橋梁預(yù)制拼裝的設(shè)計(jì)施工及其優(yōu)勢分析,道路橋梁與渡河工程論文

橋梁預(yù)制拼裝的設(shè)計(jì)施工及其優(yōu)勢分析,道路橋梁與渡河工程論文摘要：在城市高架橋梁設(shè)計(jì)中，預(yù)制拼裝技術(shù)施工速度快、施工期對周圍交通及環(huán)境干擾少、經(jīng)濟(jì)效益顯著。結(jié)合工程實(shí)例，介紹了城市高架設(shè)計(jì)中預(yù)制拼裝技術(shù)方案及施工工藝，并進(jìn)行經(jīng)濟(jì)效益分析。本文關(guān)鍵詞語：城市高架橋梁;預(yù)制拼裝;無支架施工;施工工期;工程造價(jià);Abstract：Inthedesignofurbanviaduct,theconstructionspeedofprefabricationandassemblytechnologyisfast,theinterferenceofconstructionperiodtothesurroundingtrafficandenvironmentisless,andtheeconomicbenefitsareremarkable.Combinedwiththeengineeringproject,thetechnicalschemeandconstructiontechnologyofprefabricationandassemblyinthedesignofurbanviaductareintroduced,andtheeconomicbenefitsareanalyzed.Keyword：Urbanviaduct;Prefabricationandassembly;Constructionwithoutsupport;Constructionperiod;Projectcost;近十年來，城市橋梁建設(shè)進(jìn)入飛速發(fā)展時(shí)期，城市高架橋梁采用工廠預(yù)制、現(xiàn)場安裝的預(yù)制拼裝施工技術(shù)無疑比傳統(tǒng)的現(xiàn)澆更能加快工程進(jìn)度，減少現(xiàn)場操作時(shí)間。預(yù)制安裝工藝能夠平行作業(yè)，大量工作在工廠內(nèi)完成，少占用現(xiàn)場的空間和時(shí)間，不必長時(shí)間地關(guān)閉交通和繞道。預(yù)制拼裝技術(shù)已在上海嘉閔高架、S7公路等多個(gè)項(xiàng)目成功應(yīng)用，標(biāo)志著預(yù)制拼裝技術(shù)在高架橋梁領(lǐng)域的成熟應(yīng)用，近年來已逐步在全國推廣應(yīng)用，在浙江省內(nèi)如紹興、寧波等城市高架快速路也進(jìn)行了大規(guī)模的應(yīng)用實(shí)踐。1、橋梁預(yù)制拼裝的優(yōu)點(diǎn)預(yù)制拼裝技術(shù)在城市高架上應(yīng)用有下面優(yōu)點(diǎn):(1)工廠化生產(chǎn)的橋梁構(gòu)件質(zhì)量好于現(xiàn)場澆筑的構(gòu)件。(2)由專用設(shè)備進(jìn)行現(xiàn)場拼裝的方式方法施工，可顯著降低對施工場地周圍城市正常交通的影響，減輕對周圍環(huán)境的影響。(3)降低或避免工人長時(shí)間高空作業(yè)，減少施工危險(xiǎn)。(4)顯著減少現(xiàn)場作業(yè)需要人工。(5)當(dāng)橋梁工程規(guī)模大，施工機(jī)械成本和預(yù)制生產(chǎn)成本能夠得到充分的攤銷。除此之外，我們國家近年來的人工費(fèi)用也呈快速上升趨勢，所有這些因素都對預(yù)制節(jié)段拼裝技術(shù)在城市橋梁建設(shè)中的應(yīng)用與推廣起到了決定性的作用。2、預(yù)制拼裝設(shè)計(jì)方案及施工重點(diǎn)城市高架設(shè)計(jì)中采用預(yù)制拼裝施工技術(shù)，從下部構(gòu)造立柱、蓋梁，再到上部構(gòu)造小箱梁均可采用工廠標(biāo)準(zhǔn)化預(yù)制，現(xiàn)場拼裝的施工方式方法，減小現(xiàn)場施工對地面交通的影響。2.1、上部構(gòu)造預(yù)制方案上部構(gòu)造可采用的構(gòu)造形式有節(jié)段預(yù)制拼裝大箱梁，預(yù)制裝配式小箱梁以及現(xiàn)澆大箱梁等等。近年來在市政高架中常采用預(yù)制裝配式小箱梁。小箱梁制作、運(yùn)輸方便快速。可采用工廠預(yù)制，30m跨徑的單榀預(yù)制小箱梁重約106t，可采用重載車頭拖掛前后分離的多軸液壓平板車進(jìn)行一般路段運(yùn)輸(見圖1);而對于無法運(yùn)梁的路段，則可采用梁上運(yùn)梁的方式喂梁(見圖2)。圖1小箱梁施工方式方法小箱梁架橋機(jī)小箱梁濕接縫可采用超高性能UHPC混凝土，免去現(xiàn)場鋼筋焊接，縮短現(xiàn)場施工工期。2.2、蓋梁預(yù)制拼裝方案大部分城市高架主線(6車道)標(biāo)準(zhǔn)斷面寬度約27m左右，部分橋面變寬部分需采用門架式蓋梁。針對標(biāo)準(zhǔn)段的蓋梁，可適用的預(yù)制拼裝方案通常有下面幾種:圖2小箱梁施工方式方法常規(guī)履帶吊(1)采用整體預(yù)制吊裝(見圖3)，主線標(biāo)準(zhǔn)蓋梁吊重在240t左右。一次性整體吊裝效率高，現(xiàn)場無需搭設(shè)臨時(shí)支承，施工速度快，但需要對構(gòu)件的線路運(yùn)輸，吊裝設(shè)備要求較高。圖3蓋梁整體預(yù)制吊裝(2)為方便施工定位，降低吊裝難度，將蓋梁整體分為2個(gè)預(yù)制吊裝節(jié)段和1個(gè)后澆帶(見圖4)。蓋梁分節(jié)段預(yù)制，兩節(jié)段之間預(yù)留1.5m左右現(xiàn)澆段，每節(jié)蓋梁外側(cè)端部設(shè)置臨時(shí)支承，待兩階段安裝就位后，進(jìn)行現(xiàn)澆段施工，最后進(jìn)行預(yù)應(yīng)力張拉施工。圖4蓋梁分兩節(jié)預(yù)制安裝(3)為實(shí)現(xiàn)真正的預(yù)制拼裝蓋梁，可將蓋梁整體分為3個(gè)預(yù)制吊裝節(jié)段和兩道拼接縫，如此圖5所示。該分段方式方法能夠保證蓋梁單節(jié)重量不超過150t。節(jié)段蓋梁拼接面采用環(huán)氧膠接縫，接縫形式為牛腿式垂直接縫。蓋梁節(jié)段的小型化可便于運(yùn)輸和吊裝;拼接面采用環(huán)氧膠接以保證接縫的質(zhì)量和快速施工。圖5蓋梁分3節(jié)預(yù)制安裝當(dāng)前紹興市正在施行的二環(huán)北路等三條快速路的工程中，由于主線高架標(biāo)準(zhǔn)段橋面寬度達(dá)27m，整體蓋梁體量較大，考慮方便施工，降低吊裝難度，采用了分2個(gè)預(yù)制吊裝節(jié)段和1個(gè)后澆帶的拼裝方式。2.3、立柱預(yù)制拼裝方案當(dāng)前國內(nèi)外橋梁下部構(gòu)造的預(yù)制拼裝連接方式主要有粘結(jié)后張預(yù)應(yīng)力筋連接構(gòu)造、灌漿套筒連接、灌漿金屬波紋管連接以及鋼筋焊接或搭接并采用濕接縫等方式。(1)有粘結(jié)后張預(yù)應(yīng)力筋連接構(gòu)造:該方式往往配合砂漿墊層或環(huán)氧膠接縫構(gòu)造實(shí)現(xiàn)節(jié)段預(yù)制橋墩的建造，預(yù)應(yīng)力筋可采用鋼絞線或精軋螺紋鋼等高強(qiáng)鋼筋。該構(gòu)造特點(diǎn)是預(yù)應(yīng)力筋通過接縫，實(shí)際工程應(yīng)用較多，設(shè)計(jì)理論和計(jì)算分析以及施工技術(shù)經(jīng)歷體驗(yàn)成熟;缺乏是墩身造價(jià)相對傳統(tǒng)現(xiàn)澆混凝土橋墩要高很多，同時(shí)現(xiàn)場施工需對預(yù)應(yīng)力筋進(jìn)行張拉、灌漿等操作，施工工藝復(fù)雜，施工時(shí)間較長。(2)灌漿套筒連接(見圖6):預(yù)制墩身節(jié)段通過灌漿套筒連接伸出的鋼筋，在墩身與蓋梁或承臺之間的接觸面往往采用砂漿墊層，墩身節(jié)段之間采用環(huán)氧膠接縫構(gòu)造。(3)灌漿金屬波紋管連接:該連接構(gòu)造常用于墩身與承臺或墩身與蓋梁的連接，預(yù)制墩身通過預(yù)埋于蓋梁或承臺內(nèi)的灌漿金屬波紋管連接墩身內(nèi)伸出的鋼筋，在墩身與蓋梁或承臺之間的接觸面采用砂漿墊層，墩身節(jié)段之間采用環(huán)氧膠接縫構(gòu)造。該構(gòu)造現(xiàn)場施工時(shí)間短，但需要知足縱筋足夠的錨固長度，其力學(xué)性能與傳統(tǒng)現(xiàn)澆混凝土橋墩類似。當(dāng)前國外已有少數(shù)橋梁使用這種連接構(gòu)造進(jìn)行施工，地震高危險(xiǎn)區(qū)域內(nèi)應(yīng)用較少，其抗震性能怎樣當(dāng)前仍在研究中。圖6立樁預(yù)制拼裝灌漿套筒連接(4)鋼筋焊接或搭接并采用濕接縫:預(yù)制拼裝橋墩預(yù)先伸出一定數(shù)量的鋼筋以便與相鄰構(gòu)件預(yù)留鋼筋搭接，需設(shè)臨時(shí)支撐，鋼筋連接部位需通過后澆混凝土(濕接縫)方式連接。采用該構(gòu)造建造橋墩，力學(xué)性能往往與傳統(tǒng)現(xiàn)澆混凝土橋墩類似，但濕接縫的存在會增加施工時(shí)間和現(xiàn)場鋼筋搭接、澆注的作業(yè)量，從快速施工角度考慮，該方案存在較大缺乏，假如達(dá)不到養(yǎng)護(hù)時(shí)間，會大大影響其性能和耐久性。當(dāng)前高架立柱的預(yù)制拼裝方式，根據(jù)國內(nèi)大部分高架預(yù)制拼裝項(xiàng)目的工程實(shí)踐的結(jié)果，主要選用灌漿套筒連接構(gòu)造。采用灌漿套筒連接方式的預(yù)制立柱抗震性能基本與現(xiàn)澆橋墩立柱抗震性能相當(dāng)，可作為預(yù)制橋墩的推薦連接方式。采用灌漿套筒連接方式的快速預(yù)制拼裝技術(shù)在國內(nèi)多個(gè)橋梁工程中已得到成功應(yīng)用，當(dāng)前紹興市正在施行的三條快速路也采用灌漿套筒連接方式，橋墩立柱可根據(jù)長度和重量，整節(jié)或分節(jié)預(yù)制，現(xiàn)場拼裝。3、預(yù)制拼裝與傳統(tǒng)施工工藝技術(shù)綜合比擬本次針對城市高架橋梁常用的構(gòu)造形式預(yù)制裝配式小箱梁(下部構(gòu)造分預(yù)制和現(xiàn)澆兩種施工方式方法)以及上下部均現(xiàn)澆的全現(xiàn)澆大箱梁分別進(jìn)行了工期、造價(jià)及社會效益等方面進(jìn)行了綜合比擬。(1)工期比擬以一聯(lián)330m跨徑的預(yù)制裝配式小箱梁和全現(xiàn)澆大箱梁為例，對下部構(gòu)造采用傳統(tǒng)現(xiàn)澆施工方式方法與預(yù)制拼裝施工方式方法進(jìn)行比擬。表1一聯(lián)330m小箱梁(大箱梁)工期比擬從表1中比擬能夠看出預(yù)制拼裝施工方式方法相對于下部現(xiàn)澆的傳統(tǒng)施工方式方法節(jié)省約1/3的工期(比上下部全現(xiàn)澆的大箱梁則節(jié)省約1/2的工期)。(2)工程造價(jià)比擬由于需要新建預(yù)制場地，購買相應(yīng)設(shè)備，會增加施工的前期投入費(fèi)用，但經(jīng)過測算橋梁長度超過5km左右就能夠收回前期成本。對于江浙地區(qū)地質(zhì)條件來講，對于橋梁長度超過20km的工程的測算結(jié)果表示清楚:預(yù)制拼裝橋梁費(fèi)用指標(biāo)約為6200元/m2，下部現(xiàn)澆的傳統(tǒng)施工方式方法橋梁費(fèi)用指標(biāo)約為5600元/m2，全現(xiàn)澆箱梁費(fèi)用指標(biāo)約為7000元/m2。采用全預(yù)制拼裝的橋梁比傳統(tǒng)下部現(xiàn)澆的施工方式方法高10%，但比上下部全現(xiàn)澆箱梁則節(jié)約費(fèi)用約10%。(3)社會效益和經(jīng)濟(jì)效益比擬預(yù)制拼裝施工橋梁因其具有施工快速、質(zhì)量可靠和耐久、環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，可最大程度地縮短施工周期，減少施工現(xiàn)場用工量(約50%)，降低了城市建設(shè)對交通和市民生活造成的干擾，減少對大氣環(huán)境和道路交通的影響，很大程度上解決了揚(yáng)塵治理問題?，F(xiàn)場作業(yè)時(shí)間比現(xiàn)澆施工明顯縮短，施工對地面道路交通的影響顯著減小。即使在現(xiàn)場拼裝期間，經(jīng)過恰當(dāng)?shù)慕M織，橋梁投影面內(nèi)一定區(qū)域仍能夠限時(shí)或全天開放交通。拼裝施工中現(xiàn)澆混凝土很少，不會產(chǎn)生大量灰塵、污水和噪音，對城市環(huán)