胡波濤 龔建平 王萬霞

摘要： 筆者以參與的“鳳城五路-歐亞大道-港務(wù)西路快速化改造項(xiàng)目”設(shè)計(jì)實(shí)例，提出在城市快速路體系中采用預(yù)制大箱梁，通過分幅預(yù)制、梁間局部現(xiàn)澆作業(yè)，利用國內(nèi)高鐵橋梁成熟使用的900t運(yùn)、架設(shè)備進(jìn)行箱梁架設(shè)，經(jīng)少許改造后應(yīng)用于城市快速路網(wǎng)建設(shè)。該結(jié)構(gòu)箱梁整體剛度大，耐久性好，結(jié)構(gòu)材質(zhì)均勻，受力明確，在實(shí)現(xiàn)預(yù)制結(jié)構(gòu)外觀突破的同時(shí)，有效避免了現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)的質(zhì)量通病問題。同時(shí)，該橋型下部結(jié)構(gòu)可采用外擴(kuò)花瓶墩，在進(jìn)一步提升橋下景觀的同時(shí)，可實(shí)現(xiàn)橋下空間的最大利用。

Abstract： The author takes the design example of "Fengcheng five road - Eurasia Avenue - Hong Kong West Road rapid transformation project"， and proposes that the prefabricated large box girder is adopted in the urban expressway system， through the prefabrication and local cast-in-place work between the beams， the box girder erection is made by using the mature 900t transport equipment of the high iron bridge in China. After the transformation， the urban viaduct was put into construction. The structural box girder has a large rigidity， good durability， uniform material material and clear force， which can effectively avoid the problem of quality defects of the cast-in-place structure while realizing the breakthrough of the prefabricated structure. At the same time， the substructure of the bridge can be expanded by using external expansion vase piers， which can further enhance the landscape under the bridge and maximize the utilization of the space under the bridge.

關(guān)鍵詞： 預(yù)制拼裝；分幅預(yù)制混凝土箱梁；分幅預(yù)制鋼-混疊合箱梁；梁上運(yùn)梁；整孔架設(shè)

Key words： precast and assembled；precast concrete box girder；prefabricated steel -mixed box girder；girder erection；whole hole erection

中圖分類號(hào)：U448 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-4311（2018）19-0109-04

0 引言

隨著城市建設(shè)發(fā)展對環(huán)境要求的不斷提高，加之工期限制，發(fā)展不阻斷現(xiàn)有道路交通、低碳、降低施工噪音和減少建設(shè)期內(nèi)的施工灰塵，又能方便快速完成工程建設(shè)且對地面交通影響較小的施工方法，預(yù)制拼裝逐漸成為城市快速路網(wǎng)建設(shè)中的主流。

小箱梁和預(yù)制T梁方案的優(yōu)點(diǎn)是吊裝重量小，對施工設(shè)備要求較低，施工工藝成熟，缺點(diǎn)是梁片數(shù)多，現(xiàn)澆濕接縫多，下部結(jié)構(gòu)需要設(shè)置蓋梁，小箱梁根部懸臂較小，對橋下行車影響較大，影響橋梁美觀，蓋梁施工時(shí)也會(huì)嚴(yán)重影響主線道路的交通。

分幅預(yù)制大箱梁方案采用大規(guī)模集中預(yù)制，并利用已架設(shè)橋面運(yùn)、架箱梁。分幅預(yù)制箱梁方案吊裝重量較大，對施工設(shè)備要求相對較高，但梁片數(shù)少，橫向濕接縫只有一道，采用梁上運(yùn)架梁，施工時(shí)對主線道路交通的影響較少，且造型美觀。

在分幅預(yù)制結(jié)構(gòu)材料選擇上，鋼混疊合箱梁在充分利用材料力學(xué)特性的同時(shí)，進(jìn)一步減小了混凝土澆筑工程，從鋼材的使用和循環(huán)回收角度，更契合目前國家去產(chǎn)能和低碳環(huán)保的政府號(hào)召?；炷料淞涸诟哞F項(xiàng)目中已成熟使用。箱梁預(yù)制、運(yùn)吊技術(shù)更為成熟，完全滿足本項(xiàng)目施工期間的相關(guān)要求。同時(shí)混凝土箱梁結(jié)構(gòu)合理，上下部受力明確，對橋下凈空，施工期間交通組織以及后期維養(yǎng)等方面更具優(yōu)勢。在造價(jià)方面，混凝土箱梁相比鋼-混疊合梁造價(jià)可節(jié)約10～12%。

1 工程概況

鳳城五路-歐亞大道-港務(wù)西路快速化改造項(xiàng)目是西安市北郊區(qū)域東西向二級快速路之一，連接了朱宏路、文景路、未央路、太華路、北辰大道、港務(wù)西路，聯(lián)系了經(jīng)開區(qū)、未央?yún)^(qū)、浐灞生態(tài)區(qū)、國際港務(wù)區(qū)，并可以連通至高陵區(qū)，是行政中心和經(jīng)開區(qū)向東北方向輻射的一條重要大通道，同時(shí)該路也是全運(yùn)會(huì)召開期間重要的一條疏散通道，盡快實(shí)施快速化改造非常必要。該項(xiàng)目已列入“十三五”城市快速路體系建設(shè)計(jì)劃。

項(xiàng)目設(shè)計(jì)起點(diǎn)為朱宏路，設(shè)計(jì)終點(diǎn)為秦漢大道，全長約17公里，道路等級為二級快速路。沿線大小被交路共有11多條，其中市政主干道路較多，起控制性的交叉道路主要有朱宏路、明光路、文景路、未央路、太華北路、北辰大道、廣運(yùn)潭大道、北三環(huán)至繞城高速段等。項(xiàng)目全部位于城市建成區(qū)內(nèi)，用地開發(fā)較為成熟，且沿線道路兩側(cè)房屋建筑較多，兩側(cè)地塊、居民通行需求強(qiáng)烈。結(jié)合沿線建設(shè)條件，兼顧地區(qū)交通、工期、投資等因素，采用全線高架橋梁方案。

2 方案設(shè)計(jì)

本項(xiàng)目全線利用既有道路中分帶敷設(shè)高架橋，即采用“主線高架+地面道路”斷面敷設(shè)形式形成雙層交通空間。主線高架橋全長10.115km，橋梁標(biāo)準(zhǔn)斷面寬26m，采用雙向六車道斷面形式。主線高架橋標(biāo)準(zhǔn)段斷面：0.5m（防撞護(hù)欄）+12.25m（行車道）+0.5m（中央分隔帶）+12.25m（行車道）+0.5m（防撞護(hù)欄）=26.0m。

全線高架跨徑布置時(shí)對地面道路按照規(guī)劃寬度予以一跨跨越，全線共設(shè)置11處非標(biāo)準(zhǔn)跨徑，主線標(biāo)準(zhǔn)跨徑段采用分幅預(yù)制混凝土箱梁，在主線高架跨越等級較高的主要被交道路時(shí)采用分幅預(yù)制鋼-砼疊合箱梁，主線高架下部結(jié)構(gòu)采用兩立柱外擴(kuò)花瓶墩，基礎(chǔ)采用鉆孔灌注樁。

①分幅預(yù)制混凝土箱梁。分幅預(yù)制混凝土箱梁采用分左右兩幅設(shè)計(jì)、分幅吊裝，以減小吊裝重量，為利用路澤太公路的中分帶布置橋墩，采用內(nèi)外懸臂不對稱式設(shè)計(jì)，盡量減窄橋墩寬度，并將箱體重心調(diào)整至橋墩合理受力區(qū)。梁間預(yù)留60cm局部現(xiàn)澆，連接橫向兩片箱梁。每片箱梁采用單箱室結(jié)構(gòu)，橋面雙向橫坡由箱梁變腹板高度形成。采用工廠化集中預(yù)制，梁上運(yùn)架梁。

綜合經(jīng)濟(jì)性、適應(yīng)性、景觀效果、運(yùn)架梁設(shè)備，考慮到沿線管線、橋涵、河流較多，兼顧跨越能力。該類橋型工藝成熟，在高鐵高架橋、杭州灣跨海大橋、余姚-慈溪高速等項(xiàng)目上已成功采用。本項(xiàng)目高架橋標(biāo)準(zhǔn)段分幅預(yù)制混凝土箱梁推薦采用35m跨徑。

②分幅預(yù)制鋼-混疊合箱梁。分幅預(yù)制鋼-混疊合箱梁采用分左右兩幅設(shè)計(jì)、分幅吊裝，以減小吊裝重量，為利用路澤太公路的中分帶布置橋墩，考慮到鋼-混疊合梁自重較輕，采用內(nèi)外懸臂對稱式設(shè)計(jì)。鋼-混凝土疊合梁采用預(yù)制廠鋼主梁一次拼裝，并在胎架澆筑混凝土橋面板。然后通過運(yùn)梁車運(yùn)至施工橋位，整體吊裝后澆筑二期鋪裝以及護(hù)欄和其它附屬部件?；炷翗蛎姘彘g預(yù)留60cm局部現(xiàn)澆，連接橫向兩片箱梁。每片箱梁采用單箱室結(jié)構(gòu)，橋面雙向橫坡由箱梁變腹板高度形成。采用工廠化集中預(yù)制，梁上運(yùn)架梁。

3 分幅預(yù)制混凝土箱梁設(shè)計(jì)

3.1 梁高及截面尺寸設(shè)計(jì)

本項(xiàng)目設(shè)計(jì)的主要控制荷載為箱梁施工荷載，選擇合理的梁高及截面尺寸是保證箱梁施工安全的關(guān)鍵，也是設(shè)計(jì)時(shí)需重點(diǎn)研究之處。梁體在施工階段的主要荷載有：運(yùn)梁車運(yùn)梁荷載，架梁過程架橋機(jī)支腿的荷載；箱梁簡支結(jié)構(gòu)下所受移梁、架梁過程中的起吊重荷載及自重；經(jīng)過對施工荷載工況及成橋運(yùn)營階段工況進(jìn)行分析計(jì)算，最終確定了本項(xiàng)目35m跨徑分幅預(yù)制混凝土箱梁高度為2.4m。（圖2）

35m跨徑分幅預(yù)制箱上部總寬26m，采用分幅設(shè)計(jì)、分幅吊裝，以減小吊裝重量，為充分利用地面鳳城五路的中分帶空間，兩片梁采用橫向?qū)ζ?，梁間僅預(yù)留60cm局部現(xiàn)澆，其中單片梁寬1270cm，梁高240cm，為單箱室結(jié)構(gòu)。箱梁頂板厚度26cm，底板及跨中厚度25cm，跨中腹板厚度40cm，支點(diǎn)處腹板厚度加大至110cm，橋面雙向橫坡由箱梁頂板形成?？紤]本項(xiàng)目需減少對橋下交通影響，節(jié)省施工用地空間，本方案提出采用梁上運(yùn)、架梁的施工方案。為了盡量減小施工荷載對結(jié)構(gòu)的影響，頂板采用了175×29cm的大梗腋設(shè)計(jì)。箱梁外懸臂長度350cm，內(nèi)懸臂長170cm，采用內(nèi)外不對稱式懸臂設(shè)計(jì)，將箱體重心調(diào)整移至橋墩合理受力區(qū)。（圖3）

3.2 箱梁梁端設(shè)計(jì)

由于梁端承受架橋機(jī)支腿力作用，需對梁端局部段落進(jìn)行加厚設(shè)計(jì)，但不能加厚太多，太多不利于箱梁內(nèi)模脫卸。經(jīng)多方案分析比選，確定了以下結(jié)構(gòu)尺寸；腹板墩頂處尺寸加厚到110cm，頂板墩頂處尺寸加厚到60cm，底板墩頂處尺寸加厚到55cm，加厚段全長4.05m，兩側(cè)通過2.0m的均勻過渡段逐漸過渡到墩頂加厚截面。（圖4）

3.3 箱梁預(yù)應(yīng)力布置

箱梁采用縱向預(yù)應(yīng)力和橫向預(yù)應(yīng)力設(shè)計(jì)。橫向預(yù)應(yīng)力布置用來承受頂板車輪荷載?？v向預(yù)應(yīng)力為簡支預(yù)應(yīng)力束，用來承擔(dān)箱梁本體自重及運(yùn)梁車、架橋機(jī)等的施工荷載。（圖5）

3.4 吊裝方案選擇

箱梁在梁廠預(yù)制施工前后需進(jìn)行頻繁的起吊作業(yè)，選擇合理的吊裝方案對箱梁的快速運(yùn)架尤為重要。常用的吊裝方案有兜底吊梁、頂板吊梁方案。本項(xiàng)目分幅預(yù)制箱梁采用梁上運(yùn)、架梁的施工方案，如果采用兜底板吊梁方案，因?yàn)楸鈸?dān)梁回收難、耗時(shí)多，所以會(huì)給施工很多不便；如果采用頂板吊梁方案，只需要在頂板開孔，下穿吊桿，箱梁起吊通過箱內(nèi)用錨具錨固來完成，該方案不但提高了施工效率，而且能很快適應(yīng)箱梁的頻繁起吊。

3.5 箱梁施工階段分析

分幅預(yù)制混凝土箱梁采用簡支結(jié)構(gòu)體系，按A類預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件設(shè)計(jì)。橋梁計(jì)算采用MIADS Civil 2015分析。主梁施工階段是箱梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)主要控制點(diǎn)，本次設(shè)計(jì)模擬運(yùn)架梁工況，運(yùn)梁車按照軸重500kN，縱向軸距2.3m，共21軸，橫向輪距5.5m，每片主梁上分配一半軸重。（圖7-圖9）

計(jì)算結(jié)果為：主橋簡支狀態(tài)下運(yùn)梁，由于溫差效應(yīng)，導(dǎo)致主梁上緣在靠近支點(diǎn)附近有0.7MPa拉應(yīng)力，上緣其余截面均受壓；上緣最大拉應(yīng)力-0.7MPa，最大壓應(yīng)力5.6MPa；主梁下緣全截面受壓，下緣最小壓應(yīng)力2.3MPa（跨中截面），最大壓應(yīng)力8.2MPa（1/4截面附近），計(jì)算結(jié)果表明主梁在施工階段上下緣均滿足技術(shù)規(guī)范要求。

4 箱梁施工方案

4.1 箱梁預(yù)制施工要點(diǎn)

本項(xiàng)目主線標(biāo)準(zhǔn)段均采用分幅預(yù)制混凝土箱梁設(shè)計(jì)，全線共需預(yù)制868片梁，箱梁結(jié)構(gòu)采用單箱單室等高截面箱梁，箱體砼標(biāo)號(hào)采用C50設(shè)計(jì)，鋼束選用極限強(qiáng)度為1860MPa的高強(qiáng)度低松弛預(yù)應(yīng)力鋼絞線。箱梁模板由底模、側(cè)模、內(nèi)模和端模組成。模板的全長及跨度應(yīng)考慮設(shè)置反拱度及預(yù)留壓縮量。內(nèi)模采用液壓收縮內(nèi)模，內(nèi)模的收縮及脫模均利用液壓油缸的自由伸縮，在滿足伸縮行程的條件下保證快捷、靈活、方便。底模在跨中需設(shè)置反拱度，安裝時(shí)應(yīng)考慮箱梁的彈性壓縮。所以模板均采用鋼模，要求模板接縫平順、橋面平整、轉(zhuǎn)角光滑、連接孔定位準(zhǔn)確，具有足夠的剛度、強(qiáng)度和穩(wěn)定性。（圖10）

箱梁在拆完模，利用高鐵上使用的900T門式吊運(yùn)移梁機(jī)將箱梁安全移至存梁場地；在運(yùn)梁車行駛中配備有防止墜落的安全制動(dòng)系統(tǒng)。運(yùn)行系統(tǒng)包括四組輪、液壓馬達(dá)、供油泵、兩輪組或四輪組轉(zhuǎn)向、驅(qū)動(dòng)，制動(dòng)系統(tǒng)包括兩極制動(dòng)，運(yùn)行制動(dòng)和停車制動(dòng)。

4.2 箱梁運(yùn)、架梁施工要點(diǎn)

本方案運(yùn)架施工中需使用900t級門式吊運(yùn)、提升機(jī)，橋面運(yùn)梁車和架橋機(jī)，箱梁架設(shè)流程如下：安裝支座→移梁機(jī)提梁→運(yùn)梁車裝梁、運(yùn)梁→喂梁→落梁、灌漿→鋪軌過孔→架橋機(jī)就位→架下一片梁。

本次方案設(shè)計(jì)針采用單車雙幅運(yùn)梁，即一臺(tái)運(yùn)梁車，縱向跨越兩跨箱梁，梁及自重橫向由雙幅梁均分的方案。運(yùn)梁車仍采用17軸，軸距2.3m，橫向兩組輪距5.5m。一輛車，橫向跨雙幅橋運(yùn)梁。橫向需要移梁，所以架橋機(jī)需要有橫向移梁功能。跨兩幅運(yùn)梁，單幅梁受力較小，運(yùn)架梁工況不控制主梁設(shè)計(jì)。（圖11）

5 結(jié)語

①當(dāng)前城市高架具有建設(shè)用地緊張、施工空間受限、工程規(guī)模大等特點(diǎn)，為減少現(xiàn)場施工作業(yè)，便于快速施工，減少施工風(fēng)險(xiǎn)，主梁結(jié)構(gòu)按工廠化、預(yù)制化、標(biāo)準(zhǔn)化、大型化設(shè)計(jì)。

②預(yù)制大箱梁具有整體剛度大，耐久性好，結(jié)構(gòu)材質(zhì)均勻，受力明確，在實(shí)現(xiàn)預(yù)制結(jié)構(gòu)外觀突破的同時(shí)，有效避免了現(xiàn)澆梁的質(zhì)量通病問題。橋型下部結(jié)構(gòu)可采用外擴(kuò)花瓶墩，在進(jìn)一步提升橋下景觀的同時(shí)，可實(shí)現(xiàn)橋下空間的最大利用。

③從工程投資、施工期間對地面交通影響、對周圍環(huán)境影響、降低建設(shè)管理單位施工質(zhì)量管控壓力、施工質(zhì)量及周期控制等方面綜合比選，預(yù)制大箱梁具有明顯優(yōu)勢。

④本次方案研究是對當(dāng)前城市橋梁設(shè)計(jì)和施工方案的一項(xiàng)大膽創(chuàng)新和嘗試，可廣泛應(yīng)用于城市快速路高架橋梁建設(shè)中。

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