山区高速大纵坡路基段预制梁场规划与台座设计

山区高速大纵坡路基段预制梁场规划与台座设计

褚博  ,吴轩

中国葛洲坝集团第一工程有限公司   443000

一、摘要

预制小箱梁能够有效生产，具有工作效率高、安全系数高、成本低等优点，能广泛应用于山区高速梁场建设中。受山区高速的地形条件以及场地限制，如何在纵坡比较大的路基段狭小场地，对预制梁场进行规划与设计，关系到项目成本投入和通车要求。本文结合田林至西林（滇桂界）高速公路施工六部3#预制梁场施工，介绍了山区高速公路在纵坡较大的路基段狭小场地预制梁场规划以及台座设计和施工，满足施工安全、进度、效益等要求，为后续山区高速公路工程提供一些参考。

二、关键词

预制梁场；纵坡大；台座规划与设计；排水

三、工程概况

田西高速公路总承包项目部施工六部承担施工起讫桩号为K163+290～K191+249.661，全线长度约为27.95km。本段位于百色市西林县古障镇和马蚌镇境内，地形呈南北两侧高山屏障、西部高于东南的“山谷槽”特点，地势从西北向东南倾斜，原地面坡度为3.99%，路基平均红线宽度为25米。本标段3#梁场预制箱梁总计工程量641片，其中30m计232片，40m计409片。

四、预制梁场选址

4.1场址选择

因我部预制梁长度为40m、30m，且本工程为山区高速，在线外建设梁场，预制梁运输存在较大困难，需增加较多临时用地，有悖项地方政府、项目公司相关政策，因此梁场建设于路基主线处，预制梁场周围无塌方、滑坡、落实、泥石流、洪涝等自然灾害隐患，无高频、高压电源及油、气、化工等其他污染源。满足安全、环保、水保的要求、交通、通信便利，水电设施齐全。

4.2 预制梁场布置

3#预制梁场拟布置于桩号K178+425-K178+980主线路基上，包含30m/40m预应力箱梁共计641片，其中：制梁区桩号K178+605-K178+920长度为315m，宽度为28m，共设置7排台座，共计28座制梁台座；

存梁区桩号为K178+425-K178+605长度为180m，共设置3排存梁台座，高峰可存40片梁板；梁场钢筋加工厂长×宽：60m×20m,占地约1200m2；生活区选择在线外约100m一处空地处，占地约1400m2。

（1）制梁台座设置

根据以往施工经验，一个月按25天计，一个台座按3-4片预制梁计算，三号梁场施工强度一个月制约84片梁，施工时间为9月，计划2021年3月18日启动预制，2022年12月20日完成全部梁板预制，基本满足进度需要。

30m箱梁与40m箱梁底宽均为1m，各个龄期梁体上拱值较为接近，预拱度居中布置，我部采用的台座为40m箱梁、30m箱梁共用设计，台座设置长度为41m，宽度为100cm。

本标段3#梁场坐落于谭家3号高架大桥与平寨1号高架大桥之间，路基平均宽度25米，路面设计纵坡3.99%，原地面纵坡3%，前后高差达15米。如果按照原地形施做台座，3%纵坡过大，40米预制箱梁前后高差1.2米，预制梁预应力张拉施工会对地基产生偏心压力。考虑到台座顶面纵坡不宜大于2%、120t龙门吊自重120t，龙门吊轨道纵坡不宜大于1.5%。为此，梁场场地纵坡、龙门吊纵坡的选择很关键，关系到预制箱梁施工的安全以及梁场场地平整的土方量以及后期路基施工恢复工程量。

根据梁场原地面纵坡和梁场场地平整纵坡要求，通过方案比选，选用场地平整纵坡2%、龙门吊轨道基础纵坡1.5%，其中龙门吊基础相对于场平地面高差为2m，由两端分担，按照一端高于地面0.5m、一端低于地面0.5m设置，台座与龙门吊基础存在1m的高差，将1m高差分台阶布置。该方案最适合梁场实际地形，在保证预制箱梁施工安全的前提下，场地平整开挖量小，后期恢复路基施工方便。

4.3 台座布置

（1）预制梁场内功能区主要包括制梁区、钢筋骨架加工区、存梁区等区域。制梁区按后张法预应力梁板预制工艺要求设置台座，横向台座轴线间距设置4.8m以满足模板卸落后的空间要求，纵向台座净距设置5m以满足芯模脱模与预应力张拉的空间要求。

（2）胎架法钢筋骨架加工区主要将标准化梁场弯制好的骨架钢筋半成品运至现场，在钢筋胎架上拼装，拼装成品整体吊入模板进行下一步施工。

（3）存梁台座采用横向条形混凝土台座，台座端头均伸出50cm，施工时设置底层防裂钢筋，存梁时梁板翼缘板间距50cm。

（4）梁场生产线：30m、40m预制箱梁共用一条生产线，其中30m预应力箱梁和40m预应力箱梁为共用台座设计；生产线配置2台120t和2台10t的龙门吊。

4.3 梁场建设要求

预制梁场制梁区所处位置为挖方路堑，钢筋场与存梁区基本位于线内山地，进行梁场标准化建设施工时，由于场内不同功能区的要求不一样，在清除山地表层杂质土并做压实处理后，因梁场均为主线路基处，压实度需满足设计压实度要求。

（1）预制梁制梁台座、存梁台座以及扩大基础均采用C30混凝土浇筑；

（2）梁场内有车辆通行需求的区域，填筑20

cm厚毛渣石压实，面层采用25cm厚C30混凝土浇筑；

（3）梁场内无车辆通行需求的区域经过清表处理后，铺筑20cm厚毛渣石并压实整平，面层处理为10cm厚C20混凝土。

（4）梁场经过混凝土硬化的路面须进行切缝处理，横缝间隔距离为8m，纵缝间隔距离为4m，切缝宽度为5mm，深度为7cm。

（5）场地硬化一般按照四周低，中心高的原则进行，面层排水坡度不小于1.5%，制梁台座之间设置一横坡不小于2%的排水沟（20cm×10cm，C20混凝土沟身，厚度10cm），在梁场中部设置一条纵向排水沟（30cm×40cm，C20混凝土沟身，厚度10cm，沟顶覆盖C30钢筋混凝土盖板），场地四周设置包括排水沟（60cm×60cm，C20混凝土沟身，厚度10cm）、沉淀池组成集中排水系统，排水沟底面施工时应收面光滑，做到雨天场地不积水、不泥泞，晴天不扬尘。

（6）梁场内部需设置一条宽度不小于5m的运梁通道；梁场四周及台座之间需设置排水沟。

4.4台座结构设计与验算

4.4.1 30/40m箱梁制梁台座

由于30m、40m箱梁共用一个台座且基础尺寸形式基本相同，按最不利验算40m箱梁台座：

（1）30m/40m小箱梁制梁台座结构设计

根据3#梁场所处位置的地质情况，30m/40m小箱梁制梁台座下采用扩大基础，距离台座两侧端头各250cm范围内浇筑的扩大基础宽300cm，高度为50cm；除两侧各250cm外，中间36m台座下扩大基础宽度为180cm，高度为40cm；台座的高度为30cm，根据设计图纸台座设置预拱度1.8cm。

（2）30m/40m小箱梁制梁台座结构验算

1）地基承载力验算：

40m台座端头2.5m范围内混凝土自重：

40m预制小箱梁自重（根据设计图纸所给工程量计算为167.11t）：

，换算为基底线荷载pj=1671/3=508.33kN/m

当预制小箱梁张拉时，考虑距离两侧端头2.5m的长度范围内受力，则有台座基础下地基所需最大承载力为：

考虑安全系数为1.2，故地基所需最大承载力为152.16kPa，现场实测地基承载力应不小于180kPa，则按此设计扩大基础符合要求。

2）基础混凝土强度及配筋验算

①材料参数

表4.4-1  普通钢筋强度设计值（N/mm2）

②基础高度抗剪验算

基础高度为0.5m，保护层厚度取as=50mm，

基础有效高度：h0=h-as=500-50=450mm

Ⅰ-Ⅰ截面剪力：

抗剪承载力：根据混凝土结构设计规范6.5.5节

抗剪承载力满足要求，只需按构造配筋，配筋满足要求。

Ⅰ-Ⅰ截面控制弯矩：

根据《建筑地基基础设计规范》[6]8.2.1 条，基础配筋率不应小于0.15%，因此

纵向受力钢筋构造配筋的面积：Asmin=3000×500×0.15%=2250 mm2<2331.65 mm2，取As=2331.65mm2，扩大基础配筋20 根φ16@300 mm，实配As=4021.24 mm2＞2331.65 mm2，分布钢筋选φ10@300 mm。

4.4.2 小箱梁存梁台座

（1）小箱梁存梁台座结构

存梁台座采用整体式条形基座，底层大基础采用C25砼，小基础采用C30砼浇筑，基础宽60cm、高40cm，基础内加设钢筋网片，下部设混凝土扩大基础，用宽2m，厚0.6m的尺寸基础内加设钢筋网片。路基梁场与场坪区梁场存梁台座横向各设12个条形基础。

（2）小箱梁存梁台座结构验算

存梁台座取8.4m进行计算，长度为8.4m的台座按每层存梁2片，两层存梁计算，共可存4片小箱梁，则存梁台座所承受的小箱梁自重为（按40m小箱梁自重167.1t计算）：

长度为8.4m的存梁台座最多可以存4片40m预制小箱梁，则有预制小箱梁的自重为：

单侧存梁台座的混凝土自重为：

则每侧存梁台座处所需地基承载力为：

考虑1.2的安全系数132.24*1.2=158.69kPa，故3#梁场存梁区地基承载力应大于180kPa。

（3）基础混凝土强度及配筋验算

①材料参数

表4.4.2-1  普通钢筋强度设计值（N/mm2）

②基础高度抗剪验算

基础高度为0.5 m，保护层厚度取as=50 mm

基础有效高度h0=h-as=500-50=450 mm

Ⅰ-Ⅰ截面剪力：

抗剪承载力：根据混凝土结构设计规范6.5.5节

抗剪承载力满足要求，只需按构造配筋，配筋满足要求。

Ⅰ-Ⅰ截面控制弯矩：

根据《建筑地基基础设计规范》[6]8.2.1 条，基础配筋率不应小于0.15%，因此

纵向受力钢筋构造配筋的面积：Asmin=3500×500×0.15%=2625mm2<3094.99mm2，取As=3094.99

mm2，扩大基础配筋20 根φ16@300 mm，实配As=4021.24 mm2＞3094.99 mm2，分布钢筋选φ10@300 mm。

4.4.3 箱梁模板固定措施

预制小箱梁采用定型钢模，于台座上利用D50mmPVC预埋拉杆孔，用于固定箱梁外模；为防止内模上浮，影响浇筑质量，于外模顶面每隔2m设置一道固定内模压杠，从而达到固定内模的效果。拉杆孔具体形式如下图：

图4.4.3-1   固定外模所预埋拉杆孔示意图

五、结语

本项目预制梁场规划结合路基实际地形地貌，根据因地制宜、节能环保、减少成本等原则，制梁台座、龙门吊轨道设计不同坡度且台座与台座之间设计为台阶型布置，在满足安全生产需求下，减少场地平整开挖量便于后期路基恢复。针对30m和40m预制预制箱梁台座能有更好的利用率，设计出30m与40m预制箱梁台座共用，解决了在场地受限情况下，满足了预制台座的利用率，加快了预制箱梁产梁进度。该方法为今后同类预制梁场建设提供了一些参考。