全预制装配化桥涵设计在临金高速公路项目专项应用技术研究

贾燕丽 吴尤东

摘 要：预制装配化桥涵设计是“绿色发展”的必由之路，本文通过临金高速公路装配式桥梁的应用进行了介绍，通过具体数据说明了实施施工方案的可行性与推广应用必要性。

关键词：全预制装配化;方案比选;技术研究

中图分类号：U442           文献标识码：A            文章编号：1006—7973（2021）09-0151-04

混凝土预制拼装技术在国外发展已有30多年的历史，随着我国当前城市桥梁大规模建设，面临的交通、环境和公众需求等因素的挑战，迫切需要采用全预制拼装建造技术。2017年12月29日，中国公路工程咨询集团有限公司在杭州板块一楼会议室主持召开了临建高速公路工程勘察设计第八次工作例会，本次会议从打造品质工程出发，为提升项目影响，积累工程经验，推动山区高速建设转型升级，提出：

（1）关于预制桥墩，在杭徽高速以北进行综合比选。

（2）预制箱涵在本项目进行大规模的推广。

笔者曾作为指挥部借调人员参加过对山区高速大规模应用预制装配化桥涵进行相关资料的收集，并补充了专项研究。

1全预制装配化设计的思考

1.1全预制拼装比选线位区域选择

根据2017年12月29日临建高速公路工程勘察设计第八次工作例会会议纪要，项目业主拟将於潜枢纽以北22公里范围设为先行段，结合工程形象、项目影响、工期、运输条件、经济性等因素，本阶段在该范围进行全预制装配化设计方案比选。

1.2全预制拼装桥梁范围选择

本工程具有典型的山区公路特点，沿线山高谷深，高差大，地形、地质复杂，水系发达。

结合实际情况，本项目先行段主线共布置18座桥梁。从跨径标准化角度，结合填高、架设工法及经济性，以30m跨径为主，20m跨径为辅。

从前22km主线桥梁的分布情况来看，上部跨径只有20m、30m两种，且绝大多数为正交桥梁，桥梁宽度均相同，对于预制装配化结构来说具备良好规模化的条件。

对于互通区桥梁，其具有桥梁超高、变宽、斜交，结构形式多样等特点，同时曲线半径小不适应架桥机连续作业，采用装配式结构难以发挥预制拼装规模化效应，因此前22公里除互通区及主线两座斜交桥外，其余16座桥梁本阶段进行全预制装配化方案比选。

1.3预制构件种类选择

山区高速常规上部结构选型为T梁、矮T梁、组合箱梁，其为预制装配化结构，重点对预制下部结构进行分析说明：

本项目地质条件较好，中风化岩层埋深较浅，桩基绝大多数为嵌岩桩，预制管桩打设困难，且群桩基础需增设承台，经济性差;山区地势起伏、运输困难，大型打设、吊装设备到达每一桥墩工点不符合绿色环保理念，如采用一体式架桥机，将进一步延长工期;隐蔽工程对构件外观无较高质量要求，因此推荐采用灌注桩基础。

灌注桩基础需凿除桩头，其桩頭钢筋精准定位十分困难;预制立柱吊装需设置安装调平平台，该平台内预埋连接钢筋，因此推荐采用现浇底系梁作为过渡平台。

桥台台帽为局部隐蔽工程，直接与桩基或承台相连，且有耳墙、背墙等薄壁异型构造，几何尺寸和重量较大，结构物重心整体安装时较难把握，吊装、运输风险较高，因此推荐采用现浇方式。

综上所述，拟采用预制梁、盖梁、立柱全预制装配化方案。

2全预制拼装比较方案设计

2.1上部结构设计

结合山区高速公路特点及经济性比较，上部结构采用目前较为成熟可靠并经济的20m、30m预制T梁，主线标准宽度段桥梁单孔单幅布置6片T梁，横向湿接缝宽度37cm 。

2.2下部结构设计

本项目为典型山区高速公路，地势起伏大，桥梁墩高从1.7m～43m不等。结合国内外类似工程的成功经验，桥墩盖梁拟采用耐久性好、结构轻盈的预应力混凝土结构。根据不同墩高墩身分别采用全预制实心方墩、全预制空心方墩及预制空心方墩+现浇实心墩，全线预制立柱断面尺寸归并为三种类型，墩身与桩基础间采用底系梁过渡并连接。

根据计算，拟定如下表1构造尺寸。

2.3预制装配化规模

本项目墩高≤10m桥墩个数占比36.2%，墩高≤20m桥墩个数占比67.5%，墩高≤30m桥墩个数占比88.8%。墩高>30m桥墩个数占比11.2%。前22公里主线桥梁，按桥长统计预制装配化率达到9成。

3施工方案构想

3.1总体思路

以构件“标准化、预制化、装配化、通用化、大型化”的“五化”为原则，实现“提高产品质量、减少环境污染、加快施工进度、降低人工消耗、合理控制造价”的目标。

3.2 施工方案的选择

根据山区高速特点、理念要求及相关调研，可能的施工方案有：地面吊机、架桥机、缆索吊装。

空心方墩布置40根直径40mm粗钢筋见图1。

3.3盖梁设计

全线预制盖梁形式归并为两种类型，盖梁采用预应力混凝土结构，30m跨径跨中盖梁高1.4m，立柱处盖梁高1.7m， 20m跨径跨中盖梁高1.2m，立柱处盖梁高1.5m。盖梁预应力采用双层布置，每层4束，钢束均采用两端张拉，为便于封锚及普通钢筋布置以及考虑美观要求，张拉端设置深埋锚。每种跨径均统一为一种盖梁构造尺寸，并在工厂一次张拉到位，如下表2。

3.4一体化架桥机施工构想

为克服山区高速在面对预制装配化桥梁时所遇到的困难，对常规架桥机进行技术改造，以实现上下部结构的一站式安装。根据构造尺寸以及路线设计参数：前天车起吊能力：160t，构件最大重量：150t，前/后天车起升高度：10m/35m，适应曲线：R≥1000m，适应纵坡/横坡：±3%/±5%。上述指标要求均较高，需联合承建单位共同研发满足上述要求的新型架桥机见图2、图3、图4。

3.5工期测算

3.5.1单跨工效分析

（1）架桥机单幅安装工效。以下分析假设立柱盖梁均一次安装到位，为24小时作业安排，运梁及其他边界条件不影响的情况下，红色为控制线路。

（2）架桥机双幅安装工效。假设桥梁为不分线桥梁且不错墩布设，通过铺设横移轨道，架桥机横向移动实现双幅交错安装。

本项目分线桥梁、错墩布设桥梁较多，考虑调试、维护、天气、假日等不确定因素，暂按6天一孔考虑。

3.5.2主线桥梁分布情况及关键节点

以英公隧道为界，划分为两个工作段，工作段内隧道均短于800m。

3.5.3工期测算和比选

采用以下三个方案比选：

方案一：架桥机单向流水作业。

方案二：架桥机双向流水作业。

方案三：架桥机和地面吊装联合作业（墩高≤20m桥梁采用地面吊装）。

工作段桥梁作业工期比较见下表3，表4。

根据施工单位征询意见及工程经验，前期施工准备（包含标准化建设、预制场、施工便道、架桥机研发以及影响架桥机初始施工的桩基系梁工程等）在8个月内完工，后续附属工序6个月。

根据业主总体时间安排，2020年底前本项目先行段需建成通车，考虑目前项目进度，预计今年10月开工建设，结合造价、环境影响等因素综合比选，比选方案建议采用方案二做为施工方案。4.4公里英公隧道贯通需22个月，总工期28个月。桥梁将不控制工期。

3.6经济性比较

除上述全预制拼装方案外，本次設计亦分别对常规方案、高墩（>30m）现浇方案、仅盖梁预制方案进行了经济性比较，详见表3-5。

如上表所示，工程数量基本一致时，预制拼装方案相比常规方案造价平均增加8%左右，前22公里采用全预制拼装方案及配跨优化调整后造价增加约2000万。考虑工期因素增设架桥机，造价增加约3800万。

4 存在的问题及比选建议

（1）桥梁两端紧连隧道的情况，存在架桥机组拼空间不足。

（2）隧道、路基需及时贯通，否则影响架桥机连续作业，影响工期，存在不确定因素。

（3）预制构件造价定额缺失，影响概算准确程度。

（4）连接套筒灌浆质量目前缺乏有效检测手段，急需开发。

5 结语

全预制化桥梁施工技术，不仅能很好地控制工程质量，而且能加快施工速度、减少环境污染，同时也符合低碳化、和谐社会的发展要求，将是一套高效、低碳、环保的桥梁建造技术，具有广阔的应用前景。这就需要科研院所、设计企业、材料、工艺、设备、产业政策等共同来推动发展， 除了政策引领，还要践行“企业为主体、市场为导向、产学研深度融合”的技术创新路径，为装配式技术的持续发展提供动力。

参考文献：

[l]程航.城市桥梁节段预制拼装技术设计与研究[J].工程建设与设计， 2019， 000（009）：228-231.

[2]张阿晋，邓彩耘.城市核心区高架桥梁预制装配施工关键技术[J].建筑机械化，2019.