SPMT(self-propelled modular trailers)是一种可运载重物的设备，运输系统主要包括两大组件:动力头(power pack unit,PPU)与平台车(可分为4轴线模块车和6轴线模块车)，如图1所示。SPMT具备良好的操控性，可原地掉头、横向平移、绕中点旋转;当地面存在一定的纵横坡度时其载重平台可通过液压悬挂系统自动升降以保持平台的水平姿态，具备平稳运输性能。

　　SPMT可根据重物质量和形态自由组合，适应性广，周转率高，使用成本低，近年来广泛应用于石油LNG滚装上船、钢桥运输安装及废弃旧桥拆除等工程。目前SPMT还未有应用于预制场内完成大型混凝土箱梁顶升运输的报道。本研究成功应用SPMT完成香港将军澳跨湾特大桥预制混凝土箱梁场内转运，解决了系列技术问题。

　　

　　图1 SPMT的基础部件 

　　 

　　1 工程概况

　　香港将军澳跨湾特大桥主桥有8跨采用跨径46.3～75.8m半幅或整幅预制的预应力混凝土箱梁，共18片，其中单箱单室箱梁12片、单箱双室箱梁6片，为喇叭口变截面形状，其中编号为SW4-3,NW4-3的箱梁最大，其纵、横断面如图2,3所示，跨径75m，顶板宽20.3m，底板宽11.5m，梁高3.85m，混凝土方量1 246m³，重3 344t。箱梁混凝土采用C60，设置纵向预应力束和顶板横向预应力束，纵向预应力束分为27-^j15.24,19-^j15.24钢绞线，横向预应力束为5-^j15.24钢绞线，沿桥纵向间距0.825m。18片预应力混凝土箱梁在广东省新会市预制，利用梁场码头出运上船后海运至桥位处，采用起重船吊装。箱梁采用SPMT车组出运，其中部分梁需由制梁台座转运至存梁台座。现以编号SW4-3箱梁为例介绍采用SPMT场内进行箱梁转运的关键技术研究与应用。

　　

　　图2 箱梁纵断面  

　　 

　　

　　图3 单箱双室箱梁横断面(左、右幅2片梁)  

　　 

　　2 SPMT运梁的总体工艺及与制梁的匹配技术

　　采用SPMT在预制场内完成大型箱梁顶升和转运工艺复杂，首要任务是综合考虑SPMT支撑梁方式选择的可行性、工装结构的简便性、制梁工艺的匹配性、布车的合理性及梁体受力和变形的可控性，确定总体工艺方案。

　　2.1 运梁总体方案及制梁匹配性技术

　　2.1.1 方案比选

　　SPMT平板车载货平台高度(1 280±300) mm，每轴设计载重40t，限载36t,4轴线模块车长600cm、宽300cm，单车限载128t;6轴线模块车长900cm，单车限载192t，由于单车的载重量相对小，需多辆小车组成车组进入梁底两端各15～20m进行箱梁顶升。则箱梁采用高位法制梁，制梁台座采用临时钢支墩+活动底模结构，即在箱梁设计支座附近设置钢支墩，其他位置采用可拆除支架支承底模，箱梁预制完成后拆除活动底模，两端简支在钢支墩上，梁底预留进车空间。

　　SPMT对箱梁的支承可选用2种方案:(1)方案1传统的简支方案，采用SPMT车组+刚度很大的整体钢架进入梁底在两端简支箱梁，通过车板上的整体钢架把简支点的集中力分散到车板及车轮上;(2)方案2连续梁支承方案，采用SPMT车组+分载梁进入梁底在梁端纵向设多点支撑箱梁，通过多片小型分载梁把箱梁荷载传递并分散到车板上，如图4所示。

　　

　　图4 SPMT+小型分载梁顶升、承载箱梁示意 

　　 

　　综合考虑2种方案的优缺点，对比如表1所示，可见方案1不可行，方案2可行。

　　2.1.2 分载梁支垫结构

　　SPMT车顶与梁底之间的支垫结构从上至下分别为防滑胶皮、分载梁、楔形枕木、橡胶垫，如图5所示。

　　

　　图5 分载梁支垫结构示意  

　　 

　　分载梁采用钢箱梁，断面尺寸为500mm×400mm，把支点集中力传递到车板上并转换为车轮对地面的分布荷载;楔形枕木的抗压强度≥3MPa，支垫平面尺寸800mm×800mm，用于调节支垫高度;防滑胶皮和橡胶垫厚10mm，发挥防滑、缓冲作用。

　　2.1.3 梁场布设

　　梁场内布置2条制梁生产线，包括7个制梁台座、6个存梁台座、1条宽度28m的SPMT出运通道，通道居中布置，垂直出运码头;制梁台座布置门式起重机2台，用于钢筋、模板吊装，如图6所示。

　　采用高位法制梁，制梁台座可拆除支架采用满堂支架。制梁台座和存梁台座的钢支墩高200cm，保证箱梁底面距离地面净高≥190cm，基础采用灌注桩+承台结构。

　　台座和出运通道经地基处理后浇筑钢筋混凝土面层，坡度<2%，承载力≥120k N/m²。

　　  

　　表1 方案1和方案2对比 

　　 

　　 

　　

　　表1 方案1和方案2对比

　　

　　图6 梁场布置示意  

　　 

　　2.2 SPMT布车及荷载分担

　　2.2.1 布车

　　SPMT采用横向布车，与纵向布车相比其优点为不受台座钢支墩阻碍，车组可整体横向直接驶入或驶出梁底，且方便增加布车横向宽度，增强运梁稳定性，故场内转运箱梁选用横向布车方式，如图7所示。

　　

　　图7 箱梁布车示意  

　　 

　　根据载重量车组配车为:6PPU+116车轴，包括4轴车12辆、6轴车10辆，平分为2组车。2组车承载中心相对于箱梁重心对称布置，平均受力。为使靠近梁端的支撑力大，减小支点负弯矩，车组尽量靠近梁端钢支墩布置，端部支点车轴多，中间少，从端头往中间分别设置14轴线、12轴线、10轴线、8轴线车，其中10轴的5,6号车通过悬吊2轴线的车轮使之不着地，从而转换为8轴车，增加车板横向宽度，增强稳定性。车组内横向通过连接箱连接，传递动力，车组间通过并车油管及并车数据线软连接。在车轴线与箱梁腹板中心线的交叉处设支撑点，每组车顶共15个支点，如图8所示。

　　根据以上布车和组车可得SPMT车组的参数:SW4-3号梁，梁重3 344t，辅助工具重147t，车组自重506t，总重3 770t,SPMT轴线数为116，最大胎压85.6k N/m²，最大地压101k N/m²。每轴线平均载重34.23t<40t，最大地压101k N/m²<120k N/m²，受力满足要求。

　　

　　图8 车组拼接示意  

　　 

　　2.2.2 荷载分担

　　根据以上布车计算可得每台车承受的箱梁荷载:1,2,9,10号车3 762k N,3,8号车3 224k N,4,7号车2 687k N,5,6号车2 149k N。

　　2.3 箱梁受力计算分析及结构安全评估

　　箱梁转存过程中存在简支与连续梁支撑方式的转换，箱梁内部因预应力和自重作用产生结构受力变化，在整个受力转换后，易出现箱梁底面混凝土受压破坏、顶面混凝土受拉开裂，这与箱梁成桥后的受力状态恰恰相反。箱梁结构受力分析如下。

　　2.3.1 仿真计算建模

　　利用有限元软件Midas FEA对箱梁装车顶升过程进行仿真计算，主要结构参数为:箱梁采用C60混凝土，弹性模量3.6×10⁷k N/m²，重度25k N/m³，底板、腹板纵向及顶板横向预应力钢绞线张拉完成，单根钢绞线截面公称面积为150mm²，张拉控制应力为1 395MPa。

　　SW4-3号箱梁仿真模型如图9所示，箱梁初始状态为两端简支在钢支墩上，然后通过SPMT车对分载梁施加荷载，按以上荷载的25%,50%,75%,100%分4级加载顶升箱梁，直至梁体脱离支墩。每级顶升力以均布荷载形式施加到分载梁上。

　　

　　图9 SW4-3号箱梁仿真模型  

　　 

　　2.3.2 结果分析

　　1)主拉应力初始状态时箱梁处于全断面受压状态，顶升完成后分载梁正上方的梁端顶板出现拉应力，拉应力增大0～2.7MPa，最大拉应力为0.4MPa。根据规范，预应力混凝土受弯构件在进行正截面抗裂验算时，A类预应力混凝土构件在作用短期组合荷载下受拉区混凝土的最大拉应力应≤0.7f_tk=2.0MPa，满足安全性要求。

　　2)主压应力初始状态时箱梁最大主压应力18MPa，出现在跨中顶板位置。顶升完成后箱梁最大主压应力为16.8MPa，出现在接近箱梁1/4跨位置底板下缘处。根据规范，使用阶段预应力混凝土受弯构件正截面受压区混凝土的最大压应力应≤0.5f_ck=19.3MPa，满足安全性要求。

　　3)变形初始状态时箱梁跨中向下变形-11mm，顶升完成后箱梁跨中最大变形为52mm，向上变形63mm，参照规范，预应力混凝土抗弯构件最大挠度的最高限值为L₀/600=75 000/600=120mm，变形满足规范要求。

　　以上分析结果表明，正常情况下箱梁在简支与连续梁支撑状态转换过程中不会发生混凝土拉压破坏，变形可控，方案安全可行。

　　3 SPMT运梁的具体工艺设计与应用

　　箱梁从制梁台座到存梁台座的转运分为3个主要工序:装车、运输、落梁。

　　由以上理论分析可知，箱梁连续梁支承状态时混凝土主拉、压应力最大值已接近规范限值，富余量较小，箱梁转运安全风险较高，需通过工艺设计和监控，防止在箱梁体系转换或运输过程中箱体受扭，避免混凝土拉、压应力超限破坏。

　　3.1 箱梁装车

　　3.1.1 准备工作

　　箱梁预制后简支在钢支墩上，测量梁底每个支垫点所需支垫高度，并清理SPMT行走路线的地面，保持平整且无尖锐物。

　　箱梁转存前预先安装存梁台座两端的钢支墩，顶面铺橡胶垫，高差≤2mm。

　　3.1.2 车组就位

　　按图7,8完成组车，调试验收后根据设计的支垫位置和测量的支垫高度预先在分载梁顶布置支垫。然后将车组高度统一调整到1 250mm，分别操控2组车行驶进入箱梁下方预定区域，操作SPMT整体顶升至支垫最高点刚好与箱梁底部贴合，以该点车板高度为基准将车板调整至同一水平高度;最后使用手锤将所有支垫的楔形枕木敲打至塞紧箱梁底部。

　　3.1.3 分区分级顶升及3点支撑转换

　　顶升前完成SPMT车的相关电气系统检查，将2组SPMT通过油管连接和阀门切换分为8个支撑区域(A1,B1,C1,D1,A2,B2,C2,D2)，如图10所示。

　　

　　图1 0 8个支撑区划分示意  

　　 

　　分区完成后按以上荷载值的25%,50%,75%,90%,100%分5级顶升箱梁，顶升前把增加的荷载值换算成SPMT车组千斤顶的油压表读数，顶升过程中增加压力按设计值的±5%偏差进行调整和控制。具体操作步骤如下。

　　1)步骤1完成第1级顶升。同步顶升左端车组A1,B1和右端A2,B2 4个支撑区，加载25%;再同步顶升C1,D1,C2,D2 4个支撑区，加载25%。

　　2)步骤2重复上述操作，完成前4级顶升，总加载90%。

　　3)步骤3 3点支撑转换。把(A1,B1,C1,D1)4个区、(A2,D2) 2个区、(B2,C2) 2个区的油压分别调至相同，打开车板的相关悬挂油缸截止阀，箱梁一端车组油缸全部串联，另一端车组油缸平分为横向对称的2部分串联，将车组划分为A,B,C共3个支撑区，完成8区支撑至3点支撑的转换，如图11所示。

　　

　　图1 1 3点支撑示意  

　　 

　　4)步骤4完成第5级顶升。同时，顶升车组A,B,C区，缓慢施加压力，直至将箱梁顶升至离开钢支墩约100mm为止。

　　5)步骤5初始状态调整。通过分别顶升或降低A,B,C区，使箱梁两端基本水平，同一端底板两侧角点高差控制在5mm内，完成装车。

　　以上分区顶升工艺可使箱梁平稳顶升，且靠近端部的支点先受力，减小箱梁支点负弯矩，同时保持顶升过程的稳定性，防止梁体受扭，避免了混凝土因拉、压应力超限破坏。

　　3.2 运输

　　装车完成后对梁体的初始姿态进行测量，当梁体的拉、压应力监测值不超限时，将车组切换到行走模式，采用3点支撑运梁，操控SPMT车组载着箱梁横向驶离制梁平台，到达移梁通道后车轮原位调转90°，沿通道纵向移梁。

　　箱梁到达存梁平台一侧时车组车轮原位调转90°，完成箱梁与存梁平台的对中并驶入存梁平台，如图12所示。

　　

　　图1 2 箱梁进入存梁平台  

　　 

　　箱梁运输过程中控制速度，不得急刹车，最高行驶速度1km/h，对中、调节或路况不好时速度≤0.5km/h。

　　从安全角度考虑，大件运输的稳定性是关键。经研究，液压悬挂回路选用3点支撑系统有利于平稳运输，整个运输过程通过监视液压系统的压力表可确保装载处于正常工作状态，防止箱梁受扭。计算可得箱梁重心至车轮中心的距离h=4 230mm，其在竖直方向上的投影点距A,B,C支撑区边缘的距离s=2 100mm，运输稳定角θ与s,h之间的关系为:θ=arctan(s/h)=arctan(2 100/4 230)=26.4°>7°，根据行业规范(欧盟运输安全规范及Mammoet运输安全规范)，稳定角>7°即为安全。

　　3.3 落梁

　　落梁也采取分区分级的卸载方法，具体操作步骤如下。

　　1)步骤1初步落梁。在3点支撑状态下同时对A,B,C卸载10%，使车组板面高度下降至箱梁两端接触存梁台座的支墩顶面，支墩承受箱梁自重的10%。

　　2)步骤2 8区支撑转换。通过阀门切换将车组分为8个支撑区域。

　　3)步骤3分级卸载。按以上荷载值的10%～25%,50%,75%,100%分4级卸载，完成落梁，直至全部自重由支墩承受为止。每级卸载按以下步骤进行:首先同步下降C1,D1,C2,D2 4个区域，再同步下降A1,B1,A2,B2 4个区域。

　　4)步骤4车组驶出。SPMT车组整体降低车板高度，驶出梁底，完成箱梁转运。

　　以上落梁工艺可使箱梁平稳落梁，且靠近中部的支点先卸载，防止箱梁产生过大负弯矩而引起梁体混凝土拉、压应力超限破坏。

　　3.4 监测结果

　　3.4.1 变形监测

　　箱梁装车顶升完成时跨中上挠50mm，与计算值接近，满足规范要求。运输过程中通过安装在梁体两端4个角的静力水准仪自动连续监测箱梁姿态，监测表明梁体运输平稳，同一端2个角点的最大高差在10mm以内，基本保持初始的水平状态，未产生受扭现象。

　　3.4.2 应力和裂缝监测

　　在箱梁转存过程中选取5个测试断面(跨中和4片支撑梁处)对箱梁应变和应力进行监测，结果显示拉、压应力值为-16.5～0.8MPa，未超出规范限值-19.3～2.0MPa，梁体未产生开裂现象。

　　4 结语

　　1)本工程采用SPMT顺利完成香港将军澳跨湾特大桥预制混凝土箱梁的场内转运，3h即可完成1片大型箱梁转运，实践证明采用SPMT转运大型预制混凝土箱梁效率高、成本低、安全可行，但由于混凝土箱梁的混凝土抗拉强度很低，运输中防止箱梁开裂是重中之重，需根据多点支撑运梁的受力特点和SPMT的性能对工艺精心设计，并加强梁体应力和变形监控。

　　2)梁场采用SPMT转运梁时需采用高位法制梁，梁场具有以下优点，即由于制梁台座、存梁台座和出运通道的钢筋混凝土地面基本处于同一平面，地基承载力高，箱梁预制出运完成后地坪可直接转换为沉箱等构件的预制场地或堆场，无须破除重建，经济、绿色环保。