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      填方路基作為預(yù)制梁場(chǎng)的技術(shù)分析

      2021-04-15 03:31:00李發(fā)均
      卷宗 2021年9期
      關(guān)鍵詞:梁場(chǎng)龍門(mén)吊臺(tái)座

      李發(fā)均

      (中鐵二十三局集團(tuán)第三工程有限公司,四川 成都 611130)

      近年來(lái),我國(guó)交通事業(yè)飛躍發(fā)展,隨著國(guó)家宏觀調(diào)控政策的改變,高速公路的設(shè)計(jì)理念、設(shè)計(jì)思路也隨之發(fā)生了重大變化,由原來(lái)的適用性、經(jīng)濟(jì)性轉(zhuǎn)變?yōu)榭茖W(xué)性,最大限度地保護(hù)生態(tài)環(huán)境、保護(hù)農(nóng)業(yè)耕地,因此高速公路從設(shè)計(jì)方面就提出了“致富路、生態(tài)路、環(huán)保路”的設(shè)計(jì)新概念、新理念。從而導(dǎo)致高速公路橋梁數(shù)量、隧道數(shù)量的比例增加較快,施工方面的預(yù)制梁場(chǎng)選址規(guī)劃已成為山區(qū)高速公路建設(shè)施工中越來(lái)越重要的環(huán)節(jié)。

      在山區(qū)復(fù)雜地形條件下,預(yù)制梁場(chǎng)的選址規(guī)劃和建設(shè)施工往往面臨著許多問(wèn)題和制約。如何對(duì)預(yù)制梁場(chǎng)進(jìn)行合理的規(guī)劃布置,科學(xué)的建設(shè)施工,對(duì)施工單位的管理人員來(lái)說(shuō)也是一個(gè)全新的課題和巨大的挑戰(zhàn)。對(duì)于建設(shè)施工過(guò)程中的預(yù)制梁場(chǎng)來(lái)說(shuō),梁場(chǎng)規(guī)劃布置的合理性和科學(xué)性,都將直接影響著梁場(chǎng)在高速公路施工中作用的發(fā)揮,對(duì)于工程項(xiàng)目的順利進(jìn)行以及施工單位的經(jīng)濟(jì)效益起著至關(guān)重要的作用。

      梁場(chǎng)選址規(guī)劃上又增加了難度,既要選擇在離橋梁較近的地方,又要選擇在場(chǎng)地較寬敞,沉降量較小的地段,所以不可避免選擇在填方路基上。要保證梁場(chǎng)建設(shè)完成投入使用后,在預(yù)制梁的施工生產(chǎn)過(guò)程中,不會(huì)因?yàn)榱簣?chǎng)建設(shè)過(guò)程中施工質(zhì)量問(wèn)題,從而影響到預(yù)制梁的施工生產(chǎn)質(zhì)量,因此這就顯現(xiàn)出來(lái)了路基填方地段作為梁場(chǎng)地址規(guī)劃與建設(shè)的重要性越來(lái)越明顯。本文結(jié)合天府仁壽大道三繞至大化段2#預(yù)制梁場(chǎng)的選址、臺(tái)座設(shè)計(jì)、承載力檢算等方面說(shuō)明填方路基作為預(yù)制梁場(chǎng)的應(yīng)用。

      1 工程概況

      天府仁壽大道三繞至大化段工程項(xiàng)目線路設(shè)計(jì)起點(diǎn)位于成都第三繞城高速公路黑龍灘立交以南,線路設(shè)計(jì)終點(diǎn)與已建成的天府仁壽大道大化段順接,路線長(zhǎng)度為12.459km。全線共有橋梁13座,共有T梁1033片,全線共設(shè)有2個(gè)梁場(chǎng),1#梁場(chǎng)25mT梁471片,2#梁場(chǎng)25mT梁394片、40mT梁168片。路線穿越淺切丘陵地貌,路線通過(guò)處地形起伏不大,沿線地表基巖零星出露,覆蓋層分布不均,山坡地段主要為坡殘積粉質(zhì)黏土,厚約0~1.2m,丘間平壩及溝谷地帶主要為坡洪積、沖洪積層粉質(zhì)黏土和軟土,粉質(zhì)黏土厚約1.5~6.0m,軟土厚約0.5~2.5m?;鶐r為泥巖、砂巖、粉砂巖不等厚互層。

      2 梁場(chǎng)的場(chǎng)址選擇

      2.1 預(yù)制底座計(jì)算

      2#梁場(chǎng)預(yù)制25m預(yù)應(yīng)力混凝土T形梁為394片,25mT梁梁高為175cm、底寬為60cm、頂寬為160cm;預(yù)制40m預(yù)應(yīng)力混凝土T形梁為168片,40mT梁梁高為250cm、底寬為60cm、頂寬為160cm。T梁的預(yù)制生產(chǎn)時(shí)間按10個(gè)月計(jì)算,T梁架設(shè)安裝時(shí)間延后1個(gè)月,工期也按10個(gè)月計(jì)算。T梁運(yùn)輸?shù)跹b設(shè)備考慮1.5個(gè)月的安拆時(shí)間,每片T梁的預(yù)制生產(chǎn)周期按10天進(jìn)行計(jì)算,根據(jù)經(jīng)上數(shù)據(jù)分析需要預(yù)制梁底座數(shù)量為:

      25mT形梁底座:394×10÷10÷30=13.13,取15個(gè)

      40mT形梁底座:168×10÷10÷30=5.6,取10個(gè)(含3個(gè)鋼筋胎模)

      底座面積:15×(25+2)×(1.6+1)+10×(40+2)×(1.6+1)=2145m2

      2.2 吊裝設(shè)備

      經(jīng)多方面考慮與多年的施工經(jīng)驗(yàn),為方便預(yù)制T梁施工生產(chǎn)、運(yùn)輸和安裝等多方面的因素,按線路前進(jìn)方向縱向設(shè)置制梁底座,縱向布置成5排,每排設(shè)置5個(gè),臺(tái)座與臺(tái)座之間的凈間距為2.5m,梁場(chǎng)寬度為5×1.6+4×2.5+2×2+1.5(10t龍門(mén)吊與80t龍門(mén)吊間的安全距離)+6.5(架梁通道寬度)=30m。提升預(yù)制梁2臺(tái)80t龍門(mén)吊跨度為30m,高為12m。預(yù)制T梁雙導(dǎo)梁架橋機(jī)按長(zhǎng)40m梁配置,由于T梁預(yù)制與安裝時(shí)間差為1個(gè)月,再考慮架橋機(jī)1.5個(gè)月的安拆時(shí)間,龍門(mén)吊的設(shè)備攤銷時(shí)間按12.5個(gè)月計(jì)算;架橋機(jī)的設(shè)備攤銷時(shí)間按11.5個(gè)月計(jì)算。

      2.3 臨時(shí)軌道及其他

      存梁區(qū)長(zhǎng)度考慮110m,鋼筋加工棚按長(zhǎng)60m設(shè)置,因此預(yù)制場(chǎng)的長(zhǎng)度為:3×27+2×42+10×3(梁兩端工作距離)+2×7(制梁區(qū)與存梁區(qū)及鋼筋加工棚間的距離)+110+60=379m(此處取380m)。

      考慮到T梁架設(shè)、運(yùn)輸?shù)姆奖悖A(yù)制梁場(chǎng)存梁區(qū)與橋頭相接,同時(shí)應(yīng)考慮到預(yù)留出架橋機(jī)拼裝調(diào)試長(zhǎng)度,按最大跨徑T梁40m的兩跨長(zhǎng)度80m進(jìn)行計(jì)算,則路基上80t龍門(mén)吊30m跨軌道長(zhǎng)度為(380-60+80×2)×2=960(m),10t龍門(mén)吊22m跨軌道長(zhǎng)度為(380-110)×2=540(m)。因倉(cāng)庫(kù)辦公生活等的需要,再增加70m。所以,平場(chǎng)地的面積:(30+2×2.5)×(380+70)=15750(m2),占地面積為23.62畝。場(chǎng)地硬化的面積:450×32-2145=12255(m2)。全部鋪20cm砂礫后,水泥混凝土硬化厚20cm。

      2.4 梁場(chǎng)位置確定

      天府仁壽大道三繞至大化段線路位于龍泉山脈二峨山低山地貌。除了橋梁與隧道,其他地段多為深挖高填,路基挖填變化頻繁,挖方路基較短,選址十分困難。針對(duì)以上情況及現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況,有下面方案可以選擇。

      1)選擇在路線外,選取場(chǎng)地較平整、地質(zhì)條件較好的山谷地作為預(yù)制梁場(chǎng)場(chǎng)地。

      2)選擇在路線紅線內(nèi),盡量利用路基挖方段作為預(yù)制梁場(chǎng)場(chǎng)地用,因挖方路基長(zhǎng)度不滿足要求時(shí),需要利用填方路基,才能保證預(yù)制梁場(chǎng)場(chǎng)地尺寸的要求。

      經(jīng)過(guò)多方案比選最終確定在府君大橋橋尾K22+120~K22+500段路基作為預(yù)制梁場(chǎng)(其中K22+280~K22+500段為填方地段)。

      3 梁場(chǎng)處理

      3.1 填前地表處理

      進(jìn)場(chǎng)后,先清理現(xiàn)場(chǎng),地表附作物、伐樹(shù)挖根,清除地表0.5~1.0m耕植土。

      當(dāng)場(chǎng)地清理結(jié)束后,立即進(jìn)行路基基底回填碾壓處理。同時(shí)對(duì)路基兩側(cè)進(jìn)行臨時(shí)排水溝開(kāi)挖,形成貫通有效的排水系統(tǒng),排除地表水和降低地下水位。采用平行與流水作業(yè)相結(jié)合的施工方法,確保路基填方順利完成。

      3.2 路基填筑施工

      填方路段施工應(yīng)嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)圖紙和施工規(guī)范要求進(jìn)行施工,每一層填料按規(guī)范及試驗(yàn)路段要求的松鋪厚度后進(jìn)行碾壓密實(shí),壓實(shí)后的實(shí)際路基寬度應(yīng)大于設(shè)計(jì)路基寬度。路堤分層填筑時(shí),必須從原地面最低處逐層分層填筑,分層壓實(shí)。并每填筑3米進(jìn)行沖擊碾壓一次,確保碾壓質(zhì)量,減小沉降量。梁場(chǎng)填方地段填筑到路基96區(qū)頂面后,設(shè)置好縱橫向排水坡度,作好路肩擋水沿,及時(shí)施作填方坡面防護(hù)并作好綠化。

      4 臺(tái)座設(shè)計(jì)

      路基填方填至96區(qū)頂后,反向開(kāi)挖預(yù)制梁臺(tái)座基礎(chǔ),設(shè)置C25混凝土基礎(chǔ),基礎(chǔ)埋置深度60cm,寬度120cm;臺(tái)座采用C35鋼筋混凝土,臺(tái)座尺寸高為35cm,寬為60cm。為了增加抗拉強(qiáng)度,降低和減少地基及預(yù)制梁臺(tái)座及基礎(chǔ)的不均勻沉降,造成對(duì)制梁臺(tái)座的影響,以及預(yù)制T梁在預(yù)應(yīng)力張拉時(shí)對(duì)臺(tái)座壓縮變形,考慮到預(yù)應(yīng)力混凝土T梁在預(yù)應(yīng)力張拉時(shí),均布?jí)簯?yīng)力逐漸向T梁兩端的臺(tái)座移動(dòng),逐漸將力傳至臺(tái)座基礎(chǔ)上,在基礎(chǔ)底部設(shè)置單層鋼筋網(wǎng)片;臺(tái)座設(shè)置鋼筋骨架。臺(tái)座頂面尺寸與預(yù)制T梁梁底面尺寸相同,臺(tái)座頂面出露的棱角用槽鋼包邊,以防止臺(tái)座在使用過(guò)程中掉塊缺角,并在臺(tái)座頂面設(shè)置厚6mm鋼板,在臺(tái)座兩端支座位置附近預(yù)留寬30cm吊運(yùn)梁用的鋼絲繩穿槽口,同時(shí)在臺(tái)座兩側(cè)設(shè)置固定模板用的對(duì)拉孔。臺(tái)座頂面和兩邊必須平順平整光滑,以保證側(cè)模的安裝就位和T梁底的平整度。為了有效防止預(yù)制T梁預(yù)應(yīng)力張拉后上拱度過(guò)大,必須在預(yù)制T梁臺(tái)座上設(shè)置向下的二次拋物線反拱(包括梁頂)。

      臺(tái)座設(shè)計(jì)如圖1。

      圖1

      5 基礎(chǔ)及臺(tái)座承載力檢算

      5.1 預(yù)制40mT梁參數(shù)

      地基為96區(qū)填方路基,承載力取[fao]=150KPa

      40米T梁自重115T,G1=115×9.8=1127KN

      40米T梁模板預(yù)估重40T,G2=40×9.8=392KN

      混凝土澆筑時(shí)施工人員荷載,按12人計(jì),G3=12×0.085×9.8=10KN

      臺(tái)座基礎(chǔ)尺寸:長(zhǎng)42m、寬1.2m、厚0.6m

      臺(tái)座尺寸:長(zhǎng)41m、寬0.6m、厚0.35m

      臺(tái)座及基礎(chǔ)體積:V=42×0.6×1.2+41×0.6×0.35=38.85m3

      臺(tái)座及基礎(chǔ)重力:G4=38.85×2.5×9.8=951.83KN

      C35混凝土軸心抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值[fcd]=16.7MPa(依據(jù)《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》2015年版 GB50010-2010 20頁(yè))

      C25混凝土軸心抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值[fcd]=11.9MPa

      5.2 臺(tái)座地基承載力驗(yàn)算

      在預(yù)應(yīng)力混凝土T梁施工過(guò)程中,對(duì)地基的壓力最大的時(shí)候是在混凝土澆筑時(shí),所以總的對(duì)地基的壓力最大值為:

      Fmax=G1+G2+G3+G4=1127+392+10+951.83=2480.83KN

      對(duì)每平米地基的壓力為:

      f=Fmax/A=2480.83/(42×1.2)=49.22KPa<[fao]=150KPa

      所以,地基承載力滿足要求。

      5.3 張拉前臺(tái)座受力驗(yàn)算

      臺(tái)座張拉前的受力簡(jiǎn)圖如圖2。

      圖2

      5.3.1 上層臺(tái)座驗(yàn)算

      上層臺(tái)座混凝土為C35,[fcd]=16.7MPa

      40米預(yù)制T梁張拉前與臺(tái)座間的接觸最小長(zhǎng)度:L=39.7m

      臺(tái)座寬度:B=0.6m

      張拉前T梁對(duì)臺(tái)座的壓力大小為F1=G1=1127KN

      f1=F1/A=F1/LB=1127/(39.7×0.6)=47.31KPa

      =0.0473MPa<[fcd]=16.7MPa

      所以,張拉前臺(tái)座受力滿足要求

      5.3.2 下層臺(tái)座基礎(chǔ)驗(yàn)算

      下層臺(tái)座基礎(chǔ)混凝土為C25,[fcd]=11.7MPa

      上層臺(tái)座自重:G上=41×0.6×0.35×2.5×9.8=210.95KN

      張拉前臺(tái)座基礎(chǔ)所受的壓力大小為:

      F2=G1+G上=1127+210.95=1337.95KN

      f2=F2/A=1337.95/(42×1.2)=0.027MPa<[fcd]=11.9MPa

      所以,張拉前臺(tái)座基礎(chǔ)受力滿足要求。

      4 張拉后臺(tái)座受力驗(yàn)算

      張拉后,預(yù)制T梁受到預(yù)應(yīng)力擠壓,導(dǎo)致T梁向上起拱,T梁中部脫空,離開(kāi)臺(tái)座面,現(xiàn)在只有預(yù)制梁兩端與臺(tái)座兩端接觸,形成兩個(gè)支點(diǎn),可以看成臺(tái)座受到兩個(gè)點(diǎn)荷載的作用,假設(shè)采的全部重量主要作用于兩端的基礎(chǔ)上,臺(tái)座張拉后的受力簡(jiǎn)圖如圖3。

      圖3

      根據(jù)上圖分板可知,臺(tái)座兩端作用荷載為:

      F3=G1/2=1127/2=563.5KN

      因此預(yù)應(yīng)力預(yù)制T梁與預(yù)制梁臺(tái)座的最為不利的接觸面積為:

      基礎(chǔ)面積為A2=2×1=2m2

      張拉后對(duì)地基的壓應(yīng)力為:

      f3=F3/A2=563.5/2=281.75KPa=0.282MPa<[fcd]=11.9MPa

      所以,預(yù)應(yīng)力張拉后,臺(tái)座受力滿足規(guī)范要求;梁預(yù)應(yīng)力張拉時(shí)基礎(chǔ)能承受壓力而處于穩(wěn)定狀態(tài)。

      根據(jù)以上計(jì)算結(jié)果,可以分析得出以下結(jié)論:預(yù)應(yīng)力混凝土T梁在施工過(guò)程中,以及在預(yù)應(yīng)力張拉完成后,T梁預(yù)制臺(tái)座傳遞給臺(tái)座基礎(chǔ)的實(shí)際應(yīng)力遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于地基允許承載力,所以變形很低,而且還很有限,所以地基情況是處于穩(wěn)定狀態(tài)的。

      6 結(jié)束語(yǔ)

      預(yù)制梁場(chǎng)臺(tái)座建成驗(yàn)收合格后,投入預(yù)制梁施工生產(chǎn)后,經(jīng)過(guò)了沉降點(diǎn),總沉降量控制在8mm以內(nèi),且為均勻沉降;位移點(diǎn)為10mm;以及各項(xiàng)指標(biāo)的檢測(cè)與檢查和經(jīng)過(guò)雨季的考驗(yàn),T梁臺(tái)座結(jié)構(gòu)依然穩(wěn)定、牢固,由此證明臺(tái)座是安全的,對(duì)臺(tái)座的使用沒(méi)有任何影響。

      因此在填方路基地段上設(shè)置預(yù)制梁場(chǎng),特別是在山區(qū)高速公路施工中以及在無(wú)法征用臨時(shí)用地的情況下采用具有較高的應(yīng)用價(jià)值,值得借鑒與推廣。

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