山區(qū)困難地形預(yù)制梁預(yù)制與架設(shè)技術(shù)

  引言

  隨著國(guó)家西部大開(kāi)發(fā)戰(zhàn)略的實(shí)施，高速公路建設(shè)已進(jìn)入地形、地質(zhì)更為復(fù)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(jì)中已更多地采用橋梁和隧道方案，而簡(jiǎn)支梁橋或先簡(jiǎn)支后連續(xù)梁橋是最常用的結(jié)構(gòu)形式之一。預(yù)制梁場(chǎng)作為混凝土簡(jiǎn)支梁橋施工過(guò)程中一個(gè)重要的臨時(shí)場(chǎng)地，不僅影響建設(shè)成本，還會(huì)影響建設(shè)工期和施工安全。通常，預(yù)制梁場(chǎng)選擇在已經(jīng)成型的路基上，或布置在橋臺(tái)端頭兩側(cè)的開(kāi)闊地上。但國(guó)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(yù)制場(chǎng)地。針對(duì)山區(qū)高速公路場(chǎng)地狹窄、梁場(chǎng)建設(shè)困難的問(wèn)題，王平、李亮亮等開(kāi)展了山區(qū)特殊地形條件下預(yù)制場(chǎng)地選擇與優(yōu)化設(shè)計(jì)研究，給出了場(chǎng)地設(shè)計(jì)的一些基本原則。此外，王平還針對(duì)山區(qū)海拔高、氣候復(fù)雜的特點(diǎn)，提出了梁場(chǎng)選擇時(shí)應(yīng)充分考慮所在地的氣候條件影響。

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

  1、預(yù)制場(chǎng)地布置方式

  山區(qū)高速公路場(chǎng)地布置時(shí)通常會(huì)遇到地形狹窄、高差大、運(yùn)梁困難等問(wèn)題，因此在選擇預(yù)制場(chǎng)地時(shí)，應(yīng)綜合考慮預(yù)制梁架設(shè)、施工安全、經(jīng)濟(jì)和環(huán)保等因素。

  通常，預(yù)制場(chǎng)地有以下4種布置方式：

  1.1 臺(tái)后布置

  是最常用的布置方式。將預(yù)制場(chǎng)沿路線縱向布置在橋臺(tái)后面已經(jīng)成型的路基上，或路線外側(cè)的開(kāi)闊地上。具有場(chǎng)地建設(shè)費(fèi)用低，運(yùn)梁和架梁方便，安全性好等優(yōu)點(diǎn)。

  1.2 橋下布置

  橋下有合適的場(chǎng)地布設(shè)預(yù)制場(chǎng)，此時(shí)預(yù)制臺(tái)座應(yīng)盡可能平行于橋軸線設(shè)置。預(yù)制梁采用爬桿或高龍門(mén)架起吊，再用運(yùn)梁炮車(chē)將預(yù)制梁運(yùn)輸?shù)郊芰何恢茫哂惺┕わL(fēng)險(xiǎn)較大，設(shè)備投入多等不足。

  1.3 橋上布置

  當(dāng)臺(tái)后、橋下均無(wú)合適場(chǎng)地布置預(yù)制梁場(chǎng)時(shí)，可將預(yù)制梁場(chǎng)布置在橋面上，即所謂的橋上制梁。橋上制梁時(shí)，除了設(shè)置預(yù)制臺(tái)座外，還需將龍門(mén)吊布置在橋上，用以起吊模板和成品預(yù)制梁等。由于橋上制梁時(shí)出現(xiàn)的荷載較多、受力狀況復(fù)雜，如預(yù)制梁起吊、混凝土罐車(chē)通行，預(yù)制梁又可能處在混凝土澆筑養(yǎng)護(hù)或張拉起拱階段，導(dǎo)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(qiáng)度等級(jí)、鋼筋配置和選用的支座類(lèi)型，往往不能滿足橋上制梁時(shí)橋梁的承載力要求，需要通過(guò)驗(yàn)算后予以加強(qiáng)。

  1.4 遠(yuǎn)距離布置

  適合于橋位較遠(yuǎn)處有合適場(chǎng)地布置預(yù)制梁場(chǎng)的情況，預(yù)制梁通過(guò)運(yùn)梁炮車(chē)運(yùn)輸?shù)綐蛭惶?，再用架橋機(jī)架梁。采用遠(yuǎn)距離布置梁場(chǎng)時(shí)，梁場(chǎng)與橋位間要有良好的運(yùn)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(diǎn)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(fèi)時(shí)費(fèi)工，效率低，同時(shí)還存在支架失穩(wěn)問(wèn)題，多用于離地面不高，且工程量較少的橋梁中。

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  2.2 支架預(yù)制法

  有滿堂式支架法和桁架預(yù)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(yù)制梁預(yù)制平臺(tái)，然后采用平移或釣魚(yú)法架設(shè)梁體的一種施工方法。

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

  支架預(yù)制法的優(yōu)點(diǎn)是避免了預(yù)制場(chǎng)地的建設(shè)，適合于無(wú)場(chǎng)地設(shè)置的橋梁施工；但當(dāng)預(yù)制梁量大、工期緊張時(shí)，必須投入較多的支架設(shè)備，而且還存在支架反復(fù)拆裝、預(yù)制效率低的問(wèn)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(tái)座，預(yù)制后續(xù)混凝土梁的一種施工方法。該方法的優(yōu)點(diǎn)在于運(yùn)梁和架梁簡(jiǎn)便，臨時(shí)占地少，非常適合于橋位處無(wú)預(yù)制場(chǎng)地，或預(yù)制場(chǎng)地很小，又有大量預(yù)制梁施工的橋梁。

  2.4 綜合制梁法

  指同時(shí)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(shì)陡峻，場(chǎng)地狹窄，沿線區(qū)域內(nèi)根本無(wú)法設(shè)置預(yù)制場(chǎng)地，只能在橋梁的起點(diǎn)和中點(diǎn)位置各設(shè)置一個(gè)支架預(yù)制場(chǎng)，先用支架預(yù)制法各施工三跨預(yù)制梁，然后再用橋上制梁法預(yù)制其余預(yù)制梁。

  此外，還有隧道內(nèi)制梁法，如蘭州至海口國(guó)家高速公路武都至罐子溝段馬河大橋，兩岸山勢(shì)陡峭，橋下場(chǎng)地狹窄，橋梁兩岸緊靠隧道，臺(tái)尾距離洞口僅為2.2m和2.6m，洞口路基完全不具備箱梁預(yù)制的條件，雖然橋下第1跨和第2跨下有約40m長(zhǎng)平坦場(chǎng)地，但距離橋面高約30m，需要投入大噸位高跨徑龍門(mén)吊，費(fèi)用太大，最終選擇在隧道內(nèi)預(yù)制箱梁的施工方法。

  3、橋上制梁施工技術(shù)

  3.1 臺(tái)座布置

  為便于敘述，將用于橋上制梁的橋梁稱(chēng)之為工具梁。

  為使預(yù)制梁、臺(tái)座、模板等重量及時(shí)傳遞給工具梁的主梁，須把臺(tái)座布置在工具梁對(duì)應(yīng)的梁肋上。由于預(yù)制梁張拉起拱使工具梁僅承受預(yù)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(yù)制臺(tái)座端頭應(yīng)設(shè)在工具梁的橫隔板位置，同時(shí)為避免局部分布力在工具梁跨中產(chǎn)生過(guò)大的彎矩，臺(tái)座端頭應(yīng)布設(shè)在工具梁支點(diǎn)至1/4跨之間。

  3.2 龍門(mén)吊布置

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

  處在平曲線上的工具梁，受到龍門(mén)吊構(gòu)造的制約，龍門(mén)吊軌道只能沿工具梁弧線布置，導(dǎo)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(yuǎn)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(mén)吊軌道應(yīng)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(shí)，也應(yīng)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(jì)算后確定）。

  3.3 工具梁與支座承載力分析

  在橋上制梁過(guò)程中出現(xiàn)的荷載繁多、臺(tái)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(lái)設(shè)計(jì)試驗(yàn)方案的科學(xué)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(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。本文利用正交分析法，最終得出橋上制梁施工過(guò)程中的2個(gè)最不利工況。

  1）工況1（預(yù)制梁混凝土澆筑與養(yǎng)護(hù)階段）

  預(yù)制T梁、臺(tái)座和模板等自重以均布力方式施加于工具梁上，同時(shí)允許有運(yùn)梁炮車(chē)和龍門(mén)吊在工具梁上移動(dòng)。

  2）工況2（預(yù)制梁張拉起拱階段）

  同時(shí)張拉2片預(yù)制梁預(yù)應(yīng)力鋼束、梁體上拱，T梁自重由預(yù)制階段的均布力轉(zhuǎn)變?yōu)榫植糠植剂ψ饔糜诠ぞ吡荷?，臺(tái)座和模板則仍以均布力方式作用在工具梁上，并有運(yùn)梁炮車(chē)和龍門(mén)吊在工具梁上移動(dòng)。