錢(qián)曉彬 ,馮曉楠 ,呂成林 ,田繼源 ,張建東2,

[1.南通繞城高速公路有限公司,南通 226007;2.蘇交科集團(tuán)股份有限公司,南京 210019;3.中建三局集團(tuán)(江蘇)有限公司,蘇州215104]

預(yù)制箱涵的跨徑最大可達(dá)6 m,屬于一種小型橋梁,隨著其在工程中得到大量的推廣應(yīng)用,面臨的大截面、重載交通等關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題也逐漸凸顯[1-3]。因此,相關(guān)工程技術(shù)人員為解決大截面預(yù)制箱涵構(gòu)件的吊裝運(yùn)輸問(wèn)題,進(jìn)行了輕型化和小型化方面的應(yīng)用研究。鄒正明[4]在徐明高速公路建設(shè)中考慮皖北農(nóng)業(yè)收割機(jī)通行的需求,將預(yù)制箱涵節(jié)段進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì),共分為4 m×2.7 m、4 m×3.5 m、6 m×3.5 m 和6 m×4 m 4 種規(guī)格;其中4 m×2.7 m 規(guī)格的箱涵采用全斷面預(yù)制,其他3 種規(guī)格的箱涵采用上下分塊預(yù)制,單個(gè)預(yù)制構(gòu)件的吊裝重量不超過(guò)20 t,外形尺寸便于公路運(yùn)輸。預(yù)制箱涵的兩種常用結(jié)構(gòu)形式如圖1 所示。

圖1 預(yù)制箱涵的兩種常用結(jié)構(gòu)形式

駱強(qiáng)等[5-6]針對(duì)上下分塊預(yù)制箱涵的連接構(gòu)造選型、接頭抗彎性能及整體力學(xué)性能等方面進(jìn)行了大量的試驗(yàn)研究及有限元分析。目前,業(yè)內(nèi)學(xué)者多重點(diǎn)針對(duì)實(shí)際工程的預(yù)制箱涵結(jié)構(gòu)及構(gòu)造進(jìn)行研究,但針對(duì)其標(biāo)準(zhǔn)化縱向節(jié)段及橫向截面劃分方面的研究尚較少。

隨著預(yù)制箱涵截面尺寸的增大,一方面其單位長(zhǎng)度的節(jié)段重量增大,導(dǎo)致運(yùn)輸及吊裝成本增加;另一方面可能導(dǎo)致預(yù)制箱涵超出預(yù)制構(gòu)件公路運(yùn)輸限制條件,帶來(lái)諸多不便。現(xiàn)有工程應(yīng)用中,往往將預(yù)制箱涵結(jié)構(gòu)進(jìn)行上下或左右分塊預(yù)制,或采用頂板及側(cè)墻單獨(dú)預(yù)制、底板現(xiàn)澆工藝。調(diào)研過(guò)往工程應(yīng)用發(fā)現(xiàn),預(yù)制箱涵采用分塊預(yù)制工藝,對(duì)其連接構(gòu)造的制造精度要求更高,且在施工過(guò)程中容易出現(xiàn)質(zhì)量問(wèn)題。因此,應(yīng)盡量避免采用箱涵分塊預(yù)制工藝。

通過(guò)廣泛調(diào)研現(xiàn)有規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)對(duì)于箱涵規(guī)格尺寸的要求,本文初步提出預(yù)制箱涵的標(biāo)準(zhǔn)化截面尺寸;結(jié)合超限運(yùn)輸車(chē)輛管理規(guī)定、預(yù)制箱涵吊裝運(yùn)輸條件,考慮車(chē)輛運(yùn)輸方式,明確預(yù)制箱涵縱向節(jié)段及橫向截面的劃分要求,并形成預(yù)制箱涵結(jié)構(gòu)合理劃分及運(yùn)輸方式表格,為預(yù)制箱涵的標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)與施工提供了數(shù)據(jù)支撐。

1 預(yù)制箱涵結(jié)構(gòu)尺寸標(biāo)準(zhǔn)化研究

依據(jù)相關(guān)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)[7-11],針對(duì)混凝土涵洞或預(yù)制箱涵標(biāo)準(zhǔn)跨徑及內(nèi)高的規(guī)定如表1 所示。由表1 可知,現(xiàn)有規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)對(duì)預(yù)制箱涵的規(guī)格尺寸要求不統(tǒng)一,無(wú)法明確指導(dǎo)工程施工中預(yù)制箱涵的結(jié)構(gòu)選型。

表1 針對(duì)混凝土涵洞或預(yù)制箱涵標(biāo)準(zhǔn)跨徑及內(nèi)高的規(guī)定 (m)

預(yù)制箱涵既用于排水,又用于行人、汽車(chē)的通行。為便于實(shí)現(xiàn)預(yù)制箱涵的工業(yè)化生產(chǎn),其規(guī)格尺寸不宜過(guò)多;同時(shí),當(dāng)用作通道時(shí),也應(yīng)滿足《公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范》(JTG D60—2015)中橋涵凈空的規(guī)定,預(yù)制箱涵用作通道時(shí)的橋涵凈空規(guī)定如表2 所示。

表2 預(yù)制箱涵用作通道時(shí)的橋涵凈空規(guī)定 (m)

綜合考慮現(xiàn)有規(guī)范的相關(guān)規(guī)定,本文提出,當(dāng)預(yù)制箱涵的跨徑及凈高小于4.0 m 時(shí),應(yīng)以0.3 m為一個(gè)模數(shù)增長(zhǎng);在凈高大于等于4.0 m 時(shí),應(yīng)以0.5 m 為一個(gè)模數(shù)增長(zhǎng)。預(yù)制箱涵的壁厚及腋角尺寸應(yīng)按《預(yù)制混凝土箱涵》(JC/T 2456—2018)的相關(guān)規(guī)定進(jìn)行設(shè)置。

2 預(yù)制箱涵公路運(yùn)輸條件分析

2.1 超限運(yùn)輸車(chē)輛管理規(guī)定

根據(jù)中華人民共和國(guó)交通運(yùn)輸部于2016 年公布的《超限運(yùn)輸車(chē)輛行駛公路管理規(guī)定》,預(yù)制箱涵在運(yùn)輸過(guò)程中的寬度方向不能大于2.55 m,為保證一定的安全儲(chǔ)備,建議不大于2.5 m。同時(shí),預(yù)制箱涵運(yùn)輸?shù)目偢叨炔粦?yīng)大于4 m,否則就屬于超限運(yùn)輸車(chē)輛。因此,預(yù)制箱涵的結(jié)構(gòu)尺寸不宜過(guò)大,否則一旦超限,需要辦理相應(yīng)手續(xù)。

2.2 公路運(yùn)輸條件分析

關(guān)于道路限高標(biāo)準(zhǔn),現(xiàn)有規(guī)范[12-13]規(guī)定:高速公路、一級(jí)公路、二級(jí)公路的凈高應(yīng)為5.00 m;三級(jí)公路、四級(jí)公路的凈高應(yīng)為4.5 m。

根據(jù)市場(chǎng)調(diào)研,部分掛車(chē)車(chē)型及外形尺寸如表3 所示,各類(lèi)型貨車(chē)所載貨物尺寸限值如表4 所示。由表3 和表4 可知,除掛車(chē)外,其他載重汽車(chē)的最大載荷在20 t 之內(nèi),如運(yùn)輸10～20 t 的預(yù)制箱涵,則每次只能運(yùn)輸一個(gè)構(gòu)件或節(jié)段,且無(wú)法運(yùn)輸20 t以上的預(yù)制箱涵節(jié)段。因此,運(yùn)輸預(yù)制箱涵構(gòu)件或節(jié)段時(shí),最好使用掛車(chē);考慮到掛車(chē)的載重一般不超過(guò)50 t,為保證預(yù)制箱涵的運(yùn)輸效率,每個(gè)預(yù)制箱涵構(gòu)件或節(jié)段的重量應(yīng)控制在20～25 t。

表3 部分掛車(chē)車(chē)型及外形尺寸

表4 各類(lèi)型貨車(chē)所載貨物尺寸限值 (m)

傳統(tǒng)的載重汽車(chē)預(yù)制構(gòu)件的最大運(yùn)輸高度為2.8 m,運(yùn)輸寬度為2.5 m;而改進(jìn)的載重汽車(chē)預(yù)制構(gòu)件的最大運(yùn)輸高度為3.75 m,運(yùn)輸寬度為1.53 m。載重汽車(chē)運(yùn)輸規(guī)格示意如圖2 所示。由表4 可知,掛車(chē)運(yùn)輸貨物的總長(zhǎng)度限值最長(zhǎng)為17.5 m,最短為13 m。

圖2 載重汽車(chē)運(yùn)輸規(guī)格示意

綜合考慮掛車(chē)對(duì)運(yùn)輸構(gòu)件尺寸的限制條件,將板車(chē)運(yùn)輸預(yù)制箱涵構(gòu)件的方式總結(jié)為3 種,包括橫向臥式擺放、橫向立式擺放以及縱向臥式擺放。預(yù)制箱涵掛車(chē)運(yùn)輸過(guò)程中的擺放方式如圖3 所示?？紤]超限車(chē)輛及運(yùn)輸車(chē)輛條件等因素,提出傳統(tǒng)及改進(jìn)的載重車(chē)輛預(yù)制箱涵構(gòu)件尺寸限值如表5 所示。

表5 傳統(tǒng)及改進(jìn)的載重車(chē)輛預(yù)制箱涵構(gòu)件尺寸限值

圖3 預(yù)制箱涵掛車(chē)運(yùn)輸過(guò)程中的擺放方式

由表5 可知,針對(duì)大截面上下分塊預(yù)制箱涵構(gòu)件,宜采用橫向臥式擺放或立式擺放的方式運(yùn)輸;而小截面整體預(yù)制箱涵構(gòu)件宜采用縱向臥式擺放的方式運(yùn)輸。傳統(tǒng)載重車(chē)輛適合運(yùn)輸高度較小、節(jié)段長(zhǎng)度較大的預(yù)制箱涵節(jié)段,改進(jìn)的載重車(chē)輛則適合運(yùn)輸高度較大、節(jié)段長(zhǎng)度較小的預(yù)制箱涵節(jié)段。

3 預(yù)制箱涵現(xiàn)場(chǎng)吊裝條件分析

吊車(chē)的轉(zhuǎn)動(dòng)半徑及吊臂伸長(zhǎng)決定了吊車(chē)的最大起吊重量,因此在吊裝預(yù)制箱涵時(shí),需要結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)吊裝條件及預(yù)制節(jié)段的重量,選擇合適的吊車(chē)規(guī)格。預(yù)制塊件吊裝示意如圖4 所示。不同規(guī)格的吊車(chē)臺(tái)班單價(jià)費(fèi)用相差較大,因此,在保證施工效率的前提下,選擇最經(jīng)濟(jì)的吊車(chē)規(guī)格,需要針對(duì)吊裝預(yù)制箱涵常用的吊車(chē)規(guī)格及預(yù)制節(jié)段重量進(jìn)行施工效率及吊裝成本對(duì)比分析,以確定合適的預(yù)制節(jié)段重量控制。

圖4 預(yù)制塊件吊裝示意

調(diào)研發(fā)現(xiàn),起重機(jī)械車(chē)輛的臺(tái)班費(fèi)用隨著其載荷增加而提高,且長(zhǎng)期租用的費(fèi)用可在臨時(shí)租用費(fèi)用的基礎(chǔ)上打7～8 折。因此,預(yù)制箱涵載重不宜過(guò)大,否則會(huì)導(dǎo)致吊裝成本較大。同時(shí),《建筑施工起重吊裝工程安全技術(shù)規(guī)范》(JGJ 276—2012)規(guī)定,起重機(jī)械的載荷不應(yīng)超過(guò)其最大載荷的80%。為保證起重機(jī)械車(chē)輛的載重荷載滿足所有預(yù)制箱涵工程的吊裝需求,需要考慮3 倍的安全儲(chǔ)備;2.2 節(jié)中提到,預(yù)制箱涵構(gòu)件重量宜為20～25 t,如果采用上下分塊預(yù)制工藝,其節(jié)段質(zhì)量應(yīng)為40～50 t。據(jù)此,預(yù)制箱涵工程起吊車(chē)輛的載荷應(yīng)為150～187.5 t。

4 預(yù)制箱涵結(jié)構(gòu)合理劃分

基于以上研究成果,預(yù)制箱涵的凈高宜控制在4 m 以內(nèi),預(yù)制箱涵構(gòu)件重量宜控制在20～25 t。《公路涵洞設(shè)計(jì)規(guī)范》(JTG/T 3365-02—2020)規(guī)定,現(xiàn)澆混凝土涵洞每單位長(zhǎng)度為4～6 m 時(shí)應(yīng)設(shè)置一道沉降縫,以防止其不均勻沉降。因此,預(yù)制箱涵節(jié)段最長(zhǎng)尺寸宜為6 m,節(jié)段劃分長(zhǎng)度宜為1 m、1.5 m、2 m、3 m、6 m。

綜上,提出預(yù)制箱涵結(jié)構(gòu)合理劃分結(jié)果及運(yùn)輸方式如表6 所示。

表6 預(yù)制箱涵結(jié)構(gòu)合理劃分結(jié)果及運(yùn)輸方式

5 結(jié)論

本文根據(jù)現(xiàn)行的相關(guān)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn),針對(duì)預(yù)制箱涵的結(jié)構(gòu)尺寸進(jìn)行調(diào)研分析,提出其標(biāo)準(zhǔn)化橫截面規(guī)格尺寸,并基于預(yù)制箱涵節(jié)段公路運(yùn)輸及現(xiàn)場(chǎng)吊裝情況調(diào)研,提出各截面尺寸型式的預(yù)制箱涵構(gòu)件節(jié)段長(zhǎng)度、截面劃分結(jié)果和道路運(yùn)輸方式。同時(shí),提出預(yù)制箱涵縱向節(jié)段及橫向截面尺寸劃分要求,包括:預(yù)制箱涵凈高宜控制在4 m 以內(nèi);預(yù)制箱涵構(gòu)件重量宜控制在20～25 t;預(yù)制箱涵構(gòu)件應(yīng)滿足運(yùn)輸尺寸限值要求;預(yù)制箱涵節(jié)段劃分長(zhǎng)度宜為1 m、1.5 m、2 m、3 m、6 m。