城市高架橋預制偏心構件安裝工藝分析

王篧 WANG Yao

（中鐵十五局集團有限公司，上海201100）

0 引言

隨著我國國民經濟的迅猛發展，城市建設速度和建設質量也快速提升，為了減少城市交通網絡的相互干擾，城市高架橋的應用越來越多。現階段大城市交通發展方向多為高架橋，而高架橋的建設多數要占用城市原有干道，施工勢必會對原有地面道路交通和環境產生較大影響。如何有效的減少對既有地面道路交通和環境的影響，給城市建設者們提出了更高的要求。

預制拼裝工藝是解決城市高架橋施工過程中對原有地面道路交通和環境產生較大影響的可行性方案，在建設過程中，我們希望通過以場外進行構件預制，場內進行安裝的方式，以最快的速度完成橋梁結構施工。而在現實階段，施工生產中預制拼裝并沒有形成完善的工藝體系，且預制拼裝在整個橋梁施工工藝中占比不到30%。上海是我國推行預制拼裝工藝最前沿的城市之一，其拼裝工藝占橋梁施工工藝的60%左右，橋梁墩柱、蓋梁等拼裝工藝較為成熟，同時也逐步頒布了相關的技術規程，但防撞墻預制應用較少。為推進城市高架橋全橋預制拼裝工藝逐步形成，本文通過在上海市青浦區G318滬青平公路嘉松公路跨線橋新建工程中的實際案例，對高架橋防撞墻預制拼裝的工藝過程進行論述，旨在為今后同工況及同類型工程的施工提供新的思路和參考。

1 工程概況

G318滬青平公路嘉松公路跨線橋新建工程，建設規模為雙向6車道，標準橫斷面按規劃實施，設置非機動車道和人行道。橋梁主體工程包括新建1座跨線橋和拆除重建2座地面輔道橋梁。新建嘉松公路跨線橋，橋梁全長730.5m；地面輔道橋兩幅，全長約238.5m。新建跨線橋為雙向4車道標準高架，標準橋寬17.5m；改造地面橋梁為雙幅橋梁，每幅為單向3車道+人行道。新建嘉松公路跨線橋起訖里程為K0+246.599～K0+977，全長730.5m。橋梁下部結構樁基采用鉆孔灌注樁，樁徑Φ80cm，共計292根。橋墩采用雙柱墩，大挑臂預應力混凝土蓋梁。立柱及蓋梁均采用矩形斷面，其中立柱44個，蓋梁22榀，橋臺2個。橋梁上部結構采用預應力混凝土預制小箱梁，先簡支后連續結構體系。預制小箱梁共100片。

地面輔道橋共兩幅，F1橋起訖里程為K0+738.5～K0+977，全長238.5m；F2輔道橋起訖里程為K0+736.5～K0+977，全長240.5m。地面輔道橋結構形式與跨線橋相同，主要包括樁基156根，承臺14個，橋臺4個，立柱24根，蓋梁14榀，預制小箱梁64片。

因項目所處的地理位置位于青浦區趙巷鎮商業區，建設跨線橋為G318國道與嘉松公路路口，跨嘉松公路西側為青浦區奧特萊斯購物中心，東側為米格天地購物中心，南側為趙巷鎮熊貓廣場，人流量、交通流量壓力巨大，同時建設工期特別緊張。綜合考慮多方因素，為合理縮短建設工期及周邊安全考量，我項目決定對跨線橋及輔道橋防撞墻施工工藝進行調整，將原設計現場澆筑防撞墻工藝調整為預制拼裝工藝，即將主線橋梁及輔道橋梁共計防撞墻2135m在預制場內進行預制澆筑，共涉及小箱梁邊梁72片。

2 防傾覆施工工藝

由于在預制場內澆筑防撞墻，導致構件偏心不穩定，其重心位置發生偏移，構件吊裝采用雙機抬吊的方式進行吊裝，構件拼裝過程中如何保證其穩定性是該工藝能否成功的關鍵，實踐過程中我們分析了多種方案進行論證對比，最終形成了一套行之有效的工藝方案。

為防止小箱梁吊裝過程中邊梁傾覆，首先需要在起重機起吊過程中確保偏心梁體的平整度及穩定性，這里應用的方式是采用不同長度的鋼絲繩索，繩索的長度經過嚴格的計算得出，以確保起重機吊繩與偏心構件的重心相吻合。其次是在構件安裝完畢后即落梁松鉤中，如何確保偏心梁體保持穩定，整體上采用Ф25精軋螺紋鋼在邊梁內側進行雙向拉升加固，以抵抗偏心一側的重力，蓋梁位置在澆筑過程中預埋2根雙拼Ф22的焊接圓鋼，2根間距10cm，邊梁內側預留5cm寬孔道。精軋螺紋鋼上穿預制箱梁內側外沿，外沿預留孔道采用雙螺母連接，下穿預埋圓鋼采用雙螺母連接。（圖1、圖2）

圖1 偏心構件安裝工藝圖

圖2 偏心構件安裝大樣圖

3 工藝結構驗算分析（按30m邊梁計算）

3.1 均質構件重心位置計算

為方便驗算過程，將構件模擬為勻質構件，通過對構件重心位置的分析與計算，組合構件重心位置偏離永久支座重心57.1cm。永久支座中心位置右側截面單位長度重1.72t（取值鋼筋混凝土容重2.6t/m3），左側截面單位長度重3.04t。整體偏心重1.32t，偏心距e=0.571m，扭矩為W=FL=1.32*0.571*10*103=7537.2N·m。

計算抗傾覆設施總拉力為：

圖3 構件重心位置圖

3.2 精軋螺紋鋼抗拉性能驗算

精軋螺紋鋼規格采用Ф25，PSB830型號。

精軋螺紋鋼抗拉強度取值830MPa；

拉應力計算：

精軋螺紋桿抗拉滿足要求！

3.3 預埋Ф22圓鋼抗拉性能驗算

圓鋼規格采用φ22，HPB300型號。

圓鋼抗拉強度取值300MPa；

圓鋼拉應力計算：

Ф22圓鋼抗拉驗算滿足要求！

3.4 Ф32圓鋼抗彎性能驗算

Ф32圓鋼中心截面所受彎矩為：

Ф32圓鋼抗彎截面模數：

彎矩作用下的正應力:

Ф32圓鋼抗彎性能滿足要求！

4 工藝實施難點分析

通過以上分析，工藝方案理論可行。但實際實施過程中仍需仔細研究其工藝難點及可操作性，尤其對偏心構件的運輸、安裝過程中松鉤、臨時支座位置調整、預埋Ф22圓鋼與梁體預留孔洞位置精度等一系列控制措施必不可少。

4.1 偏心構件運輸捆扎方式

根據偏心箱梁規格及運輸路線的通行條件，預應力混凝土簡支箱型梁采用斯太爾重型牽引車掛車機組運載，主要由重型半掛牽引車及重型平板半掛車和重型拖車前后承載方式運輸，該車組轉向靈活，承重性強，方便運輸。小箱梁運輸期間做好大型構件運輸交通協調工作，提前運輸線路路況進行摸排及時掌握交通情況變化，做好運輸安全管理。

為防止運輸過程中，因構件偏心、道路顛簸和傾斜造成預應力混凝土簡支箱梁位移或傾覆。裝車后，必須進行捆扎緊固。每車組選用直徑為30mm的鋼絲繩兩套，每車配備倒鏈8只、包角8只，用鋼絲繩打圍，包角墊在鋼絲繩與預應力混凝土簡支箱型梁體的結合部位，保護預應力混凝土簡支箱型梁體不受損傷，預應力混凝土簡支箱型梁體與車體之間用硬木支墊，預應力混凝土簡支箱型梁體與硬木之間鋪墊地毯，防止污損預應力混凝土簡支箱型梁體。倒鏈緊固，將預應力混凝土簡支箱型梁與前后車轉盤緊固為一體。運輸過程中駕駛員和助手要經常停車檢查倒鏈的松緊度，發現松動及時緊固。

4.2 臨時支座的調整

在偏心構件安裝的過程中，隨著吊繩的下放，外側臨時支座受力與內側臨時支座受力不均勻現象勢必存在，此時松鉤容易導致梁體安裝平整度不滿足設計要求，重則導致梁體向外側傾覆，因此臨時支座位置不能按照原有構件放置。在實施過程中，我們將原臨時支座位置向外側延伸至梁底最邊緣，同時增加了2個臨時支座，還加厚了外側臨時支座鋼板厚度，由原來6mm鋼板改為10mm鋼板。

圖4 臨時支座調整后位置圖

4.3 控制梁體預留孔及蓋梁預埋件精度措施

針對該工藝，項目團隊討論最大的技術難點就是如何控制梁體預留孔及蓋梁預埋件精度的問題。在該問題上，我項目團隊經過深度探討后，結合所掌握的技能水平，采用BIM建模技術，將偏心構件與下部結構深度還原于建模軟件上，確保每個要素均考慮齊全，以此來確定預留孔及預埋件的具體位置，對每片邊梁記錄預埋位置間距尺寸。同時團隊中安排專人負責梁場內的預留孔洞埋設工作以及Ф22圓鋼埋設工作，以確保萬無一失。

經過項目團隊的共同努力，項目僅此一項工藝調整就節約了超2個月的工期，也減少了橋面系施工現場人工及相關人工費用的增加，同時大大降低了現場澆筑防撞護欄的施工安全隱患。

5 總結

本項目是初次實驗將預制防撞墻施工工藝應用于實際施工過程中，借助本項目預制防撞墻施工工藝，既解決了項目施工場地狹窄問題，加快了施工進度，又減少了施工對既有地面道路交通和環境的影響，同時該工藝也最大程度的減少了施工成本。無論從成本、進度、安全上考量，其工藝都遠超現場澆筑防撞墻施工工藝，同時其機械化程度相對其他工藝有較大的提升。通過本文對預制防撞墻拼裝工藝驗算分析，旨在總結經驗，為今后類似工程提供施工參考。