城市高架橋預(yù)制偏心構(gòu)件安裝工藝分析

王篧 WANG Yao

（中鐵十五局集團(tuán)有限公司，上海201100）

0 引言

隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的迅猛發(fā)展，城市建設(shè)速度和建設(shè)質(zhì)量也快速提升，為了減少城市交通網(wǎng)絡(luò)的相互干擾，城市高架橋的應(yīng)用越來(lái)越多?，F(xiàn)階段大城市交通發(fā)展方向多為高架橋，而高架橋的建設(shè)多數(shù)要占用城市原有干道，施工勢(shì)必會(huì)對(duì)原有地面道路交通和環(huán)境產(chǎn)生較大影響。如何有效的減少對(duì)既有地面道路交通和環(huán)境的影響，給城市建設(shè)者們提出了更高的要求。

預(yù)制拼裝工藝是解決城市高架橋施工過(guò)程中對(duì)原有地面道路交通和環(huán)境產(chǎn)生較大影響的可行性方案，在建設(shè)過(guò)程中，我們希望通過(guò)以場(chǎng)外進(jìn)行構(gòu)件預(yù)制，場(chǎng)內(nèi)進(jìn)行安裝的方式，以最快的速度完成橋梁結(jié)構(gòu)施工。而在現(xiàn)實(shí)階段，施工生產(chǎn)中預(yù)制拼裝并沒(méi)有形成完善的工藝體系，且預(yù)制拼裝在整個(gè)橋梁施工工藝中占比不到30%。上海是我國(guó)推行預(yù)制拼裝工藝最前沿的城市之一，其拼裝工藝占橋梁施工工藝的60%左右，橋梁墩柱、蓋梁等拼裝工藝較為成熟，同時(shí)也逐步頒布了相關(guān)的技術(shù)規(guī)程，但防撞墻預(yù)制應(yīng)用較少。為推進(jìn)城市高架橋全橋預(yù)制拼裝工藝逐步形成，本文通過(guò)在上海市青浦區(qū)G318滬青平公路嘉松公路跨線橋新建工程中的實(shí)際案例，對(duì)高架橋防撞墻預(yù)制拼裝的工藝過(guò)程進(jìn)行論述，旨在為今后同工況及同類(lèi)型工程的施工提供新的思路和參考。

1 工程概況

G318滬青平公路嘉松公路跨線橋新建工程，建設(shè)規(guī)模為雙向6車(chē)道，標(biāo)準(zhǔn)橫斷面按規(guī)劃實(shí)施，設(shè)置非機(jī)動(dòng)車(chē)道和人行道。橋梁主體工程包括新建1座跨線橋和拆除重建2座地面輔道橋梁。新建嘉松公路跨線橋，橋梁全長(zhǎng)730.5m；地面輔道橋兩幅，全長(zhǎng)約238.5m。新建跨線橋?yàn)殡p向4車(chē)道標(biāo)準(zhǔn)高架，標(biāo)準(zhǔn)橋?qū)?7.5m；改造地面橋梁為雙幅橋梁，每幅為單向3車(chē)道+人行道。新建嘉松公路跨線橋起訖里程為K0+246.599～K0+977，全長(zhǎng)730.5m。橋梁下部結(jié)構(gòu)樁基采用鉆孔灌注樁，樁徑Φ80cm，共計(jì)292根。橋墩采用雙柱墩，大挑臂預(yù)應(yīng)力混凝土蓋梁。立柱及蓋梁均采用矩形斷面，其中立柱44個(gè)，蓋梁22榀，橋臺(tái)2個(gè)。橋梁上部結(jié)構(gòu)采用預(yù)應(yīng)力混凝土預(yù)制小箱梁，先簡(jiǎn)支后連續(xù)結(jié)構(gòu)體系。預(yù)制小箱梁共100片。

地面輔道橋共兩幅，F(xiàn)1橋起訖里程為K0+738.5～K0+977，全長(zhǎng)238.5m；F2輔道橋起訖里程為K0+736.5～K0+977，全長(zhǎng)240.5m。地面輔道橋結(jié)構(gòu)形式與跨線橋相同，主要包括樁基156根，承臺(tái)14個(gè)，橋臺(tái)4個(gè)，立柱24根，蓋梁14榀，預(yù)制小箱梁64片。

因項(xiàng)目所處的地理位置位于青浦區(qū)趙巷鎮(zhèn)商業(yè)區(qū)，建設(shè)跨線橋?yàn)镚318國(guó)道與嘉松公路路口，跨嘉松公路西側(cè)為青浦區(qū)奧特萊斯購(gòu)物中心，東側(cè)為米格天地購(gòu)物中心，南側(cè)為趙巷鎮(zhèn)熊貓廣場(chǎng)，人流量、交通流量壓力巨大，同時(shí)建設(shè)工期特別緊張。綜合考慮多方因素，為合理縮短建設(shè)工期及周邊安全考量，我項(xiàng)目決定對(duì)跨線橋及輔道橋防撞墻施工工藝進(jìn)行調(diào)整，將原設(shè)計(jì)現(xiàn)場(chǎng)澆筑防撞墻工藝調(diào)整為預(yù)制拼裝工藝，即將主線橋梁及輔道橋梁共計(jì)防撞墻2135m在預(yù)制場(chǎng)內(nèi)進(jìn)行預(yù)制澆筑，共涉及小箱梁邊梁72片。

2 防傾覆施工工藝

由于在預(yù)制場(chǎng)內(nèi)澆筑防撞墻，導(dǎo)致構(gòu)件偏心不穩(wěn)定，其重心位置發(fā)生偏移，構(gòu)件吊裝采用雙機(jī)抬吊的方式進(jìn)行吊裝，構(gòu)件拼裝過(guò)程中如何保證其穩(wěn)定性是該工藝能否成功的關(guān)鍵，實(shí)踐過(guò)程中我們分析了多種方案進(jìn)行論證對(duì)比，最終形成了一套行之有效的工藝方案。

為防止小箱梁吊裝過(guò)程中邊梁傾覆，首先需要在起重機(jī)起吊過(guò)程中確保偏心梁體的平整度及穩(wěn)定性，這里應(yīng)用的方式是采用不同長(zhǎng)度的鋼絲繩索，繩索的長(zhǎng)度經(jīng)過(guò)嚴(yán)格的計(jì)算得出，以確保起重機(jī)吊繩與偏心構(gòu)件的重心相吻合。其次是在構(gòu)件安裝完畢后即落梁松鉤中，如何確保偏心梁體保持穩(wěn)定，整體上采用Ф25精軋螺紋鋼在邊梁內(nèi)側(cè)進(jìn)行雙向拉升加固，以抵抗偏心一側(cè)的重力，蓋梁位置在澆筑過(guò)程中預(yù)埋2根雙拼Ф22的焊接圓鋼，2根間距10cm，邊梁內(nèi)側(cè)預(yù)留5cm寬孔道。精軋螺紋鋼上穿預(yù)制箱梁內(nèi)側(cè)外沿，外沿預(yù)留孔道采用雙螺母連接，下穿預(yù)埋圓鋼采用雙螺母連接。（圖1、圖2）

圖1 偏心構(gòu)件安裝工藝圖

圖2 偏心構(gòu)件安裝大樣圖

3 工藝結(jié)構(gòu)驗(yàn)算分析（按30m邊梁計(jì)算）

3.1 均質(zhì)構(gòu)件重心位置計(jì)算

為方便驗(yàn)算過(guò)程，將構(gòu)件模擬為勻質(zhì)構(gòu)件，通過(guò)對(duì)構(gòu)件重心位置的分析與計(jì)算，組合構(gòu)件重心位置偏離永久支座重心57.1cm。永久支座中心位置右側(cè)截面單位長(zhǎng)度重1.72t（取值鋼筋混凝土容重2.6t/m3），左側(cè)截面單位長(zhǎng)度重3.04t。整體偏心重1.32t，偏心距e=0.571m，扭矩為W=FL=1.32*0.571*10*103=7537.2N·m。

計(jì)算抗傾覆設(shè)施總拉力為：

圖3 構(gòu)件重心位置圖

3.2 精軋螺紋鋼抗拉性能驗(yàn)算

精軋螺紋鋼規(guī)格采用Ф25，PSB830型號(hào)。

精軋螺紋鋼抗拉強(qiáng)度取值830MPa；

拉應(yīng)力計(jì)算：

精軋螺紋桿抗拉滿(mǎn)足要求！

3.3 預(yù)埋Ф22圓鋼抗拉性能驗(yàn)算

圓鋼規(guī)格采用φ22，HPB300型號(hào)。

圓鋼抗拉強(qiáng)度取值300MPa；

圓鋼拉應(yīng)力計(jì)算：

Ф22圓鋼抗拉驗(yàn)算滿(mǎn)足要求！

3.4 Ф32圓鋼抗彎性能驗(yàn)算

Ф32圓鋼中心截面所受彎矩為：

Ф32圓鋼抗彎截面模數(shù)：

彎矩作用下的正應(yīng)力:

Ф32圓鋼抗彎性能滿(mǎn)足要求！

4 工藝實(shí)施難點(diǎn)分析

通過(guò)以上分析，工藝方案理論可行。但實(shí)際實(shí)施過(guò)程中仍需仔細(xì)研究其工藝難點(diǎn)及可操作性，尤其對(duì)偏心構(gòu)件的運(yùn)輸、安裝過(guò)程中松鉤、臨時(shí)支座位置調(diào)整、預(yù)埋Ф22圓鋼與梁體預(yù)留孔洞位置精度等一系列控制措施必不可少。

4.1 偏心構(gòu)件運(yùn)輸捆扎方式

根據(jù)偏心箱梁規(guī)格及運(yùn)輸路線的通行條件，預(yù)應(yīng)力混凝土簡(jiǎn)支箱型梁采用斯太爾重型牽引車(chē)掛車(chē)機(jī)組運(yùn)載，主要由重型半掛牽引車(chē)及重型平板半掛車(chē)和重型拖車(chē)前后承載方式運(yùn)輸，該車(chē)組轉(zhuǎn)向靈活，承重性強(qiáng)，方便運(yùn)輸。小箱梁運(yùn)輸期間做好大型構(gòu)件運(yùn)輸交通協(xié)調(diào)工作，提前運(yùn)輸線路路況進(jìn)行摸排及時(shí)掌握交通情況變化，做好運(yùn)輸安全管理。

為防止運(yùn)輸過(guò)程中，因構(gòu)件偏心、道路顛簸和傾斜造成預(yù)應(yīng)力混凝土簡(jiǎn)支箱梁位移或傾覆。裝車(chē)后，必須進(jìn)行捆扎緊固。每車(chē)組選用直徑為30mm的鋼絲繩兩套，每車(chē)配備倒鏈8只、包角8只，用鋼絲繩打圍，包角墊在鋼絲繩與預(yù)應(yīng)力混凝土簡(jiǎn)支箱型梁體的結(jié)合部位，保護(hù)預(yù)應(yīng)力混凝土簡(jiǎn)支箱型梁體不受損傷，預(yù)應(yīng)力混凝土簡(jiǎn)支箱型梁體與車(chē)體之間用硬木支墊，預(yù)應(yīng)力混凝土簡(jiǎn)支箱型梁體與硬木之間鋪墊地毯，防止污損預(yù)應(yīng)力混凝土簡(jiǎn)支箱型梁體。倒鏈緊固，將預(yù)應(yīng)力混凝土簡(jiǎn)支箱型梁與前后車(chē)轉(zhuǎn)盤(pán)緊固為一體。運(yùn)輸過(guò)程中駕駛員和助手要經(jīng)常停車(chē)檢查倒鏈的松緊度，發(fā)現(xiàn)松動(dòng)及時(shí)緊固。

4.2 臨時(shí)支座的調(diào)整

在偏心構(gòu)件安裝的過(guò)程中，隨著吊繩的下放，外側(cè)臨時(shí)支座受力與內(nèi)側(cè)臨時(shí)支座受力不均勻現(xiàn)象勢(shì)必存在，此時(shí)松鉤容易導(dǎo)致梁體安裝平整度不滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求，重則導(dǎo)致梁體向外側(cè)傾覆，因此臨時(shí)支座位置不能按照原有構(gòu)件放置。在實(shí)施過(guò)程中，我們將原臨時(shí)支座位置向外側(cè)延伸至梁底最邊緣，同時(shí)增加了2個(gè)臨時(shí)支座，還加厚了外側(cè)臨時(shí)支座鋼板厚度，由原來(lái)6mm鋼板改為10mm鋼板。

圖4 臨時(shí)支座調(diào)整后位置圖

4.3 控制梁體預(yù)留孔及蓋梁預(yù)埋件精度措施

針對(duì)該工藝，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)討論最大的技術(shù)難點(diǎn)就是如何控制梁體預(yù)留孔及蓋梁預(yù)埋件精度的問(wèn)題。在該問(wèn)題上，我項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)經(jīng)過(guò)深度探討后，結(jié)合所掌握的技能水平，采用BIM建模技術(shù)，將偏心構(gòu)件與下部結(jié)構(gòu)深度還原于建模軟件上，確保每個(gè)要素均考慮齊全，以此來(lái)確定預(yù)留孔及預(yù)埋件的具體位置，對(duì)每片邊梁記錄預(yù)埋位置間距尺寸。同時(shí)團(tuán)隊(duì)中安排專(zhuān)人負(fù)責(zé)梁場(chǎng)內(nèi)的預(yù)留孔洞埋設(shè)工作以及Ф22圓鋼埋設(shè)工作，以確保萬(wàn)無(wú)一失。

經(jīng)過(guò)項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)的共同努力，項(xiàng)目?jī)H此一項(xiàng)工藝調(diào)整就節(jié)約了超2個(gè)月的工期，也減少了橋面系施工現(xiàn)場(chǎng)人工及相關(guān)人工費(fèi)用的增加，同時(shí)大大降低了現(xiàn)場(chǎng)澆筑防撞護(hù)欄的施工安全隱患。

5 總結(jié)

本項(xiàng)目是初次實(shí)驗(yàn)將預(yù)制防撞墻施工工藝應(yīng)用于實(shí)際施工過(guò)程中，借助本項(xiàng)目預(yù)制防撞墻施工工藝，既解決了項(xiàng)目施工場(chǎng)地狹窄問(wèn)題，加快了施工進(jìn)度，又減少了施工對(duì)既有地面道路交通和環(huán)境的影響，同時(shí)該工藝也最大程度的減少了施工成本。無(wú)論從成本、進(jìn)度、安全上考量，其工藝都遠(yuǎn)超現(xiàn)場(chǎng)澆筑防撞墻施工工藝，同時(shí)其機(jī)械化程度相對(duì)其他工藝有較大的提升。通過(guò)本文對(duì)預(yù)制防撞墻拼裝工藝驗(yàn)算分析，旨在總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，為今后類(lèi)似工程提供施工參考。