公路大型复杂预制箱梁预压加载三层存梁施工

高禄巍

(中铁十九局集团第五工程有限公司，辽宁大连 116000)

1 概述

城市交通堵塞现象是全国各大中城市普遍存在的难题，随着解决措施的加强，一批快速交通用的大、特大公路桥逐渐增多，受城市周边地形的限制，该种桥梁大多是曲线桥，大连南部滨海大道工程星海湾大桥属于该种情况。该桥的东引桥采用曲线双层设计，预制箱梁海运架设施工方案，在该桥箱梁预制场选址和设计中，受寸土寸金的城市用地的影响，其场地的占地面积和临时出海码头的组合选址极其受限，为解决该问题，我们对梁底宽相同的梁型采用了三层存梁的设计，力争最大化的减少占地。

2 三层存梁设计方案的确定

2.1 三层存梁台座设计影响因素

1)梁长变化的影响。

按照设计图纸，预制场307片箱梁，按照梁长分类共计38种，箱梁底宽为 1.95 m，2.6 m，3.0 m，3.3 m，3.8 m 五种。以梁底宽2.6 m且同梁长重量最大为例(见表1)，底宽2.6 m的箱梁总片数97片，梁长有13种，最长为43.47 m，最短为41.45 m，最重为486.55 t，最轻为 424.05 t。

表1 预制箱梁(底宽2.6 m)梁重及梁长统计表

2)存梁台座设计理念。

存梁台座的设计要与梁型、存梁方式、吊梁方式等结合起来，台座设计时综合考虑不同梁底宽的尺寸，以梁长相近、底宽差值小为设计基础，以共用为设计原则。

受多种梁底宽度的影响以及考虑存梁时的三层临时支座的中心位于同一铅垂线位置，本梁场存梁台座采用桩基础+承载梁的结构形式。

2.2 存梁台座设计

根据设计图纸统计数据分析，承载梁宽度需要2.5 m方可保证不同梁长的箱梁存放时的支点位置符合设计要求;受地质为杂填土的影响，基础采用桩基。

存梁台座设计计算(以底宽2.6 m箱梁为例):

按照表1，底宽2.6 m箱梁最大重量为486.55 t，三层存梁总重量为1 459.65 t;基础采用桩径1.2 m钻孔灌注桩基础，桩长8 m，间距4 m，桩底支撑在中风化基岩上。承载梁尺寸4 m×2.5 m×1 m，承载梁设计采用C30钢筋混凝土，其受力段计算重量为23 t。单桩重量为19.888 t。则上部荷载为1 459.66 t+23 t=1 482.66 t。单桩承载力为 761.218 t。

1)单桩承载力设计计算。

单桩承载力按《公路桥涵地基与基础设计规范》选用公式计算。

支承在基岩上或嵌入基岩内的钻(挖)孔桩、沉桩的单桩轴向受压承载力容许值［Ra］，可按下式计算:

其中，［Ra］为单桩轴向受压承载力容许值，kN，桩身自重与置换土重(当自重计入浮力时，置换土重也计入浮力)的差值作为荷载考虑;c1为根据清孔情况、岩石破碎程度等因素而定的端阻发挥系数，按表5.3.4采用;Ap为桩端截面面积，m2，对于扩底桩，取扩底截面面积;frk为桩端岩石饱和单轴抗压强度标准值，黏土质岩取天然温度单轴抗压强度标准值，当frk＜2 MPa时按摩擦桩计算(frkio为第i层的frk值);c2i为根据清孔情况、岩石破碎程度等因素而定的第i层岩层的侧阻发挥系数，按表5.3.4采用;u为各土层或各岩层部分的桩身周长，m;hi为桩嵌入各岩层部分的厚度，m，不包括强风化层和全风化层;m为岩层的层数，不包括强风化层和全风化层;ζ5为覆盖层土的侧阻力发挥系数，根据桩端frk确定:当2 MPa≤frk＜15 MPa时，ζ5=0.8;当15 MPa≤frk＜30 MPa时，ζ5=0.5;当 frk＞30 MPa 时，ζ5=0.2;τi为各土层的厚度，m;qik为桩侧第i层土的侧阻力标准值，宜采用单桩摩阻力试验值，当无试验条件时，对于钻挖孔桩按本规范表选用，对于沉桩按规范表5.3.3-4选用;n为土层的层数，强风化和全风化岩层按土层考虑。

单桩轴向受压承载力容许值由上式得:［Ra］=0.6×1.13×15 000=10 173.6 kN ＞1.2 ×7 612.18 kN=9 134.616 kN。所以，桩基承载力满足要求。

由于桩在最不利荷载组合下的拉应力为1.3 MPa＜ftd=1.39 MPa，因此可用素混凝土桩。

2)临时支座设计。

临时支座采用两种形式，一层、一层和二层间采用钢制砂箱+定制橡胶板，三层采用定制的单片承载力300 t的橡胶板支座(中间夹有钢板)。因为设计要求为兜底吊装，吊装用的钢丝绳的直径为140 mm，因此临时支座的设计高度为25 cm，以利钢丝绳安拆。

a.钢砂箱制作。

钢砂箱采用型钢［25a制作(见图1，图2)，外箱尺寸长度×宽度×高度=650 mm×556 mm×250 mm。

图1 钢砂箱平面示意图

图2 钢砂箱立面示意图

b.钢砂箱受力分析。

第一层钢砂箱最大承重3片箱梁及临时支座的荷载之和，按照最重箱梁计算为1 459.65 t，一个钢砂箱重量为(含砂石及橡胶板)661.129 kg+90 kg+10 kg=761.129 kg=0.761 t。第三层橡胶板临时支座重量为25 kg(5层)，下部钢砂箱承受的荷载为(1 459.65+0.761+0.025)/4=365.11 t。

2.3 主要施工方法

施工中重点控制工序有梁重量确认、临时支座安装、预压落梁施工、防止倾覆措施等。

1)梁重量确认。

预制箱梁的重量计算时是按照理论重量考虑，施工中要根据实际浇筑混凝土方量、钢筋使用数量、钢绞线数量以及注浆数量等进行二次计算，用计算的实际重量通过提梁机自带的计重系统进行复核，以三者最大重量进行复核计算。

2)临时支座安装。

a.临时支座安装位置测放。

钢砂箱安装位置要根据存梁计划对三片箱梁的临时支点位置进行预布置，确保三层箱梁临时支点位于同一铅垂线上，且位于梁端腹板中心，平面位置和钢砂箱中心误差均不大于10 mm。在存梁台座上精确放线，标注清楚一层钢砂箱的位置，在第二片箱梁上以跨中为起点，测放钢砂箱位置，并根据第一片和第二片箱梁的长度差，测放到第一层箱梁顶面上，第三片放线方法同第二片，但要注意钢砂箱尺寸和橡胶板尺寸差。

为了确保临时支点处于同一铅垂线上，同一存梁台座存放的3片箱梁长度误差不得大于2 m，同时又可以使钢砂箱四边均在2.5 m宽的存梁台座上，以保证钢砂箱受力能有效的传递到基础上。

b.临时支座安装。

首先要清除承载梁(箱梁)上的杂物，其次要精确定位钢砂箱(橡胶板)位置，临时支座安装要使其长边平行于承载梁(见图3)。因钢砂箱不存在卸荷问题，故在箱内填实砂+碎石，按照实际施工经验，其比例为1∶2，可以有效地保证密实度;因其受力后存在一定的不均匀沉降，故碎石上部加垫500 mm×400 mm的橡胶板支座，利用橡胶板的弹性变形能力，平衡其不均匀沉降。橡胶板尺寸不能大于钢砂箱内空尺寸。

3)预压落梁施工。

a.预压理念。

梁端受力和钢砂箱受力计算均经过设计院复核，满足要求，但是三层存梁还是存在一定的风险，主要是:钢砂箱和橡胶板的沉降和变形是否能保持4点相同，尤其是钢砂箱在装填砂石时4个钢砂箱还是存在砂石比例、填充密实度等的偏差，该偏差只能通过预压解决，以保证存梁4点高差满足要求;桩基础施工存在施工偏差，其结果是台座沉降量偏差是否同步，这都是决定三层存梁成功与否的关键。

图3 第一层存梁钢砂箱安装图

根据现浇箱梁支架预压理念和实际存梁经验，预压落梁控制是整个施工中的重中之重，尤其是同时预制边梁和中梁的预制场。

b.预压落梁施工方法。

第一片、第二片箱梁存梁时不预压，直接落梁后观测临时支座的4点高差，对其调整后落梁。第三片梁按照梁重量预压加载为0→30%→60%→100%，分三次观测台座以及底部钢砂箱的变形值，测量第一片梁端部的4个观测点高差在4 mm以内方可。第一级加载预压观测时间为1 h，第二级加载预压观测时间为2 h，第三次加载预压观测时间为4 h。本加载预压时间是通过实际加载预压观测总结的经验数据，针对的是桩基+钢筋混凝土承载梁的结构形式，其他结构形式需要在此基础上来进行调整以及预判。加载重量是按照提梁机(或者龙门吊)自带的计重系统实测为准。

4)防止倾覆措施。

按照长度相近原则进行存梁布置，结合架梁顺序，综合布置存梁方案。对所有边梁进行重心偏移计算，以梁重心为存放依据，三层箱梁采用左边梁+中梁+右边梁的形式，两个边梁重心偏移量相近，偏差不大于5 cm即可存放在同一台座上。按照实际预留钢砂箱偏载压缩值，第一片箱梁左边侧钢砂箱抬高4 mm，第二片水平布置，第三片箱梁右边侧橡胶板支座抬高2 mm。三层箱梁存放后各层梁的临时支座位于水平，偏差不大于4 mm。该种方案可以有效地避免偏载现象，使三层箱梁存放后的重心与梁中心基本吻合，避免了存梁失稳现象。

3 结语

中铁十九局集团第五工程有限公司大连南部滨海大道工程箱梁预制二标段承建的东引桥箱梁及上横梁、东侧大跨径引桥箱梁及上横梁预制工程，梁长、梁宽其变化之复杂程度，基本上在国内少见。本预制场通过对存梁台座的设计综合分析、研究以及对三层存梁的施工工艺的探讨，总结出从基础设计到三层预压落梁一套完整的施工工艺，在场地受限或者城市及边缘地区施工中，有效的解决了存梁能力的问题，极大地减少了临时占地面积，提高了土地利用率的同时也降低了复耕的费用，综合经济价值较高，具有较好的推广应用价值。

随着城市解决道路拥堵问题逐渐开始，跨河、跨海、跨湖等公路随着大型箱梁设计理念和施工技术的日益成熟，势必逐步推广应用，本预制场解决的三层存梁施工技术，提高了箱梁预制中预制场地的问题，积累了一定的设计、施工经验。

［1］JTG/TF 50-2011，公路桥涵施工技术规范［S］.

［2］JTG D63-2007，公路桥涵地基与基础设计规范［S］.