預(yù)制拼裝橋梁板場地設(shè)計及施工建設(shè)

孫發(fā)源

（徐州市公路工程總公司，江蘇 徐州 221004）

0 引言

預(yù)制拼裝梁場地建設(shè)是保證路橋建設(shè)中模板施工環(huán)節(jié)的重要部分，保證其施工質(zhì)量對預(yù)制模板工程建設(shè)具有重要意義。我國眾多學(xué)者對預(yù)制模板的施工場地設(shè)計及工程安全性開展了研究，劉志燕等以武漢東風(fēng)大道快速化改造二期工程為工程背景，介紹了一種新型的適用于大寬度混凝土箱梁的移動模架。慕生勇等建立了節(jié)段拼裝式造橋機有限元模型，校核其強度、剛度和穩(wěn)定性。鄧雅蘭等介紹分析了軌道交通高架區(qū)間常用的簡支箱梁和連續(xù)箱梁預(yù)制節(jié)段拼裝的設(shè)計和施工。班新林等以動力系數(shù)和橋面加速度為控制指標，采用移動荷載列模型研究40m簡支梁的豎向自振頻率設(shè)計限值。

本文該研究以江蘇省某高速公路預(yù)制拼裝橋梁場建設(shè)工程為背景，設(shè)計并驗算了模板預(yù)制主要結(jié)構(gòu)移動底模預(yù)制梁，討論研究了其場地施工工藝流程及控制要點。研究結(jié)果對預(yù)制拼裝梁板場地建設(shè)及高速路橋工程的建設(shè)具有示范作用。

1 工程概況

1.1 工程簡介

阜溧高速公路建湖至興化段JHX-TZ1標路線起點樁號為k35+104.936，向南布設(shè)，上跨龍江河、規(guī)劃G344、大溪河，止于G344北側(cè)約1km處，終點樁號k40+750，線路全長5.645km。主要工程包括路基總填方561992m3，挖方33270m3，水泥土雙向攪拌樁378067m，高壓旋噴樁15648m，預(yù)應(yīng)力管樁9900m，主線橋梁（含分離式立交主線上跨橋）4座，共長2600.912m；主線通道8道，均利用橋孔；主線涵洞8道，其中圓管涵1道，箱涵7道。工程總造價6.49億元，合同工期24個月。該標段為預(yù)制拼裝橋梁標段，含JHX-TZ1、JHX-TZ2、JHX-TZ3、JHX-TZ4、JHX-TZ5共22座預(yù)制拼裝橋梁。

預(yù)制拼裝場坐落在新建連鎮(zhèn)鐵路客運專線DK163+520前進方向右側(cè)的三場，包含場內(nèi)硬化場地、板箱梁預(yù)制及存梁臺座、彩板房、料倉、鋼筋加工棚、龍門、拌和樓等設(shè)施，該地屬于江蘇省揚州市寶應(yīng)縣成莊村：辦公生活用彩板房總建筑面積為4899m2（含試驗室、民工宿舍），拌和站料倉總建筑面積為4352m2（含砂石料倉彩鋼瓦棚），鋼筋加工棚總建筑面積為5873m2。橋梁預(yù)制構(gòu)件廠所屬位置南側(cè)為國道344線，西側(cè)為國道233線，距該項目距離約39公里，交通十分便利。通過實地調(diào)查研究，箱梁采用陸運方式運至施工現(xiàn)場。

1.2 場地平面布置

梁板預(yù)制場占地面積約121333m2，主要分為辦公生活區(qū)、鋼筋加工及配送中心及構(gòu)件生產(chǎn)存放區(qū)、混凝土拌和及供應(yīng)中心區(qū)3個功能區(qū)。該梁板預(yù)制場在原有基礎(chǔ)上改造，新建箱梁有4條生產(chǎn)線，全部預(yù)制30m箱梁。每條生產(chǎn)線皆為獨立的、采用流水線形式的平面布置。其中，鋼筋加工棚為8000m2，預(yù)制區(qū)為25000m2，存梁區(qū)11000m2。廠區(qū)內(nèi)設(shè)有寬8m～12m縱橫向混凝土道路，以備砂石料、鋼筋、模板、混凝土等材料的運輸。計劃該梁場預(yù)制30m箱梁631片，按日均4片計算。場地平面布置如圖1所示。

圖1 場地建設(shè)位置與布置示意圖

2 移動臺車及底模預(yù)制梁設(shè)計

模板預(yù)制加工車間是整個梁板預(yù)制場地的主要工作車間，其設(shè)計與建設(shè)的合理性直接影響模板加工和拼裝效果，影響工程建設(shè)質(zhì)量和建設(shè)進度。因此，合理設(shè)計建設(shè)模板加工車間具有重要意義。

2.1 模板預(yù)制流水車間整體設(shè)計

根據(jù)《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》（JTG/T3650-2020）、《預(yù)制拼裝橋梁技術(shù)規(guī)程》（DG/TJ08-2160-2015）中的設(shè)計施工和設(shè)計規(guī)定，該項目的模板預(yù)制移動臺車及模板養(yǎng)護箱涵的整體設(shè)計如圖2所示。由圖2可知，箱梁流水線養(yǎng)護窯的外觀尺寸為4420×4050mm，內(nèi)尺寸為3700×3800mm，頂部裝有活動鉸鏈和吊裝螺栓，底部由可移動滑輪組和鉸鏈組成。模板預(yù)制臺車由模板支架和剛性移動底座組成。剛性底座承擔(dān)預(yù)制模板時的主要壓力，模板加工和養(yǎng)護時，需要保證移動底座的承載力和使用壽命設(shè)計符合要求，模板預(yù)制流水車間結(jié)構(gòu)設(shè)計圖，如圖2所示。

圖2 模板預(yù)制流水車間結(jié)構(gòu)設(shè)計組圖

2.2 剛性移動臺座的設(shè)計

移動基座由梁臺座、工字鋼和鋼構(gòu)件拼裝組成，其詳細設(shè)計尺寸和構(gòu)造如圖3所示。移動臺座縱梁采用2根32B#工字鋼鋪架，最大受力節(jié)點4500mm安裝車輪。移動臺座上表面橫向間距600mm，安裝12B工字鋼。移動臺座鋼底模采用6mm鋼板，縱向采用3根10#槽鋼布置并焊件。

圖3 移動箱梁臺座設(shè)計示意圖

2.3 設(shè)計計算指標與施工荷載計算

根據(jù)相關(guān)規(guī)范，該工程中設(shè)計計算鋼材物理性能指標采用表1所示的設(shè)計值計算。

表1 鋼材物理性能指標

根據(jù)上述計算參數(shù)驗算箱梁臺座的容許撓度：

箱梁臺座縱向節(jié)點容許撓度：

箱梁臺座橫向節(jié)點容許撓度：

根據(jù)上述計算參數(shù)計算平臺總荷載：

平臺總荷載F=（F混+F模+F傾）*1.2（系數(shù)）

混凝土對平臺的荷載F 混=45m3×30kN/m3=1350kN

鋼模板及其他鋼構(gòu)件對平臺的荷載F模=200kN（含平臺）

F傾＝取鋼模底模4KN/m2計100kN

取平臺總荷載F=（F混+F模+F傾）*1.2（系數(shù)）＝1980kN

根據(jù)上述計算荷載，針對預(yù)制梁設(shè)計方案，采用有限元計算軟件SOLIDWORKS建立結(jié)構(gòu)有限元計算模型。分別計算其受力和強度特征，并與設(shè)計標準值對比驗算結(jié)構(gòu)設(shè)計合理性。其中32B工字鋼受力計算模型，如圖4所示。

圖4 32B 工字鋼受力計算模型

根據(jù)上述模型和計算參數(shù)，單件工字鋼均布受力取F＝1980/40/2*4.5＝110kN，剛性計算結(jié)果如下圖5所示。

圖5 32B 工字鋼受力計算結(jié)果

根據(jù)上述計算結(jié)果，計算工字鋼外端撓度1.145mm＜L2/1000（4.5mm），結(jié)論符合要求。計算工字鋼應(yīng)力97MPa＜220MPa，結(jié)論符合要求。

2.4 臺座鋼模板受力計算

根據(jù)上述計算模型和計算參數(shù)，計算臺座鋼模板受力特征，其剛性計算結(jié)果和強度計算結(jié)果，如圖6所示。

圖6 臺座模板受力計算結(jié)果

根據(jù)模型剛性計算結(jié)果0.5m*0.6m鋼模板受力取F＝1980/40*0.6＝30kN，結(jié)論符合要求。計算面板變形最大0.39mm＜2mm平面度，結(jié)論符合要求。計算底模板應(yīng)力76MPa＜220MPa，結(jié)論符合要求。

3 施工工藝及控制要點

3.1 箱梁施工流程

根據(jù)建設(shè)需要，結(jié)合工程需求，分析工程建設(shè)進度及生產(chǎn)能力，該場的建設(shè)中預(yù)制箱梁的施工工藝及主要流程，如圖7所示。

圖7 施工工藝流程圖

3.2 主要工藝流程及控制重點

3.2.1 鋼筋安裝

箱梁鋼筋在專用胎架上綁扎完成，確保鋼筋間距及保護層厚度滿足圖紙、規(guī)范要求。為防止鋼筋籠變形，鋼筋籠吊裝時，采用專用吊具多點吊的方式，吊具與鋼筋籠之間采用鋼絲繩卸扣連接，吊點周圍鋼筋交叉點要求焊接牢固。

3.2.2 模板安裝

箱梁模板由底模、外側(cè)模、內(nèi)模（液壓）、端模組成。箱梁模板加工好后進場必須按設(shè)計要求及質(zhì)量標準驗收，驗收合格后才能使用。檢查內(nèi)容主要針對模板的尺寸、拼接縫隙、平整度、垂直度、光潔度等。

3.2.3 混凝土澆筑與養(yǎng)護

澆筑混凝土?xí)r，應(yīng)根據(jù)箱梁結(jié)構(gòu)形狀，鋼筋布置，采用“分層澆筑，逐級推進”的澆筑方法，在下層混凝土初凝或能重塑前完成上層混凝土澆筑。分層應(yīng)保持水平，分層厚度控制在30cm～50cm。采用自動化快速蒸汽養(yǎng)護系統(tǒng)+自動噴淋系統(tǒng)，養(yǎng)護預(yù)制箱梁，養(yǎng)護過程分為預(yù)養(yǎng)、升溫、恒溫和降溫4個階段。

4 結(jié)束語

預(yù)制拼裝梁的移動底模是保證模板施工的重要結(jié)構(gòu)，保證其施工質(zhì)量對預(yù)制模板工程建設(shè)具有重要意義。本文以江蘇省某高速公路預(yù)制拼裝橋梁場建設(shè)工程為背景，采用規(guī)范法設(shè)計了工程梁板預(yù)制場的移動底模預(yù)制梁，并采用有限元數(shù)值計算軟件SOLIDWORKS驗算底座的工字鋼、臺座鋼模板、軌道基礎(chǔ)等的承載力。驗算結(jié)果表明，底模預(yù)制梁承載力符合規(guī)范規(guī)定，相關(guān)結(jié)構(gòu)的設(shè)計是合理的，最后討論研究了其場地施工工藝流程及控制要點。研究結(jié)果對預(yù)制拼裝梁板場地建設(shè)及高速路橋工程的建設(shè)具有示范作用。