全預制裝配化橋涵設計在臨金高速公路項目專項應用技術研究

賈燕麗 吳尤東

摘 要：預制裝配化橋涵設計是“綠色發展”的必由之路，本文通過臨金高速公路裝配式橋梁的應用進行了介紹，通過具體數據說明了實施施工方案的可行性與推廣應用必要性。

關鍵詞：全預制裝配化;方案比選;技術研究

中圖分類號：U442? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? 文章編號：1006—7973（2021）09-0151-04

混凝土預制拼裝技術在國外發展已有30多年的歷史，隨著我國當前城市橋梁大規模建設，面臨的交通、環境和公眾需求等因素的挑戰，迫切需要采用全預制拼裝建造技術。2017年12月29日，中國公路工程咨詢集團有限公司在杭州板塊一樓會議室主持召開了臨建高速公路工程勘察設計第八次工作例會，本次會議從打造品質工程出發，為提升項目影響，積累工程經驗，推動山區高速建設轉型升級，提出：

（1）關于預制橋墩，在杭徽高速以北進行綜合比選。

（2）預制箱涵在本項目進行大規模的推廣。

筆者曾作為指揮部借調人員參加過對山區高速大規模應用預制裝配化橋涵進行相關資料的收集，并補充了專項研究。

1全預制裝配化設計的思考

1.1全預制拼裝比選線位區域選擇

根據2017年12月29日臨建高速公路工程勘察設計第八次工作例會會議紀要，項目業主擬將於潛樞紐以北22公里范圍設為先行段，結合工程形象、項目影響、工期、運輸條件、經濟性等因素，本階段在該范圍進行全預制裝配化設計方案比選。

1.2全預制拼裝橋梁范圍選擇

本工程具有典型的山區公路特點，沿線山高谷深，高差大，地形、地質復雜，水系發達。

結合實際情況，本項目先行段主線共布置18座橋梁。從跨徑標準化角度，結合填高、架設工法及經濟性，以30m跨徑為主，20m跨徑為輔。

從前22km主線橋梁的分布情況來看，上部跨徑只有20m、30m兩種，且絕大多數為正交橋梁，橋梁寬度均相同，對于預制裝配化結構來說具備良好規模化的條件。

對于互通區橋梁，其具有橋梁超高、變寬、斜交，結構形式多樣等特點，同時曲線半徑小不適應架橋機連續作業，采用裝配式結構難以發揮預制拼裝規模化效應，因此前22公里除互通區及主線兩座斜交橋外，其余16座橋梁本階段進行全預制裝配化方案比選。

1.3預制構件種類選擇

山區高速常規上部結構選型為T梁、矮T梁、組合箱梁，其為預制裝配化結構，重點對預制下部結構進行分析說明：

本項目地質條件較好，中風化巖層埋深較淺，樁基絕大多數為嵌巖樁，預制管樁打設困難，且群樁基礎需增設承臺，經濟性差;山區地勢起伏、運輸困難，大型打設、吊裝設備到達每一橋墩工點不符合綠色環保理念，如采用一體式架橋機，將進一步延長工期;隱蔽工程對構件外觀無較高質量要求，因此推薦采用灌注樁基礎。

灌注樁基礎需鑿除樁頭，其樁頭鋼筋精準定位十分困難;預制立柱吊裝需設置安裝調平平臺，該平臺內預埋連接鋼筋，因此推薦采用現澆底系梁作為過渡平臺。

橋臺臺帽為局部隱蔽工程，直接與樁基或承臺相連，且有耳墻、背墻等薄壁異型構造，幾何尺寸和重量較大，結構物重心整體安裝時較難把握，吊裝、運輸風險較高，因此推薦采用現澆方式。

綜上所述，擬采用預制梁、蓋梁、立柱全預制裝配化方案。

2全預制拼裝比較方案設計

2.1上部結構設計

結合山區高速公路特點及經濟性比較，上部結構采用目前較為成熟可靠并經濟的20m、30m預制T梁，主線標準寬度段橋梁單孔單幅布置6片T梁，橫向濕接縫寬度37cm 。

2.2下部結構設計

本項目為典型山區高速公路，地勢起伏大，橋梁墩高從1.7m～43m不等。結合國內外類似工程的成功經驗，橋墩蓋梁擬采用耐久性好、結構輕盈的預應力混凝土結構。根據不同墩高墩身分別采用全預制實心方墩、全預制空心方墩及預制空心方墩+現澆實心墩，全線預制立柱斷面尺寸歸并為三種類型，墩身與樁基礎間采用底系梁過渡并連接。

根據計算，擬定如下表1構造尺寸。

2.3預制裝配化規模

本項目墩高≤10m橋墩個數占比36.2%，墩高≤20m橋墩個數占比67.5%，墩高≤30m橋墩個數占比88.8%。墩高>30m橋墩個數占比11.2%。前22公里主線橋梁，按橋長統計預制裝配化率達到9成。

3施工方案構想

3.1總體思路

以構件“標準化、預制化、裝配化、通用化、大型化”的“五化”為原則，實現“提高產品質量、減少環境污染、加快施工進度、降低人工消耗、合理控制造價”的目標。

3.2 施工方案的選擇

根據山區高速特點、理念要求及相關調研，可能的施工方案有：地面吊機、架橋機、纜索吊裝。

空心方墩布置40根直徑40mm粗鋼筋見圖1。

3.3蓋梁設計

全線預制蓋梁形式歸并為兩種類型，蓋梁采用預應力混凝土結構，30m跨徑跨中蓋梁高1.4m，立柱處蓋梁高1.7m， 20m跨徑跨中蓋梁高1.2m，立柱處蓋梁高1.5m。蓋梁預應力采用雙層布置，每層4束，鋼束均采用兩端張拉，為便于封錨及普通鋼筋布置以及考慮美觀要求，張拉端設置深埋錨。每種跨徑均統一為一種蓋梁構造尺寸，并在工廠一次張拉到位，如下表2。

3.4一體化架橋機施工構想

為克服山區高速在面對預制裝配化橋梁時所遇到的困難，對常規架橋機進行技術改造，以實現上下部結構的一站式安裝。根據構造尺寸以及路線設計參數：前天車起吊能力：160t，構件最大重量：150t，前/后天車起升高度：10m/35m，適應曲線：R≥1000m，適應縱坡/橫坡：±3%/±5%。上述指標要求均較高，需聯合承建單位共同研發滿足上述要求的新型架橋機見圖2、圖3、圖4。

3.5工期測算

3.5.1單跨工效分析

（1）架橋機單幅安裝工效。以下分析假設立柱蓋梁均一次安裝到位，為24小時作業安排，運梁及其他邊界條件不影響的情況下，紅色為控制線路。

（2）架橋機雙幅安裝工效。假設橋梁為不分線橋梁且不錯墩布設，通過鋪設橫移軌道，架橋機橫向移動實現雙幅交錯安裝。

本項目分線橋梁、錯墩布設橋梁較多，考慮調試、維護、天氣、假日等不確定因素，暫按6天一孔考慮。

3.5.2主線橋梁分布情況及關鍵節點

以英公隧道為界，劃分為兩個工作段，工作段內隧道均短于800m。

3.5.3工期測算和比選

采用以下三個方案比選：

方案一：架橋機單向流水作業。

方案二：架橋機雙向流水作業。

方案三：架橋機和地面吊裝聯合作業（墩高≤20m橋梁采用地面吊裝）。

工作段橋梁作業工期比較見下表3，表4。

根據施工單位征詢意見及工程經驗，前期施工準備（包含標準化建設、預制場、施工便道、架橋機研發以及影響架橋機初始施工的樁基系梁工程等）在8個月內完工，后續附屬工序6個月。

根據業主總體時間安排，2020年底前本項目先行段需建成通車，考慮目前項目進度，預計今年10月開工建設，結合造價、環境影響等因素綜合比選，比選方案建議采用方案二做為施工方案。4.4公里英公隧道貫通需22個月，總工期28個月。橋梁將不控制工期。

3.6經濟性比較

除上述全預制拼裝方案外，本次設計亦分別對常規方案、高墩（>30m）現澆方案、僅蓋梁預制方案進行了經濟性比較，詳見表3-5。

如上表所示，工程數量基本一致時，預制拼裝方案相比常規方案造價平均增加8%左右，前22公里采用全預制拼裝方案及配跨優化調整后造價增加約2000萬。考慮工期因素增設架橋機，造價增加約3800萬。

4 存在的問題及比選建議

（1）橋梁兩端緊連隧道的情況，存在架橋機組拼空間不足。

（2）隧道、路基需及時貫通，否則影響架橋機連續作業，影響工期，存在不確定因素。

（3）預制構件造價定額缺失，影響概算準確程度。

（4）連接套筒灌漿質量目前缺乏有效檢測手段，急需開發。

5 結語

全預制化橋梁施工技術，不僅能很好地控制工程質量，而且能加快施工速度、減少環境污染，同時也符合低碳化、和諧社會的發展要求，將是一套高效、低碳、環保的橋梁建造技術，具有廣闊的應用前景。這就需要科研院所、設計企業、材料、工藝、設備、產業政策等共同來推動發展， 除了政策引領，還要踐行“企業為主體、市場為導向、產學研深度融合”的技術創新路徑，為裝配式技術的持續發展提供動力。

參考文獻：

[l]程航.城市橋梁節段預制拼裝技術設計與研究[J].工程建設與設計， 2019， 000（009）：228-231.

[2]張阿晉，鄧彩耘.城市核心區高架橋梁預制裝配施工關鍵技術[J].建筑機械化，2019.