1.工程慨況
張花高速公路起于湖南省張家界市永定區(qū)， 止于湘西自治州花垣縣，全長(zhǎng)147.592km，橋隧比近40%，巖溶較為發(fā)育，地勢(shì)起伏大，地質(zhì)情況復(fù)雜，施工難度大。其中位于湘西州永順縣撫志鄉(xiāng)的哈尼高架橋，緊臨猛洞河漂流核心景區(qū)，橋全長(zhǎng)1726m。上部構(gòu)造為43×40mT梁，橋平面位于圓曲線、緩和曲線及直線上，空心薄壁墩最高達(dá)到63m，全橋40mT梁共計(jì)430片。
橋梁起點(diǎn)端路基長(zhǎng)50m，接張花高速控制性工程之一老司城施河特大橋，終點(diǎn)端路基長(zhǎng)40m，接張花高速科洞1號(hào)隧道。橋位處溝深坡陡，施工場(chǎng)地狹小，預(yù)制場(chǎng)選址困難，運(yùn)梁難度很大，環(huán)境保護(hù)要求高。確定一個(gè)技術(shù)上可行，經(jīng)濟(jì)高效的預(yù)制場(chǎng)施工方案是決定該橋保質(zhì)按期完成的首要問題… 。
2.預(yù)制場(chǎng)方案比選
2.1預(yù)制場(chǎng)布置原則
在預(yù)制場(chǎng)的設(shè)計(jì)布置中針對(duì)橋位所處的實(shí)際地形確定了如下幾個(gè)布置原則：
1)便于架設(shè)。預(yù)制場(chǎng)應(yīng)盡量緊臨橋梁，優(yōu)先選擇預(yù)制場(chǎng)縱向軸線平行于橋梁縱向軸線，地形條件不允許時(shí)也可以與橋縱向軸線成一定角度。預(yù)制場(chǎng)處或T梁計(jì)劃上橋處應(yīng)選擇在橋墩較低處，以便T梁可以直接運(yùn)送上橋或易于提升至橋面。
2)安全可靠。40mT梁自重140t，因此梁的起吊、運(yùn)輸架設(shè)等作業(yè)的安全性必須可靠。原位起吊和梁運(yùn)到架橋機(jī)下架設(shè)均為常規(guī)工藝，安全性易于保證，但如果梁在場(chǎng)內(nèi)需要轉(zhuǎn)運(yùn)，或T梁吊裝高度較大，或T梁運(yùn)梁道布置困難坡度較大時(shí)，運(yùn)梁或吊梁的安全性必須充分考慮，并在預(yù)制布置就要考慮周全。
3)經(jīng)濟(jì)性。在安全、可行的條件下，從節(jié)約成本，減少征地方面進(jìn)行比較，通過比較確定相對(duì)經(jīng)濟(jì)的施工方案。
2.2 預(yù)制施工方案
1)方案一：在紅線內(nèi)布置預(yù)制場(chǎng)，采用炮車(圖1) 直接頂推上橋。
①連接橋起點(diǎn)段路基：該段路基均較短，只有50m長(zhǎng)，0臺(tái)至3井墩段原地面至梁頂高度相對(duì)較小，高度為0～12m，將此段填至橋面高度與路基連在一起作預(yù)制場(chǎng)，則預(yù)制場(chǎng)總長(zhǎng)度為170m。
②連接線橋終點(diǎn)段路基：該路基40m長(zhǎng)，哈尼橋41#～44#臺(tái)段原地面至設(shè)計(jì)橋面高度為0～20m。
方案一所處位置地面橫坡陡，坡度約為40～50度。且地面縱坡較大，平均縱坡坡度達(dá)17%。線路左側(cè)下臨猛洞河漂流旅游公路，填筑非常困難，作預(yù)制場(chǎng)不可行。填筑后與路基聯(lián)在一起作預(yù)制場(chǎng)也不具備可行性。
2)方案二：紅線外布置預(yù)制場(chǎng)。
①布置在哈尼橋21至27線路右側(cè)山坡上(線外方案1)。
哈尼高架橋20～22墩橋位處原地面比設(shè)計(jì)橋面高，20墩往橋起點(diǎn)方向坡面很陡，不具備利用條件；22墩往橋終點(diǎn)方向坡面較緩，坡面走勢(shì)(等高線) 與橋軸線方向夾角約30度，在24#墩附近垂直橋軸線處開始折向，坡面走勢(shì)(等高線)與橋軸線夾角增加至56度左右，具備利用條件，見圖2。
該方案的優(yōu)點(diǎn)：預(yù)制場(chǎng)離橋開始架設(shè)點(diǎn)(20#～22跨)近，且預(yù)制場(chǎng)與開始架設(shè)點(diǎn)橋面基本同高，T梁運(yùn)送上橋容易、安全、快捷。在此處布置預(yù)制場(chǎng)的缺點(diǎn)：a)平場(chǎng)費(fèi)用較高：經(jīng)實(shí)測(cè)的地形圖上計(jì)算，如預(yù)制場(chǎng)寬26m，長(zhǎng)260m，則場(chǎng)地土石方加征地費(fèi)用約需300萬元；b)對(duì)環(huán)境影響較大：擬建場(chǎng)開挖土石方工程量大，不僅需大面積破壞場(chǎng)址處植被，棄方還需找地方集中堆放，在地形復(fù)雜的情況下，棄土場(chǎng)選擇困難，棄方對(duì)環(huán)境影響很大，故同樣不可行。
②布置在哈尼高架橋21～27墩線路左側(cè)平緩的峽谷地帶(線外方案2)。
該地帶寬25～60余m，原地面坡度約3,6%，該地帶軸線與哈尼高架橋軸線夾角約20度，見圖2 。
該方案的優(yōu)點(diǎn)：a)場(chǎng)地平整，修建預(yù)制場(chǎng)工程量明顯小于方案二(線外方案1)；據(jù)初步測(cè)算，預(yù)制場(chǎng)地平整加上運(yùn)梁道( 含征地費(fèi)用)成本約250萬元；b)緊臨2群拌和場(chǎng)，不需新增拌和設(shè)備；c)可減少臨時(shí)用地量，減少環(huán)境破壞；d)預(yù)制場(chǎng)建設(shè)約需1個(gè)半月時(shí)間，可以早日投入生產(chǎn)。在此處布置預(yù)制場(chǎng)的缺點(diǎn)：預(yù)制場(chǎng)與起始架橋點(diǎn)(第20#～22#跨) 相對(duì)高差60m，而平距只有240m左右，T梁上橋有一定難度，必須優(yōu)化設(shè)計(jì)運(yùn)粱方案。
從方案的可行性，安全性和經(jīng)濟(jì)指標(biāo)考慮，決定選擇方案2(線外方案2)，即在哈尼橋21#～27#墩線路左側(cè)平緩的峽谷地帶修建預(yù)制場(chǎng)。此方案可行性高，工程量相對(duì)較小， 同時(shí)工期也有所保證。
3.運(yùn)梁方案比選
為保證該方案的順利實(shí)施，通過方案比選的形式確定最佳的運(yùn)梁方案。
1)方案一：提梁方案。
先架設(shè)哈尼橋第26#～28#樣跨，在哈尼橋第26#～28#跨提梁上橋。此處原地面與橋面高差為68m左右，提梁高度達(dá)70余m。目前國內(nèi)這個(gè)提升高度的工藝還不是很成熟，且如此提梁高度的40mT梁提梁機(jī)，至少需300萬元以上，且提梁安全無法保證，經(jīng)濟(jì)上也不具備可行性。
2)方案二：提梁加繞道方案。
先架設(shè)哈尼橋第20#～22#跨，在線路右側(cè)從28# 墩左右開始往2l#墩修建運(yùn)梁便道，并在運(yùn)梁便道適當(dāng)位置將梁提升至一定高度(20m左右)以降低運(yùn)梁便道縱坡坡度。該方案上橋前運(yùn)梁道平距約360m，預(yù)制場(chǎng)與起架點(diǎn)橋面高差約60m。提梁20m后還有近40m的高差，運(yùn)梁道平均縱坡仍將超10%，坡度較大，需采取卷揚(yáng)機(jī)協(xié)助運(yùn)輸，而根據(jù)
目前國內(nèi)炮車運(yùn)梁施工經(jīng)驗(yàn)，采用180型炮車再加特殊安全設(shè)計(jì)，運(yùn)梁便道最大坡度也只能達(dá)到8%～10% 。同時(shí)，中途提梁20m，其所需的提梁設(shè)備工程量較大，提梁及橫向移梁過程中存在較大安全隱患。
3)方案三：運(yùn)梁便道在預(yù)制場(chǎng)內(nèi)適當(dāng)提高，加長(zhǎng)繞道。
運(yùn)梁便道在預(yù)制場(chǎng)內(nèi)可提高0～4m左右，前行至33#墩調(diào)頭(梁尾變梁頭)繞山前行至山溝內(nèi)再次調(diào)頭，運(yùn)至21# 墩處上橋。該方案運(yùn)梁道平距可增加到850m左右，最大縱坡可減少至8%，采用專業(yè)廠家特制的炮車，能保證T梁順利上橋。預(yù)制場(chǎng)和運(yùn)梁道平面布置見圖3。
此方案相比前2個(gè)方案存在如下優(yōu)點(diǎn)：
①運(yùn)梁道全在地上，不存在空中提梁、移梁，減少了安全隱患環(huán)節(jié)；
②因加長(zhǎng)了運(yùn)梁道，運(yùn)梁道縱坡降低至炮車的安全坡度范圍，運(yùn)梁時(shí)更加安全；
③因不需提梁，運(yùn)梁時(shí)間減短，有利于加快架梁進(jìn)度。
通過以上分析比較，最終擬定將預(yù)制場(chǎng)布置在哈尼高架橋2l#～27#墩線路左側(cè)平緩的峽谷地帶，并采用加長(zhǎng)繞道的方式將梁體用運(yùn)梁車頂推上橋。
4.運(yùn)梁道參數(shù)設(shè)計(jì)及穩(wěn)定性計(jì)算
4.1參數(shù)設(shè)計(jì)
采用炮車運(yùn)梁時(shí)，梁長(zhǎng)及兩端伸出部分炮車總長(zhǎng)約45m，總長(zhǎng)較大。運(yùn)梁道參數(shù)設(shè)計(jì)如下。
1)坡度。
運(yùn)梁道坡度設(shè)計(jì)時(shí)從兩方面考慮：一是運(yùn)梁道長(zhǎng)度與克服的高程；二是炮車設(shè)計(jì)坡度限額參數(shù)，取兩者中的最小值。
根據(jù)該預(yù)制場(chǎng)選定的運(yùn)梁線路實(shí)地展線，運(yùn)梁道長(zhǎng)為760m，需克服的高差為60m，平均坡度i= 60/760×100%=7.9%，考慮彎道上的坡度折減，最大坡度將大于8%。
根據(jù)炮車設(shè)計(jì)坡度限額參數(shù)，i=8%～10%。為了確保運(yùn)梁安全，取i=8%。
2)彎道最小半徑。
彎道最小半徑應(yīng)根據(jù)炮車的最大轉(zhuǎn)向角和梁長(zhǎng)確定。炮車的最大轉(zhuǎn)向角為l5度，梁長(zhǎng)為40m，故：
取80m作為彎道最小半徑 。
4.2炮車運(yùn)梁穩(wěn)定驗(yàn)算
炮車在橋面上運(yùn)移時(shí)，橋面系還未全部施工。承重梁體和其他梁體之問簡(jiǎn)單地將縱向濕接縫鋼筋及橫隔板的主筋搭接，橫向濕接縫處面板上的鋼筋搭接后，在其上鋪設(shè)鋼板，此時(shí)的承重梁體都可以偏安全的考慮成簡(jiǎn)支結(jié)構(gòu)，邊跨一端支撐在橡膠支座上，一端支撐在臨時(shí)支座上。中跨兩端全部支撐在臨時(shí)支座上。因此在這里考慮2種工況， 一是梁體在承重梁上運(yùn)行時(shí)；二是梁體從運(yùn)梁道斜交進(jìn)入紅線時(shí)。
根據(jù)上面選取炮車的基本參數(shù)：動(dòng)力支撐車自重11t，縱向輪距1.2m，車軸數(shù)6，前三后三。橫向輪距2.1 m(中對(duì)中)外邊到外邊2.7m，輪寬30cm。
4.2.1當(dāng)梁體在承重梁上運(yùn)行時(shí)
在40m梁體上運(yùn)梁時(shí)，最不利荷載的作用工況由荷載彎矩影響線可知當(dāng)中間一排輪經(jīng)過跨中時(shí)彎矩最大如圖4。根據(jù)炮車車輪距可知：跑車行走于兩片梁腹板內(nèi)側(cè)，故可知每軸單獨(dú)輪胎對(duì)梁體的作用力為：
式中：P為輪胎對(duì)梁的承重力，kN；G為梁體的自重，kN；Q為炮車最大自重，kN。炮車輪胎著地面積為：0.6mX 0.2m=0.12m，輪胎對(duì)承重梁頂板的壓應(yīng)力為：135kN /0.12= 1.125MPa。小于混凝土強(qiáng)度50MPa。
最不利荷載工況下跨中彎矩為：
根據(jù)設(shè)計(jì)給出的40mT梁跨中極限彎矩為12890kNm，滿足安全要求。
考慮此時(shí)炮車碾壓承重梁的腹板外側(cè)，現(xiàn)對(duì)梁體的橫向穩(wěn)定性進(jìn)行驗(yàn)算如圖5，根據(jù)輪胎所處位置分為2種工況考慮：
1)當(dāng)炮車只有前輪或者后輪位于梁跨范圍內(nèi)。已知臨時(shí)支座邊緣距梁體形心位置距離為0.25m，故承重梁對(duì)臨時(shí)支座的抵抗矩為：
M=GXL=l400×0.25=350kN·m
炮車單側(cè)輪胎碾壓位置距形心位置的距離為0.2m，故對(duì)臨時(shí)支座的彎矩為：
M=P×L=135×0.2×3=81kN·m
小于抵抗矩。再將橋面梁板的縱向濕接縫的鋼筋以及橫隔板的主筋連接，總體可靠性可以保證。
2)當(dāng)炮車前后輪都有一部分位于跨內(nèi)時(shí)：
M=P×L=135×0.2×4=108kN·m<350kN·m
為保證梁體在主線內(nèi)安全運(yùn)行，炮車中軸線偏移縱向接縫的距離為：
4.2.2當(dāng)炮車從運(yùn)梁道進(jìn)入到主線時(shí)
當(dāng)炮車從運(yùn)梁道進(jìn)入到主線時(shí)，梁體與主線呈一定夾角，考慮極端荷載情況：
梁體正交進(jìn)入主線，前車兩前輪全位于翼板邊緣：
通過以上驗(yàn)算可以確定采用上述運(yùn)梁道設(shè)計(jì)方案能保證梁體在轉(zhuǎn)運(yùn)過程中順利安全通過運(yùn)梁進(jìn)入主線就位。
5.結(jié)論
哈尼高架橋預(yù)制場(chǎng)方案的選擇是該橋施工的難點(diǎn)，T梁的預(yù)制與架設(shè)是該橋的控制工序。因此，在預(yù)制場(chǎng)的選擇、運(yùn)梁便道的設(shè)計(jì)及施工安全等方面必須充分考慮，本文通過幾個(gè)方案比選確定了在復(fù)雜山區(qū)地形下制梁場(chǎng)和運(yùn)梁方案。通過對(duì)運(yùn)梁過程中的穩(wěn)定性驗(yàn)算，確定了運(yùn)梁便道的設(shè)計(jì)參數(shù)，以確保運(yùn)梁過程的安全。通過后期施工表明該方案選擇設(shè)計(jì)能滿足實(shí)際運(yùn)梁需要，并能為其他同類型工程提供有價(jià)值的參考。
