预制拼装桥梁板场地设计及施工建设

孙发源

（徐州市公路工程总公司，江苏 徐州 221004）

0 引言

预制拼装梁场地建设是保证路桥建设中模板施工环节的重要部分，保证其施工质量对预制模板工程建设具有重要意义。我国众多学者对预制模板的施工场地设计及工程安全性开展了研究，刘志燕等以武汉东风大道快速化改造二期工程为工程背景，介绍了一种新型的适用于大宽度混凝土箱梁的移动模架。慕生勇等建立了节段拼装式造桥机有限元模型，校核其强度、刚度和稳定性。邓雅兰等介绍分析了轨道交通高架区间常用的简支箱梁和连续箱梁预制节段拼装的设计和施工。班新林等以动力系数和桥面加速度为控制指标，采用移动荷载列模型研究40m简支梁的竖向自振频率设计限值。

本文该研究以江苏省某高速公路预制拼装桥梁场建设工程为背景，设计并验算了模板预制主要结构移动底模预制梁，讨论研究了其场地施工工艺流程及控制要点。研究结果对预制拼装梁板场地建设及高速路桥工程的建设具有示范作用。

1 工程概况

1.1 工程简介

阜溧高速公路建湖至兴化段JHX-TZ1标路线起点桩号为k35+104.936，向南布设，上跨龙江河、规划G344、大溪河，止于G344北侧约1km处，终点桩号k40+750，线路全长5.645km。主要工程包括路基总填方561992m3，挖方33270m3，水泥土双向搅拌桩378067m，高压旋喷桩15648m，预应力管桩9900m，主线桥梁（含分离式立交主线上跨桥）4座，共长2600.912m；主线通道8道，均利用桥孔；主线涵洞8道，其中圆管涵1道，箱涵7道。工程总造价6.49亿元，合同工期24个月。该标段为预制拼装桥梁标段，含JHX-TZ1、JHX-TZ2、JHX-TZ3、JHX-TZ4、JHX-TZ5共22座预制拼装桥梁。

预制拼装场坐落在新建连镇铁路客运专线DK163+520前进方向右侧的三场，包含场内硬化场地、板箱梁预制及存梁台座、彩板房、料仓、钢筋加工棚、龙门、拌和楼等设施，该地属于江苏省扬州市宝应县成庄村：办公生活用彩板房总建筑面积为4899m2（含试验室、民工宿舍），拌和站料仓总建筑面积为4352m2（含砂石料仓彩钢瓦棚），钢筋加工棚总建筑面积为5873m2。桥梁预制构件厂所属位置南侧为国道344线，西侧为国道233线，距该项目距离约39公里，交通十分便利。通过实地调查研究，箱梁采用陆运方式运至施工现场。

1.2 场地平面布置

梁板预制场占地面积约121333m2，主要分为办公生活区、钢筋加工及配送中心及构件生产存放区、混凝土拌和及供应中心区3个功能区。该梁板预制场在原有基础上改造，新建箱梁有4条生产线，全部预制30m箱梁。每条生产线皆为独立的、采用流水线形式的平面布置。其中，钢筋加工棚为8000m2，预制区为25000m2，存梁区11000m2。厂区内设有宽8m～12m纵横向混凝土道路，以备砂石料、钢筋、模板、混凝土等材料的运输。计划该梁场预制30m箱梁631片，按日均4片计算。场地平面布置如图1所示。

图1 场地建设位置与布置示意图

2 移动台车及底模预制梁设计

模板预制加工车间是整个梁板预制场地的主要工作车间，其设计与建设的合理性直接影响模板加工和拼装效果，影响工程建设质量和建设进度。因此，合理设计建设模板加工车间具有重要意义。

2.1 模板预制流水车间整体设计

根据《公路桥涵施工技术规范》（JTG/T3650-2020）、《预制拼装桥梁技术规程》（DG/TJ08-2160-2015）中的设计施工和设计规定，该项目的模板预制移动台车及模板养护箱涵的整体设计如图2所示。由图2可知，箱梁流水线养护窑的外观尺寸为4420×4050mm，内尺寸为3700×3800mm，顶部装有活动铰链和吊装螺栓，底部由可移动滑轮组和铰链组成。模板预制台车由模板支架和刚性移动底座组成。刚性底座承担预制模板时的主要压力，模板加工和养护时，需要保证移动底座的承载力和使用寿命设计符合要求，模板预制流水车间结构设计图，如图2所示。

图2 模板预制流水车间结构设计组图

2.2 刚性移动台座的设计

移动基座由梁台座、工字钢和钢构件拼装组成，其详细设计尺寸和构造如图3所示。移动台座纵梁采用2根32B#工字钢铺架，最大受力节点4500mm安装车轮。移动台座上表面横向间距600mm，安装12B工字钢。移动台座钢底模采用6mm钢板，纵向采用3根10#槽钢布置并焊件。

图3 移动箱梁台座设计示意图

2.3 设计计算指标与施工荷载计算

根据相关规范，该工程中设计计算钢材物理性能指标采用表1所示的设计值计算。

表1 钢材物理性能指标

根据上述计算参数验算箱梁台座的容许挠度：

箱梁台座纵向节点容许挠度：

箱梁台座横向节点容许挠度：

根据上述计算参数计算平台总荷载：

平台总荷载F=（F混+F模+F倾）*1.2（系数）

混凝土对平台的荷载F 混=45m3×30kN/m3=1350kN

钢模板及其他钢构件对平台的荷载F模=200kN（含平台）

F倾＝取钢模底模4KN/m2计100kN

取平台总荷载F=（F混+F模+F倾）*1.2（系数）＝1980kN

根据上述计算荷载，针对预制梁设计方案，采用有限元计算软件SOLIDWORKS建立结构有限元计算模型。分别计算其受力和强度特征，并与设计标准值对比验算结构设计合理性。其中32B工字钢受力计算模型，如图4所示。

图4 32B 工字钢受力计算模型

根据上述模型和计算参数，单件工字钢均布受力取F＝1980/40/2*4.5＝110kN，刚性计算结果如下图5所示。

图5 32B 工字钢受力计算结果

根据上述计算结果，计算工字钢外端挠度1.145mm＜L2/1000（4.5mm），结论符合要求。计算工字钢应力97MPa＜220MPa，结论符合要求。

2.4 台座钢模板受力计算

根据上述计算模型和计算参数，计算台座钢模板受力特征，其刚性计算结果和强度计算结果，如图6所示。

图6 台座模板受力计算结果

根据模型刚性计算结果0.5m*0.6m钢模板受力取F＝1980/40*0.6＝30kN，结论符合要求。计算面板变形最大0.39mm＜2mm平面度，结论符合要求。计算底模板应力76MPa＜220MPa，结论符合要求。

3 施工工艺及控制要点

3.1 箱梁施工流程

根据建设需要，结合工程需求，分析工程建设进度及生产能力，该场的建设中预制箱梁的施工工艺及主要流程，如图7所示。

图7 施工工艺流程图

3.2 主要工艺流程及控制重点

3.2.1 钢筋安装

箱梁钢筋在专用胎架上绑扎完成，确保钢筋间距及保护层厚度满足图纸、规范要求。为防止钢筋笼变形，钢筋笼吊装时，采用专用吊具多点吊的方式，吊具与钢筋笼之间采用钢丝绳卸扣连接，吊点周围钢筋交叉点要求焊接牢固。

3.2.2 模板安装

箱梁模板由底模、外侧模、内模（液压）、端模组成。箱梁模板加工好后进场必须按设计要求及质量标准验收，验收合格后才能使用。检查内容主要针对模板的尺寸、拼接缝隙、平整度、垂直度、光洁度等。

3.2.3 混凝土浇筑与养护

浇筑混凝土时，应根据箱梁结构形状，钢筋布置，采用“分层浇筑，逐级推进”的浇筑方法，在下层混凝土初凝或能重塑前完成上层混凝土浇筑。分层应保持水平，分层厚度控制在30cm～50cm。采用自动化快速蒸汽养护系统+自动喷淋系统，养护预制箱梁，养护过程分为预养、升温、恒温和降温4个阶段。

4 结束语

预制拼装梁的移动底模是保证模板施工的重要结构，保证其施工质量对预制模板工程建设具有重要意义。本文以江苏省某高速公路预制拼装桥梁场建设工程为背景，采用规范法设计了工程梁板预制场的移动底模预制梁，并采用有限元数值计算软件SOLIDWORKS验算底座的工字钢、台座钢模板、轨道基础等的承载力。验算结果表明，底模预制梁承载力符合规范规定，相关结构的设计是合理的，最后讨论研究了其场地施工工艺流程及控制要点。研究结果对预制拼装梁板场地建设及高速路桥工程的建设具有示范作用。