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标题 分幅预制大箱梁在城市快速路网中的应用研究
范文 胡波涛 龚建平 王万霞
摘要： 笔者以参与的“凤城五路-欧亚大道-港务西路快速化改造项目”设计实例，提出在城市快速路体系中采用预制大箱梁，通过分幅预制、梁间局部现浇作业，利用国内高铁桥梁成熟使用的900t运、架设备进行箱梁架设，经少许改造后应用于城市快速路网建设。该结构箱梁整体刚度大，耐久性好，结构材质均匀，受力明确，在实现预制结构外观突破的同时，有效避免了现浇结构的质量通病问题。同时，该桥型下部结构可采用外扩花瓶墩，在进一步提升桥下景观的同时，可实现桥下空间的最大利用。
Abstract： The author takes the design example of "Fengcheng five road - Eurasia Avenue - Hong Kong West Road rapid transformation project"， and proposes that the prefabricated large box girder is adopted in the urban expressway system， through the prefabrication and local cast-in-place work between the beams， the box girder erection is made by using the mature 900t transport equipment of the high iron bridge in China. After the transformation， the urban viaduct was put into construction. The structural box girder has a large rigidity， good durability， uniform material material and clear force， which can effectively avoid the problem of quality defects of the cast-in-place structure while realizing the breakthrough of the prefabricated structure. At the same time， the substructure of the bridge can be expanded by using external expansion vase piers， which can further enhance the landscape under the bridge and maximize the utilization of the space under the bridge.
關键词： 预制拼装；分幅预制混凝土箱梁；分幅预制钢-混叠合箱梁；梁上运梁；整孔架设
Key words： precast and assembled；precast concrete box girder；prefabricated steel -mixed box girder；girder erection；whole hole erection
中图分类号：U448 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2018）19-0109-04
0 引言
随着城市建设发展对环境要求的不断提高，加之工期限制，发展不阻断现有道路交通、低碳、降低施工噪音和减少建设期内的施工灰尘，又能方便快速完成工程建设且对地面交通影响较小的施工方法，预制拼装逐渐成为城市快速路网建设中的主流。
小箱梁和预制T梁方案的优点是吊装重量小，对施工设备要求较低，施工工艺成熟，缺点是梁片数多，现浇湿接缝多，下部结构需要设置盖梁，小箱梁根部悬臂较小，对桥下行车影响较大，影响桥梁美观，盖梁施工时也会严重影响主线道路的交通。
分幅预制大箱梁方案采用大规模集中预制，并利用已架设桥面运、架箱梁。分幅预制箱梁方案吊装重量较大，对施工设备要求相对较高，但梁片数少，横向湿接缝只有一道，采用梁上运架梁，施工时对主线道路交通的影响较少，且造型美观。
在分幅预制结构材料选择上，钢混叠合箱梁在充分利用材料力学特性的同时，进一步减小了混凝土浇筑工程，从钢材的使用和循环回收角度，更契合目前国家去产能和低碳环保的政府号召。混凝土箱梁在高铁项目中已成熟使用。箱梁预制、运吊技术更为成熟，完全满足本项目施工期间的相关要求。同时混凝土箱梁结构合理，上下部受力明确，对桥下净空，施工期间交通组织以及后期维养等方面更具优势。在造价方面，混凝土箱梁相比钢-混叠合梁造价可节约10～12%。
1 工程概况
凤城五路-欧亚大道-港务西路快速化改造项目是西安市北郊区域东西向二级快速路之一，连接了朱宏路、文景路、未央路、太华路、北辰大道、港务西路，联系了经开区、未央区、浐灞生态区、国际港务区，并可以连通至高陵区，是行政中心和经开区向东北方向辐射的一条重要大通道，同时该路也是全运会召开期间重要的一条疏散通道，尽快实施快速化改造非常必要。该项目已列入“十三五”城市快速路体系建设计划。
项目设计起点为朱宏路，设计终点为秦汉大道，全长约17公里，道路等级为二级快速路。沿线大小被交路共有11多条，其中市政主干道路较多，起控制性的交叉道路主要有朱宏路、明光路、文景路、未央路、太华北路、北辰大道、广运潭大道、北三环至绕城高速段等。项目全部位于城市建成区内，用地开发较为成熟，且沿线道路两侧房屋建筑较多，两侧地块、居民通行需求强烈。结合沿线建设条件，兼顾地区交通、工期、投资等因素，采用全线高架桥梁方案。
2 方案设计
本项目全线利用既有道路中分带敷设高架桥，即采用“主线高架+地面道路”断面敷设形式形成双层交通空间。主线高架桥全长10.115km，桥梁标准断面宽26m，采用双向六车道断面形式。主线高架桥标准段断面：0.5m（防撞护栏）+12.25m（行车道）+0.5m（中央分隔带）+12.25m（行车道）+0.5m（防撞护栏）=26.0m。
全线高架跨径布置时对地面道路按照规划宽度予以一跨跨越，全线共设置11处非标准跨径，主线标准跨径段采用分幅预制混凝土箱梁，在主线高架跨越等级较高的主要被交道路时采用分幅预制钢-砼叠合箱梁，主线高架下部结构采用两立柱外扩花瓶墩，基础采用钻孔灌注桩。
①分幅预制混凝土箱梁。分幅预制混凝土箱梁采用分左右两幅设计、分幅吊装，以减小吊装重量，为利用路泽太公路的中分带布置桥墩，采用内外悬臂不对称式设计，尽量减窄桥墩宽度，并将箱体重心调整至桥墩合理受力区。梁间预留60cm局部现浇，连接横向两片箱梁。每片箱梁采用单箱室结构，桥面双向横坡由箱梁变腹板高度形成。采用工厂化集中预制，梁上运架梁。
综合经济性、适应性、景观效果、运架梁设备，考虑到沿线管线、桥涵、河流较多，兼顾跨越能力。该类桥型工艺成熟，在高铁高架桥、杭州湾跨海大桥、余姚-慈溪高速等项目上已成功采用。本项目高架桥标准段分幅预制混凝土箱梁推荐采用35m跨径。
②分幅预制钢-混叠合箱梁。分幅预制钢-混叠合箱梁采用分左右两幅设计、分幅吊装，以减小吊装重量，为利用路泽太公路的中分带布置桥墩，考虑到钢-混叠合梁自重较轻，采用内外悬臂对称式设计。钢-混凝土叠合梁采用预制厂钢主梁一次拼装，并在胎架浇筑混凝土桥面板。然后通过运梁车运至施工桥位，整体吊装后浇筑二期铺装以及护栏和其它附属部件。混凝土桥面板间预留60cm局部现浇，连接横向两片箱梁。每片箱梁采用单箱室结构，桥面双向横坡由箱梁变腹板高度形成。采用工厂化集中预制，梁上运架梁。
3 分幅預制混凝土箱梁设计
3.1 梁高及截面尺寸设计
本项目设计的主要控制荷载为箱梁施工荷载，选择合理的梁高及截面尺寸是保证箱梁施工安全的关键，也是设计时需重点研究之处。梁体在施工阶段的主要荷载有：运梁车运梁荷载，架梁过程架桥机支腿的荷载；箱梁简支结构下所受移梁、架梁过程中的起吊重荷载及自重；经过对施工荷载工况及成桥运营阶段工况进行分析计算，最终确定了本项目35m跨径分幅预制混凝土箱梁高度为2.4m。（图2）
35m跨径分幅预制箱上部总宽26m，采用分幅设计、分幅吊装，以减小吊装重量，为充分利用地面凤城五路的中分带空间，两片梁采用横向对拼，梁间仅预留60cm局部现浇，其中单片梁宽1270cm，梁高240cm，为单箱室结构。箱梁顶板厚度26cm，底板及跨中厚度25cm，跨中腹板厚度40cm，支点处腹板厚度加大至110cm，桥面双向横坡由箱梁顶板形成。考虑本项目需减少对桥下交通影响，节省施工用地空间，本方案提出采用梁上运、架梁的施工方案。为了尽量减小施工荷载对结构的影响，顶板采用了175×29cm的大梗腋设计。箱梁外悬臂长度350cm，内悬臂长170cm，采用内外不对称式悬臂设计，将箱体重心调整移至桥墩合理受力区。（图3）
3.2 箱梁梁端设计
由于梁端承受架桥机支腿力作用，需对梁端局部段落进行加厚设计，但不能加厚太多，太多不利于箱梁内模脱卸。经多方案分析比选，确定了以下结构尺寸；腹板墩顶处尺寸加厚到110cm，顶板墩顶处尺寸加厚到60cm，底板墩顶处尺寸加厚到55cm，加厚段全长4.05m，两侧通过2.0m的均匀过渡段逐渐过渡到墩顶加厚截面。（图4）
3.3 箱梁预应力布置
箱梁采用纵向预应力和横向预应力设计。横向预应力布置用来承受顶板车轮荷载。纵向预应力为简支预应力束，用来承担箱梁本体自重及运梁车、架桥机等的施工荷载。（图5）
3.4 吊装方案选择
箱梁在梁厂预制施工前后需进行频繁的起吊作业，选择合理的吊装方案对箱梁的快速运架尤为重要。常用的吊装方案有兜底吊梁、顶板吊梁方案。本项目分幅预制箱梁采用梁上运、架梁的施工方案，如果采用兜底板吊梁方案，因为扁担梁回收难、耗时多，所以会给施工很多不便；如果采用顶板吊梁方案，只需要在顶板开孔，下穿吊杆，箱梁起吊通过箱内用锚具锚固来完成，该方案不但提高了施工效率，而且能很快适应箱梁的频繁起吊。
3.5 箱梁施工阶段分析
分幅预制混凝土箱梁采用简支结构体系，按A类预应力混凝土构件设计。桥梁计算采用MIADS Civil 2015分析。主梁施工阶段是箱梁结构设计主要控制点，本次设计模拟运架梁工况，运梁车按照轴重500kN，纵向轴距2.3m，共21轴，横向轮距5.5m，每片主梁上分配一半轴重。（图7-图9）
计算结果为：主桥简支状态下运梁，由于温差效应，导致主梁上缘在靠近支点附近有0.7MPa拉应力，上缘其余截面均受压；上缘最大拉应力-0.7MPa，最大压应力5.6MPa；主梁下缘全截面受压，下缘最小压应力2.3MPa（跨中截面），最大压应力8.2MPa（1/4截面附近），计算结果表明主梁在施工阶段上下缘均满足技术规范要求。
4 箱梁施工方案
4.1 箱梁预制施工要点
本项目主线标准段均采用分幅预制混凝土箱梁设计，全线共需预制868片梁，箱梁结构采用单箱单室等高截面箱梁，箱体砼标号采用C50设计，钢束选用极限强度为1860MPa的高强度低松弛预应力钢绞线。箱梁模板由底模、侧模、内模和端模组成。模板的全长及跨度应考虑设置反拱度及预留压缩量。内模采用液压收缩内模，内模的收缩及脱模均利用液压油缸的自由伸缩，在满足伸缩行程的条件下保证快捷、灵活、方便。底模在跨中需设置反拱度，安装时应考虑箱梁的弹性压缩。所以模板均采用钢模，要求模板接缝平顺、桥面平整、转角光滑、连接孔定位准确，具有足够的刚度、强度和稳定性。（图10）
箱梁在拆完模，利用高铁上使用的900T门式吊运移梁机将箱梁安全移至存梁场地；在运梁车行驶中配备有防止坠落的安全制动系统。运行系统包括四组轮、液压马达、供油泵、两轮组或四轮组转向、驱动，制动系统包括两极制动，运行制动和停车制动。
4.2 箱梁运、架梁施工要点
本方案运架施工中需使用900t级门式吊运、提升机，桥面运梁车和架桥机，箱梁架设流程如下：安装支座→移梁机提梁→运梁车装梁、运梁→喂梁→落梁、灌浆→铺轨过孔→架桥机就位→架下一片梁。
本次方案设计针采用单车双幅运梁，即一台运梁车，纵向跨越两跨箱梁，梁及自重横向由双幅梁均分的方案。运梁车仍采用17轴，轴距2.3m，横向两组轮距5.5m。一辆车，横向跨双幅桥运梁。横向需要移梁，所以架桥机需要有横向移梁功能。跨两幅运梁，单幅梁受力较小，运架梁工况不控制主梁设计。（图11）
5 结语
①当前城市高架具有建设用地紧张、施工空间受限、工程规模大等特点，为减少现场施工作业，便于快速施工，减少施工风险，主梁结构按工厂化、预制化、标准化、大型化设计。
②预制大箱梁具有整体刚度大，耐久性好，结构材质均匀，受力明确，在实现预制结构外观突破的同时，有效避免了现浇梁的质量通病问题。桥型下部结构可采用外扩花瓶墩，在进一步提升桥下景观的同时，可实现桥下空间的最大利用。
③从工程投资、施工期间对地面交通影响、对周围环境影响、降低建设管理单位施工质量管控压力、施工质量及周期控制等方面综合比选，预制大箱梁具有明显优势。
④本次方案研究是对当前城市桥梁设计和施工方案的一项大胆创新和尝试，可广泛应用于城市快速路高架桥梁建设中。
参考文献：
[1]王威.大吨位非对称预制箱梁吊装施工监测[D].郑州大学，2016.
[2]程应刚，张燕飞.杭州湾跨海大桥南岸滩涂引桥上部结构设计[J].桥梁建设，2006（3）.
[3]盛兴旺.李志国.邓运清.京沪高速铁路预应力简支箱梁结构参数优选[J].铁道标准设计，2001（9）.
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更新时间：2024/12/23 2:49:58