装配式栈桥板在地铁基坑施工中的应用_傅平.pdf

技术应用2023 年86装配式栈桥板在地铁基坑施工中的应用傅 平（福州轨道交通设计院有限公司，福建 福州 350009）摘 要 以福州市仓山区某地铁车站基坑的临时栈桥为例，对装配式空心板桥、连续现浇板桥和工字钢便桥3种方案进行了比选。通过分析车站基坑处的交通流量、栈桥施工场地、基坑内部施工的影响、施工难度及综合造价，最终选用装配式空心板作为施工方案，并介绍了装配式空心板方案计算结果及施工注意事项。相关结论可为同类型车站交通疏解的分析设计提供参考。关键词 装配式；栈桥板；交通疏解；地铁施工；基坑开挖0 引言地铁施工期间，交通导改和车站施工往往需要新建临时便桥跨过车站基坑。目前，常见的设计是采用钢结构格构柱配钢筋混凝土板搭设临时车行结构1。由于受限于基坑宽度（一般为2030m），以及板梁的跨度限制，不得不采用多跨结构，因此，需在车站基坑内部设置格构柱做支撑。该做法施工周期长，占用场地多，不利于车站后续施工和交通疏解。栈桥板在基坑中应用广泛，并且具有许多优势2-4。采用装配式栈桥板可以避免以上便桥设计的弊端，单跨跨越车站基坑，有效利用车站两侧地连墙做桥梁下部结构。同时，装配式栈桥板通过在预制场预制空心板，再运输到现场进行吊装施工，不仅能有效提高施工质量，而且能有效减少对施工场地的占用，减少对车站结构施工的干扰，大大缩短施工周期。以某地铁车站为工程背景，进行栈桥板的创新设计运用分析。1 装配式栈桥板的应用1.1 工程背景工程位于福州市仓山区某地铁车站工程，地铁基坑如图1所示。地铁基坑宽度22.3m，深度18.3m，地连墙冠梁等部位已经施工完成。车站周边交通流量大且地面施工场地小，为保证基坑正常施工的同时，不阻断地面交通，需建立临时便桥进行交通疏解。图1 地铁基坑图常用临时便桥设计方案为多跨连续板梁，在车站基坑内部中设置格构柱，此类方案通常会影响基坑施工，且施工周期长。为了满足车站施工工期要求，工程采取一种新的栈桥板体系。该桥桥跨采用1.0m22.3m简支结构，主梁采用装配式空心板，中间不设格构柱做支撑，空心板两头架设在钢筋混凝土地下连续墙冠梁上（如图2所示）。与常用设计相比，单跨跨越基坑，不需要在基坑中额外设置格构柱，可在很大程度上减小便桥搭设对基坑施工及周边建筑的影响，同时对周边交通影响较小。图2 装配式栈桥板体系图（单位：尺寸mm/标高m）1.2 方案比选结合工程背景，设计3个方案：方案为1.022.3m预应力混凝土简支空心板桥，梁高95cm；方案为作者简介：傅平（1995），男，硕士，助理工程师，主要从事结构工程设计研究。技术应用87第1 期（总第261 期）9.7m+12.6m连续现浇板，梁高65cm，需在基坑中间落墩；方案为9.7m+12.6m工字钢便桥，梁高50cm，需在基坑中间落墩。3种方案的比选信息见表1。方案平面图见图3，方案平面图见图4。表1 方案比选方案优点缺点造价/万元方案单跨跨越车站基坑，对车站施工影响小；采用预制梁，对周边交通影响小；造价低梁高95cm，需抬高现状地面，影响道路顺接142方案 施工工序简单需在车站基坑内落墩，影响基坑内部施工；施工工期长，需借用周边场地，对交通影响大156方案 施工工序简单需在车站基坑内落墩，影响基坑内部施工；造价高248注：造价费用中包含道路顺接费用。图3 装配式栈桥板方案平面图图4 基坑落墩方案平面图根据表1的内容，对3种方案进行对比，可以总结出预制空心板方案在施工方面、经济方面和社会影响方面的优势所在。（1）施工便利性。与方案、方案相比，方案的施工便利性主要体现在：桥梁上部结构采用预制梁，构件由工厂预制，构件的质量较好，能够保证栈桥板的承载能力，有效减小施工过程中的误差带来的影响；提前预制的空心板可以直接运输至施工现场进行吊装，并可以选择对交通影响小的时间段进行施工，不仅缩短工期，而且对周边环境影响小，施工更加便利；由于采用单跨结构，避免格构柱的建造，可降低施工难度，进一步减少现场作业量，也可避免格构柱对基坑整体施工的影响。（2）经济。在经济方面，方案虽然单跨跨越车站基坑，对梁截面的承载能力要求更高，导致梁高较高，会增加上部结构的造价和道路顺接费用，但也会减少施工下部结构的费用；方案虽然上部结构造价低，但是需在基坑落墩，所增加的费用大于上部结构减少的费用；方案采用钢结构施工，梁高较小，但由于钢材的价格明显高于混凝土，价格方面反而更不占优势。3个方案的造价分别为142万元、156万元和248万元，方案成本相较于其他2种方案分别降低8.9%和40.3%，可见使用预制混凝土空心栈桥板的方案能够显著降低建设成本，经济效益最佳。（3）社会影响。方案主梁采用预制构件，由预制厂浇筑后，在施工现场吊装，吊装时间灵活可控，占用施工场地少，所需时间短，对交通影响小。方案、方案需要在车站周边借用场地，施工时间长，不利于车站后续施工和交通导改。（4）不足之处。方案采用单跨跨越车站基坑，对主梁承载能力要求高，导致桥梁梁高较高，建设过程中需对路面进行抬高处理，导致道路顺接较困难，也会增加工程费用。方案需在基坑内落墩且施工工期长，对周边影响大。方案需在基坑内落墩，且造价高。对比3种方案的优缺点，最终选用方案进行设计并施工。2 装配式栈桥板设计2.1 体系组成装配式栈桥板体系由预制空心板、桥面铺装、桥梁支座等组成。空心板断面如图5所示。图5 空心板断面图技术应用2023 年88桥面纵坡通过板端60cm长的垫块调整；桥面横坡为1.5%人字坡，通过桥面铺装进行调整。桥面铺装平均厚度为18cm，底层为防水混凝土，面层为沥青，道路中心铺装厚度为21.4cm，边缘为10cm。空心板两头架设在地连墙冠梁上，施工时应对冠梁进行找平处理。为了不影响车辆和行人通行，桥面防撞护栏设置应与现场交通疏解道路边缘线一致。2.2 设计要点桥梁受力分析采用桥梁博士和Midas软件，分析计算桥梁在不同荷载工况下的受力状态。桥梁设计应考虑的荷载包括恒载（主梁的结构自重，桥面铺装荷载和防撞护栏的荷载）、活载（主要为城A级的汽车荷载和人群荷载）。针对桥梁的中梁和边梁进行验算。在主梁承载能力极限状态验算中可以得知，桥梁边梁的最大和最小内力值为2404kN m和1230kN m，小于2754kN m的最大抗力；桥梁中梁的最大和最小内力值为2797kN m和1732kN m，小于3245kN m的空心板承载力，因此主梁各断面的承载力均满足要求。在主梁正常使用极限状态下的受力分析中可以得知，中梁和边梁的上下缘均未出现拉应力，此时混凝土在预应力的作用下不受拉，因此正截面抗裂验算满足要求。正常使用极限状态下，中梁最大主拉应力为0.97MPa，边梁为1.01MPa，均小于0.75 ftk=1.855MPa（ftk表示混凝土轴心抗拉强度标准值）。通过应力图分析发现，主梁在端点出现最大主拉应力，满足斜截面抗裂要求。主梁的挠度验算应考虑扣除结构自重下的挠度值，中梁和边梁在不考虑挠度长期效应时挠度的最大值分别为8.16mm和7.14mm，考虑挠度长期增长系数时中梁和边梁长期挠度的最大值分别为12.49mm和10.17mm，均小于规范允许值35.93mm，满足要求。在对主梁持久状况下的应力分析中发现，中梁和边梁上缘最大压应力为15.34MPa和15.44MPa，下缘最大压应力为5.93MPa和4.94MPa，均小于0.5 fck=16.2MPa，正截面混凝土压应力满足规范要求。标准值效应组合下中梁和边梁的最大主压应力为15.34MPa和15.44MPa，小于0.6 fck=19.44MPa（fck表示混凝土轴心抗压强度标准值），混凝土主压应力满足规范要求。3 装配式栈桥板施工方案3.1 箱梁预制（1）桥梁防撞护栏现场浇筑，桥梁边梁两侧应预留一部分不浇筑，待主梁运至现场后与防撞护栏一同浇筑，预留处的钢筋不得截断。（2）为减少预应力损失及保证结构受力安全，施工过程中的预应力孔道及钢筋位置应严格按图纸精准布置。（3）为减小预制梁在存放期间的上拱值及施工后主梁与桥面铺装的收缩差，预制梁的存放时间90d，若现场实测上拱值与理论上拱值之差10mm，施工单位应与设计单位联系并采取相应措施。边梁与中梁的理论上拱值见表2（其中，上拱值以向上为正，向下为负）。表2 梁体不同阶段上拱值和反预拱值设置表 单位：mm梁体预制梁理论上拱值（计算值）二期恒载挠度反预拱度建议值钢束张拉时存梁30d存梁60d存梁90d边梁17.727.329.430.5-5.7-10中梁16.124.926.927.8-5.9注：1.表中预制梁的终张拉时间及存梁时间均为混凝土龄期；2.表中梁体的上拱值为理论计算值，施工现场应根据梁体的实测数据来调整反预拱度。因施工现场气候、湿度存在差异，以及施工过程中混凝土配合比、存梁时间不同，故施工单位可根据现场实际条件和实践经验设置反预拱度值。预设反拱值的目的是保证桥梁运营期间，在恒载和活载及收缩徐变作用下，梁体不出现下挠。3.2 箱梁制作及安装注意事项（1）装配式栈桥板为临时结构，可采用油毛毡或临时支座代替永久支座。预制梁在运输和吊装施工时应根据现场条件采取相应措施防止梁体坠落，并做好应急处置方案。（2）架梁完成后，应及时连接并浇筑梁体湿接缝混凝土。为确保上部结构形成整体且连续，混凝土应一次性浇筑。（3）安装施工护栏并做好相关标识牌。（4）桥梁铺装施工时，先设置桥面铺装混凝土层的铺装钢筋并浇筑混凝土，并对铺装混凝土进行养护，之后在混凝土表层喷洒防水层，铺设沥青混凝土。（5）预制空心板进行吊装时，应制定相关的施工组织措施和应急预案。（6）预制混凝土空心板浇筑后应进行保养，严格控制空心板箱室内外温差，预制梁拆模后应进行喷淋养护。（下转第30页）2023 年试验研究30由表4可以看出，掺FA粉煤灰混凝土的7d抗压强度均比未掺粉煤灰的低，并且随着粉煤灰掺量的增加，强度降低的幅度增大，降低幅度最大为28.9%；28d抗压强度均比未掺粉煤灰的低，并且随着粉煤灰掺量的增加，强度降低的幅度增大，但比7d抗压强度降低幅度小，降低幅度最大为22.2%。掺FB粉煤灰混凝土的7d抗压强度均比未掺粉煤灰的低，随着粉煤灰的掺量增加，强度降低的幅度增大，但比掺FA粉煤灰的低，降低幅度最大为20.3%；28d抗压强度均比未掺粉煤灰的略高，且随着掺量的增加强度增强幅度增大，增强幅度最大为10.2%。对比掺FA粉煤灰与FB粉煤灰混凝土的强度可以看出，粉煤灰的品质对混凝土的强度是有影响的，且粉煤灰品质越好，混凝土强度越高。掺入品质较差的粉煤灰，随着掺量的增加混凝土早期、后期强度不断降低，而掺入品质较好的粉煤灰，随着掺量的增加混凝土早期强度降低幅度比掺品质较差粉煤灰的小，后期强度比不掺粉煤灰有所增加。这是由于粉煤灰替代水泥掺入，减少水泥的用量，导致一次水化产物减少，从而使得混凝土强度增长减缓，因此粉煤灰的掺入降低了混凝土的早期强度5。由于粉煤灰的火山灰活性，使得混凝土中具有火山灰反应，反应生成的水化硅酸钙，具有良好的胶凝性能，使混凝土的后期强度增强6。但粉煤灰火山灰活性与粉煤灰品质有关，品质越好活性越高。同时，粉煤灰还具有微集料效应，品质好的粉煤灰细度较细，可以很好地填充混凝土中的微小空隙，从而提高混凝土的强度。品质较差、细度较粗的粉煤灰因为火山灰效应与微集料效应不明显，所以对混凝土强度的增长没有作用7。3 结论（1）粉煤灰对混凝土拌合物工作性能的影响与粉煤灰的品质、掺量有关。掺入品质好的粉煤灰，混凝土拌合物工作性能得到了一定的改善，同时增大了混凝土拌合物1h坍落度、扩展度，且随掺量的增加改善作用越明显。而品质差的粉煤灰，会使混凝土拌合物的工作性能变差，且随掺量的增加，工作性能越差。（2）粉煤灰对混凝土力学性能的影响与粉煤灰的品质、细度、掺量有关。在一定掺量范围内，掺入品质较好、细度较细的粉煤灰，混凝土的早期强度降低，但后期强度增强；而掺入品质较差、细度较粗的粉煤灰会使混凝土的早期、后期强度均降低，且随着掺量的增加，强度越低。参考文献1 陈益民.矿物掺合料研究进展及存在问题J.材料导报,200