山区困难地形预制梁预制与架设技术

朱懿 周水兴 阎海卫

摘要：针对山区高速公路场地狭窄、梁体预制困难的特点，总结了山区困难地形预制场布置方式和制梁方法，重点分析了桥上制梁时台座和龙门吊布置应考虑的因素，分析了三种最不利工况下主梁及支座的受力。结果表明：桥上制梁时可能会出现工具梁抗弯和抗剪承载力以及支座承载力不能满足要求的情况，对此可采取提高混凝土强度等级、增大箍筋直径和变更支座型号等措施。文中最后给出了几种不同预制场布置方式下的运梁和架梁方法。

关键词：山区桥梁，预制场，布置方式，制梁方法，桥上制梁，架梁方法

中图分类号：U445.47+1，U445.46 文献标识码：A

0 引言

随着国家西部大开发战略的实施，高速公路建设已进入地形、地质更为复杂的山区，为避免大挖、大填造成的生态环境破坏，设计中已更多地采用桥梁和隧道方案，而简支梁桥或先简支后连续梁桥是最常用的结构形式之一。预制梁场作为混凝土简支梁桥施工过程中一个重要的临时场地，不仅影响建设成本，还会影响建设工期和施工安全。通常，预制梁场选择在已经成型的路基上，或布置在桥台端头两侧的开阔地上。但国内不少山区高速公路因受到地形条件限制，已很难找到一块合适的预制场地。针对山区高速公路场地狭窄、梁场建设困难的问题，王平、李亮亮等开展了山区特殊地形条件下预制场地选择与优化设计研究[1-5]，给出了场地设计的一些基本原则。此外，王平还针对山区海拔高、气候复杂的特点，提出了梁场选择时应充分考虑所在地的气候条件影响[1]。

本文在总结近年来山区困难地形预制场布置形式和预制方法基础上，重点分析了桥上制梁技术，提出了桥上制梁台座与龙门吊布置要求，以及工具梁和支座承载力不能满足要求时的处理方法。

预制场地布置方式

山区高速公路场地布置时通常会遇到地形狭窄、高差大、运梁困难等问题，因此在选择预制场地时，应综合考虑预制梁架设、施工安全、经济和环保等因素。

通常，预制场地有以下4种布置方式：

台后布置

是最常用的布置方式。将预制场沿路线纵向布置在桥台后面已经成型的路基上，或路线外侧的开阔地上。具有场地建设费用低，运梁和架梁方便，安全性好等优点。

桥下布置

桥下有合适的场地布设预制场[6]，此时预制台座应尽可能平行于桥轴线设置。预制梁采用爬杆或高龙门架起吊，再用运梁炮车将预制梁运输到架梁位置，具有施工风险较大，设备投入多等不足。

桥上布置

当台后、桥下均无合适场地布置预制梁场时，可将预制梁场布置在桥面上，即所谓的桥上制梁[7-8]。桥上制梁时，除了设置预制台座外，还需将龙门吊布置在桥上，用以起吊模板和成品预制梁等。由于桥上制梁时出现的荷载较多、受力状况复杂，如预制梁起吊、混凝土罐车通行，预制梁又可能处在混凝土浇筑养护或张拉起拱阶段，导致桥梁结构受力与使用阶段差异较大，按使用阶段确定的混凝土强度等级、钢筋配置和选用的支座类型，往往不能满足桥上制梁时桥梁的承载力要求，需要通过验算后予以加强。

远距离布置

适合于桥位较远处有合适场地布置预制梁场的情况，预制梁通过运梁炮车运输到桥位处，再用架桥机架梁。采用远距离布置梁场时，梁场与桥位间要有良好的运输条件，如架梁前线路的路基已经成型，并且能够满足建设工期要求。

山区困难地形制梁方法

2.1 支架现浇法

直接浇筑混凝土梁体的一种施工方法，其优点在于桥梁结构的整体性好，不足之处在于需要处理地基和支架搭设，费时费工，效率低，同时还存在支架失稳问题，多用于离地面不高，且工程量较少的桥梁中。

2.2 支架预制法

有满堂式支架法和桁架预制梁法两种[7,9-11]。

满堂式支架法采用满堂式钢管脚手支架作为预制梁预制平台，然后采用平移或钓鱼法架设梁体的一种施工方法。

桁架预制梁法是在两桥墩间顺桥向布置的钢桁架上预制混凝土梁体，在盖梁上水平平移就位，如图 1所示。

图 1钢桁架上预制T梁

支架预制法的优点是避免了预制场地的建设，适合于无场地设置的桥梁施工；但当预制梁量大、工期紧张时，必须投入较多的支架设备，而且还存在支架反复拆装、预制效率低的问题。

2.3 桥上制梁法

桥上制梁法是指在已经架设成桥梁的桥面上布置台座，预制后续混凝土梁的一种施工方法。该方法的优点在于运梁和架梁简便，临时占地少，非常适合于桥位处无预制场地，或预制场地很小，又有大量预制梁施工的桥梁。

2.4 综合制梁法

指同时采用两种或两种以上的制梁方法。如云南水麻高速滴水岩大桥，桥位处为地势陡峻，场地狭窄，沿线区域内根本无法设置预制场地，只能在桥梁的起点和中点位置各设置一个支架预制场，先用支架预制法各施工三跨预制梁，然后再用桥上制梁法预制其余预制梁。

此外，还有隧道内制梁法[12]，如兰州至海口国家高速公路武都至罐子沟段马河大桥，两岸山势陡峭，桥下场地狭窄，桥梁两岸紧靠隧道，台尾距离洞口仅为2.2m和2.6m，洞口路基完全不具备箱梁预制的条件，虽然桥下第1跨和第2跨下有约40m长平坦场地，但距离桥面高约30m，需要投入大吨位高跨径龙门吊，费用太大，最终选择在隧道内预制箱梁的施工方法。

桥上制梁施工技术

3.1 台座布置

为便于叙述，将用于桥上制梁的桥梁称之为工具梁。

为使预制梁、台座、模板等重量及时传递给工具梁的主梁，须把台座布置在工具梁对应的梁肋上。由于预制梁张拉起拱使工具梁仅承受预制梁两端的局部分布力，而桥面板承受局部分布力的能力有限，因此，预制台座端头应设在工具梁的横隔板位置，同时为避免局部分布力在工具梁跨中产生过大的弯矩，台座端头应布设在工具梁支点至1/4跨之间[13]。

图 2所示为由5片T梁组成的桥梁，预制台座布置在②和④工具梁梁肋上，龙门吊布置在①和⑤工具梁上，运梁炮车设在③梁肋中心线上。

图 2预制场立面图

3.2 龙门吊布置

根据龙门吊起吊构件的不同，分为起重龙门吊和工作龙门吊。

处在平曲线上的工具梁，受到龙门吊构造的制约，龙门吊轨道只能沿工具梁弧线布置，导致部分轨道伸入工具梁的桥面板上。由于桥面板承载能力远不及工具梁的梁肋，往往成为轨道布置的控制因素。因此，起重龙门吊轨道应尽可能布置在工具梁的梁肋上方。确因平曲线限制，轨道不能直接布置在工具梁梁肋时，也应将轨道中心偏离工具梁的梁肋中心限制在一定范围内（需计算后确定）。

3.3 工具梁与支座承载力分析

在桥上制梁过程中出现的荷载繁多、台座布置形式又不相同，为了找出最不利的荷载工况，可采用正交分析法、因子分析法或灰色关联分析法［14］。正交分析法是一种利用规格化的正交表来设计试验方案的科学的多因素优选方法，可以利用一套现成的规格化正交表格进行统计分析。本文利用正交分析法，最终得出桥上制梁施工过程中的3个最不利工况。

1）工况1（预制梁混凝土浇筑与养护阶段）

预制T梁、台座和模板等自重以均布力方式施加于工具梁上，同时允许有运梁炮车和龙门吊在工具梁上移动。

2）工况2（预制梁张拉起拱阶段）

同时张拉2片预制梁预应力钢束、梁体上拱，T梁自重由预制阶段的均布力转变为局部分布力作用于工具梁上，台座和模板则仍以均布力方式作用在工具梁上，并有运梁炮车和龙门吊在工具梁上移动。

3）工况3（预制梁起吊移运阶段）

一片T梁张拉后仍置于工具梁台座上，另一片T梁则由起重龙门吊起吊。

按照上述台座布置要求和常用75t、80t起重龙门吊以及20t工作龙门吊构造，应用Midas/Civil软件，建立了3种最不利工况下的计算模型，通过对25m、30m、40m三种常用跨径的桥上制梁静力分析，得到以下主要结论：

1）用25m和30m工具梁预制40mT梁，25m工具梁预制30mT梁，工具梁的抗弯、抗剪和支座承载力不能满足要求；

2）25m工具梁预制25mT梁、30m工具梁预制30m T梁、40m工具梁预制40mT梁时，承载力均能够满足要求；

3）对不能满足承载力要求的工具梁，可通过提高混凝土强度等级、增大箍筋直径和更改支座型号等方式来解决。

图 3所示为用25m工具梁预制40mT梁，由于工具梁抗弯和抗剪承载力均未满足要求，为此，在不改变工具梁几何尺寸的前提下，将工具梁混凝土强度等级由C40提高到C50，两个端头至第2道横隔板间的箍筋均由B12mm变更为B16mm。

图 325m工具梁增强措施

运梁和架梁方法

山区困难地形预制梁运梁和架梁方法有炮车运梁法、水平横移法、钓鱼法、空间接力架梁法等。

炮车运梁法适用于台后梁场、桥上制梁的梁体运输。

水平横移法多用于支架法预制的梁体，用千斤顶将预制梁顶推到位；四川省甘孜藏族自治州康定县境内的猴子岩水电站3#桥T梁预制采用满堂脚手架搭设预制平台预制T梁，T梁架设采用双钩钓鱼法（图 3）。

图 4双钩“钓鱼”法吊装示意图

四川绵广高速公路二期工程雷家河大桥[6]，地形条件狭小，预制场地选择在桥跨下一小块滑坡台地上，位于两桥台侧的T梁，桥下均有公路通行，因吊装难度较大，采用空中接力架梁方法。

结语

针对山区桥梁桥位处地形复杂、预制场地难以布置的情况下，给出了预制场地布置的一般方式，总结了几种常见的预制梁预制和架设方法，认为桥上制梁是一种可优先考虑的施工方法，尤其是在预制场地狭窄或无预制场地可设置时更具可靠性、安全性和经济性。

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