城市桥梁建设中的预制拼装技术

城市桥梁建设中的预制拼装技术

1 引言

快速施工桥梁是指上部和下部结构的构件主要采用工厂预制，现场拼装施工技术的桥梁。随着中国道路交通事业的飞速发展，对桥梁施工工期的要求越加严格，特别是城市高架桥、高速公路跨线桥等项目中，桥梁施工会对地面交通造成影响，导致交通堵塞甚至断交，极大的减弱道路通行能力。同时研究还表明，按目前的经济增长模式，我国自然资源支持体系已经无法持续的支撑经济发展。我国能源消耗率是日本的11.5倍，法国的7.4倍和美国的4.3倍。自然资源人均占有量少，能源消耗量大，是制约未来发展的障碍。城市发展应当走可持续发展道路，城市桥梁的建设也应当引入能耗低、污染少的新技术。而快速施工桥梁有着现场施工时间缩短、交通管理费用降低、利于控制环境污染、事故发生风险降低、交通参与者负面评价少、施工质量容易保证、建设费用降低、气候影响小和劳动力减少等诸多优势，能够解决现节段桥梁施工中减小交通影响的和降低能耗的要求。预制节段拼装技术是一种非常重要的桥梁快速施工技术，研究桥梁预制节段拼装技术具有很强的实际意义。

2 概念及历史

桥梁的节段预制拼装技术是将梁体纵桥向划分为若干个节段，在工厂或附近制梁场预制后，运送到桥位进行组拼成为桥梁的施工方法。全预制混凝土桥梁是一种将混凝土桥梁上部和下部结构的主要构件在工厂或预制场预制、现场拼装的桥梁。其中，根据截面形式、跨径大小等构造特点，桥梁上部结构的主梁采用纵向竖缝划分桥宽、全跨逐梁预制，或采用横向竖缝划分桥跨、全宽节段预制，桥面护栏、分隔带等节段预制；桥梁下部结构桥墩的盖梁、墩柱、基桩，以及桥台的台身、挡墙等作为基本构件，分别根据其尺寸大小采用整体预制或节段预制。全预制混凝土桥梁的少数非预制部分，主要为上部结构的连接构造、桥面铺装及下部结构的墩柱底桩顶的承台。

它的产生背景为第二次世界大战后，欧洲为了能迅速修建战争期间被毁的桥梁，开创出许多经济高效的自动化桥梁工法，如移动莫家发、节段预制拼装法、场驻节段悬臂法等。节段预制拼装法的规模应用最早起源于法国。1945-1948年，E·弗莱西奈第一个用预制分段施工方法，在巴黎东部的马恩河上建造了Luzancy 桥等五座预应力混凝土桥。此后这项技术发展到欧洲各地。1950年-1965年间，欧洲各国使用预制节段拼装技术，修建了300多座此类桥梁。目前，桥梁的预制节段拼装技术已经在欧洲、美国等地的城市桥梁建设中得到广泛应用。随着技术发展的成熟，在满足一定建设规模的基础上，采用此施工方法较一般施工方法，

可以节约10%-20%的资金。预制节段拼装技术进入我国的时间较晚。1965年修建的盐河桥，是我国第一座采用预制拼装法施工的预应力混凝土刚构桥。目前此技术的应用还处于起步节段。由于架桥机和末班的启动资金较大，体外预应力糟践偏高等原因，节段拼装法在造价方面的优势还难以体现。预制节段拼装法主要用于大型桥梁建设中，在城市桥梁建设中的应用还较少。目前只用北京四丰立交桥、上海沪闵高架桥等少量城市桥梁采用了此项技术。

由于拼装节段是在预制厂生产，通过运输车辆运至施工现场，按照一定的顺序重新拼接起来，施加预应力，形成具有承载力的桥梁整体结构。因此，这种施工工艺对预制节段的变形控制要求比较严格，对节段在运输中的振动、体系转换过程中的安全及成桥后的健康监测等各个方面都提出了一系列问题。

3 预制工法

节段预制拼装法桥梁中混凝土箱梁为主要的上部结构形式，箱梁节段的预制方法通常采用长线浇筑预制法或短线预制浇筑法。

3.1 长线匹配预制法

长线匹配预制法作业以桥梁跨径一半的梁体长度作为预制长度，节段预制虽然是逐块完成，但线性控制以半跨桥梁的长度为一个单元。预制厂上定位梁线形及高程将依据半跨桥梁的拱度计算值及现场台座承载情况预先调整节段的控制线形。节段混凝土块浇筑完成后，通常放置于质量胎坐上，直到完成半跨节段梁的混凝土浇筑，且线形检测合格后，再逐一吊至存梁区堆置。它的优点是由于台座固定可靠，成桥后梁体线性较好；其缺点是占地较大，地基要求坚实，混凝土的浇筑和养护移动分散。

3.2 短线匹配预制法

短线匹配预制法，主要考虑预制厂机具的配置及作业空间限制，在进行场地规划布置时仅考虑预制节段与匹配节段的作业空间，预制厂可以动态作业，而次一节段的几何线形是以已完成相邻节段为标准，依据有关测量结果及结构相对拱度计算值进行节段匹配预制。当节段混凝土已经达到拆模强度时，其匹配节段即可吊运至存梁区堆叠，仅留下刚浇筑完成的节段块作为下一节段施工的匹配节段。短线匹配预制几何线形控制仅存在于浇筑节段与相邻匹配节段之间，因此节段块测量控制精度要求比长线匹配预制法高。节段块预制过程中，施工人员需要根据已经完成的节段块的测量结果进行计算，并作为调整下一节段的高程和尺寸。短线法的优缺点与长线法恰好相反。由于计算机技术和施工工艺发展，短线法施工具有较大的技术优势。

4 拼装工法

预制节段拼装有逐孔整体拼装和悬臂平衡拼装2种方法。逐孔整体拼装是施工效率较好的作业模式，因此也是使用率较高的拼装工法，但其经济跨径较短，一般适用于跨径小于50m的梁桥。预制节段悬臂拼装，通常应用在较大跨径的桥梁拼装中。两种拼装工法各有其特点，从节段块重量上看，逐孔拼装重量较小为佳，悬臂拼装可以较大；从支撑桁架重量上看，前者较重，后者较轻；从节段块铸造技术要求上来看，前者要求较低，后者要求较高的控制技术；从循环工期上来看，前者较短，后者较长；最后从节段的运输上来看，前者可以从地面或桥面运输，受地形或运输条件的限制很小，而后者从地面运输较为便利。

结语

快速施工桥梁的节段预制拼装法，可以使桥梁建设更环保、少干扰、更安全、高质量及低消耗，有利于桥梁工程的可持续发展。这种施工方法目前在我国城市桥梁中的应用范围还较小。但随着城市轨道交通运输业和城市高架桥的兴起，随着工程环境和工时控制的条件越来越严格，可以节段预制拼装法将会有广阔的应用前景。