城市高架預制邊箱梁防撞墻一體化施工方法★

徐建平，陳家堯，羅 征

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

0 引言

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

雖然國內外對預制拼裝技術進行了廣泛研究并取得了一定的研究成果,但目前所有構件采用預制拼裝的全預制技術所開展的研究仍然不足,尤其是預制護欄方面鮮有報道。從目前調研的情況來看,在國內雖已有個別地方進行了橋梁混凝土預制護欄的研究與實踐,但均采用防撞墻獨立預制,通過箱梁預留鋼筋現澆成為一個整體,整體受力等同現澆結構。如浙江省內臺金高速公路東延段二期工程項目進行了鋼筋焊接型防撞護欄預制拼裝研究與實踐,形成了GGG 浙C3143—2018焊接型防撞護欄預制拼裝施工工法[3];特別指出本項目合作單位浙大寧波理工學院提出的UHPC連接預制裝配防撞墻,在寧波杭州灣高速等高等級的公路也有了應用先例,工業預制防撞墻構件質量美觀,迎撞面平整,加工精度和外觀質量明顯提高。然而,上述預制獨立防撞墻安裝定位調整時間較長、預制連接部分鋼筋綁扎難度大以及連接部位質量控制難、施工效率低、勞動強度高、臨時支撐安全保障困難等問題,限制了其在全預制橋梁結構體系中的推廣應用。通過在實際施工中的不斷探索和研究,項目提出了裝配整體式防撞墻結構施工工法,該工法充分發揮了預制構件安裝速度快、位置準確等特點,不僅保證了結構的安全性,而且對提升工業化全預制橋梁建造技術的發展具有重要意義[4-6]。

1 工程背景

本項目以寧波市鄞州大道高架快速路為研究對象,如圖1所示,工程項目于2021年12月開工,鄞州大道快速路工程是寧波中心城區快速路網的重要組成部分,對完善鄞州區域路網結構,支持城市空間拓展,促進海曙—鄞州的快速聯系具有重要的意義。工程采用“主線高架+地面輔道”的建設形式,地面輔道為既有城市主干路,設計車速50 km/h,雙向六到八車道規模;新建主線高架標準橋寬32.5 m,設計車速80 km/h。根據道路總體設計,綜合考慮現場施工條件、交通導行及工期因素,確定本標段主線高架部分采用先簡支后連續預制小箱梁。

為減少對高架底部既有道路、周邊建筑、人居及景觀環境的干擾,項目采用防撞墻與邊梁一體化工廠預制,現場吊裝架設的新型施工工藝。預制整體防撞墻外形尺寸大、幾何造型復雜,預制邊梁與預制防撞墻需要兩次組模澆筑,模具設計與定位工藝復雜;預制整體構件吊裝、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);現場施工條件復雜,吊運安全路徑規劃和調姿就位等關鍵技術有待研究,預制一體化構件現場安裝經驗不足,上述關鍵技術在寧波均屬首次實施,項目研究對我市城市建設產業化轉型具有重要意義。

2 預制整體防撞墻工業化生產工藝研究

預制構件模具設計作為生產環節的起始環節,在裝配式建筑整個建設過程中發揮著巨大的作用,如果設計不合理有設計缺陷,將導致預制混凝土構件無法裝配使用,造成直接的經濟損失。預制橋梁構件的模具以重復利用率高的鋼模為主,預制護欄模具設計主要依據預制構件形狀、鋼筋布置、預埋件位置和拆裝工藝進行,其結構包括面板、支撐結構和工裝吊架零部件等,且模具結構應滿足承載力、剛度、穩定性和拼拆方便等設計要求,如圖2所示。

隨著預制混凝土建筑構件產品種類與型號的不斷增加(如預制獨立防撞墻與預制整體式防撞墻),由于尚未形成標準化的設計與生產模式,導致預制構件模具配套成本大幅增加,從而影響了預制構件的整體造價。為增加預制整體防撞墻構件生產的模具重復利用率、降低模具配套成本,本項目采用了使用兩個預制整體防撞墻生產臺座同時澆筑的方案,這有助于提高臺座模具的利用率,滿足工業化生產能力下所需的模具位置數量。通過使用這種預制整體防撞墻生產臺座,可以同時澆筑兩根護欄,從而提高生產效率。如圖3所示,在該工藝中,使用預制整體防撞墻生產臺座可同時澆筑兩個預制防撞墻,提高模位利用率。首先,澆筑預制邊箱梁混凝土,同時預留鋼筋供綁扎后期防撞墻。當預制邊箱梁達到強度要求后,將其吊裝至預制整體防撞墻臺座旁邊。防撞墻臺座位于兩根預制邊箱梁之間,臺座可使用前期試驗梁代替,以降低成本。其次,將防撞鋼筋與預留在邊箱梁上的鋼筋焊接連接整體,安裝防撞模板,并在防撞墻臺座上安裝模板支撐。最后,澆筑防撞墻混凝土,使預制邊箱梁與防撞墻形成一體化結構。

3 預制整體防撞墻高效吊裝與安裝技術研究

預制整體護欄構件具有外形尺寸大、結構復雜、起重重量大等特點,對現場的吊裝工作提出了極高的要求。研究如何計算復雜構件的重心及吊裝位置設計成為重要任務。異形預制構件極易因吊點設置不合理而偏心起吊,造成預制構件損壞。在澆筑混凝土前,需合理布置起吊點,并預埋規定荷載的吊環,之后進行起吊工作。對于吊環如果安放不當,輕者損壞構件,重者造成事故。吊點位置往往是吊裝過程中構件的應力集中區域,在預制構件的吊點周圍將出現不同程度的應力集中現象,因此應采取加強措施優化吊裝設備,保證構件吊裝的安全。為了保證預制整體護欄安全、高效地吊裝到工作平臺,需要針對吊裝、就位施工全過程進行受力分析,拆分研究各個最不利受力狀態,意在保證構件吊裝安裝的安全合理,以確保施工過程的流暢,研究預制構件吊裝與安裝的效率及可行性。

根據“預制小箱梁理論重量分析表”,單片最大重量預制小箱梁為35 m預制小箱梁邊板,單片梁包含防撞墻混凝土方量為69.1 m3,理論重量為180 t,單端防撞墻側吊重約為69.5 t,內側吊重約為26.8 t。箱梁吊裝時近似豎直角度受力,為充分考慮梁體傾斜角、腹板斜度、受力不均勻性等因素,選用型號為6V×37+IWR的φ32.5 mm交互捻鋼絲繩,鋼絲繩公稱抗拉強度1 850 N/mm2,最少破斷拉力為725 kN,安全系數取6.5,單根鋼絲繩的安全承載力為145 kN,小箱梁吊裝時,護欄側吊點鋼絲繩對折成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。內側吊點鋼絲繩對折成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度鋼絞線作為吊點,錨固在上部的吊裝鋼梁上,如圖4所示。箱梁吊裝見圖5。

4 整體防撞墻架橋機水平旋轉施工法

預制整體防撞墻的架梁工藝采用了架橋機進行抬吊、水平旋轉施工。這種工藝解決了架梁過程中大重量異形構件需要調整位置的問題,因此大大提高了工作效率并能夠精確地將構件定位到指定位置。該方法適用于大重量、幾何形狀不規則的預制整體防撞墻,可以通過架橋機的高承重能力和小范圍移動性來完成施工,并且不受現場限制條件的影響。水平旋轉施工可以使預制整體防撞墻在施工過程中保持穩定性,從而減少了施工風險。同時,這種施工方式還可以避免整體防撞墻在提升過程中與上部蓋梁發生摩擦和碰撞,從而避免了防撞墻的損傷。

該方法具體為:

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

5 結論

本研究的城市高架預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產業化轉型提供了重要的創新解決方案。通過采用工廠預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,還顯著提高了構件質量,從而更好地保障了道路行車安全。盡管仍存在一些挑戰需要進一步研究和改進,但本研究為城市道路建設和全預制橋梁技術的發展提供了有益的經驗和指導,具有重要的實際意義。