山區(qū)公路預(yù)制梁場(chǎng)綠色智能規(guī)劃建設(shè)技術(shù)研究

高琪雯

(北京市政路橋股份有限公司,北京 100000)

0 引言

山區(qū)公路普遍具有橋隧比高、橋梁高度大、路堤填方高、路塹挖方深的特點(diǎn)。因橋梁高度較高,橋梁結(jié)構(gòu)多采用先簡(jiǎn)支后連續(xù)體系,上部結(jié)構(gòu)多采用裝配式預(yù)制梁板。綜合考慮征地拆遷,制、架梁工期,交通和成本等因素[1],結(jié)合復(fù)雜地理環(huán)境,在路基范圍內(nèi)建設(shè)預(yù)制梁場(chǎng)是山區(qū)公路項(xiàng)目的最優(yōu)選擇。然而梁場(chǎng)的位置選擇、合理的布局難以按照常規(guī)預(yù)制梁場(chǎng)建設(shè)。本文依托于G312項(xiàng)目,對(duì)路基范圍梁場(chǎng)集約化設(shè)計(jì)、信息化管理和智能化生產(chǎn)進(jìn)行詳細(xì)闡述。

1 工程概況

新建的G312線西峽內(nèi)鄉(xiāng)界至丁河段公路是國(guó)家干線公路G312線的重要組成部分,也是河南省和南陽市最重要的東西向干線公路。該項(xiàng)目的建設(shè)不僅是國(guó)家及河南省干線公路網(wǎng)結(jié)構(gòu)改善和提高道路服務(wù)水平的必要舉措,也是區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展的迫切需要。項(xiàng)目起自G312線西峽內(nèi)鄉(xiāng)界和G312線內(nèi)鄉(xiāng)段銜接,終止于西峽縣丁河鎮(zhèn)與重陽鎮(zhèn)交界和G312線西峽縣重陽鎮(zhèn)至豫陜界段公路銜接,全長(zhǎng)56.902 km。共需預(yù)制632片后張法預(yù)應(yīng)力混凝土T梁及箱梁,具體規(guī)格及數(shù)量詳見表1。

表1 預(yù)應(yīng)力混凝土T梁及箱梁規(guī)格及數(shù)量

1)優(yōu)勢(shì):a.集約用地、永臨結(jié)合,對(duì)周圍環(huán)境影響小,充分體現(xiàn)綠色施工理念。b.可有效避免因臨時(shí)征地困難導(dǎo)致無法施工的情況發(fā)生。c.大大減少了因運(yùn)梁而修建的施工便道,節(jié)約成本。d.不存在社會(huì)道路上運(yùn)輸梁板,減少與社會(huì)道路交叉,降低運(yùn)輸安全風(fēng)險(xiǎn)。e.可通過合理的施工組織安排沿路基兩側(cè)分別架設(shè)梁板,實(shí)現(xiàn)橋梁上部結(jié)構(gòu)與下部結(jié)構(gòu)同時(shí)施工,保證工期。

2)不足:a.因路基寬度有限,普遍為長(zhǎng)寬比大的布局形式,場(chǎng)內(nèi)施工機(jī)具運(yùn)距有所增加。b.場(chǎng)地受限,不利于存梁,需各施工工序銜接緊密,如橋梁下部結(jié)構(gòu)與梁板預(yù)制施工進(jìn)度不匹配,會(huì)造成預(yù)制梁場(chǎng)窩工現(xiàn)象發(fā)生。c.路基通長(zhǎng)伴有縱坡過大的情況,龍門吊在行走軌道處于較大縱坡的情況下,龍門吊的日常作業(yè)及停放階段均存在一定的安全風(fēng)險(xiǎn),對(duì)龍門吊鋼軌的固定及基礎(chǔ)的設(shè)置有更高的要求[2]。

2 山區(qū)公路橋頭路基上建設(shè)預(yù)制梁場(chǎng)的建設(shè)原則

根據(jù)項(xiàng)目橋梁分布及預(yù)制梁板數(shù)量確定預(yù)制梁場(chǎng)位置,盡量選擇在兩座橋梁之間路基上,可以方便臨橋的架設(shè)施工,也可以為后期運(yùn)梁通道做出充足準(zhǔn)備。根據(jù)路基寬度及兩橋梁之間距離確定預(yù)制梁場(chǎng)位置,采用長(zhǎng)寬比大的布局方式,從而確定臺(tái)座布置順序、施工便道位置、龍門吊軌道寬度等。根據(jù)路基形式、路基設(shè)計(jì)縱坡、路基設(shè)計(jì)圓曲線等條件確定預(yù)制梁場(chǎng)位置和整體布局形式。

確定好預(yù)制梁場(chǎng)位置后應(yīng)根據(jù)經(jīng)濟(jì)性、便利性、安全性、施工進(jìn)度計(jì)劃等主要因素進(jìn)行預(yù)制梁場(chǎng)整體布局。優(yōu)先確定梁場(chǎng)整體布局采用不同形式(臺(tái)階式、順坡式);其次根據(jù)材料運(yùn)輸方便性、預(yù)制出坑及架設(shè)方式確定運(yùn)梁通道位置;再次根據(jù)施工順序及施工進(jìn)度計(jì)劃確定各功能區(qū)分布及臺(tái)座數(shù)量;最后做好臨時(shí)排水、臨時(shí)用電、智能施工措施等建設(shè)規(guī)劃。

3 預(yù)制梁場(chǎng)規(guī)劃設(shè)計(jì)

根據(jù)本項(xiàng)目總體施工進(jìn)度計(jì)劃、預(yù)制梁板數(shù)量,結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)地調(diào)查,決定設(shè)置2處預(yù)制梁場(chǎng),分別為丹水1號(hào)梁場(chǎng)及曹崗2號(hào)梁場(chǎng)。本文以曹崗2號(hào)梁場(chǎng)為例展開詳細(xì)介紹。2號(hào)梁場(chǎng)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)景圖見圖1。

3.1 預(yù)制梁場(chǎng)規(guī)劃

梁場(chǎng)位于項(xiàng)目路K44+730—K45+260段路基主線上建設(shè),長(zhǎng)440 m,寬26.5 m,面積約為12 000 m2。此處為挖方路塹及填方路基交界處,路基寬26.5 m,設(shè)計(jì)縱坡2%。主要承擔(dān)9座大橋共計(jì)584片預(yù)制箱梁及T梁生產(chǎn)任務(wù)。該處預(yù)制梁場(chǎng)小里程方向共計(jì)4座大橋,大里程方向共計(jì)5座大橋,詳見表2。在此處選址不僅解決了梁體預(yù)制、運(yùn)輸、架設(shè)的問題,同時(shí)也解決了項(xiàng)目建設(shè)初期土方填挖平衡的問題。

表2 預(yù)制梁體規(guī)格

梁場(chǎng)規(guī)劃設(shè)置材料庫房、鋼筋胎架綁扎區(qū)、預(yù)制區(qū)、鋼筋加工場(chǎng)和辦公、生活區(qū)(如圖2所示),其中辦公、生活區(qū)、鋼筋加工場(chǎng)設(shè)置在K45+000右側(cè)的臨時(shí)棄土場(chǎng)上。因場(chǎng)地限制梁場(chǎng)未設(shè)置混凝土拌合站,預(yù)制梁所用混凝土自場(chǎng)外混凝土拌合站經(jīng)混凝土運(yùn)輸車運(yùn)送至預(yù)制梁場(chǎng)。梁場(chǎng)設(shè)置兩條流水生產(chǎn)線,兩側(cè)為制梁區(qū),不設(shè)置存梁區(qū)[3](即在臺(tái)座處經(jīng)張拉壓漿且強(qiáng)度滿足設(shè)計(jì)要求后進(jìn)行移運(yùn)架設(shè),臨近梁場(chǎng)的兩座橋梁架設(shè)完成后當(dāng)做運(yùn)梁通道,依次向兩側(cè)通過路基至下一座橋梁連續(xù)架設(shè),直至預(yù)制梁板全部架設(shè)完成)。

3.2 預(yù)制臺(tái)座數(shù)量規(guī)劃

該預(yù)制梁場(chǎng)規(guī)模的設(shè)定主要考慮各類型預(yù)制梁的生產(chǎn)需滿足現(xiàn)場(chǎng)安裝情況。項(xiàng)目管理人員在預(yù)制梁生產(chǎn)與安裝規(guī)劃中,需綜合考慮項(xiàng)目規(guī)模、預(yù)制梁類型與規(guī)格、流水段劃分等內(nèi)容,這部分影響因素存在交叉關(guān)聯(lián),項(xiàng)目需結(jié)合這部分因素綜合計(jì)算設(shè)定梁場(chǎng)預(yù)制臺(tái)座數(shù)量、模板配置等參數(shù),進(jìn)而再進(jìn)行預(yù)制梁生產(chǎn)和安裝規(guī)劃的計(jì)算。

針對(duì)所分析的影響因素相關(guān)關(guān)系,項(xiàng)目將預(yù)制梁臺(tái)座數(shù)、每日生產(chǎn)的梁數(shù)、占用制梁臺(tái)座時(shí)間等作為參數(shù),確定計(jì)算公式如下:

預(yù)制梁臺(tái)座數(shù)(N1)的計(jì)算公式如下:

N1=η·T1。

其中,η為每日預(yù)制的梁數(shù),片/d;T1為預(yù)制一片梁占用制梁臺(tái)座的時(shí)間,個(gè)·d/片。

以預(yù)制T梁計(jì)算為例,共有預(yù)制40 m T梁200片。2023年2月1日開始安裝,2023年6月22日完成安裝。2023年1月20日具備開始制梁條件,預(yù)制一片T梁需要8 d,6月14日為制梁最后截止時(shí)間,則制梁周期為133 d。

T梁預(yù)制臺(tái)座和存梁臺(tái)座數(shù)量為:

N1=η·T1=1.5×8=12個(gè)。

經(jīng)過計(jì)算最終確定,T梁和箱梁各需12個(gè)制梁臺(tái)座。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)場(chǎng)地進(jìn)行規(guī)劃,預(yù)制梁場(chǎng)最左側(cè)4 m作為運(yùn)輸通道。制梁臺(tái)座分為預(yù)制T梁區(qū)和預(yù)制箱梁區(qū),共計(jì)規(guī)劃7排,其中預(yù)制T梁區(qū)每排橫向布置4個(gè),共計(jì)3排;預(yù)制箱梁區(qū)每排橫向布置3個(gè),共計(jì)4排。預(yù)制T梁區(qū)和預(yù)制箱梁區(qū)分別布設(shè)1套鋼筋綁扎胎架(即腹板胎架及頂板胎架)。梁場(chǎng)投入2臺(tái)90 t龍門吊、3臺(tái)跨徑10 t龍門吊及1臺(tái)10 t桁吊(鋼筋加工場(chǎng)內(nèi))。

4 預(yù)制梁場(chǎng)建設(shè)技術(shù)

4.1 場(chǎng)地硬化

由于梁場(chǎng)地處在填挖交界處,路基設(shè)計(jì)縱坡2%,整體高差較大,秉持著填方不多填、挖方不超挖的原則,盡量減少填方、挖方,最終決定將整體場(chǎng)地設(shè)計(jì)為臺(tái)階形式,以每一排臺(tái)座為一階,每階臺(tái)座高度為50 cm,依次分階級(jí)建設(shè),如圖3所示。

場(chǎng)地平整后對(duì)運(yùn)輸通道進(jìn)行原地面摻灰處理,按照40 cm 6%的石灰處治土進(jìn)行施工,待原地面處理完成后于其上澆筑20 cm C30混凝土進(jìn)行硬化處理,縱坡控制在1.5%左右,運(yùn)輸通道寬4 m。其他場(chǎng)地澆筑20 cm C20。整體場(chǎng)地設(shè)置不小于1%的單向橫坡。

4.2 臺(tái)座設(shè)置

預(yù)制梁臺(tái)座基礎(chǔ):40 m T梁臺(tái)座基礎(chǔ)均采用高0.2 m×寬1 m鋼筋混凝土結(jié)構(gòu),30 m箱梁臺(tái)座基礎(chǔ)采用高0.2 m×寬1.5 m鋼筋混凝土結(jié)構(gòu),臺(tái)座基礎(chǔ)內(nèi)縱橫向布置單層間距0.2 m×0.2 m的φ12鋼筋網(wǎng)片;臺(tái)座及臺(tái)座基礎(chǔ)均采用C30混凝土澆筑,臺(tái)座施工時(shí)預(yù)埋φ12帶肋鋼筋,以便角鋼的安裝,同時(shí)起到加強(qiáng)臺(tái)座基礎(chǔ)混凝土強(qiáng)度的作用,預(yù)埋鋼筋長(zhǎng)度50 cm,間距50 cm,所有預(yù)埋鋼筋與角鋼焊接。T梁臺(tái)座尺寸為寬0.6 m×高0.3 m×長(zhǎng)40.5 m,箱梁臺(tái)座尺寸為寬0.9 m×高0.3 m×長(zhǎng)31 m。

因20 m,25 m,30 m箱梁共用同一臺(tái)座,在箱梁臺(tái)座施工時(shí)注意在距梁體兩端1 m處預(yù)留吊帶孔槽口,以便梁體吊裝時(shí)鋼絲繩可以兜底捆綁梁體,槽口采用活動(dòng)底模的形式進(jìn)行設(shè)置。預(yù)制臺(tái)座兩端考慮到張拉后承載力較大,在臺(tái)座兩端5 m范圍采用φ16雙層鋼筋,增加承載能力。底模采用鋼板,鋼板厚度不小于6 mm,每10 m預(yù)留1 cm伸縮縫,防止鋼板受熱起拱,將平整光滑的鋼板錨固在臺(tái)座上,鋼板拼接焊縫打磨平整、光滑,同時(shí)在底模兩側(cè)外安裝5 cm×5 cm槽鋼,槽鋼內(nèi)嵌入橡膠棒,這樣可有效避免側(cè)模與底模接縫處出現(xiàn)漏漿現(xiàn)象[4]。

4.3 龍門吊設(shè)計(jì)

龍門吊軌道沿路基縱向設(shè)置,由于梁場(chǎng)地處路基設(shè)計(jì)縱坡為2%,坡度較大,對(duì)于龍門吊行走極不安全,兩側(cè)龍門吊基礎(chǔ)經(jīng)過找平,低端軌道基礎(chǔ)加高,兩側(cè)軌道基礎(chǔ)同斷面處頂面高程相等,最終將軌道坡度調(diào)整至1%[5]。

基礎(chǔ)采用2層施工,第一層擴(kuò)大基礎(chǔ)尺寸為長(zhǎng)470 m,寬0.8 m,高0.2 m,采用C30鋼筋混凝土,內(nèi)設(shè)單層0.2 cm×0.2 cm φ12鋼筋網(wǎng)片。第二層基礎(chǔ)尺寸為長(zhǎng)460 m,寬0.5 m,高0.3 m,采用C30鋼筋混凝土,內(nèi)設(shè)主筋6根φ12鋼筋的鋼筋籠,頂部每隔100 cm預(yù)埋長(zhǎng)0.15 m×寬0.3 m鋼板。龍門吊軌道采用43型鋼軌,兩側(cè)鋼軌全長(zhǎng)920 m,鋼軌與軌道基礎(chǔ)施工預(yù)埋的鋼板進(jìn)行焊接壓板、壓枕。為確保龍門吊安全供電,降低風(fēng)險(xiǎn),龍門吊使用簡(jiǎn)易滑觸線供電系統(tǒng),滑觸線高度3.5 m。

龍門吊兩端應(yīng)預(yù)留出1 m左右的施工區(qū)域,保證龍門吊有充足的工作區(qū)域,并在龍門吊范圍內(nèi)設(shè)定施工便道以滿足各施工材料的運(yùn)輸[6]。

4.4 場(chǎng)地排水及水循環(huán)措施

預(yù)制梁場(chǎng)采用綜合排水措施,場(chǎng)內(nèi)的水經(jīng)橫坡流至場(chǎng)地南側(cè)的排水溝,坡比按1%設(shè)計(jì),場(chǎng)地內(nèi)的排水溝與場(chǎng)地四周排水系統(tǒng)相連,排至路基邊溝內(nèi),以保證雨季排水順暢。每個(gè)制梁臺(tái)座之間設(shè)置橫坡,坡比不小于1%,同時(shí)臺(tái)座之間設(shè)置矩形排水溝,尺寸為寬20 cm、深20 cm,與場(chǎng)地南側(cè)的排水溝相連,經(jīng)過場(chǎng)地內(nèi)的排水系統(tǒng)匯入路基邊溝,在路基邊溝旁設(shè)置三級(jí)沉淀池,水由邊溝排入三級(jí)沉淀池,南側(cè)龍門吊軌道處設(shè)置縱向排水溝寬20 cm,深30 cm,將水引入南側(cè)龍門吊軌道處縱向排水溝內(nèi),通過預(yù)埋管道排入沉淀池中,過濾沉淀后重復(fù)利用。沉淀層內(nèi)側(cè)涂刷水泥砂漿,防止水滲流入路基,經(jīng)沉淀后的水利用水泵抽入梁場(chǎng)中間蓄水箱內(nèi)。

5 梁場(chǎng)綠色智能生產(chǎn)

5.1 智能噴淋及水循環(huán)系統(tǒng)

梁場(chǎng)中央放置蓄水箱,水箱下方連接φ80 mm的主水管,利用三通分別向箱梁區(qū)及T梁區(qū)兩側(cè)分流,以每排臺(tái)座為單元進(jìn)行支水管分流,由各排支水管再次分流至每排臺(tái)座下方預(yù)埋的養(yǎng)生水管,每處養(yǎng)生水管位置安裝對(duì)應(yīng)臺(tái)座編號(hào)的電子閥門,以精準(zhǔn)控制噴淋臺(tái)座。

每個(gè)臺(tái)座下方預(yù)埋6個(gè)孔道,兩側(cè)共計(jì)12個(gè)出水孔,4個(gè)出水孔連接噴槍,利用噴槍進(jìn)行頂板灑水養(yǎng)護(hù),8個(gè)出水口連接噴管,利用噴管進(jìn)行腹板灑水養(yǎng)護(hù)。養(yǎng)生時(shí)間、養(yǎng)生頻率、養(yǎng)生臺(tái)座編號(hào)均由智能控制箱完成,養(yǎng)生使用的水經(jīng)水循環(huán)后重新抽入蓄水箱內(nèi)。

5.2 智能張拉及壓漿系統(tǒng)

所有梁板均采用智能張拉機(jī)進(jìn)行梁板預(yù)應(yīng)力張拉施工。張拉作業(yè)前在張拉機(jī)終端輸入梁板信息、張拉參數(shù)預(yù)定值即可,施工人員將所需張拉的梁板信息輸入機(jī)器內(nèi)便會(huì)自動(dòng)生成各張拉參數(shù)。智能張拉機(jī)主要具備以下特點(diǎn):實(shí)施監(jiān)測(cè)并同步信息;精確施加應(yīng)力;實(shí)時(shí)校核伸長(zhǎng)量;梁板兩端實(shí)現(xiàn)同步張拉;具有存儲(chǔ)信息功能[7]。

所有梁板均采用智能壓漿機(jī)進(jìn)行梁板預(yù)應(yīng)力管道壓漿施工。壓漿設(shè)備具有存儲(chǔ)漿液功能,可使?jié){液循環(huán)流動(dòng);壓漿設(shè)備有自動(dòng)稱量系統(tǒng),可根據(jù)輸入的水膠比,有效控制注漿壓力并自動(dòng)校核注入量,保證水膠比的準(zhǔn)確性。可自動(dòng)控制壓漿壓力,超出規(guī)定范圍內(nèi)自動(dòng)調(diào)整壓力。

5.3 液壓模板

液壓整體式模板主要由模板系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)和行走系統(tǒng)組成。液壓模板在首次安裝完成,后續(xù)施工無需分塊拆卸,安裝,施工效率高,減少模板因多次使用造成的不均與變形。采用數(shù)控操作系統(tǒng),有效解決人工安裝時(shí)發(fā)生的模板拼縫問題、人工拆除時(shí)梁體缺邊掉角問題[8-9]。

6 基于BIM技術(shù)的智慧梁場(chǎng)管理

項(xiàng)目應(yīng)用了基于BIM技術(shù)的智慧梁場(chǎng)管理系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)對(duì)預(yù)制構(gòu)件的自動(dòng)排產(chǎn)、安裝動(dòng)態(tài)協(xié)同管理,既能可視化動(dòng)態(tài)查詢生產(chǎn)與安裝4D模擬結(jié)果,也可實(shí)時(shí)掌握生產(chǎn)與安裝實(shí)際進(jìn)度,所有信息基于構(gòu)件編碼與BIM模型動(dòng)態(tài)關(guān)聯(lián),實(shí)現(xiàn)可視化的數(shù)字孿生。

智慧梁場(chǎng)管理系統(tǒng)根據(jù)計(jì)算結(jié)果自動(dòng)生成預(yù)制梁生產(chǎn)計(jì)劃,并可動(dòng)態(tài)與實(shí)際生產(chǎn)進(jìn)度進(jìn)行比對(duì),分析對(duì)后續(xù)生產(chǎn)安排的影響,如存在影響工程進(jìn)度的情況,系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)進(jìn)行預(yù)警(見圖4,圖5)。

7 結(jié)語

本文以G312工程項(xiàng)目作為研究對(duì)象,對(duì)山區(qū)高等級(jí)公路橋頭路基上預(yù)制梁場(chǎng)規(guī)劃建設(shè)展開全面、深入的研究分析,從預(yù)制梁場(chǎng)選址到預(yù)制梁場(chǎng)布局再到功能區(qū)設(shè)置最后到附屬設(shè)施安裝等,清晰闡述出山區(qū)高等級(jí)公路橋頭路基上預(yù)制梁場(chǎng)規(guī)劃建設(shè)施工關(guān)鍵點(diǎn)。預(yù)制生產(chǎn)中應(yīng)用了新型液壓模板、龍門吊滑觸線供電系統(tǒng)、噴淋養(yǎng)生系統(tǒng)、智能張拉壓漿系統(tǒng)、廢水回流循環(huán)利用等,是項(xiàng)目施工的一大亮點(diǎn)[10]?；贐IM技術(shù)的智慧梁場(chǎng)管理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了預(yù)制梁生產(chǎn)與安裝的精細(xì)化管理。