广西百色—靖西高速公路工程位于广西百色市境内, 沿线多为峰丛洼地, 谷地地貌, 属碎屑岩区, 地质条件复杂。原始地形险峻, 交通运输不便, 材料供应困难, 场地狭窄, 预制场布置困难, 桥梁架设施工难度大。巴更大桥全长644.54m, 桥梁沿线三面环山, 另外一面紧邻村庄, 桥梁跨越田德铁路线, 交通运输不便, 预制场布置困难。桥梁上部结构为30m预应力钢筋混凝土T梁 (共计204片) , 单片梁重约81t, 桥梁墩柱高 (24.837m) , 受环境限制, T梁运输、安装困难, 施工难度大。

桥梁构件预制场是构件预制施工、存放、出运的综合性生产场地, 其布置和功能的划分是否合理直接决定预制、运输、安装等一系列生产活动能否顺畅进行。根据以往施工经验, 确定预制场位置, 并对方案进行经济技术比较, 选出最佳施工方案。

在桥台后引导路基上设置预制场, 该方法一般适用于桥台后地势较为平坦、较为开阔、基础较好的路段和环境。但是, 该桥梁位于两座山的山坳中间, 两端均为深挖路堑段 (最大开挖深度58.5m) , 需爆破开山, 石方量大 (约46万m³) , 计划工期为13个月, 桥梁下部结构及桥梁上部结构安装完需12个月, 路基施工周期大于桥梁施工周期 (增加工期长达8个月, 预制场建设及上部结构安装完计划工期为7个月) , 而且开辟梁场需额外爆破山体, 造价高, 对生态环境破坏严重。因此, 传统的在桥台后引导路基上设置预制场的方案不可行。

在群山外侧靠近省道处征地建设预制场, 进行工厂式生产, 这样预制梁预制速度快;但是, 通往巴更大桥沿线需加固临时便道, 同时受田德铁路影响, 转弯半径不足, 运输风险大, 安装成本高, 而且阻碍当地交通会带来极为不好的社会影响。因此, 此方案也不可行。

在巴更大桥1～7号桥墩左侧的一片狭长空地上开辟预制场, 在1号桥墩与2号桥墩之间靠近预制场一侧使用一种创新技术——高低腿提升机, 实现预制T梁从桥下梁场到桥面安装的垂直运输。该方案在场内运输, 对自然环境和社会环境影响小, 安全有保障, 而且能够有效缩短施工周期, 降低了施工成本, 该方案可行。

从表1可以看出, 3个施工方案中, 方案3无论从施工成本还是从工期对比分析来说, 较其他方案更具优越性, 为最优施工方案。

本工程地处山岭地区, 交通运输不便, 水平运输困难, 为解决这一难题, 结合预制场的位置刚好设计在桥梁一侧, 因此, 可采用一种垂直提升装置, 利用垂直运输代替地面水平运输的施工方法。在1号桥墩与2号桥墩之间安装T梁提升站, 如图1所示, 解决T梁从地面到桥面的施工技术难题; T梁垂直起吊到桥面, 再通过平板运输车将T梁运至安装预定位置。

1) 提升装置为高低腿门式起重机, 由2台固定式门式起重机组成, 即在第2跨1, 2号桥墩处各1台, 其中门式起重机一端设置在桥下, 另一端为缩短跨径在盖梁上预埋铁件, 与盖梁连接固定, 每台门式起重机由基础、立柱、横梁、天车起吊横移系统、附墙墩结构等部分组成。门式起重机顶部横梁由贝雷支架组成, 在横梁顶部设置轨道。

2) 单台门式起重机的设计起吊能力为60t。立柱和横梁采用国产贝雷架拼装。国产贝雷架其桁节采用16锰钢, 销子采用铬锰钛钢, 插销用弹簧钢制造。

3) 提升站所在桥跨预制梁顶面距地面高度为20.5m, 为保证提升龙门架与预制梁顶面之间净高≥8m, 高低腿龙门的左立柱高30m, 由起升桁架构成, 共11层;高低腿龙门的右立柱高10m, 由6片贝雷片并列排列而成, 共7层, 右立柱下端与盖梁上的预埋件相连接。

4) 高低腿龙门的横梁和右侧立柱均由贝雷架拼装而成。贝雷架采用标准国产3m×1.5m× 0.176m型, 辅以部分槽钢、角钢加固。为保证立柱稳定性, 在左立柱纵向设斜向支撑, 斜向支撑由槽钢构成;横向用抱箍和型钢将立柱与桥墩柱连接成整体。

5) 考虑吊装过程中预制梁及吊装器具、绳缆计重约为85t, 分担到每个单独塔架的质量约42.5t, 横移系统由2台70t移动天车构成, 搭配2台5t卷扬机和滑车组构成起吊系统。充分利用1, 2号永久桥墩作为附墙墩, 利用型钢、抱箍和高强钢丝绳将高低腿龙门立柱与墩柱连接形成整体。

采用梁场内门式起重机将桥梁预制梁从梁场制梁区吊装至沿运梁通道行进的运梁车上, 运梁车沿梁场内运输通道将桥梁预制梁运送至桥梁预制梁提升吊机下。起吊前, 做好设备检查, 确保起吊安全。

提升时, 吊具受力后, 桥梁预制梁不应倾斜, 应使桥梁预制梁的倾斜角度尽量小, 严禁提升钢丝绳受侧向分力。起吊时, 先提升桥梁预制梁的一端, 上升约50cm后, 提升桥梁预制梁的另一端。梁体悬空后, 应严格控制桥梁预制梁上升、平移的速度和距离。

起吊过程中, 必须有专人指挥, 操作人员必须熟悉统一的信号和手势, 做到紧密配合, 行动协调一致。当桥梁预制梁的梁体提升至墩顶预定高度后, 高低腿龙门上的天车将桥梁预制梁横移停靠在桥面的运输车上, 再由运输车将预制梁运至架桥机后跨。

立柱承台基础尺寸为4m×4m×1.5m, C30混凝土;承台基底地基承载力要求≥150kPa, 因此要在承台基底铺1层30cm厚夹砂碎石垫层。基础底面铺设2层20cm×20cm ϕ28钢筋网片, 间距为30cm, 精确定位预埋件位置。

贝雷架立柱下端与承台的预埋件焊接;左侧2根立柱由起升桁架构成, 下端落在地面扩大基础之上。立柱安装到一定高度后, 在立柱上设扒杆, 贝雷片、螺栓、加强杆件等通过扒杆进行提升并安装。

每组斜撑又由2根槽钢通过钢板焊接在一起。在竖向用横向槽钢连接斜撑, 从而保持整个立柱系统的稳定性。每根立柱设缆风绳并利用1, 2号永久桥墩作为附墙墩, 通过型钢、抱箍或高强钢丝绳将提升站立柱和墩柱连接形成整体, 以此保证提升系统稳定性。

纵向断面上6排, 与贝雷架立柱用螺栓连接, 拐角处设斜杆支撑加固。

在横梁顶设天车横移轨道, 利用扒杆或吊车提升天车、卷扬机。

在桥梁施工中, 预制梁的安装是一项关键工序, 应结合施工现场条件、桥梁跨径大小、设备能力、设计要求等具体情况, 从安全、工期、造价等方面综合考虑, 选择最合适的架梁方法。架梁是安全风险较大的施工作业, 涉及设备、人员、结构等各方面, 在施工中如何保证操作人员的生命安全和预防工程事故, 贯穿施工方案选择、施工机具设备设计和选用、施工工艺细化、操作方法制定、安全措施制定和落实、操作人员培训等各方面。

本工程采用双导梁架桥机架设法:将轨道上拼装的架桥机推移到安装孔, 固定好架桥机后, 将预制梁由平车运至架桥机后跨, 两端同时起吊, 横移小桁车置于梁跨正中并固定, 用纵移桁车将梁纵移到安装跨, 固定纵移桁车, 用横移小桁车将梁横移至设计位置下落就位, 待一跨梁全部吊完, 横移小桁车置于梁跨正中并固定。将纵移平车退到后端, 拆除前支架与墩顶连接螺栓, 把前支架挂在鼻架上, 前移架桥机。重复上述程序进行下一跨梁安装。

该方法具备了联合架桥机的一切优点, 并且无需托架及墩顶龙门, 整机性能好, 设备更简洁, 便于操作, 使用方便。

全桥梁体的架设计划分3个阶段。

第1跨 (1～2号桥墩) 梁体安装。固定式提升站安装完毕后, 首先进行左幅1～2号桥墩6片T梁的架设。地面的T梁通过提升站提升至1～2号桥墩顶直接安装就位。

主要是通过架桥机反架T梁, 来完成左幅0号桥台至1号桥墩的6片梁, 之后顺序完成左幅3～7号桥墩所有梁板架设。

第2阶段完成后, 架桥机退至0号桥台后路基, 将提升架右侧立柱转移至左幅1～2号桥墩已架设完毕梁板之上, 架桥机顺序架设右幅0号桥台至7号桥墩间的T梁, 8～16号桥墩及19号桥墩至20号桥台间梁板全幅架设, 完成所有梁板架设。

在0号桥台后侧路基上进行双导式架桥机拼装。利用25t吊车配合人工进行架桥机拼装, 并在1号桥墩所在地面支立大型吊车配合架桥机导梁的拼装与前伸。

架桥机组装后, 在拼装场地做吊梁试验。吊梁试验前, 天车先空载走行, 检查机械电气设备及仪表是否正常, 对吊梁天车的起吊、横移及制动、前支腿升降等做全面检查和试运行。重载试吊, 检查重载时前、后、中支点最大工作反力。符合设计要求后方可架梁。

架桥机2台天车运行至机身尾部, 用后一台天车滑轮挂钩勾挂1片梁体, 天车卷扬机收绳, 至架桥机前端支脚离地脱空, 待前支脚离地20～30cm后, 卷扬机停止收绳, 此时梁体仍有部分自重由运梁平车承担。将牵引卷扬机绳头拴挂在架桥机后端支脚的横梁上, 牵引卷扬机收绳 (同时运梁小车同步前行) , 牵引架桥机整机前行。前行到位后, 天车卷扬放绳释重, 架桥机前支脚回落支撑, 呈吊梁架梁状态。架桥机后支脚利用滑板滚杠实现滑动。

在预制场利用门式起重机吊装梁至运梁车上, 运梁车将梁运至提升站下, 通过提升站将T梁提升至1～2号桥墩的梁面并安放在桥面的运梁车之上, 桥面运梁车将T梁运往架桥机的架设点。

在安装梁板之前先安装需架梁的墩位支座。支座安放要符合设计及规范的相关规定。

架桥机就位后, 运梁车运梁进入架桥机腹巷至预定位置, 吊梁天车移至大梁上方, 挂好前后吊点的吊杆和底梁, 检查无误后启动2台卷扬机组将梁吊起横移对中, 前行到预定位置, 两吊点卷扬机组动作一致地均衡使梁片落至距横移设备 20～30cm时, 再调整1次梁片纵横向位置, 确保连续缝或伸缩缝达到构造要求, 尔后继续落梁至墩顶支座上。经检查合格后, 架桥机横移至下一梁位。

本工程采用桥梁一侧设置梁场、预制梁采用垂直提升站和双导梁架桥机架桥相结合的施工工艺, 有效解决了山岭地区桥梁建设因受环境限制, 预制场布置及预制梁运输困难的施工难题。工程实践证实, 该施工技术在成本节约、缩短工期方面具有显著效益, 对类似工程具有很好的借鉴意义。