高速公路互通现浇箱梁变T梁可行性分析

2022-01-24林建清陈晓岚

国防交通工程与技术 2022年1期

林建清, 陈晓岚

(中国水利水电第五工程局有限公司，四川成都 610225)

1 工程概况

重庆江津至贵州习水高速公路四面山枢纽互通为迂回式枢纽互通，是连接四面山风景名胜区，满足重庆、贵州方向的车辆进出四面山风景区的主要通道。四面山互通工程属构造中低山地貌区，位于一单面斜坡地形。整个斜坡坡向45～60°、坡角15°左右。主要结构物以桥梁为主，整个互通总共11座桥梁，桥梁总长为3 194.87 m(左右幅)，其中匝道桥梁总长1 819.87 m。匝道桥上部结构施工图设计阶段均采用现浇箱梁，受地形限制满堂支架搭设难度大，需要对现浇箱梁施工方案进行变更。综合现场施工条件、施工工艺、工期和工程造价等多个方面对比，预制T梁较预制箱梁具有施工效率高、工序简单、施工成本低、具备通行条件时间早等优点[1-2]，因此初步决定将原有现浇箱梁施工方案变更为预制T梁施工方案。由于预制T梁施工方案需满足架桥机的架设要求，因而在变更之前，需要对现浇箱梁变T梁施工可行性进行探讨分析。

2 现浇箱梁变T梁的优缺点分析

从梁体的结构受力、施工难易程度、生产效率等方面对箱梁与预制T梁的优缺点进行横向对比[3-6]。

(2)施工难易程度：现浇箱梁需要进行基础处理、支架搭设、外模及内模施工，施工工艺比较复杂。预制T梁避免采用大量的脚手架，可保护环境，节省费用。

(3)基础沉降影响：对现浇箱梁的施工有较大影响，直接影响箱梁支架的稳定性，危及施工安全，因此现浇箱梁施工需要进行大量的基础处理作业。对预制T梁结构的影响小，由于这种结构体系是梁的恒载按简支梁传力，而仅仅是活载和二期恒载(桥面铺装、栏杆、安全带)是按连续梁结构传力，因而结构的受力性能优越，适合于软土上的建设。

(4)集中化生产程度：现浇箱梁不具备集中生产的条件。由于T梁采用预制构件，因而可以在预制厂内批量生产，这样便于统一生产管理并严格控制预制构件的尺寸。采用标准构件时更有利于技术操作、提高预制速度、节省模板费用。

(5)桥梁上部、下部结构同步施工效率：现浇箱梁必须等待下部结构基本施工完毕后才具备上部结构的施工条件。由于预制T梁在下部结构施工的同时便可进行上部构件的预制，因而节省了施工时间，加快了施工速度，有利于提高经济效益。

(6)二期施工难易程度：现浇箱梁二次施工较少，仅为预应力张拉及压浆，由于预应力施工必须在桥面进行，无法采用智能张拉系统，施工质量可控性较预制T梁低。预制T梁整片梁的吊装就位需要吊装运输和架梁设备，简支梁的预应力筋张拉可在工厂进行，而负弯矩的布置或张拉可在梁上进行，因而减少了施工设备，又可避免造成地面障碍；在山区高速公路或立体交叉施工的桥梁等一些特殊要求施工中不能特别适用。

(7)具备通行能力的速度：现浇箱梁需要在浇筑完毕7 d后，进行预应力张拉及注浆，且在注浆浆液达到设计强度的95%以上才具备通行条件。预制T梁在T梁架设完毕，各梁之间横隔板主筋焊接完毕后，即可初步具备通行条件，对于山区作业、提前打通交通要道、抢工大干有重要意义。

（2）急性肝衰竭肝组织呈新旧不等的亚大块坏死或桥接坏死；较陈旧的坏死区网状纤维塌陷，或有胶原纤维沉积；残留肝细胞有程度不等的再生，并可见细、小胆管增生和胆汁淤积。

(8)梁体后期混凝土收缩、徐变影响：对现浇箱梁影响较大。由于预制T梁是在工厂预制，从首期预应力的张拉至浇筑接缝、后连续预应力的张拉时已有相当的龄期，因而减少了混凝土的收缩、徐变对结构体系的影响，而简支梁的预应力筋对结构不产生次力矩，可使结构设计简便。

综上可知：在结构允许的条件下，预制T梁较预制箱梁有施工效率高、工序简单、施工成本低、具备通行条件时间早等优点，特别对于缩短建设总工期有重要意义；同时经多方论证，认为曲线半径大于300 m、跨径在40 m及以下的桥梁具备箱梁变T梁的条件，因此考虑将部分具备条件的现浇箱梁变更为预制T梁。

3 工程应用

3.1 技术可行性分析

在用BIM技术进行建模分析的过程中发现，有一部分预制箱梁位于直线段，而且周围的地形可以实施预制T梁的运输和安装，为现浇箱梁转换为预制T梁提供了条件，以对高速互通枢纽的结构进行优化。为了更好的观察这一部分直线段的箱梁是否具备转换成预制T梁的条件，结合施工图纸，初步选定一部分箱梁设计转换为预制T梁进行建模对比观察，效果如图1所示。从建模效果可知：箱梁变为预制T梁后，满足设计翼缘板及桥面宽度的要求，具备转换成预制T梁的基本条件。

图1 箱梁变T梁建模效果

另外，通过对图纸详细的分析，四面山枢纽互通B匝道1号桥第一联和第二联(共8跨20 m现浇箱梁)、B匝道2号桥(8跨20 m现浇箱梁)、C匝道3号桥(4跨20 m现浇箱梁)、C匝道4号桥(4跨20 m现浇箱梁)，均为等宽段，桥面宽度11.25 m，且在圆曲线半径分别为1 050 m、1 050 m、350 m、960 m。采用本项目标准的20 m预制T梁通过调节湿接缝宽度(由标准图的75 cm湿接缝宽度调整为65 cm)，能够满足匝道桥的线型和桥面宽度要求，进一步从技术上验证20 m现浇箱梁调整为预制T梁是可行的。

3.2 施工设备可行性分析

由于T梁在预制厂中集中生产后，由运梁车运输至桥台，再采用架桥机对预制T梁进行吊装，故预制T梁相对于现浇箱梁，会使用较多的大型机械设备。而在四面山互通枢纽中，由于各匝道曲线半径普遍较小，且匝道存在交叉现象，因此运梁车载梁后能顺利通过各匝道、匝道交叉处的净空尺寸允许架桥机通行是现浇箱梁是否具备变更为T梁的重要条件。

3.2.1 运梁车通行条件

四面山互通的2-2#梁场采用某公司生产的DCY900型轮胎式运梁车，运梁车的高度、最小转弯半径及车辆尺寸对T梁能否通过各匝道及交叉部有重要意义。运梁车整机高度为2.75±0.35 m，按照3 m高度考虑，20 m T梁梁高1.5 m，30 m T梁梁高2.0 m，40 m T梁梁高2.5 m，即运梁车载梁后，最高通行高度为3.0 m +2.5 m=5.5 m。四面山互通匝道交叉部净空尺寸最小处为B匝道1号桥第3联与主线3号桥第1联的交叉部。B匝道1号桥第3联为下穿段，主线3号桥第1联为上跨段，交叉部B匝道桥桥面顶标高为535.618 m，主线3号桥箱梁底标高为541.618 m，净空尺寸为6.0 m，考虑到预留一部分安全距离，运梁车运载20 m T梁具备安全的通行能力。

运梁车主车长度为6.45 m，副车长度为5.5 m，当载重20 m T梁后，按照T梁梁段放置在运梁车中心计算，整车长度=(20+6.45/2+5.5/2)m=25.975 m。由于运梁车仅有主车具有转向功能，以主车转弯半径30 m进行CAD模拟作图，经多次反复模拟后，最终得出运梁车载重20 m T梁后最小转弯半径为137.77 m(实际施工时取整数值140 m)，如图2所示。

图2 运梁车载梁后最小转弯半径(单位：m)

四面山互通各匝道最小弧线半径为：A匝道路基260 m，B匝道1号桥第六联250 m，C匝道2号桥60 m，D匝道桥第五联70 m。结合四面山各匝道互相通行能力，绘制了互通匝道通行图，见图3。

图3 四面山互通具备运梁通行的线路

3.2.2 架桥机通行及运行工况

四面山互通2-2#梁场配置两台架桥机，分别为WJQ120 t-30 m型架桥机和HDJH40/160II(A)型架桥机，其主要技术参数见表1。

表1 架桥机主要技术参数

四面山互通匝道交叉部净空最低处为主线3号桥第一联和B匝道1号桥第三联交叉部，净空高度为5.5 m，HDJH40/160 II(A)-40 m型架桥机无法通过；WJQ120 t-30 m型架桥机整机高度为5.5 m，将前支腿液压油缸下降至极限位置后，架桥机整机高度与净空相对位置关系见图4。由图4可知，架桥机顶部天车距离主线3号桥底部尚有1.0 m高的安全距离，具备通行和起吊的条件。

图4 WJQ120 t-30 m型架桥机下降至极限位置后与净空相对位置关系(单位：m)

3.2.3 小曲线半径桥T梁架设可行性分析

WJQ120 t-30 m型架桥机最大允许横坡为1%，四面山互通匝道桥最大桥面横坡3%，最小曲线半径R=350 m。小半径曲线桥中，每片梁预制长度随桥墩中心线呈扇形布置，C匝道3号桥同一跨桥梁曲线内侧与曲线外侧梁长度相差54 cm，如架桥机直线过跨，前支腿横移轨道无法与前盖梁平行，前支腿横移轨道将处于局部脱空状态。先采用架桥机摆尾的方法解决横移轨道处于脱空状态，把后横移轨道靠桥面内侧处往架桥机后方平移一定距离，即相当于把架桥机绕后横移轨道中心旋转一定角度。这样就保证后横移轨道全部落在已架设的梁板上，前横移轨道全部落在盖梁上，经计算，后横移轨道需摆尾87 cm，因此匝道小曲线半径桥具备T梁架设条件，见图5。

图5 架桥机后横移轨道摆尾(单位：m)

3.3 经济效益分析

四面山互通共完成B匝道1号桥第一、二联，C匝道3号桥，C匝道4号桥4联(14跨)现浇箱梁变更为T梁施工。

3.3.1 施工成本分析

将现浇箱梁与预制T梁设计图纸进行对比：现浇箱梁变更为T梁后，上部结构混凝土由原来的设计2 350 m3，变成1 150 m3。现浇箱梁的施工成本主要包括基础处理、支架搭设、模板及施工过程中的机械和人工费用，预制T梁由于在四面山互通起点处已经建设有2-2#梁场，故不考虑梁场建设及预制梁过程中的模板成本，只需考虑因箱梁变T梁增加的T梁数量导致的2-2#梁场运营费用、T梁运输及架设过程中的设备及人工费用。综合以上因素计算，现浇箱梁变更为预制T梁导致的施工成本下降1 200 m3×1 475元/m3(扣除各种成本后的综合单价)≈177万余元。

3.3.2 工期效益分析

受四面山互通枢纽地形条件，施工便道极为有限，因此利用桥梁通行是解决四面山互通交通运输的重要途径。现浇箱梁具备通行条件是在箱梁浇筑完成且预应力张拉完成后，即具备支架拆除条件后；预制T梁具备通行条件是T梁架设完成且横隔板钢筋焊接完成后，因T梁架设和横隔板钢筋焊接作业几乎是同步进行，因此钢筋焊接的影响时间可忽略不计，故以现浇箱梁支架拆除时间和预制T梁架设完成时间对两种桥梁的施工工期进行比较。

现浇箱梁基础处理平均一跨(按照满堂式盘扣支架计算)时间为7 d，支架平均一联租赁时间为65.7 d，四面山互通保持了最少3跨基础同时进行支架搭设的效率，因此按照1.5联5.5跨计算基础处理总时间38.5 d，支架租赁总时间98.6 d，则现浇箱梁总工期为137.1 d。由统计的实际数据可得，2-2#梁场20 m T梁正常的预制速度为2～3片/d，预制总时间36 d；T梁架设延迟时间按照7 d计算，故预制T梁的总施工工期为43 d。现浇箱梁变更为预制T梁，四面山互通总工期比较少了94.1 d≈3个月。