山區(qū)困難地形預制梁預制與架設(shè)技術(shù)

  引言

  隨著國家西部大開發(fā)戰(zhàn)略的實施，高速公路建設(shè)已進入地形、地質(zhì)更為復雜的山區(qū)，為避免大挖、大填造成的生態(tài)環(huán)境破壞，設(shè)計中已更多地采用橋梁和隧道方案，而簡支梁橋或先簡支后連續(xù)梁橋是最常用的結(jié)構(gòu)形式之一。預制梁場作為混凝土簡支梁橋施工過程中一個重要的臨時場地，不僅影響建設(shè)成本，還會影響建設(shè)工期和施工安全。通常，預制梁場選擇在已經(jīng)成型的路基上，或布置在橋臺端頭兩側(cè)的開闊地上。但國內(nèi)不少山區(qū)高速公路因受到地形條件限制，已很難找到一塊合適的預制場地。針對山區(qū)高速公路場地狹窄、梁場建設(shè)困難的問題，王平、李亮亮等開展了山區(qū)特殊地形條件下預制場地選擇與優(yōu)化設(shè)計研究，給出了場地設(shè)計的一些基本原則。此外，王平還針對山區(qū)海拔高、氣候復雜的特點，提出了梁場選擇時應充分考慮所在地的氣候條件影響。

  本文在總結(jié)近年來山區(qū)困難地形預制場布置形式和預制方法基礎(chǔ)上，重點分析了橋上制梁技術(shù)，提出了橋上制梁臺座與龍門吊布置要求，以及工具梁和支座承載力不能滿足要求時的處理方法。

  1、預制場地布置方式

  山區(qū)高速公路場地布置時通常會遇到地形狹窄、高差大、運梁困難等問題，因此在選擇預制場地時，應綜合考慮預制梁架設(shè)、施工安全、經(jīng)濟和環(huán)保等因素。

  通常，預制場地有以下4種布置方式：

  1.1 臺后布置

  是最常用的布置方式。將預制場沿路線縱向布置在橋臺后面已經(jīng)成型的路基上，或路線外側(cè)的開闊地上。具有場地建設(shè)費用低，運梁和架梁方便，安全性好等優(yōu)點。

  1.2 橋下布置

  橋下有合適的場地布設(shè)預制場，此時預制臺座應盡可能平行于橋軸線設(shè)置。預制梁采用爬桿或高龍門架起吊，再用運梁炮車將預制梁運輸?shù)郊芰何恢?，具有施工風險較大，設(shè)備投入多等不足。

  1.3 橋上布置

  當臺后、橋下均無合適場地布置預制梁場時，可將預制梁場布置在橋面上，即所謂的橋上制梁。橋上制梁時，除了設(shè)置預制臺座外，還需將龍門吊布置在橋上，用以起吊模板和成品預制梁等。由于橋上制梁時出現(xiàn)的荷載較多、受力狀況復雜，如預制梁起吊、混凝土罐車通行，預制梁又可能處在混凝土澆筑養(yǎng)護或張拉起拱階段，導致橋梁結(jié)構(gòu)受力與使用階段差異較大，按使用階段確定的混凝土強度等級、鋼筋配置和選用的支座類型，往往不能滿足橋上制梁時橋梁的承載力要求，需要通過驗算后予以加強。

  1.4 遠距離布置

  適合于橋位較遠處有合適場地布置預制梁場的情況，預制梁通過運梁炮車運輸?shù)綐蛭惶?，再用架橋機架梁。采用遠距離布置梁場時，梁場與橋位間要有良好的運輸條件，如架梁前線路的路基已經(jīng)成型，并且能夠滿足建設(shè)工期要求。

  2、山區(qū)困難地形制梁方法

  2.1 支架現(xiàn)澆法

  直接澆筑混凝土梁體的一種施工方法，其優(yōu)點在于橋梁結(jié)構(gòu)的整體性好，不足之處在于需要處理地基和支架搭設(shè)，費時費工，效率低，同時還存在支架失穩(wěn)問題，多用于離地面不高，且工程量較少的橋梁中。

[Page]

  2.2 支架預制法

  有滿堂式支架法和桁架預制梁法兩種。

  滿堂式支架法采用滿堂式鋼管腳手支架作為預制梁預制平臺，然后采用平移或釣魚法架設(shè)梁體的一種施工方法。

  桁架預制梁法是在兩橋墩間順橋向布置的鋼桁架上預制混凝土梁體，在蓋梁上水平平移就位。

  支架預制法的優(yōu)點是避免了預制場地的建設(shè)，適合于無場地設(shè)置的橋梁施工；但當預制梁量大、工期緊張時，必須投入較多的支架設(shè)備，而且還存在支架反復拆裝、預制效率低的問題。

  2.3 橋上制梁法

  橋上制梁法是指在已經(jīng)架設(shè)成橋梁的橋面上布置臺座，預制后續(xù)混凝土梁的一種施工方法。該方法的優(yōu)點在于運梁和架梁簡便，臨時占地少，非常適合于橋位處無預制場地，或預制場地很小，又有大量預制梁施工的橋梁。

  2.4 綜合制梁法

  指同時采用兩種或兩種以上的制梁方法。如云南水麻高速滴水巖大橋，橋位處為地勢陡峻，場地狹窄，沿線區(qū)域內(nèi)根本無法設(shè)置預制場地，只能在橋梁的起點和中點位置各設(shè)置一個支架預制場，先用支架預制法各施工三跨預制梁，然后再用橋上制梁法預制其余預制梁。

  此外，還有隧道內(nèi)制梁法，如蘭州至?？趪腋咚俟肺涠贾凉拮訙隙务R河大橋，兩岸山勢陡峭，橋下場地狹窄，橋梁兩岸緊靠隧道，臺尾距離洞口僅為2.2m和2.6m，洞口路基完全不具備箱梁預制的條件，雖然橋下第1跨和第2跨下有約40m長平坦場地，但距離橋面高約30m，需要投入大噸位高跨徑龍門吊，費用太大，最終選擇在隧道內(nèi)預制箱梁的施工方法。

  3、橋上制梁施工技術(shù)

  3.1 臺座布置

  為便于敘述，將用于橋上制梁的橋梁稱之為工具梁。

  為使預制梁、臺座、模板等重量及時傳遞給工具梁的主梁，須把臺座布置在工具梁對應的梁肋上。由于預制梁張拉起拱使工具梁僅承受預制梁兩端的局部分布力，而橋面板承受局部分布力的能力有限，因此，預制臺座端頭應設(shè)在工具梁的橫隔板位置，同時為避免局部分布力在工具梁跨中產(chǎn)生過大的彎矩，臺座端頭應布設(shè)在工具梁支點至1/4跨之間。

  3.2 龍門吊布置

  根據(jù)龍門吊起吊構(gòu)件的不同，分為起重龍門吊和工作龍門吊。

  處在平曲線上的工具梁，受到龍門吊構(gòu)造的制約，龍門吊軌道只能沿工具梁弧線布置，導致部分軌道伸入工具梁的橋面板上。由于橋面板承載能力遠不及工具梁的梁肋，往往成為軌道布置的控制因素。因此，起重龍門吊軌道應盡可能布置在工具梁的梁肋上方。確因平曲線限制，軌道不能直接布置在工具梁梁肋時，也應將軌道中心偏離工具梁的梁肋中心限制在一定范圍內(nèi)（需計算后確定）。

  3.3 工具梁與支座承載力分析

  在橋上制梁過程中出現(xiàn)的荷載繁多、臺座布置形式又不相同，為了找出最不利的荷載工況，可采用正交分析法、因子分析法或灰色關(guān)聯(lián)分析法。正交分析法是一種利用規(guī)格化的正交表來設(shè)計試驗方案的科學的多因素優(yōu)選方法，可以利用一套現(xiàn)成的規(guī)格化正交表格進行統(tǒng)計分析。本文利用正交分析法，最終得出橋上制梁施工過程中的2個最不利工況。

  1）工況1（預制梁混凝土澆筑與養(yǎng)護階段）

  預制T梁、臺座和模板等自重以均布力方式施加于工具梁上，同時允許有運梁炮車和龍門吊在工具梁上移動。

  2）工況2（預制梁張拉起拱階段）

  同時張拉2片預制梁預應力鋼束、梁體上拱，T梁自重由預制階段的均布力轉(zhuǎn)變?yōu)榫植糠植剂ψ饔糜诠ぞ吡荷?，臺座和模板則仍以均布力方式作用在工具梁上，并有運梁炮車和龍門吊在工具梁上移動。