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40m，接張花高速科洞1號(hào)隧道。橋位處溝深坡陡，施工場地狹小，預(yù)制場選址困難，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)制場方案比選
2.1預(yù)制場布置原則
在預(yù)制場的設(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)制場應(yīng)盡量緊臨橋梁，優(yōu)先選擇預(yù)制場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，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，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，則預(yù)制場總長度為170m。
②連接線橋終點(diǎn)段路基：該路基40m長，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)制場不可行。填筑后與路基聯(lián)在一起作預(yù)制場也不具備可行性。
2)方案二：紅線外布置預(yù)制場。
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)制場離橋開始架設(shè)點(diǎn)(20#～22跨)近，且預(yù)制場與開始架設(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)制場的缺點(diǎn)：a)平場費(fèi)用較高：經(jīng)實(shí)測的地形圖上計(jì)算，如預(yù)制場寬26m，長260m，則場地土石方加征地費(fèi)用約需300萬元；b)對(duì)環(huán)境影響較大：擬建場開挖土石方工程量大，不僅需大面積破壞場址處植被，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)場地平整，修建預(yù)制場工程量明顯小于方案二(線外方案1)；據(jù)初步測算，預(yù)制場地平整加上運(yùn)梁道( 含征地費(fèi)用)成本約250萬元；b)緊臨2群拌和場，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)制場的缺點(diǎn)：預(yù)制場與起始架橋點(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。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)制場內(nèi)適當(dāng)提高，加長繞道。
運(yùn)梁便道在預(yù)制場內(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)，梁長及兩端伸出部分炮車總長約45m，總長較大。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)制場選定的運(yùn)梁線路實(shí)地展線，運(yùn)梁道長為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)向角和梁長確定。炮車的最大轉(zhuǎn)向角為l5度，梁長為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。
