某高速公路项目40mT梁预制场建设方案比选

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  摘 要:本文结合某高速公路项目T梁预制梁场建设选址、工艺、工期、工程造价、施工安全等因素,考虑桥面预制场建设及原有小箱梁预制梁场台座改制两种方案,在满足工期、安全、质量管理目标前提下,通过各项因素比选,最终确定适合本项目T梁预制场建设的施工方案。
  关键词:40mT梁;预制梁场建设;安全;质量;成本
  1.工程概况
  某高速公路工程项目某互通1#桥YZ21#、YZ22#、YY19-21#跨为40m预制T梁,共计37片。T梁高度2.5m,隔板间距0.64m+6.36m+6.5m×4+6.36m+0.64m,马蹄宽度60cm,顶板宽度1.7m(2.05m),单片T梁重量最大136.5t,最大梁长40.1m。合同总体工期截止2020年6月份。项目共有小箱梁2324片,已完成2161片,现有小箱梁预制台座34个,分为两个预制区,每个预制区设置17个预制台座,2个绑扎台座,1个提梁台座,每个预制区设有80t龙门吊2台(起吊净空8.5m),设有10t龙门吊1台,桥面设有轮胎式80T龙门吊一对用于存梁梁板吊装,预制梁钢筋加工厂及拌合站、生活区设置在现有梁场两侧,距离50-20m以内,梁板养护采用大魁河河流水,用电采用附近50m处630KW变压器供电。施工按照某高速公路项目两阶段施工图第二册第七分册 《主梁施工通用图》TY10-9-01进行施工。
  2.T梁预制梁场建设方案
  结合本项目施工环境及地形地貌,拟定两个方案进行T梁预制比选,第一是在原有箱梁预制场进行台座改制,综合节点工期、运梁通道等因素;第二是在已经施工完桥面整体化层大雁2#桥27#至35#跨桥面进行T梁预制,须考虑龙门吊设置、电力供应、材料转运、台座安装拆除等因素。
  2.1方案一
  将现有预制Ⅱ区小箱梁台座改制为40mT梁台座,原有预制梁场为25m、30m小箱梁共用台座支墩破除,台座承载力及结构尺寸与T梁预制台座不相符,基础需进行木桩(直径10cm)+C30钢筋混凝土扩大基础加固处理,并考虑F匝道纵坡运梁通道建设、存梁区设置及施工工期要求。
  40mT梁最大重量136.5t,较预制箱梁118t重17.5t,地基承载力须重新验算。
  梁场区表面多为素填土,下为淤泥层,(地基土强度较低),地基承载力采用60Kpa,用打入木桩的方法加强地基承载力,木桩采用φ10cm-4m长的松木。
  2.1.1预制台座地基设计
  40米T梁台座基础:从上往下依次为:梁底模板采用5mm不锈钢复合板,宽度60cm,梁底模板按3m一节,梁底模板下分布3根[10槽钢分配梁,槽钢两侧采用L30mm角钢包边。台座采用I25工字钢,工字钢长为53cm,中间部分间距为50cm,端头扩大基础间距35cm;台座基础厚度30cm,宽150cm;梁端扩大基础尺寸为长3.0m,宽3.0m,高0.5m,采用C30混凝土浇筑。
  2.1.2臺座基础验算荷载
  (1)梁体自重荷载:G=V*R,
  V:梁体体积,
  R:钢筋混凝土容重,按2.6t/m3取值。40mT梁边梁重量最大,取边梁梁重136.5t/片计算。
  (2)验算项目:制梁台座扩大基础地基承载验算
  验算取按最不利工况条件下受力情况进行验算,其余情况不再进行验算。
  2.1.3复合地基承载力计算
  地基均采用打入木桩加强承载力,打入木桩后的地基按复合地基计算,打入木桩其容许承载力按摩擦桩计算其单桩承载力,摩擦桩单桩承载力按下式计算:
  Ra=U*∑α* li *τi
  Ra:单桩承载力(KN)
  U:桩周长(m)
  α:土体影响系数,打入桩取1.0
  li :桩在第i层土内的长度(m)
  τi:第i层土的桩侧摩阻力标准值(KPa)
  现场采用松木木桩,松木胸径为10cm,稍径不小于6cm,平均直径取8cm,单根长4m,松木。
  根据地质状况计算台座地基打入木桩单桩承载力。
  Ra1=0.08*3.14*1.0*4*20=20.1KN(桩长范围全部按淤泥质层计算)。
  采用面积比法计算复合地基承载力如下
  Pf=m*P1+λ(1-m)P2
  Pf:复合地基承载力(KPa)
  m:面积置换率
  P1:木桩的换算承载力(KPa)
  P2: 桩间土的承载力(KPa)
  λ:桩间土支承力发挥系数,取值0.7。
  复合地基承载力计算表
  综上计算:复合地基承载力均为166.6KPa。
  2.1.4基础底承载力验算
  a.制梁台座荷载分析
  台座受力情况1:台座梁长范围内全部受力,即混凝土浇筑完成,还未拆除模板。
  此情况下,由于梁体未进行张拉,预制台座承受的荷载为均布荷载,荷载取值为梁体的钢筋混凝土和模板的自重之和。
  台座受力情况2:梁台座两端受力,即在梁体预制后,梁体混凝土达到了设计和规范要求,完成了对梁体的张拉。张拉前已经拆除了梁模板。
  梁体在张拉后,梁中段产生上挠,中段部位有一定上拱量,因此梁体中段与台座分离,梁体重量由台座全长承受变为台座两端承受梁体的全部重量。因此台座两端的地基承载力计算按台座受力情况2的荷载进行计算,对于台座中间段,按台座受力情况1的荷载进行计算。
  在台座受力情况1下,制梁台座梁长范围内承受均布荷载,荷载计算时按梁长方向取一延米进行计算。荷载按每延米的梁体、模板的自重,及台座及基础混凝土的自重相加,在计算荷载时混凝土容重取值按2.6t/m3。   在台座受力情况2下,仅计算梁体自重产生的荷载,梁体全部荷载分布在台座两端,即每端承受的荷载为梁重荷载的1/2, 40mT梁进行验算,边梁自重最大,本次验算按边梁的梁自重进行验算。
  制梁台座基础承载力验算表
  b.结论:由上表得出,各部位扩大基础承载力均大于荷载总和,且安全系数大于规范要求,满足施工要求。
  计划改制预制T梁台座8个,绑扎台座2个(腹板+顶板绑扎台座各1个),预制梁台座采用定制型钢台座拼装,目前材料已经具备,T梁模板已经运至现场具备施工条件。预制台座布置具体详见下图。
  该方案优缺点:投入相对较小,且施工组织简便,临近生活区、钢筋加工区、拌合站,材料无需转运,施工工效相对较高;工期风险较大,可能会造成小箱梁工期滞后进而影响桥面系整体施工计划,需加强施工组织及管理,桥面存梁及匝道梁板运输风险相比较大。
  2.2规划方案二
  在已完成桥面施工段大雁2#桥28-35#跨左右幅设置预制区及存梁区,可设置预制梁台座6个,胎架台座2个,存梁台座3排,龙门吊采用30m跨径,跨越左右幅中间护栏,右幅设置为预制区,左幅设置为存粱区,预制区、存粱区需预留行车通道。台座基础采用C40细石混凝土找平,安装型钢定制台座。安装跨径30m的80t龙门吊2台(需外租),并配置10t龙门吊1台(需外租),龙门吊轨道基础为0.6×0.2m,轨道长度165m,并考虑超高段纵横坡影响。梁场距离变压器300m。
  该方案优缺点:利用桥面进行桥面预制场建设,施工场地受限,龙门吊投入较大,原材料、半成品需转运,成本相对较大,桥面污染严重,需进行台座基础建设及后续拆除,桥面安装龙门吊安全风险较大,受承载力限制,不可在同一排台座进行梁板张拉施工,对成品有一定的影响。
  3.方案比选
  预制梁场选择考虑施工进度,施工配套设施及机械设备、人员等因素影响,以“场地布局科学合理,各工序有序施工无相互干扰,场内材料运输道路最短,各工种人员及机械配置合理,确保制梁进度计划,保证制梁质量安全,同时梁场的建设费用最低”为目的。因此,预制场布置原则主要考虑以下几个因素。
  3.1进度及生产因素
  预制梁场的选址和梁场布置,首先应该满足施工进度要求,根据桥梁总体施工计划,按排好梁的预制进度计划,在确定了梁的预制计划后,再进行梁场的整体布局和台座数量的确定。同时还应考虑梁场的供水、供电、交通运输、场地地形地质、周边环境等条件因素。
  按方案一(原有梁场改制台座):按计划需在2019年12月25日开始台座改制,届时按施工计划完成小箱梁预制2248片,剩余小箱梁76片,剩余小箱梁预制台座14个,绑扎台座2个,按每月每个台座生产2.5片梁计,完成剩余小箱梁施工生产需要65天,考虑春节假期影响(30天计),2020年3月底可完成小箱梁预制。T梁台座改制2020年1月15日完成施工,设置8个预制台座,T梁预制2020年2月15日开始,每个台座每月完成2片T梁预制,完成T梁预制需70天,故2020年4月底完成T梁预制。改制台座方案施工工期能满足总体施工计划要求。
  按方案二(桥面设置预制T梁台座):按计划需在2019年11月25日开始梁场建设,包括龙门吊安装,需45天,2020年1月初完成T梁梁场建设,根据施工场地条件可设置6个预制台座,春节后2月15日开始进行梁板预制,按每个台座每月完成2片T梁预制,完成T梁预制需90天,故2020年5月中旬完成T梁预制。桥梁梁板预制施工工期能满足总体施工计划要求,但相对方案一较滞后,而且桥面制梁可能存在材料、半成品衔接不畅,造成窝工等损失。
  如考虑桥面建设T梁场,原有预制梁场生产小箱梁,按计划可在2020年1月中旬完成全部小箱梁预制,较方案二可提前2个月完成小箱梁预制,考虑T梁施工生产完成较晚,场地拆除复垦较方案二晚3个月,方案二较方案一临时租地费用较少。
  故从施工工期及进度角度考虑,选择在原有梁场改制台座制梁更合理。
  3.2交通因素
  场内施工所用的各种材料包括钢材成品、半成品,混凝土、预应力材料、仓库存储转运等,以适应场地运输的最小距离为宜,杜绝二次运输,保证材料运输畅通。在原有梁场预制T梁不发生材料及半成品二次倒运;预制梁成品需转运至桥面存储,方案二较方案一平均运距增加1.5km。
  3.3费用因素
  预制梁建设考虑征地费用,材料及设备投入费用,设施安装拆除费用。
  场地租赁:按当地租赁费用每平方每月8元计,原有预制梁场占地8200平方,方案一较方案二比较,多投资19.6万元。
  半成品材料:方案一在原有预制梁场进行T梁台座建设施工,材料一次运输存贮到位,不发生二次倒运费用。方案二在桥面进行梁场建设,由于预制梁钢筋、水泥、混凝土、钢绞线存储在现有梁场内,需进行二次倒运,每片梁发生二次倒运费用1.26万元,故方案二较方案一多发生二次倒运费用46.6万元。
  梁板二次倒运:方案二不发生预制梁二次倒运,方案一需将成品梁板运至桥面存储,每片梁二次倒运费0.15万元,故方案一多发生梁板二次倒运费用5.55万元。
  设备:方案二需增设80t龙门吊一对,10t龙门吊一个,按进退场时间计算,需使用6个月,按租赁计算,一对80t龙门吊每月租赁费用5万元,10t龙门吊每月租赁费用2万元,龙门吊检验费用每台0.65万元,故方案二较方案一多发生费用44万元。
  台座建设:测算方案一每个台座建设费用2.5万元,设置8个;方案二每个台座安拆费用3.2万元,设置6个。故方案一较方案二多投入0.8万元。
  综合第3.3节方案二较方案一多投入65万元。
  3.4安全因素
  预制场布置时考虑成品运输通道安全性能及保证安全的措施费用。方案二需在桥面设置龙门吊,且龙门吊跨度较大,在考虑风力(台风地区)等条件影响下,方案二安全风险较方案一更大,不确定因素较多,且桥面制梁在张拉后,桥面受荷载集中,可能会造成成品梁板承载超限。故选择在现有预制梁场建设T梁台座较为合理。
  3.5环境影响因素
  预制梁场存在振捣噪音,应远离居民居住区及办公场所,桥面制梁距离大魁村北街居民民房较近,晚间施工混凝土会影响周边居民休息。
  4.结束语
  通过现场勘测,结合本工程施工进展及成本、安全等方面,分析2个T梁预制场建设的各项影响因素,包括进度、安全、交通运输、费用及环境因素,通过分析可知,本工程在原有梁场改制原有预制小箱梁台座,建设T梁梁场更合理、更经济、更有效,故选择方案一实施T梁梁场建设。建议在梁场建设时,考虑T梁运输合理选用运梁机械,保证施工顺利推进,在梁場建设时考虑提高功效,需设置T梁钢筋绑扎胎架,节省台座占用时间,加快梁板预制施工。
  参考文献:
  (1)某高速公路工程项目大雁互通两阶段设计图《主梁通用图》。
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  作者简介:
  严艳芬,女,1986年8月出生,江西新余人,中铁二十四局集团新余公司工程师。
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