舉例淺談橋梁在施工前期的設計優(yōu)化思路

舉例淺談橋梁在施工前期的設計優(yōu)化思路[摘要]本文依托市政工程、高速公路等中眾多項目，逐個舉例，從樁基、承臺、墩柱、梁和橋面系等方面重點著手，結合項目不同施工條件，詳細介紹橋梁工程在施工前期進行設計優(yōu)化變更思路，可為后續(xù)類似橋梁工程施工前期工作，提供優(yōu)化思路和經驗，以更好的指導橋梁施工。[關鍵詞]橋梁；設計；優(yōu)化1引言市政工程、高速公路等工程項目中橋梁建設比較常見，由于前期項目沒有充分研究施工設計圖紙，沒仔細分析現場實際施工地理和地質條件，沒有認真統籌項目人、材、機實際條件，造成了項目在施工中，發(fā)現部分單項工程施工不了或者難以施工，需要進行設計優(yōu)化和變更。這不僅嚴重影響工期，而且增加了施工相應措施。本文結合眾多施工實例，根據不同項目特點、不同的施工自然條件、不同的施工邊界條件，分析了橋梁設計優(yōu)化思路，重點就橋梁下部結構、上部結構、附屬結構等內容提出有針對性的設計優(yōu)化措施。2橋梁工程設計優(yōu)化2.1樁基設計優(yōu)化（1）超長樁基設計優(yōu)化某市政互通立交橋PPP項目，樁基有638根，樁徑1.2m?；炷吝B續(xù)梁31聯（85跨），鋼箱梁21聯（57）跨，工程覆土層主要以雜填土、素填土、淤泥、粉質粘土、粉沙、全風化泥質粉砂巖為主，樁長平均80m，端承樁，軟弱層厚度約60m，入巖約20m。連續(xù)梁中墩中，每個墩設計為4根樁基，立交橋主線、匝道于既有地鐵平行或相交，地鐵公司禁止使用沖擊鉆，故采用旋挖鉆施工。由于樁基長度較長，需穿過60m厚淤泥層和10m粉質粘土不良地質，在旋挖鉆鉆進過程中，頻繁出現淤泥層塌孔、粉砂層流沙和滲水等不利情況，鉆進難度大。工期緊，任務重，后與業(yè)主、設計對接，在滿足樁基端樁承載力和墩柱抗傾覆等條件下，把中墩四根樁基調整成兩根樁基，同時增大樁基直徑，使得整體樁基數量大幅度減少，施工速度提高，保證了總體施工進度。（2）溶洞區(qū)地質樁基設計優(yōu)化某市政互通立交橋項目樁基共計722根，樁基直徑Φ1.0m、Φ1.2m、Φ1.5m三種類型，樁基樁長平均70m，鉆孔樁長平均80m，端承樁。地質情況如下：0-40m，淤泥質粘土；40-50m，圓礫、強分化泥質粉砂巖；50-90m，中分化石灰?guī)r（溶洞區(qū)），局部巖溶發(fā)育，溶洞最大高度為23.7m。根據地勘資料顯示，部分地段地質結構層存在巖溶現象，溶洞的分布不規(guī)則，且規(guī)模較大，主要集中互通立交主線位置，最大溶洞高23.7m。根據設計提供溶洞分布推測線范圍，統計出樁基共有204根，占據全部樁基的30%。部分樁基采用一樁三堪，同一個樁位，三堪結果差異大，存在地下溶洞地質懸崖。根據溶洞區(qū)一樁一堪地質報告，溶洞區(qū)域已超出地勘單位原預測“溶洞分布推測線范圍”，且溶洞區(qū)的地質情況較為復雜。由于樁基深、溶洞處理費用大，故現場施工按照一樁三堪原則，根據地質報告對樁基進行設計優(yōu)化：①減少樁基數量、增大樁基直徑。②調整橋跨度，跨域溶洞區(qū)。③采取扁擔樁基形式跨越溶洞。（3）樁基鋼筋籠三角骨架筋設計優(yōu)化橋梁樁基鋼筋籠骨架筋，每2m設置一道，對于一些樁基直徑較大、主筋直徑較大的鋼筋籠，一般設計會在加強圈筋上設計三角支撐筋，來加強其吊裝時候的剛度。在實際施工中，由于在安裝每道設有三角支撐筋的加強圈筋分層布置不在同一個面上，導致導管在澆筑混凝土過程中，安裝或拔出導管很容易造成卡管，嚴重造成導管拔不出來，直接影響到樁基澆筑質量。故在圖紙下發(fā)后，需對樁基加強圈筋的三角支撐筋取消或加密加強圈筋。（4）扁擔樁設計優(yōu)化市政工程中，樁接柱基礎結構很常見。對于遇到地質條件不好地段，如：砂礫層等，采用旋挖鉆或沖擊鉆施工過程中很容易出現埋鉆頭，切不容易拔出，不但耽誤工期，還給作業(yè)班組帶來巨大的經濟損失。對于在原位無法進行樁基施工，一般采取扁擔樁形式，扁擔樁有兩種形式：垂直于線路和平行于線路。平行于線路為正常情況下所采取的方式，即：倒“T”型布置，若條件不允許情況下，采用垂直于線路的方式，即：“一”字型布置布置。2.2承臺設計優(yōu)化某市政立交項目工程，主線高架橋承臺及匝道橋梁所屬承臺，共計208個，承臺尺寸大小不等，設計類型有四邊形、六邊形、八邊形三類，平面尺寸分別為九類規(guī)格，承臺高度分為2.0m、2.5m、2.8m、3.0m四類，承臺埋深1.5m，地下水位線距底面3m。其中有35個承臺位于河道內（河道寬30m，水深3-4m），承臺施工分為水中承臺及陸地承臺兩種，水中承臺最大開挖深度7.5m，陸地承臺最大開挖深度為5.95m。項目采取的施工工藝為：陸地承臺采用鋼板樁支護、水中樁采用土石圍堰+雙層鋼板樁（1）承臺設計頂標高優(yōu)化陸地承臺，最小高度2m，覆蓋層1.5m厚，承臺最淺開挖深度為3.5m。根據《危大工程安全管理規(guī)定》的通知規(guī)定，超過3m屬于危大工程，需增加相應的支護、降水措施及施工監(jiān)測。則所有承臺開挖都屬于危大工程，必須采用相應支護及降水措施。項目進場后，對陸地承臺和水中承臺設計圖紙進行分類，根據承臺布置位置（主線還是匝道、道路上還是綠化帶等），經過與設計對接，將陸地上位于綠化帶內的125個承臺頂標高整體抬高，從原埋深1.5m，調整為0.5m。埋深減少1m，樁長增加1m，土方開挖方量和鋼板樁長度工程量減少，原125個承臺屬于危大工程項目取消，可按正常工藝施工，施工簡單便利，減少了不少的施工措施。（2）水中承臺設計優(yōu)化水中35個承臺基本上為匝道橋承臺，在河道里布置比較密，項目計劃采用土石圍堰+鋼板樁圍堰工藝施工。南方降雨強度和頻率較高，在施工樁基時，填筑圍堰，造成河道泄洪能力下降，河道管理處禁止占用河道。項目對施工組織進行調整，與設計對接，將水中承臺取消，結合其他項目經驗，將樁基和墩柱調整為樁接柱結構，在冬季施工樁基和墩柱，減少了水中承臺大開挖、超長鋼板樁和承臺內排水等措施，大大提高了施工速度。2.3墩柱設計優(yōu)化（1）樁-墩設計優(yōu)化某市政道路工程，設計為半路半橋形式，道路一側緊鄰高速公路（樁板墻防護），另外一側緊鄰河流。樁基、墩柱采用樁接柱形式。由于半路半橋位于河岸邊坡上，高低不平，造成半橋樁基頂標高起伏不定。在施工過程中，樁頂標高高于原地面2m以上，造成樁基外懸部分需立模澆筑和振搗。為便于施工，與設計對接后，將樁頂標高調整為和既有原地面一致，樁基縮短，墩柱加長。（2）墩柱類型設計優(yōu)化某市政立交橋BT項目，混凝土連續(xù)梁58聯（232跨），墩柱有241個，墩柱主要以矩形墩、花瓶式墩兩種類型為主。矩形墩有12種類型，花瓶式墩有8種類型，每種類型墩柱長寬尺寸差10cm，如：矩形墩類型3截面尺寸為2.5×1.7m，類型截面尺寸為2.4×1.8m，其中有一個矩形墩柱高25m，數量1個，需單獨配置一套鋼模板。根據總體工期和設計圖紙，經過梳理所有不同類型墩柱，按照相近原則，與設計溝通，將原有矩形墩12種類型、花瓶式墩8種類型優(yōu)化為矩形墩有8種類型，花瓶式墩有5種類型。大大節(jié)約模板投入，提高模板綜合使用效率，減少周轉材料投入，節(jié)約了成本。（3）墩柱-蓋梁設計優(yōu)化某貨運鐵路為聯營體項目，項目總價包干，含設計、施工。其中一座港口橋梁為跨海大橋，孔跨布置為40m×30跨，總長1.2km，下部結構為群樁基礎（單個承臺4根樁基）、矩形承臺和圓端形實體墩，上部結構為簡支箱梁，海水平均深度為7m，海床面比較平緩，其巖石強度30MPa。項目前期討論施工方案中，初步定的下部結構方案采用貝雷棧橋工藝或船舶施工工藝。經過方案經濟對比和本地相關政策規(guī)定，最終明確下部結構施工選用：船舶施工工藝，其中承臺施工采用鋼套箱工藝。但是考慮到整個施工工期、投入的承臺模板、船舶數量直接影響到施工成本。故與設計對接，將承臺取消，樁基和墩柱調整為樁接柱形式，新增蓋梁，將箱梁調整為預制T梁，經過驗算，其承載能力均滿足行車安全。調整后，整個項目工程造價大幅度縮減、投入設備和采購的周轉材料也大幅度縮減。2.4梁體設計優(yōu)化（1）現澆梁預應力錨固端設計優(yōu)化某市政立交橋BT項目，樁基1132根，墩柱241個，混凝土連續(xù)梁58聯（232跨），其中有兩聯連續(xù)梁為掛籃施工，施工總工期2.5年。設計圖紙中，12聯梁連續(xù)梁張拉槽口在梁端橫梁頂（單端張拉），剩余46聯梁張拉槽口在梁端（兩端張拉），伸縮縫10cm寬。項目按照設計給定的連續(xù)梁張拉方式編制總體工期。施工中受到征地拆遷、管線改遷、保通道路、綠化移植等各種因素嚴重影響，未能按總體工期規(guī)劃施工，現場只要具備施工面，就加緊施工。造成了單端張拉的連續(xù)梁施工完后，相鄰兩聯兩端張拉連續(xù)梁無法張拉。經與設計溝通優(yōu)化，將所有的兩端張拉連續(xù)梁張拉槽口調整至梁端處的梁頂位置（掛籃施工除外），其中位于互通區(qū)中央的一聯連續(xù)梁采用掛籃施工，由于墩柱較矮（8m），直接優(yōu)化為支架現澆。經過優(yōu)化后，現場現澆梁施工不受張拉槽口位置制約，具備施工條件，立即施工，從而保證了總體節(jié)點時間。（2）預制梁設計優(yōu)化某高速公路二期項目，施工標段長33km，全部為高架橋，穿越市區(qū)，工期2年。上部結構采用預制小箱梁，共計梁11130片。預制箱梁長：23m、25m、25.5m、28m、28.38m、29m、30m、30.4m、30.5m、31m、31.141m、35m、38m、40m合計14種類型，標準梁以30m、40m為主，預制梁規(guī)劃4個大型梁場。①預制梁長度設計優(yōu)化橋跨布置受到既有道路、管線、房屋等限制，全線非標梁（非30m、40m跨度）數量占距45%。與設計對接優(yōu)化，將非標跨梁優(yōu)化調整或靠近標準梁型，使其非標梁數量減少至25%。項目模板配置減少、梁場規(guī)劃數量較少、制存梁臺座更加集中，總體臨建費用大幅度下降。②預制梁設計斷面優(yōu)化線路有縱坡和橫坡，每跨梁的坡度不一致，預制出梁的位置有唯一性特性。為避免生產出梁唯一性，保證同一跨度梁在任何地方都適用，與設計對接，將梁底預制支座鋼板（楔形鋼板）調整為標準預埋鋼板，在支座上增設楔形鋼板。③橫隔板鋼筋連接設計優(yōu)化預制梁腹板位置設有橫隔板，在模板定做、包括模板拆除等方面，不適用于流水線生產。與設計對接，建議在梁體橫隔板位置預埋鋼筋套筒，待預制梁架設完成后，進行二次橫隔板鋼筋安裝、混凝土澆筑。④預制梁翼緣板反坡設計優(yōu)化預制梁數量多，箱梁模板采用移動式滑模工藝。側模采用液壓模板。正常側模板拆除按照：先下降，再外開這兩道工序模式，兩個聯動工序，使得液壓模板結構設計繁瑣，而且增加模板成本。故與設計對接后，將翼緣板與腹板之間的反坡進行調整，使得液壓模版直接向外打開，利用脫模。⑤預制梁張拉工藝變更為減少預制梁過長時間占用制梁臺座、減少制梁臺座數量、減少模板投入，以提高生產效率。與設計協商，調整箱梁預應力張拉順序，分初張和終張，初張拉完成后（預計3天）進行移梁至養(yǎng)生區(qū)，待強度達到設計要求后進行終張。2.5其他隱形設計優(yōu)化新型橋梁支座、玄武巖鋼筋、鋼箱梁橋面鋪裝所使用的鋼纖維混凝土、專用梳齒伸縮縫、阻尼器等等涉及到專利產品，共同特點是：單價比同類產品高出一倍以上，市場上只有一家有。涉專產品的，功能使用方面和其他同類產品無區(qū)別，但直接影響到工程總造價，施工前期遇到此類，及時與設計溝通調整，避免不必要的損失。3結論及建議經多個項目實例介紹，熟悉和了解了市政橋梁、高速公路部分橋梁在施工項目前期需要對設計圖紙進行詳細研究，并