高速公路互通現(xiàn)澆箱梁變T梁可行性分析

林建清, 陳曉嵐

(中國(guó)水利水電第五工程局有限公司，四川 成都 610225)

1 工程概況

重慶江津至貴州習(xí)水高速公路四面山樞紐互通為迂回式樞紐互通，是連接四面山風(fēng)景名勝區(qū)，滿足重慶、貴州方向的車(chē)輛進(jìn)出四面山風(fēng)景區(qū)的主要通道。四面山互通工程屬構(gòu)造中低山地貌區(qū)，位于一單面斜坡地形。整個(gè)斜坡坡向45～60°、坡角15°左右。主要結(jié)構(gòu)物以橋梁為主，整個(gè)互通總共11座橋梁，橋梁總長(zhǎng)為3 194.87 m(左右幅)，其中匝道橋梁總長(zhǎng)1 819.87 m。匝道橋上部結(jié)構(gòu)施工圖設(shè)計(jì)階段均采用現(xiàn)澆箱梁，受地形限制滿堂支架搭設(shè)難度大，需要對(duì)現(xiàn)澆箱梁施工方案進(jìn)行變更。綜合現(xiàn)場(chǎng)施工條件、施工工藝、工期和工程造價(jià)等多個(gè)方面對(duì)比，預(yù)制T梁較預(yù)制箱梁具有施工效率高、工序簡(jiǎn)單、施工成本低、具備通行條件時(shí)間早等優(yōu)點(diǎn)[1-2]，因此初步?jīng)Q定將原有現(xiàn)澆箱梁施工方案變更為預(yù)制T梁施工方案。由于預(yù)制T梁施工方案需滿足架橋機(jī)的架設(shè)要求，因而在變更之前，需要對(duì)現(xiàn)澆箱梁變T梁施工可行性進(jìn)行探討分析。

2 現(xiàn)澆箱梁變T梁的優(yōu)缺點(diǎn)分析

從梁體的結(jié)構(gòu)受力、施工難易程度、生產(chǎn)效率等方面對(duì)箱梁與預(yù)制T梁的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行橫向?qū)Ρ萚3-6]。

(2)施工難易程度：現(xiàn)澆箱梁需要進(jìn)行基礎(chǔ)處理、支架搭設(shè)、外模及內(nèi)模施工，施工工藝比較復(fù)雜。預(yù)制T梁避免采用大量的腳手架，可保護(hù)環(huán)境，節(jié)省費(fèi)用。

(3)基礎(chǔ)沉降影響：對(duì)現(xiàn)澆箱梁的施工有較大影響，直接影響箱梁支架的穩(wěn)定性，危及施工安全，因此現(xiàn)澆箱梁施工需要進(jìn)行大量的基礎(chǔ)處理作業(yè)。對(duì)預(yù)制T梁結(jié)構(gòu)的影響小，由于這種結(jié)構(gòu)體系是梁的恒載按簡(jiǎn)支梁傳力，而僅僅是活載和二期恒載(橋面鋪裝、欄桿、安全帶)是按連續(xù)梁結(jié)構(gòu)傳力，因而結(jié)構(gòu)的受力性能優(yōu)越，適合于軟土上的建設(shè)。

(4)集中化生產(chǎn)程度：現(xiàn)澆箱梁不具備集中生產(chǎn)的條件。由于T梁采用預(yù)制構(gòu)件，因而可以在預(yù)制廠內(nèi)批量生產(chǎn)，這樣便于統(tǒng)一生產(chǎn)管理并嚴(yán)格控制預(yù)制構(gòu)件的尺寸。采用標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)件時(shí)更有利于技術(shù)操作、提高預(yù)制速度、節(jié)省模板費(fèi)用。

(5)橋梁上部、下部結(jié)構(gòu)同步施工效率：現(xiàn)澆箱梁必須等待下部結(jié)構(gòu)基本施工完畢后才具備上部結(jié)構(gòu)的施工條件。由于預(yù)制T梁在下部結(jié)構(gòu)施工的同時(shí)便可進(jìn)行上部構(gòu)件的預(yù)制，因而節(jié)省了施工時(shí)間，加快了施工速度，有利于提高經(jīng)濟(jì)效益。

(6)二期施工難易程度：現(xiàn)澆箱梁二次施工較少，僅為預(yù)應(yīng)力張拉及壓漿，由于預(yù)應(yīng)力施工必須在橋面進(jìn)行，無(wú)法采用智能張拉系統(tǒng)，施工質(zhì)量可控性較預(yù)制T梁低。預(yù)制T梁整片梁的吊裝就位需要吊裝運(yùn)輸和架梁設(shè)備，簡(jiǎn)支梁的預(yù)應(yīng)力筋張拉可在工廠進(jìn)行，而負(fù)彎矩的布置或張拉可在梁上進(jìn)行，因而減少了施工設(shè)備，又可避免造成地面障礙；在山區(qū)高速公路或立體交叉施工的橋梁等一些特殊要求施工中不能特別適用。

(7)具備通行能力的速度：現(xiàn)澆箱梁需要在澆筑完畢7 d后，進(jìn)行預(yù)應(yīng)力張拉及注漿，且在注漿漿液達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的95%以上才具備通行條件。預(yù)制T梁在T梁架設(shè)完畢，各梁之間橫隔板主筋焊接完畢后，即可初步具備通行條件，對(duì)于山區(qū)作業(yè)、提前打通交通要道、搶工大干有重要意義。

（2）急性肝衰竭 肝組織呈新舊不等的亞大塊壞死或橋接壞死；較陳舊的壞死區(qū)網(wǎng)狀纖維塌陷，或有膠原纖維沉積；殘留肝細(xì)胞有程度不等的再生，并可見(jiàn)細(xì)、小膽管增生和膽汁淤積。

(8)梁體后期混凝土收縮、徐變影響：對(duì)現(xiàn)澆箱梁影響較大。由于預(yù)制T梁是在工廠預(yù)制，從首期預(yù)應(yīng)力的張拉至澆筑接縫、后連續(xù)預(yù)應(yīng)力的張拉時(shí)已有相當(dāng)?shù)凝g期，因而減少了混凝土的收縮、徐變對(duì)結(jié)構(gòu)體系的影響，而簡(jiǎn)支梁的預(yù)應(yīng)力筋對(duì)結(jié)構(gòu)不產(chǎn)生次力矩，可使結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)便。

綜上可知：在結(jié)構(gòu)允許的條件下，預(yù)制T梁較預(yù)制箱梁有施工效率高、工序簡(jiǎn)單、施工成本低、具備通行條件時(shí)間早等優(yōu)點(diǎn)，特別對(duì)于縮短建設(shè)總工期有重要意義；同時(shí)經(jīng)多方論證，認(rèn)為曲線半徑大于300 m、跨徑在40 m及以下的橋梁具備箱梁變T梁的條件，因此考慮將部分具備條件的現(xiàn)澆箱梁變更為預(yù)制T梁。

3 工程應(yīng)用

3.1 技術(shù)可行性分析

在用BIM技術(shù)進(jìn)行建模分析的過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，有一部分預(yù)制箱梁位于直線段，而且周?chē)牡匦慰梢詫?shí)施預(yù)制T梁的運(yùn)輸和安裝，為現(xiàn)澆箱梁轉(zhuǎn)換為預(yù)制T梁提供了條件，以對(duì)高速互通樞紐的結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化。為了更好的觀察這一部分直線段的箱梁是否具備轉(zhuǎn)換成預(yù)制T梁的條件，結(jié)合施工圖紙，初步選定一部分箱梁設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)換為預(yù)制T梁進(jìn)行建模對(duì)比觀察，效果如圖1所示。從建模效果可知：箱梁變?yōu)轭A(yù)制T梁后，滿足設(shè)計(jì)翼緣板及橋面寬度的要求，具備轉(zhuǎn)換成預(yù)制T梁的基本條件。

圖1 箱梁變T梁建模效果

另外，通過(guò)對(duì)圖紙?jiān)敿?xì)的分析，四面山樞紐互通B匝道1號(hào)橋第一聯(lián)和第二聯(lián)(共8跨20 m現(xiàn)澆箱梁)、B匝道2號(hào)橋(8跨20 m現(xiàn)澆箱梁)、C匝道3號(hào)橋(4跨20 m現(xiàn)澆箱梁)、C匝道4號(hào)橋(4跨20 m現(xiàn)澆箱梁)，均為等寬段，橋面寬度11.25 m，且在圓曲線半徑分別為1 050 m、1 050 m、350 m、960 m。采用本項(xiàng)目標(biāo)準(zhǔn)的20 m預(yù)制T梁通過(guò)調(diào)節(jié)濕接縫寬度(由標(biāo)準(zhǔn)圖的75 cm濕接縫寬度調(diào)整為65 cm)，能夠滿足匝道橋的線型和橋面寬度要求，進(jìn)一步從技術(shù)上驗(yàn)證20 m現(xiàn)澆箱梁調(diào)整為預(yù)制T梁是可行的。

3.2 施工設(shè)備可行性分析

由于T梁在預(yù)制廠中集中生產(chǎn)后，由運(yùn)梁車(chē)運(yùn)輸至橋臺(tái)，再采用架橋機(jī)對(duì)預(yù)制T梁進(jìn)行吊裝，故預(yù)制T梁相對(duì)于現(xiàn)澆箱梁，會(huì)使用較多的大型機(jī)械設(shè)備。而在四面山互通樞紐中，由于各匝道曲線半徑普遍較小，且匝道存在交叉現(xiàn)象，因此運(yùn)梁車(chē)載梁后能順利通過(guò)各匝道、匝道交叉處的凈空尺寸允許架橋機(jī)通行是現(xiàn)澆箱梁是否具備變更為T(mén)梁的重要條件。

3.2.1 運(yùn)梁車(chē)通行條件

四面山互通的2-2#梁場(chǎng)采用某公司生產(chǎn)的DCY900型輪胎式運(yùn)梁車(chē)，運(yùn)梁車(chē)的高度、最小轉(zhuǎn)彎半徑及車(chē)輛尺寸對(duì)T梁能否通過(guò)各匝道及交叉部有重要意義。運(yùn)梁車(chē)整機(jī)高度為2.75±0.35 m，按照3 m高度考慮，20 m T梁梁高1.5 m，30 m T梁梁高2.0 m，40 m T梁梁高2.5 m，即運(yùn)梁車(chē)載梁后，最高通行高度為3.0 m +2.5 m=5.5 m。四面山互通匝道交叉部?jī)艨粘叽缱钚√帪锽匝道1號(hào)橋第3聯(lián)與主線3號(hào)橋第1聯(lián)的交叉部。B匝道1號(hào)橋第3聯(lián)為下穿段，主線3號(hào)橋第1聯(lián)為上跨段，交叉部B匝道橋橋面頂標(biāo)高為535.618 m，主線3號(hào)橋箱梁底標(biāo)高為541.618 m，凈空尺寸為6.0 m，考慮到預(yù)留一部分安全距離，運(yùn)梁車(chē)運(yùn)載20 m T梁具備安全的通行能力。

運(yùn)梁車(chē)主車(chē)長(zhǎng)度為6.45 m，副車(chē)長(zhǎng)度為5.5 m，當(dāng)載重20 m T梁后，按照T梁梁段放置在運(yùn)梁車(chē)中心計(jì)算，整車(chē)長(zhǎng)度=(20+6.45/2+5.5/2)m=25.975 m。由于運(yùn)梁車(chē)僅有主車(chē)具有轉(zhuǎn)向功能，以主車(chē)轉(zhuǎn)彎半徑30 m進(jìn)行CAD模擬作圖，經(jīng)多次反復(fù)模擬后，最終得出運(yùn)梁車(chē)載重20 m T梁后最小轉(zhuǎn)彎半徑為137.77 m(實(shí)際施工時(shí)取整數(shù)值140 m)，如圖2所示。

圖2 運(yùn)梁車(chē)載梁后最小轉(zhuǎn)彎半徑(單位：m)

四面山互通各匝道最小弧線半徑為：A匝道路基260 m，B匝道1號(hào)橋第六聯(lián)250 m，C匝道2號(hào)橋60 m，D匝道橋第五聯(lián)70 m。結(jié)合四面山各匝道互相通行能力，繪制了互通匝道通行圖，見(jiàn)圖3。

圖3 四面山互通具備運(yùn)梁通行的線路

3.2.2 架橋機(jī)通行及運(yùn)行工況

四面山互通2-2#梁場(chǎng)配置兩臺(tái)架橋機(jī)，分別為WJQ120 t-30 m型架橋機(jī)和HDJH40/160II(A)型架橋機(jī)，其主要技術(shù)參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 架橋機(jī)主要技術(shù)參數(shù)

四面山互通匝道交叉部?jī)艨兆畹吞帪橹骶€3號(hào)橋第一聯(lián)和B匝道1號(hào)橋第三聯(lián)交叉部，凈空高度為5.5 m，HDJH40/160 II(A)-40 m型架橋機(jī)無(wú)法通過(guò)；WJQ120 t-30 m型架橋機(jī)整機(jī)高度為5.5 m，將前支腿液壓油缸下降至極限位置后，架橋機(jī)整機(jī)高度與凈空相對(duì)位置關(guān)系見(jiàn)圖4。由圖4可知，架橋機(jī)頂部天車(chē)距離主線3號(hào)橋底部尚有1.0 m高的安全距離，具備通行和起吊的條件。

圖4 WJQ120 t-30 m型架橋機(jī)下降至極限位置后與凈空相對(duì)位置關(guān)系(單位：m)

3.2.3 小曲線半徑橋T梁架設(shè)可行性分析

WJQ120 t-30 m型架橋機(jī)最大允許橫坡為1%，四面山互通匝道橋最大橋面橫坡3%，最小曲線半徑R=350 m。小半徑曲線橋中，每片梁預(yù)制長(zhǎng)度隨橋墩中心線呈扇形布置，C匝道3號(hào)橋同一跨橋梁曲線內(nèi)側(cè)與曲線外側(cè)梁長(zhǎng)度相差54 cm，如架橋機(jī)直線過(guò)跨，前支腿橫移軌道無(wú)法與前蓋梁平行，前支腿橫移軌道將處于局部脫空狀態(tài)。先采用架橋機(jī)擺尾的方法解決橫移軌道處于脫空狀態(tài)，把后橫移軌道靠橋面內(nèi)側(cè)處往架橋機(jī)后方平移一定距離，即相當(dāng)于把架橋機(jī)繞后橫移軌道中心旋轉(zhuǎn)一定角度。這樣就保證后橫移軌道全部落在已架設(shè)的梁板上，前橫移軌道全部落在蓋梁上，經(jīng)計(jì)算，后橫移軌道需擺尾87 cm，因此匝道小曲線半徑橋具備T梁架設(shè)條件，見(jiàn)圖5。

圖5 架橋機(jī)后橫移軌道擺尾(單位：m)

3.3 經(jīng)濟(jì)效益分析

四面山互通共完成B匝道1號(hào)橋第一、二聯(lián)，C匝道3號(hào)橋，C匝道4號(hào)橋4聯(lián)(14跨)現(xiàn)澆箱梁變更為T(mén)梁施工。

3.3.1 施工成本分析

將現(xiàn)澆箱梁與預(yù)制T梁設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行對(duì)比：現(xiàn)澆箱梁變更為T(mén)梁后，上部結(jié)構(gòu)混凝土由原來(lái)的設(shè)計(jì)2 350 m3，變成1 150 m3。現(xiàn)澆箱梁的施工成本主要包括基礎(chǔ)處理、支架搭設(shè)、模板及施工過(guò)程中的機(jī)械和人工費(fèi)用，預(yù)制T梁由于在四面山互通起點(diǎn)處已經(jīng)建設(shè)有2-2#梁場(chǎng)，故不考慮梁場(chǎng)建設(shè)及預(yù)制梁過(guò)程中的模板成本，只需考慮因箱梁變T梁增加的T梁數(shù)量導(dǎo)致的2-2#梁場(chǎng)運(yùn)營(yíng)費(fèi)用、T梁運(yùn)輸及架設(shè)過(guò)程中的設(shè)備及人工費(fèi)用。綜合以上因素計(jì)算，現(xiàn)澆箱梁變更為預(yù)制T梁導(dǎo)致的施工成本下降1 200 m3×1 475元/m3(扣除各種成本后的綜合單價(jià))≈177萬(wàn)余元。

3.3.2 工期效益分析

受四面山互通樞紐地形條件，施工便道極為有限，因此利用橋梁通行是解決四面山互通交通運(yùn)輸?shù)闹匾緩健，F(xiàn)澆箱梁具備通行條件是在箱梁澆筑完成且預(yù)應(yīng)力張拉完成后，即具備支架拆除條件后；預(yù)制T梁具備通行條件是T梁架設(shè)完成且橫隔板鋼筋焊接完成后，因T梁架設(shè)和橫隔板鋼筋焊接作業(yè)幾乎是同步進(jìn)行，因此鋼筋焊接的影響時(shí)間可忽略不計(jì)，故以現(xiàn)澆箱梁支架拆除時(shí)間和預(yù)制T梁架設(shè)完成時(shí)間對(duì)兩種橋梁的施工工期進(jìn)行比較。

現(xiàn)澆箱梁基礎(chǔ)處理平均一跨(按照滿堂式盤(pán)扣支架計(jì)算)時(shí)間為7 d，支架平均一聯(lián)租賃時(shí)間為65.7 d，四面山互通保持了最少3跨基礎(chǔ)同時(shí)進(jìn)行支架搭設(shè)的效率，因此按照1.5聯(lián)5.5跨計(jì)算基礎(chǔ)處理總時(shí)間38.5 d，支架租賃總時(shí)間98.6 d，則現(xiàn)澆箱梁總工期為137.1 d。由統(tǒng)計(jì)的實(shí)際數(shù)據(jù)可得，2-2#梁場(chǎng)20 m T梁正常的預(yù)制速度為2～3片/d，預(yù)制總時(shí)間36 d；T梁架設(shè)延遲時(shí)間按照7 d計(jì)算，故預(yù)制T梁的總施工工期為43 d?，F(xiàn)澆箱梁變更為預(yù)制T梁，四面山互通總工期比較少了94.1 d≈3個(gè)月。

4 結(jié)束語(yǔ)

四面山互通工程受地形限制，原有現(xiàn)澆箱梁施工方案在搭設(shè)滿堂支架時(shí)難度很大，因而提出在滿足施工可行性的前提下、對(duì)部分現(xiàn)澆箱梁變成預(yù)制T梁施工方案。通過(guò)對(duì)四面山現(xiàn)澆箱梁變T梁施工總結(jié)及各方面技術(shù)論證，得出如下結(jié)論：

(1)預(yù)制T梁較預(yù)制箱梁有施工效率高、工序簡(jiǎn)單、施工成本低、具備通行條件時(shí)間早等優(yōu)點(diǎn)，因此考慮將部分具備條件的現(xiàn)澆箱梁變更為預(yù)制T梁。

(2)從技術(shù)、設(shè)備和經(jīng)濟(jì)效益三個(gè)方面對(duì)高速公路互通現(xiàn)澆箱梁變T梁可行性進(jìn)行分析,通過(guò)此次結(jié)構(gòu)形式的優(yōu)化使得材料成本下降、現(xiàn)場(chǎng)施工周期縮短，帶來(lái)了顯著的工程效益。