侯書平，藺鵬臻，劉應(yīng)龍

(1.銀西鐵路銀川至吳忠客專工程建設(shè)指揮部,寧夏 銀川 750403；2.蘭州交通大學(xué) 甘肅省道路橋梁與地下工程重點實驗室，甘肅 蘭州 730070)

在高速鐵路建設(shè)實踐中，跨度適中的簡支梁由于對地基沉降要求相對較低、受力簡單、維護(hù)方便等優(yōu)點被鐵路橋梁廣泛采用。箱梁具有抗扭性能好、縱橫向剛度大、整體穩(wěn)定性好等優(yōu)點，現(xiàn)在已經(jīng)普遍采用。在目前的高速鐵路橋梁中，簡支箱梁大部分采用20,24，32，40，56，64 m等幾種跨度[1]。但是在跨越深谷、通航江河、少占耕地時出于施工可行性、經(jīng)濟(jì)比選及通航的考慮，小跨度已經(jīng)不能滿足要求，大跨度的簡支梁越來越多被運(yùn)用于鐵路橋梁中。目前大量簡支梁結(jié)構(gòu)采用沿線梁場預(yù)制、運(yùn)梁車運(yùn)輸和架橋機(jī)架設(shè)的施工模式，少量簡支梁采用移動模架、膺架法橋位灌筑法施工。橋梁施工方法的選擇，受設(shè)計、機(jī)械設(shè)備、工程造價、組織管理等多方面影響。不同施工方式必須因地制宜，才能保證成本與效益的最優(yōu)。因此，本文結(jié)合新建銀西高鐵銀川機(jī)場黃河特大橋引橋56 m簡支梁橋的施工，采取合理的施工方案優(yōu)化方式，科學(xué)制定最優(yōu)施工方案，在保障工程質(zhì)量、安全和環(huán)保等要求的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步縮短施工工期，避免冬季施工，節(jié)約投資成本，可為銀吳客專按期開通奠定堅實基礎(chǔ)。

1 大跨度簡支梁的施工方法及主要特征

隨著預(yù)應(yīng)力混凝土的應(yīng)用、橋梁類型與跨徑的增加以及構(gòu)件生產(chǎn)的預(yù)制化等，橋梁上部結(jié)構(gòu)施工方法有了較大的進(jìn)步和發(fā)展，形成了多種多樣的施工方法。但是從總體上來講，橋梁施工方法主要分為支架現(xiàn)澆、節(jié)段預(yù)制拼裝和預(yù)制整孔架設(shè)等3類。各自的主要施工特征如下：

1)支架現(xiàn)澆法：無需預(yù)制場地，而且不需要大型起吊、運(yùn)輸設(shè)備；無需做梁間或節(jié)間的鏈接工作，橋跨結(jié)構(gòu)整體性好；施工質(zhì)量受現(xiàn)場混凝土澆筑、預(yù)應(yīng)力張拉等影響；施工中需搭設(shè)支架，支架控制和模板投入較大[2]。適宜于橋梁高度較低、橋下無通航、泄洪等需求的平坦地區(qū)。

2)節(jié)段預(yù)制拼裝：節(jié)段尺寸小、重量輕，運(yùn)輸方便，拼裝施工速度快； 在預(yù)制場預(yù)制節(jié)段，混凝土質(zhì)量容易控制[3]，混凝土后期徐變撓度較低；施工前期投入較大，主要包括預(yù)制場地建設(shè)、運(yùn)輸設(shè)備、架梁設(shè)備等；節(jié)段之間以膠縫聯(lián)結(jié)，膠縫現(xiàn)場處理的質(zhì)量控制存在風(fēng)險，如處理不好的話，大氣中的水分和酸性成分滲入，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的耐久性差；施工工序復(fù)雜，膠縫、預(yù)應(yīng)力張拉、節(jié)段之間線形和高程控制等工藝要求高，技術(shù)難度大；施工的總體組織、協(xié)調(diào)的工作難度較大[4-7]。

3)預(yù)制整孔架設(shè)：需專門的預(yù)制場，工廠化預(yù)制有利于確保構(gòu)件的質(zhì)量，便于采用機(jī)械化施工；主梁構(gòu)件在安裝時一般已有一定齡期，可減少混凝土收縮徐變引起的變形；架設(shè)需要大型運(yùn)輸和起吊設(shè)備，且適用于32 m及以下跨度高鐵橋梁，56 m雙線架橋機(jī)較少。

2 56 m簡支梁施工方案研究

2.1 節(jié)段預(yù)制施工方案

本工程56 m簡支箱梁若采用節(jié)段預(yù)制施工方案，擬短線匹配法預(yù)制、節(jié)段法拼裝施工。需投入2臺 2 200 t 造橋機(jī),2臺250 t運(yùn)梁臺車，1臺用于橋下梁場向提升站運(yùn)梁，1臺用于橋上運(yùn)梁?？傮w架設(shè)方向由17#墩向30#墩逐孔推進(jìn)。

根據(jù)現(xiàn)場實際情況，在17#，18#墩之間布置1臺固定式250 t跨線大型門吊，在線路左側(cè)18#墩附近布置56 m簡支箱梁節(jié)段預(yù)制場。為了不影響工期，梁場投入短線制梁臺座6套，雙層存梁臺座33個。1臺 34 m 跨250 t大型門吊，1臺22 m跨20 t簡易門吊。

根據(jù)架設(shè)要求，預(yù)制順序由小里程向大里程逐孔預(yù)制。每孔梁預(yù)制時，先分別在2個制梁臺座上預(yù)制1#及13#節(jié)段，然后再將1#及13#節(jié)段分別做為匹配預(yù)制2#及12#，最后再將1#及13#節(jié)段吊入存梁臺座存放，將2#及12#分別吊往其余臺座，做為匹配梁預(yù)制下一節(jié)段，最后將同片梁的6#及8#同時吊入同一臺座做為7#梁的匹配梁預(yù)制7#梁段。

結(jié)合線路橋址地形地貌及水文地質(zhì)條件，對銀川機(jī)場黃河特大橋17#—30#墩13孔箱梁的施工方案進(jìn)行仔細(xì)研究，擬定的總體施工步驟如下：

1)在17#墩頂設(shè)置混凝土臨時支墩，17#—18#孔安裝造橋機(jī)。

2)運(yùn)梁車將待架梁段運(yùn)至造橋機(jī)正下方，通過天車提梁，進(jìn)行17#—18#孔膠拼施工。

3)造橋機(jī)過孔至18#—19#孔，在17#—18#孔之間拼裝提升站龍門吊機(jī)。

4)運(yùn)梁車將箱梁節(jié)段運(yùn)至提升站，提升上橋，橋上運(yùn)輸至架橋機(jī)尾部喂梁架設(shè)，逐孔施工18#—30#孔。

根據(jù)節(jié)段預(yù)制拼裝施工工藝特點，該工法適用于中等跨徑(30～50 m)、橋梁總長度較長的海上、大型河流湖泊、山區(qū)橋梁以及城市高架與輕軌等上部結(jié)構(gòu)箱梁施工，并且工期緊的工程采用最為合適。但該施工方案不僅需要考慮施工過程中梁段混凝土、預(yù)應(yīng)力、膠縫、線形、預(yù)拱度控制等因素，同時還需考慮施工機(jī)械投入和施工安全等因素。56 m箱梁橋采用預(yù)制拼裝施工方案有必要進(jìn)行進(jìn)一步的優(yōu)化。

圖1 澆筑狀態(tài)模板橫斷面(單位：mm)

2.2 支架現(xiàn)澆施工方案

采用支架現(xiàn)澆方案時,箱梁模板采用整體式鋼模板[2]和帶有走行縱梁的液壓內(nèi)模(見圖1)，每個循環(huán)設(shè)置4套箱梁底模、1套箱梁外側(cè)模、1套箱梁全液壓收縮式內(nèi)模、1套鋼筋綁扎胎具。施工順序依次為底?！鈧?cè)?！鷥?nèi)模→端模板。支架施工完，第1孔至第4孔底模及外側(cè)模鋪設(shè)完成后，對第1孔支架進(jìn)行預(yù)壓，同時在第2孔支架上拼裝外側(cè)模，待第1孔支架預(yù)壓完成，對第1孔箱梁底模按預(yù)壓數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)高調(diào)整；然后外側(cè)?；浦恋?孔就位。第2孔支架進(jìn)行預(yù)壓，預(yù)壓完成后調(diào)整底模標(biāo)高，而后在第2孔箱梁底模上拼裝內(nèi)模板；待第1孔箱梁底腹板鋼筋綁扎完成及波紋管定位完成，內(nèi)?；凭臀?，同時在第2孔支架上拼裝鋼筋綁扎胎具；胎具拼裝完成以后開始第2孔箱梁底腹板鋼筋綁扎及波紋管定位施工。第3孔支架開始預(yù)壓。第1孔箱梁混凝土澆筑完成后，待強(qiáng)度達(dá)到要求，滑移鋼筋綁扎胎具至第3孔支架上；下落及外移外側(cè)模，滑移外側(cè)模至第2孔就位，收縮內(nèi)模，內(nèi)?；浦恋?孔就位。依次循環(huán)，至13孔箱梁全部施工完成。

3 施工方案的比選

3.1 橋梁施工方法的優(yōu)選原則

確定橋梁的施工方法，需充分考慮橋位的地形、地質(zhì)、環(huán)境、施工方法的安全性、經(jīng)濟(jì)性、施工速度等。因此，在橋梁設(shè)計時就要對橋位條件進(jìn)行詳細(xì)調(diào)查，掌握現(xiàn)場的地理環(huán)境、地質(zhì)條件及氣象條件等。在選擇施工方法時，橋梁的類型、跨徑、施工技術(shù)水平、施工設(shè)備條件等等也是相當(dāng)重要的因素，同時必須考慮施工過程中橋梁結(jié)構(gòu)的應(yīng)力變化。橋梁設(shè)計時往往預(yù)先假定施工方法，并在設(shè)計上考慮施工全過程的受力狀態(tài)。因此，施工方案的確定應(yīng)充分考慮設(shè)計時假定的施工方法，并考慮其他相關(guān)因素的影響。橋梁施工方法的選定，可依據(jù)下列條件綜合考慮。

1)使用條件：橋梁的類型、使用跨徑、橋墩高度、橋墩形狀、梁下空間的限制、平面場地的限制等。

2)施工條件：工期要求、施工設(shè)備條件、施工技術(shù)水平、施工管理能力、材料供應(yīng)情況、施工經(jīng)濟(jì)核算等。

3)自然環(huán)境條件：山區(qū)或平原、地質(zhì)條件及軟弱層狀況、對河道的影響、運(yùn)輸線路的限制等。

4)社會環(huán)境影響：對施工現(xiàn)場環(huán)境的影響，包括公害、景觀、污染、架設(shè)孔下的障礙、道路交通的阻礙、公共道路的使用及建筑限界等。

3.2 工程數(shù)量及工期對比

1)工程數(shù)量對比：分別對56 m簡支梁進(jìn)行節(jié)段預(yù)拼和支架現(xiàn)澆2種施工方案的設(shè)計，在滿足橋梁使用性能要求的前期下，可獲得2種設(shè)計方案的工程數(shù)量。通過從單孔梁工程數(shù)量、大臨工程數(shù)量等方面的對比，支架現(xiàn)澆施工方案明顯優(yōu)于預(yù)制拼裝施工方案。

2)工期對比：通過對比，若采取預(yù)制拼裝施工方法，施工工期合計為661 d，而改為支架現(xiàn)澆后工期為386 d，縮減了275 d，支架現(xiàn)澆具有明顯的工期優(yōu)勢。由于本工程工期的總體安排，施工需在2017年11月3日前完成，預(yù)制拼裝不能滿足總工期的要求。一旦施工中有不可控因素造成延誤，難以通過增加投入來確?？偣て?。支架原位現(xiàn)澆方案由于不受架橋機(jī)、預(yù)制場、接縫施工等外部環(huán)境影響，施工工期更容易控制。因此，從工期角度考慮，支架現(xiàn)澆方案是最優(yōu)方案。

3.3 質(zhì)量及安全控制對比

預(yù)制拼裝和支架現(xiàn)澆方案由于施工工序不同，安全控制的要求和標(biāo)準(zhǔn)亦不相同。依據(jù)鐵建設(shè)[2010]162號《鐵路建設(shè)工程安全風(fēng)險管理暫行辦法》及GB/T 50326—2006《建設(shè)工程項目管理規(guī)范》[8]中關(guān)于工程安全風(fēng)險等級的劃分及界定標(biāo)準(zhǔn)，可對2種方案的安全控制要點及安全風(fēng)險級別進(jìn)行對比。為了定量評價2種施工方案的安全風(fēng)險，引入安全風(fēng)險度D的概念，表達(dá)式為

式中:n為安全控制核心要素數(shù)量;Si為第i項風(fēng)險類型的風(fēng)險等級;Pi為第i項風(fēng)險發(fā)生的概率。

2種施工方案的安全控制要點、風(fēng)險等級及風(fēng)險概率，以及施工總體方案的安全風(fēng)險度如表1所示。

由表1可以看出，預(yù)制拼裝施工主要有3大潛在的安全風(fēng)險源：①節(jié)段拼裝方案中需要1臺 2 200 t 架橋機(jī)，1臺450 t跨線提梁機(jī)，2種機(jī)械均為大型起重設(shè)備，施工過程中存在較大安全隱患；②預(yù)制場提梁、存梁、運(yùn)梁等操作過程中均存在較大安全隱患；③西北地區(qū)春季風(fēng)力較大，尤其該橋橋址寬闊，春季大風(fēng)預(yù)警幾乎天天都有，對于節(jié)段拼裝架橋機(jī)工作安全和效率影響較大。

表1 安全風(fēng)險度比較

注：Ⅰ為可忽略風(fēng)險；Ⅱ為可容許風(fēng)險；Ⅲ為中度風(fēng)險；Ⅳ為重大風(fēng)險；Ⅴ為不容許風(fēng)險。

與預(yù)制拼裝相比，支架現(xiàn)澆施工中的主要安全風(fēng)險源為支架系統(tǒng)，且控制要素在一般橋梁施工中較為常見，可通過支架專項方案進(jìn)行有效的控制。而預(yù)制拼裝施工由于涉及架橋機(jī)組裝和作業(yè)、架橋機(jī)吊裝、現(xiàn)場膠縫預(yù)拼等多個施工工序且相互影響較大，安全控制的難度較大，因此施工潛在的安全風(fēng)險較大。

通過對2種施工方案安全風(fēng)險度的定量對比可知，支架現(xiàn)澆方案的安全風(fēng)險度為0.75，低于預(yù)制拼裝施工方法的1.00。

3.4 成本控制對比

預(yù)制拼裝和支架現(xiàn)澆方案的成本控制對比分析如表2所示。

表2 成本控制比較 萬元

綜上統(tǒng)計，移動式整體現(xiàn)澆施工方案共計節(jié)約資金911萬元。比預(yù)制拼裝施工方案少投入40%勞動力以及 30%的施工機(jī)具設(shè)備。

通過綜合比較，考慮到移動式整體現(xiàn)澆在工期、成本以及安全等方面的優(yōu)勢，同時可避開冬季施工，質(zhì)量可控，因此，56 m簡支箱梁的施工方案優(yōu)選為支架現(xiàn)澆方案。

4 結(jié)論

針對銀西高鐵銀川機(jī)場黃河特大橋引橋56 m簡支箱梁，制定了預(yù)制拼裝及支架現(xiàn)澆2種施工方案。通過對比分析2種施工方案的優(yōu)缺點，優(yōu)選了適合于該工程的施工方案，得出的主要結(jié)論如下：

1)高速鐵路56 m雙線箱梁由于梁體重量大，整孔預(yù)制架設(shè)工藝不能滿足要求，支架現(xiàn)澆和預(yù)制拼裝是該類型箱梁的合適施工方案。

2)基于橋梁施工方案的優(yōu)選原則，通過對比2種施工方案的工程數(shù)量、工期、質(zhì)量控制、安全控制及成本，可認(rèn)為鑒于該橋的建設(shè)環(huán)境條件，支架現(xiàn)澆為該工程最優(yōu)的施工方案。不僅可縮短工期275 d，同時可節(jié)約資金911萬元。

3)通過對2種施工方案安全風(fēng)險度的定量對比，支架現(xiàn)澆方案及預(yù)制拼裝方案的安全風(fēng)險度分別為0.75，1.00。支架現(xiàn)澆方案的安全風(fēng)險較低，56 m簡支箱梁的施工方案優(yōu)選為支架現(xiàn)澆方案。