徐建平，陳家堯，羅 征

(1.浙江良和交通建設(shè)有限公司,浙江 寧波 315000; 2.浙大寧波理工學(xué)院,浙江 寧波 315000)

0 引言

橋梁防撞墻作為橋梁上部附屬設(shè)施的重要組成部分,具有誘導(dǎo)交通及避免失控車輛沖出路面的關(guān)鍵作用,對(duì)于城市道路行車安全意義重大。然而,受到模板造型、吊裝重量及預(yù)制構(gòu)件連接等種種因素的制約,高架防撞墻仍采用現(xiàn)場(chǎng)現(xiàn)澆施工方法,成為城市高架橋梁全預(yù)制裝配化施工實(shí)現(xiàn)的最后壁壘[1-2]。

雖然國(guó)內(nèi)外對(duì)預(yù)制拼裝技術(shù)進(jìn)行了廣泛研究并取得了一定的研究成果,但目前所有構(gòu)件采用預(yù)制拼裝的全預(yù)制技術(shù)所開展的研究仍然不足,尤其是預(yù)制護(hù)欄方面鮮有報(bào)道。從目前調(diào)研的情況來(lái)看,在國(guó)內(nèi)雖已有個(gè)別地方進(jìn)行了橋梁混凝土預(yù)制護(hù)欄的研究與實(shí)踐,但均采用防撞墻獨(dú)立預(yù)制,通過(guò)箱梁預(yù)留鋼筋現(xiàn)澆成為一個(gè)整體,整體受力等同現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)。如浙江省內(nèi)臺(tái)金高速公路東延段二期工程項(xiàng)目進(jìn)行了鋼筋焊接型防撞護(hù)欄預(yù)制拼裝研究與實(shí)踐,形成了GGG 浙C3143—2018焊接型防撞護(hù)欄預(yù)制拼裝施工工法[3];特別指出本項(xiàng)目合作單位浙大寧波理工學(xué)院提出的UHPC連接預(yù)制裝配防撞墻,在寧波杭州灣高速等高等級(jí)的公路也有了應(yīng)用先例,工業(yè)預(yù)制防撞墻構(gòu)件質(zhì)量美觀,迎撞面平整,加工精度和外觀質(zhì)量明顯提高。然而,上述預(yù)制獨(dú)立防撞墻安裝定位調(diào)整時(shí)間較長(zhǎng)、預(yù)制連接部分鋼筋綁扎難度大以及連接部位質(zhì)量控制難、施工效率低、勞動(dòng)強(qiáng)度高、臨時(shí)支撐安全保障困難等問題,限制了其在全預(yù)制橋梁結(jié)構(gòu)體系中的推廣應(yīng)用。通過(guò)在實(shí)際施工中的不斷探索和研究,項(xiàng)目提出了裝配整體式防撞墻結(jié)構(gòu)施工工法,該工法充分發(fā)揮了預(yù)制構(gòu)件安裝速度快、位置準(zhǔn)確等特點(diǎn),不僅保證了結(jié)構(gòu)的安全性,而且對(duì)提升工業(yè)化全預(yù)制橋梁建造技術(shù)的發(fā)展具有重要意義[4-6]。

1 工程背景

本項(xiàng)目以寧波市鄞州大道高架快速路為研究對(duì)象,如圖1所示,工程項(xiàng)目于2021年12月開工,鄞州大道快速路工程是寧波中心城區(qū)快速路網(wǎng)的重要組成部分,對(duì)完善鄞州區(qū)域路網(wǎng)結(jié)構(gòu),支持城市空間拓展,促進(jìn)海曙—鄞州的快速聯(lián)系具有重要的意義。工程采用“主線高架+地面輔道”的建設(shè)形式,地面輔道為既有城市主干路,設(shè)計(jì)車速50 km/h,雙向六到八車道規(guī)模;新建主線高架標(biāo)準(zhǔn)橋?qū)?2.5 m,設(shè)計(jì)車速80 km/h。根據(jù)道路總體設(shè)計(jì),綜合考慮現(xiàn)場(chǎng)施工條件、交通導(dǎo)行及工期因素,確定本標(biāo)段主線高架部分采用先簡(jiǎn)支后連續(xù)預(yù)制小箱梁。

為減少對(duì)高架底部既有道路、周邊建筑、人居及景觀環(huán)境的干擾,項(xiàng)目采用防撞墻與邊梁一體化工廠預(yù)制,現(xiàn)場(chǎng)吊裝架設(shè)的新型施工工藝。預(yù)制整體防撞墻外形尺寸大、幾何造型復(fù)雜,預(yù)制邊梁與預(yù)制防撞墻需要兩次組模澆筑,模具設(shè)計(jì)與定位工藝復(fù)雜;預(yù)制整體構(gòu)件吊裝、就位、固定困難,吊裝重量大(最重約200 t),重心偏離梁體中心值大(約200 mm);現(xiàn)場(chǎng)施工條件復(fù)雜,吊運(yùn)安全路徑規(guī)劃和調(diào)姿就位等關(guān)鍵技術(shù)有待研究,預(yù)制一體化構(gòu)件現(xiàn)場(chǎng)安裝經(jīng)驗(yàn)不足,上述關(guān)鍵技術(shù)在寧波均屬首次實(shí)施,項(xiàng)目研究對(duì)我市城市建設(shè)產(chǎn)業(yè)化轉(zhuǎn)型具有重要意義。

2 預(yù)制整體防撞墻工業(yè)化生產(chǎn)工藝研究

預(yù)制構(gòu)件模具設(shè)計(jì)作為生產(chǎn)環(huán)節(jié)的起始環(huán)節(jié),在裝配式建筑整個(gè)建設(shè)過(guò)程中發(fā)揮著巨大的作用,如果設(shè)計(jì)不合理有設(shè)計(jì)缺陷,將導(dǎo)致預(yù)制混凝土構(gòu)件無(wú)法裝配使用,造成直接的經(jīng)濟(jì)損失。預(yù)制橋梁構(gòu)件的模具以重復(fù)利用率高的鋼模為主,預(yù)制護(hù)欄模具設(shè)計(jì)主要依據(jù)預(yù)制構(gòu)件形狀、鋼筋布置、預(yù)埋件位置和拆裝工藝進(jìn)行,其結(jié)構(gòu)包括面板、支撐結(jié)構(gòu)和工裝吊架零部件等,且模具結(jié)構(gòu)應(yīng)滿足承載力、剛度、穩(wěn)定性和拼拆方便等設(shè)計(jì)要求,如圖2所示。

隨著預(yù)制混凝土建筑構(gòu)件產(chǎn)品種類與型號(hào)的不斷增加(如預(yù)制獨(dú)立防撞墻與預(yù)制整體式防撞墻),由于尚未形成標(biāo)準(zhǔn)化的設(shè)計(jì)與生產(chǎn)模式,導(dǎo)致預(yù)制構(gòu)件模具配套成本大幅增加,從而影響了預(yù)制構(gòu)件的整體造價(jià)。為增加預(yù)制整體防撞墻構(gòu)件生產(chǎn)的模具重復(fù)利用率、降低模具配套成本,本項(xiàng)目采用了使用兩個(gè)預(yù)制整體防撞墻生產(chǎn)臺(tái)座同時(shí)澆筑的方案,這有助于提高臺(tái)座模具的利用率,滿足工業(yè)化生產(chǎn)能力下所需的模具位置數(shù)量。通過(guò)使用這種預(yù)制整體防撞墻生產(chǎn)臺(tái)座,可以同時(shí)澆筑兩根護(hù)欄,從而提高生產(chǎn)效率。如圖3所示,在該工藝中,使用預(yù)制整體防撞墻生產(chǎn)臺(tái)座可同時(shí)澆筑兩個(gè)預(yù)制防撞墻,提高模位利用率。首先,澆筑預(yù)制邊箱梁混凝土,同時(shí)預(yù)留鋼筋供綁扎后期防撞墻。當(dāng)預(yù)制邊箱梁達(dá)到強(qiáng)度要求后,將其吊裝至預(yù)制整體防撞墻臺(tái)座旁邊。防撞墻臺(tái)座位于兩根預(yù)制邊箱梁之間,臺(tái)座可使用前期試驗(yàn)梁代替,以降低成本。其次,將防撞鋼筋與預(yù)留在邊箱梁上的鋼筋焊接連接整體,安裝防撞模板,并在防撞墻臺(tái)座上安裝模板支撐。最后,澆筑防撞墻混凝土,使預(yù)制邊箱梁與防撞墻形成一體化結(jié)構(gòu)。

3 預(yù)制整體防撞墻高效吊裝與安裝技術(shù)研究

預(yù)制整體護(hù)欄構(gòu)件具有外形尺寸大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、起重重量大等特點(diǎn),對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的吊裝工作提出了極高的要求。研究如何計(jì)算復(fù)雜構(gòu)件的重心及吊裝位置設(shè)計(jì)成為重要任務(wù)。異形預(yù)制構(gòu)件極易因吊點(diǎn)設(shè)置不合理而偏心起吊,造成預(yù)制構(gòu)件損壞。在澆筑混凝土前,需合理布置起吊點(diǎn),并預(yù)埋規(guī)定荷載的吊環(huán),之后進(jìn)行起吊工作。對(duì)于吊環(huán)如果安放不當(dāng),輕者損壞構(gòu)件,重者造成事故。吊點(diǎn)位置往往是吊裝過(guò)程中構(gòu)件的應(yīng)力集中區(qū)域,在預(yù)制構(gòu)件的吊點(diǎn)周圍將出現(xiàn)不同程度的應(yīng)力集中現(xiàn)象,因此應(yīng)采取加強(qiáng)措施優(yōu)化吊裝設(shè)備,保證構(gòu)件吊裝的安全。為了保證預(yù)制整體護(hù)欄安全、高效地吊裝到工作平臺(tái),需要針對(duì)吊裝、就位施工全過(guò)程進(jìn)行受力分析,拆分研究各個(gè)最不利受力狀態(tài),意在保證構(gòu)件吊裝安裝的安全合理,以確保施工過(guò)程的流暢,研究預(yù)制構(gòu)件吊裝與安裝的效率及可行性。

根據(jù)“預(yù)制小箱梁理論重量分析表”,單片最大重量預(yù)制小箱梁為35 m預(yù)制小箱梁邊板,單片梁包含防撞墻混凝土方量為69.1 m3,理論重量為180 t,單端防撞墻側(cè)吊重約為69.5 t,內(nèi)側(cè)吊重約為26.8 t。箱梁吊裝時(shí)近似豎直角度受力,為充分考慮梁體傾斜角、腹板斜度、受力不均勻性等因素,選用型號(hào)為6V×37+IWR的φ32.5 mm交互捻鋼絲繩,鋼絲繩公稱抗拉強(qiáng)度1 850 N/mm2,最少破斷拉力為725 kN,安全系數(shù)取6.5,單根鋼絲繩的安全承載力為145 kN,小箱梁吊裝時(shí),護(hù)欄側(cè)吊點(diǎn)鋼絲繩對(duì)折成6道,其承載力為145×6=870 kN=87 t>69.5 t,選用的鋼絲繩滿足要求。內(nèi)側(cè)吊點(diǎn)鋼絲繩對(duì)折成4道,其承載力為145×4=580 kN=58 t>26.8 t,選用的鋼絲繩滿足要求。

工藝采用多組并排的高強(qiáng)度鋼絞線作為吊點(diǎn),錨固在上部的吊裝鋼梁上,如圖4所示。箱梁吊裝見圖5。

4 整體防撞墻架橋機(jī)水平旋轉(zhuǎn)施工法

預(yù)制整體防撞墻的架梁工藝采用了架橋機(jī)進(jìn)行抬吊、水平旋轉(zhuǎn)施工。這種工藝解決了架梁過(guò)程中大重量異形構(gòu)件需要調(diào)整位置的問題,因此大大提高了工作效率并能夠精確地將構(gòu)件定位到指定位置。該方法適用于大重量、幾何形狀不規(guī)則的預(yù)制整體防撞墻,可以通過(guò)架橋機(jī)的高承重能力和小范圍移動(dòng)性來(lái)完成施工,并且不受現(xiàn)場(chǎng)限制條件的影響。水平旋轉(zhuǎn)施工可以使預(yù)制整體防撞墻在施工過(guò)程中保持穩(wěn)定性,從而減少了施工風(fēng)險(xiǎn)。同時(shí),這種施工方式還可以避免整體防撞墻在提升過(guò)程中與上部蓋梁發(fā)生摩擦和碰撞,從而避免了防撞墻的損傷。

該方法具體為:

1)使用運(yùn)梁車把預(yù)制整體防撞墻運(yùn)送到待安裝橋跨區(qū)間內(nèi),防撞墻在橋跨斜向放置,架橋機(jī)下放吊具吊好整體防撞墻,預(yù)制整體防撞墻前端水平向距離蓋梁約20 cm,如圖6所示。2)啟動(dòng)起重小車卷?yè)P(yáng)機(jī)起升預(yù)制防撞墻,使其底部高于蓋梁約40 cm～70 cm,啟動(dòng)縱移桁車往前方移動(dòng)預(yù)制防撞墻,直至預(yù)制防撞墻的整體離開蓋梁上方,此時(shí),預(yù)制整體防撞墻依然與蓋梁斜交,預(yù)制防撞墻臨時(shí)就位。3)在次啟動(dòng)起重小車卷?yè)P(yáng)機(jī)起升預(yù)制防撞墻,使其底部高于蓋梁約20 cm,啟動(dòng)橫移桁車水平移動(dòng)預(yù)制防撞墻,直至預(yù)制防撞墻與蓋梁正交,并且將其移至蓋梁一邊,預(yù)制防撞墻就位、落梁安裝,臨時(shí)固定。4)梁跨另外一側(cè)的整體防撞墻同理提升、橫移到位,并臨時(shí)錨固;梁跨內(nèi)的中梁依次從中間向兩外側(cè)對(duì)稱安裝,待梁跨內(nèi)的梁全部安裝完畢后,澆筑橫隔梁,利用橫隔梁橫向聯(lián)結(jié)隔片主梁,拆除預(yù)制整體防撞墻的臨時(shí)支座,施工順序如圖7所示。

5 結(jié)論

本研究的城市高架預(yù)制邊箱梁防撞墻一體化施工方法為城市道路行車安全和城市建設(shè)產(chǎn)業(yè)化轉(zhuǎn)型提供了重要的創(chuàng)新解決方案。通過(guò)采用工廠預(yù)制和一體化施工工藝,不僅大幅提高了施工效率,縮短了工程周期,還顯著提高了構(gòu)件質(zhì)量,從而更好地保障了道路行車安全。盡管仍存在一些挑戰(zhàn)需要進(jìn)一步研究和改進(jìn),但本研究為城市道路建設(shè)和全預(yù)制橋梁技術(shù)的發(fā)展提供了有益的經(jīng)驗(yàn)和指導(dǎo),具有重要的實(shí)際意義。