高祿巍

(中鐵十九局集團(tuán)第五工程有限公司，遼寧大連 116000)

1 概述

城市交通堵塞現(xiàn)象是全國(guó)各大中城市普遍存在的難題，隨著解決措施的加強(qiáng)，一批快速交通用的大、特大公路橋逐漸增多，受城市周邊地形的限制，該種橋梁大多是曲線橋，大連南部濱海大道工程星海灣大橋?qū)儆谠摲N情況。該橋的東引橋采用曲線雙層設(shè)計(jì)，預(yù)制箱梁海運(yùn)架設(shè)施工方案，在該橋箱梁預(yù)制場(chǎng)選址和設(shè)計(jì)中，受寸土寸金的城市用地的影響，其場(chǎng)地的占地面積和臨時(shí)出海碼頭的組合選址極其受限，為解決該問題，我們對(duì)梁底寬相同的梁型采用了三層存梁的設(shè)計(jì)，力爭(zhēng)最大化的減少占地。

2 三層存梁設(shè)計(jì)方案的確定

2.1 三層存梁臺(tái)座設(shè)計(jì)影響因素

1)梁長(zhǎng)變化的影響。

按照設(shè)計(jì)圖紙，預(yù)制場(chǎng)307片箱梁，按照梁長(zhǎng)分類共計(jì)38種，箱梁底寬為 1.95 m，2.6 m，3.0 m，3.3 m，3.8 m 五種。以梁底寬2.6 m且同梁長(zhǎng)重量最大為例(見表1)，底寬2.6 m的箱梁總片數(shù)97片，梁長(zhǎng)有13種，最長(zhǎng)為43.47 m，最短為41.45 m，最重為486.55 t，最輕為 424.05 t。

表1 預(yù)制箱梁(底寬2.6 m)梁重及梁長(zhǎng)統(tǒng)計(jì)表

2)存梁臺(tái)座設(shè)計(jì)理念。

存梁臺(tái)座的設(shè)計(jì)要與梁型、存梁方式、吊梁方式等結(jié)合起來(lái)，臺(tái)座設(shè)計(jì)時(shí)綜合考慮不同梁底寬的尺寸，以梁長(zhǎng)相近、底寬差值小為設(shè)計(jì)基礎(chǔ)，以共用為設(shè)計(jì)原則。

受多種梁底寬度的影響以及考慮存梁時(shí)的三層臨時(shí)支座的中心位于同一鉛垂線位置，本梁場(chǎng)存梁臺(tái)座采用樁基礎(chǔ)+承載梁的結(jié)構(gòu)形式。

2.2 存梁臺(tái)座設(shè)計(jì)

根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)分析，承載梁寬度需要2.5 m方可保證不同梁長(zhǎng)的箱梁存放時(shí)的支點(diǎn)位置符合設(shè)計(jì)要求;受地質(zhì)為雜填土的影響，基礎(chǔ)采用樁基。

存梁臺(tái)座設(shè)計(jì)計(jì)算(以底寬2.6 m箱梁為例):

按照表1，底寬2.6 m箱梁最大重量為486.55 t，三層存梁總重量為1 459.65 t;基礎(chǔ)采用樁徑1.2 m鉆孔灌注樁基礎(chǔ)，樁長(zhǎng)8 m，間距4 m，樁底支撐在中風(fēng)化基巖上。承載梁尺寸4 m×2.5 m×1 m，承載梁設(shè)計(jì)采用C30鋼筋混凝土，其受力段計(jì)算重量為23 t。單樁重量為19.888 t。則上部荷載為1 459.66 t+23 t=1 482.66 t。單樁承載力為 761.218 t。

1)單樁承載力設(shè)計(jì)計(jì)算。

單樁承載力按《公路橋涵地基與基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》選用公式計(jì)算。

支承在基巖上或嵌入基巖內(nèi)的鉆(挖)孔樁、沉樁的單樁軸向受壓承載力容許值［Ra］，可按下式計(jì)算:

其中，［Ra］為單樁軸向受壓承載力容許值，kN，樁身自重與置換土重(當(dāng)自重計(jì)入浮力時(shí)，置換土重也計(jì)入浮力)的差值作為荷載考慮;c1為根據(jù)清孔情況、巖石破碎程度等因素而定的端阻發(fā)揮系數(shù)，按表5.3.4采用;Ap為樁端截面面積，m2，對(duì)于擴(kuò)底樁，取擴(kuò)底截面面積;frk為樁端巖石飽和單軸抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值，黏土質(zhì)巖取天然溫度單軸抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值，當(dāng)frk＜2 MPa時(shí)按摩擦樁計(jì)算(frkio為第i層的frk值);c2i為根據(jù)清孔情況、巖石破碎程度等因素而定的第i層巖層的側(cè)阻發(fā)揮系數(shù)，按表5.3.4采用;u為各土層或各巖層部分的樁身周長(zhǎng)，m;hi為樁嵌入各巖層部分的厚度，m，不包括強(qiáng)風(fēng)化層和全風(fēng)化層;m為巖層的層數(shù)，不包括強(qiáng)風(fēng)化層和全風(fēng)化層;ζ5為覆蓋層土的側(cè)阻力發(fā)揮系數(shù)，根據(jù)樁端frk確定:當(dāng)2 MPa≤frk＜15 MPa時(shí)，ζ5=0.8;當(dāng)15 MPa≤frk＜30 MPa時(shí)，ζ5=0.5;當(dāng) frk＞30 MPa 時(shí)，ζ5=0.2;τi為各土層的厚度，m;qik為樁側(cè)第i層土的側(cè)阻力標(biāo)準(zhǔn)值，宜采用單樁摩阻力試驗(yàn)值，當(dāng)無(wú)試驗(yàn)條件時(shí)，對(duì)于鉆挖孔樁按本規(guī)范表選用，對(duì)于沉樁按規(guī)范表5.3.3-4選用;n為土層的層數(shù)，強(qiáng)風(fēng)化和全風(fēng)化巖層按土層考慮。

單樁軸向受壓承載力容許值由上式得:［Ra］=0.6×1.13×15 000=10 173.6 kN ＞1.2 ×7 612.18 kN=9 134.616 kN。所以，樁基承載力滿足要求。

由于樁在最不利荷載組合下的拉應(yīng)力為1.3 MPa＜ftd=1.39 MPa，因此可用素混凝土樁。

2)臨時(shí)支座設(shè)計(jì)。

臨時(shí)支座采用兩種形式，一層、一層和二層間采用鋼制砂箱+定制橡膠板，三層采用定制的單片承載力300 t的橡膠板支座(中間夾有鋼板)。因?yàn)樵O(shè)計(jì)要求為兜底吊裝，吊裝用的鋼絲繩的直徑為140 mm，因此臨時(shí)支座的設(shè)計(jì)高度為25 cm，以利鋼絲繩安拆。

a.鋼砂箱制作。

鋼砂箱采用型鋼［25a制作(見圖1，圖2)，外箱尺寸長(zhǎng)度×寬度×高度=650 mm×556 mm×250 mm。

圖1 鋼砂箱平面示意圖

圖2 鋼砂箱立面示意圖

b.鋼砂箱受力分析。

第一層鋼砂箱最大承重3片箱梁及臨時(shí)支座的荷載之和，按照最重箱梁計(jì)算為1 459.65 t，一個(gè)鋼砂箱重量為(含砂石及橡膠板)661.129 kg+90 kg+10 kg=761.129 kg=0.761 t。第三層橡膠板臨時(shí)支座重量為25 kg(5層)，下部鋼砂箱承受的荷載為(1 459.65+0.761+0.025)/4=365.11 t。

2.3 主要施工方法

施工中重點(diǎn)控制工序有梁重量確認(rèn)、臨時(shí)支座安裝、預(yù)壓落梁施工、防止傾覆措施等。

1)梁重量確認(rèn)。

預(yù)制箱梁的重量計(jì)算時(shí)是按照理論重量考慮，施工中要根據(jù)實(shí)際澆筑混凝土方量、鋼筋使用數(shù)量、鋼絞線數(shù)量以及注漿數(shù)量等進(jìn)行二次計(jì)算，用計(jì)算的實(shí)際重量通過提梁機(jī)自帶的計(jì)重系統(tǒng)進(jìn)行復(fù)核，以三者最大重量進(jìn)行復(fù)核計(jì)算。

2)臨時(shí)支座安裝。

a.臨時(shí)支座安裝位置測(cè)放。

鋼砂箱安裝位置要根據(jù)存梁計(jì)劃對(duì)三片箱梁的臨時(shí)支點(diǎn)位置進(jìn)行預(yù)布置，確保三層箱梁臨時(shí)支點(diǎn)位于同一鉛垂線上，且位于梁端腹板中心，平面位置和鋼砂箱中心誤差均不大于10 mm。在存梁臺(tái)座上精確放線，標(biāo)注清楚一層鋼砂箱的位置，在第二片箱梁上以跨中為起點(diǎn)，測(cè)放鋼砂箱位置，并根據(jù)第一片和第二片箱梁的長(zhǎng)度差，測(cè)放到第一層箱梁頂面上，第三片放線方法同第二片，但要注意鋼砂箱尺寸和橡膠板尺寸差。

為了確保臨時(shí)支點(diǎn)處于同一鉛垂線上，同一存梁臺(tái)座存放的3片箱梁長(zhǎng)度誤差不得大于2 m，同時(shí)又可以使鋼砂箱四邊均在2.5 m寬的存梁臺(tái)座上，以保證鋼砂箱受力能有效的傳遞到基礎(chǔ)上。

b.臨時(shí)支座安裝。

首先要清除承載梁(箱梁)上的雜物，其次要精確定位鋼砂箱(橡膠板)位置，臨時(shí)支座安裝要使其長(zhǎng)邊平行于承載梁(見圖3)。因鋼砂箱不存在卸荷問題，故在箱內(nèi)填實(shí)砂+碎石，按照實(shí)際施工經(jīng)驗(yàn)，其比例為1∶2，可以有效地保證密實(shí)度;因其受力后存在一定的不均勻沉降，故碎石上部加墊500 mm×400 mm的橡膠板支座，利用橡膠板的彈性變形能力，平衡其不均勻沉降。橡膠板尺寸不能大于鋼砂箱內(nèi)空尺寸。

3)預(yù)壓落梁施工。

a.預(yù)壓理念。

梁端受力和鋼砂箱受力計(jì)算均經(jīng)過設(shè)計(jì)院復(fù)核，滿足要求，但是三層存梁還是存在一定的風(fēng)險(xiǎn)，主要是:鋼砂箱和橡膠板的沉降和變形是否能保持4點(diǎn)相同，尤其是鋼砂箱在裝填砂石時(shí)4個(gè)鋼砂箱還是存在砂石比例、填充密實(shí)度等的偏差，該偏差只能通過預(yù)壓解決，以保證存梁4點(diǎn)高差滿足要求;樁基礎(chǔ)施工存在施工偏差，其結(jié)果是臺(tái)座沉降量偏差是否同步，這都是決定三層存梁成功與否的關(guān)鍵。

圖3 第一層存梁鋼砂箱安裝圖

根據(jù)現(xiàn)澆箱梁支架預(yù)壓理念和實(shí)際存梁經(jīng)驗(yàn)，預(yù)壓落梁控制是整個(gè)施工中的重中之重，尤其是同時(shí)預(yù)制邊梁和中梁的預(yù)制場(chǎng)。

b.預(yù)壓落梁施工方法。

第一片、第二片箱梁存梁時(shí)不預(yù)壓，直接落梁后觀測(cè)臨時(shí)支座的4點(diǎn)高差，對(duì)其調(diào)整后落梁。第三片梁按照梁重量預(yù)壓加載為0→30%→60%→100%，分三次觀測(cè)臺(tái)座以及底部鋼砂箱的變形值，測(cè)量第一片梁端部的4個(gè)觀測(cè)點(diǎn)高差在4 mm以內(nèi)方可。第一級(jí)加載預(yù)壓觀測(cè)時(shí)間為1 h，第二級(jí)加載預(yù)壓觀測(cè)時(shí)間為2 h，第三次加載預(yù)壓觀測(cè)時(shí)間為4 h。本加載預(yù)壓時(shí)間是通過實(shí)際加載預(yù)壓觀測(cè)總結(jié)的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，針對(duì)的是樁基+鋼筋混凝土承載梁的結(jié)構(gòu)形式，其他結(jié)構(gòu)形式需要在此基礎(chǔ)上來(lái)進(jìn)行調(diào)整以及預(yù)判。加載重量是按照提梁機(jī)(或者龍門吊)自帶的計(jì)重系統(tǒng)實(shí)測(cè)為準(zhǔn)。

4)防止傾覆措施。

按照長(zhǎng)度相近原則進(jìn)行存梁布置，結(jié)合架梁順序，綜合布置存梁方案。對(duì)所有邊梁進(jìn)行重心偏移計(jì)算，以梁重心為存放依據(jù)，三層箱梁采用左邊梁+中梁+右邊梁的形式，兩個(gè)邊梁重心偏移量相近，偏差不大于5 cm即可存放在同一臺(tái)座上。按照實(shí)際預(yù)留鋼砂箱偏載壓縮值，第一片箱梁左邊側(cè)鋼砂箱抬高4 mm，第二片水平布置，第三片箱梁右邊側(cè)橡膠板支座抬高2 mm。三層箱梁存放后各層梁的臨時(shí)支座位于水平，偏差不大于4 mm。該種方案可以有效地避免偏載現(xiàn)象，使三層箱梁存放后的重心與梁中心基本吻合，避免了存梁失穩(wěn)現(xiàn)象。

3 結(jié)語(yǔ)

中鐵十九局集團(tuán)第五工程有限公司大連南部濱海大道工程箱梁預(yù)制二標(biāo)段承建的東引橋箱梁及上橫梁、東側(cè)大跨徑引橋箱梁及上橫梁預(yù)制工程，梁長(zhǎng)、梁寬其變化之復(fù)雜程度，基本上在國(guó)內(nèi)少見。本預(yù)制場(chǎng)通過對(duì)存梁臺(tái)座的設(shè)計(jì)綜合分析、研究以及對(duì)三層存梁的施工工藝的探討，總結(jié)出從基礎(chǔ)設(shè)計(jì)到三層預(yù)壓落梁一套完整的施工工藝，在場(chǎng)地受限或者城市及邊緣地區(qū)施工中，有效的解決了存梁能力的問題，極大地減少了臨時(shí)占地面積，提高了土地利用率的同時(shí)也降低了復(fù)耕的費(fèi)用，綜合經(jīng)濟(jì)價(jià)值較高，具有較好的推廣應(yīng)用價(jià)值。

隨著城市解決道路擁堵問題逐漸開始，跨河、跨海、跨湖等公路隨著大型箱梁設(shè)計(jì)理念和施工技術(shù)的日益成熟，勢(shì)必逐步推廣應(yīng)用，本預(yù)制場(chǎng)解決的三層存梁施工技術(shù)，提高了箱梁預(yù)制中預(yù)制場(chǎng)地的問題，積累了一定的設(shè)計(jì)、施工經(jīng)驗(yàn)。

［1］JTG/TF 50-2011，公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范［S］.

［2］JTG D63-2007，公路橋涵地基與基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.