)座驗(yàn)算

上層臺(tái)座混凝土為C35，[fcd]=16.7MPa

40米預(yù)制T梁張拉前與臺(tái)座間的接觸最小長(zhǎng)度：L=39.7m

臺(tái)座寬度：B=0.6m

張拉前T梁對(duì)臺(tái)座的壓力大小為F1=G1=1127KN

f1=F1/A=F1/LB=1127/(39.7×0.6)=47.31KPa

=0.0473MPa＜[fcd]=16.7MPa

所以，張拉前臺(tái)座受力滿足要求

5.3.2 下層臺(tái)座基礎(chǔ)驗(yàn)算

下層臺(tái)座基礎(chǔ)混凝土為C25，[fcd]=11.7MPa

上層臺(tái)座自重：G上=41×0.6×0.35×2.5×9.8=210.95KN

張拉前臺(tái)座基礎(chǔ)所受的壓力大小為：

F2=G1+G上=1127+210.95=1337.95KN

f2=F2/A=1337.95/(42×1.2)=0.027MPa＜[fcd]=11.9MPa

所以，張拉前臺(tái)座基礎(chǔ)受力滿足要求。

4 張拉后臺(tái)座受力驗(yàn)算

張拉后，預(yù)制T梁受到預(yù)應(yīng)力擠壓，導(dǎo)致T梁向上起拱，T梁中部脫空，離開(kāi)臺(tái)座面，現(xiàn)在只有預(yù)制梁兩端與臺(tái)座兩端接觸，形成兩個(gè)支點(diǎn)，可以看成臺(tái)座受到兩個(gè)點(diǎn)荷載的作用，假設(shè)采的全部重量主要作用于兩端的基礎(chǔ)上，臺(tái)座張拉后的受力簡(jiǎn)圖如圖3。

圖3

根據(jù)上圖分板可知，臺(tái)座兩端作用荷載為：

F3=G1/2=1127/2=563.5KN

因此預(yù)應(yīng)力預(yù)制T梁與預(yù)制梁臺(tái)座的最為不利的接觸面積為：

基礎(chǔ)面積為A2=2×1=2m2

張拉后對(duì)地基的壓應(yīng)力為：

f3=F3/A2=563.5/2=281.75KPa=0.282MPa＜[fcd]=11.9MPa

所以，預(yù)應(yīng)力張拉后，臺(tái)座受力滿足規(guī)范要求；梁預(yù)應(yīng)力張拉時(shí)基礎(chǔ)能承受壓力而處于穩(wěn)定狀態(tài)。

根據(jù)以上計(jì)算結(jié)果，可以分析得出以下結(jié)論：預(yù)應(yīng)力混凝土T梁在施工過(guò)程中，以及在預(yù)應(yīng)力張拉完成后，T梁預(yù)制臺(tái)座傳遞給臺(tái)座基礎(chǔ)的實(shí)際應(yīng)力遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于地基允許承載力，所以變形很低，而且還很有限，所以地基情況是處于穩(wěn)定狀態(tài)的。

6 結(jié)束語(yǔ)

預(yù)制梁場(chǎng)臺(tái)座建成驗(yàn)收合格后，投入預(yù)制梁施工生產(chǎn)后，經(jīng)過(guò)了沉降點(diǎn)，總沉降量控制在8mm以內(nèi)，且為均勻沉降；位移點(diǎn)為10mm；以及各項(xiàng)指標(biāo)的檢測(cè)與檢查和經(jīng)過(guò)雨季的考驗(yàn)，T梁臺(tái)座結(jié)構(gòu)依然穩(wěn)定、牢固，由此證明臺(tái)座是安全的，對(duì)臺(tái)座的使用沒(méi)有任何影響。

因此在填方路基地段上設(shè)置預(yù)制梁場(chǎng)，特別是在山區(qū)高速公路施工中以及在無(wú)法征用臨時(shí)用地的情況下采用具有較高的應(yīng)用價(jià)值，值得借鑒與推廣。