論文-1節(jié)段橋梁技術(shù)在城市立交橋的應(yīng)用.doc

節(jié)段橋梁技術(shù)在重慶市新牌坊立交橋中的應(yīng)用楊壽忠 陳明華 李斌 張?zhí)煸S重慶城建集團(tuán)重慶橋梁工程總公司摘 要 本文通過對國內(nèi)外節(jié)段橋梁技術(shù)的發(fā)展情況，對節(jié)段橋梁設(shè)計、施工、預(yù)制生產(chǎn)等方面進(jìn)行介紹，以重慶市新牌坊立交橋改造工程節(jié)段橋梁技術(shù)的應(yīng)用為背景，對節(jié)段橋梁技術(shù)在國內(nèi)的推廣中主要問題和應(yīng)用前景進(jìn)行分析。關(guān)鍵詞 節(jié)段橋梁 設(shè)計 施工 研究 推廣1. 節(jié)段橋梁技術(shù)概述節(jié)段橋梁技術(shù)是指將橋梁主體結(jié)構(gòu)劃分成很多個節(jié)段，在工廠（或預(yù)制場）預(yù)制好，然后安裝、連接成整體的一種橋梁設(shè)計、施工技術(shù)。橋梁節(jié)段的劃分可以采取縱向分段和橫向分段，我們常見的架橋機(jī)架設(shè)簡支T梁、空心板梁等，均可視為對橋梁的縱向分段，一般利用現(xiàn)澆濕接縫進(jìn)行橫向連接。懸索橋的鋼箱梁拼裝可看作是橫向分段的節(jié)段拼裝方式，鋼節(jié)段之間采用焊接或栓接方式形成整體。箱板拱橋的多節(jié)段吊裝則可以看作是縱向、橫向分段的結(jié)合。無論是拱橋、懸索橋還是簡支T梁的節(jié)段拼裝，在國內(nèi)都很常見，而一般作為新技術(shù)而言，節(jié)段橋梁技術(shù)主要是指預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁采用橫向分段、工廠化制作、現(xiàn)場機(jī)械化安裝的一種設(shè)計、施工技術(shù)。國外，預(yù)應(yīng)力混凝土節(jié)段橋梁技術(shù)在連續(xù)剛構(gòu)橋、斜拉橋、連續(xù)梁橋、簡支梁橋等橋型上均大量應(yīng)用，特別是以100m以下的連續(xù)箱梁為多。設(shè)計上，橋梁節(jié)段間連接縫構(gòu)造處理，一般均設(shè)置了接合鍵，以傳遞剪力。接合鍵按材料可分為混凝土鍵、鋼鍵，按數(shù)量可分為單鍵和多鍵，從形狀上可分為梯形鍵和波形鍵等，接合鍵的選擇與預(yù)應(yīng)力的布置方法有很大關(guān)系。接縫類型包括水泥砂漿接縫、混凝土接縫、環(huán)氧樹脂粘結(jié)層接縫等，出于防銹和加快施工速度的考慮，接縫常采用環(huán)氧樹脂粘結(jié)層接縫。預(yù)應(yīng)力多采用體外預(yù)應(yīng)力體系。預(yù)應(yīng)力混凝土節(jié)段橋梁在工廠或預(yù)制場生產(chǎn)，一般采用短線密貼鑲合匹配澆筑法，即短線法。短線法為逐節(jié)段預(yù)制，每一節(jié)段與上一節(jié)段端面密貼澆筑，澆筑完成后，將上一節(jié)段拉開。整個預(yù)制場地只有待澆節(jié)段和上一節(jié)段兩個節(jié)段，節(jié)省預(yù)制場地、預(yù)制速度快，但對模板要求高，模板要求各個部位均可采用液壓系統(tǒng)進(jìn)行微調(diào)。每一節(jié)段外形尺寸如控制不好，累積誤差可能會影響梁體整體外觀、線型。相對應(yīng)，采用長線密貼法一般要準(zhǔn)備整根梁的預(yù)制場地，占地寬，但模板系統(tǒng)要求不高，外觀、線型較容易控制。預(yù)應(yīng)力混凝土節(jié)段橋梁的架設(shè)方法多種多樣，主要有：、平衡懸臂施工法，如常見的連續(xù)剛構(gòu)、斜拉橋、連續(xù)梁橋連成整體，再整跨安裝，安裝好一跨后再架設(shè)下一跨，逐跨前進(jìn)；、前進(jìn)施工法，與平衡懸臂不同的是，前進(jìn)施工法是從橋的一端向另一端逐節(jié)段懸臂施工，靠已架跨重量來平衡懸拼節(jié)段，對于等截面連續(xù)梁，為減少懸臂拼裝的懸臂長度，可以在待架設(shè)的跨中設(shè)一個臨時支墩，以改善受力狀況；、頂推施工法，該方法在橋墩臺后方設(shè)液壓千斤頂，將預(yù)制梁逐節(jié)段向前頂推到位。頂推法一般在第一塊橋梁節(jié)段前端設(shè)置導(dǎo)梁，以減少梁體施工過程中的彎矩。預(yù)應(yīng)力混凝土節(jié)段橋梁技術(shù)的主要優(yōu)點(diǎn)有：節(jié)段梁工廠化制作可以節(jié)省大量的施工支架、型鋼和模板，減少了混凝土的后期收縮，混凝土質(zhì)量容易得到保證，可利用大型機(jī)械，人工耗費(fèi)少，由于節(jié)段預(yù)制與下部施工可同時進(jìn)行，節(jié)約工期，現(xiàn)場無支架施工，可以減少城市橋梁施工對交通的影響，不在現(xiàn)場澆筑大量的混凝土，可以減少對環(huán)境和居民的影響。特別適合于城市橋梁中高橋或橋下有特殊障礙物的情況。正是由于節(jié)段橋梁這些優(yōu)點(diǎn)，隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，國內(nèi)有很多大城市在城市立交橋上，加快了引入節(jié)段橋梁技術(shù)的步伐。2.節(jié)段橋梁技術(shù)在國際、國內(nèi)的應(yīng)用和研究情況21國外節(jié)段橋梁技術(shù)的應(yīng)用節(jié)段橋梁技術(shù)自上世紀(jì)七十年代問世以來發(fā)展迅速，在美洲、歐洲、東南亞的泰國、新加坡、香港、孟加拉等國的城市立交和輕軌建設(shè)中應(yīng)用廣泛，在節(jié)段橋梁的設(shè)計、施工等方面都有了一些成熟的規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)，如美國AASHTO節(jié)塊拼裝施工規(guī)范，歐洲FIP環(huán)氧樹脂施工標(biāo)準(zhǔn)等。這里有兩個比較典型的例子：211 香港紅磡繞道與公主道連接路該項工程在原設(shè)計基礎(chǔ)上，通過優(yōu)化設(shè)計，特別采用全預(yù)制節(jié)段方法建造，在擠迫及繁忙的主要道路上施工，將對交通影響減至最低，其預(yù)制節(jié)段技術(shù)為中國橋梁建筑的首次采用，該工程于1999年建成，并獲得香港工程師學(xué)會結(jié)構(gòu)部暨英國結(jié)構(gòu)工程師學(xué)會獎狀、第三屆詹天佑土木工程獎。圖1 香港紅磡繞道與公主道連接路212 美國卡羅萊納州國家公園風(fēng)景區(qū)內(nèi)的Linn Cove橋。該橋位于美國卡羅萊納州國家公園風(fēng)景區(qū)內(nèi)，出于環(huán)境保護(hù)的特殊要求，橋墩、箱梁均采用了節(jié)段拼裝技術(shù)，采用前進(jìn)法施工，將對環(huán)境的影響減少到最小。該橋采取前進(jìn)法施工（逐節(jié)段懸臂拼裝），前進(jìn)到每跨跨中時設(shè)置一個臨時墩，以減小懸臂拼裝時梁體產(chǎn)生的負(fù)彎矩。這兩座橋梁可以代表兩種迫切需要采用節(jié)段橋梁技術(shù)的典型例子，在繁華的城市立交改造工程中和重要風(fēng)景區(qū)，由于橋梁下方都受到特殊限制，此時采用節(jié)段橋梁技術(shù)更有它特殊的價值，所以這兩座橋均有較高的聲譽(yù)。圖2 美國卡羅萊納州國家公園風(fēng)景區(qū)內(nèi)的Linn Cove橋22國內(nèi)節(jié)段橋梁技術(shù)的應(yīng)用預(yù)應(yīng)力混凝土節(jié)段橋梁在國外運(yùn)用較多，但在國內(nèi)應(yīng)用較少，目前國內(nèi)已建成的有上海新瀏河橋、滬閔高架橋、北京四豐立交1號匝道橋。上海嘉瀏公路新瀏河大橋全長412m，其中主橋段分342m，采用節(jié)段預(yù)制拼裝工藝。每跨箱梁劃分為13個節(jié)段，分為標(biāo)準(zhǔn)塊、端塊和轉(zhuǎn)向塊三種。箱梁斷面為單箱單室結(jié)構(gòu)，每個節(jié)段重約38t?？紤]本工程箱梁節(jié)段數(shù)量較少，同時又是第一次施工缺少經(jīng)驗，施工誤差的積累可能會影響到箱梁的整體外觀，該橋節(jié)段預(yù)制采用長線密接法施工工藝。該橋采用架橋機(jī)逐跨施工，整機(jī)總重230噸，最大吊掛重量450噸，主梁全長72米，共有前、中、后三條支腿，前支腿和后支腿固定于箱梁的兩端預(yù)埋件處，是主要的承重結(jié)構(gòu)，而中支腿在架橋機(jī)行走時起臨時支撐的作用。該橋于2001年11月竣工，編制了嘉瀏二期新瀏河大橋節(jié)段預(yù)制拼裝簡支梁施工及驗收規(guī)程（編號S2-17-2002）。滬閔高架二期工程與新瀏河大橋相似，于2003年底完工，該工程形成了混凝土節(jié)段梁預(yù)制拼裝及驗收指南。北京四豐立交1號匝道橋建成后成為國內(nèi)第三座采用橋梁預(yù)制階段拼裝技術(shù)的橋梁。該橋平面曲線半徑為400m，跨徑36m，是國內(nèi)首次使用架橋機(jī)進(jìn)行彎、坡、斜預(yù)制節(jié)塊架設(shè)的橋梁。此工程使用的LG-900架橋機(jī)最大工作跨徑50米，可架設(shè)最小曲線半徑為145米的橋梁，其設(shè)備工作能力在國內(nèi)最高，在國際上處于領(lǐng)先水平。此工程還在國內(nèi)首次使用短線預(yù)制法進(jìn)行曲線橋梁的節(jié)塊預(yù)制。該橋2004年年初開工，于2005年11月完工。另外江蘇省蘇通大橋引橋、廣東快速軌道交通線等項目也運(yùn)用了節(jié)段橋梁技術(shù)，現(xiàn)正在建設(shè)中。從國內(nèi)節(jié)段橋梁技術(shù)的應(yīng)用來看，節(jié)段橋梁技術(shù)的應(yīng)用還是一個初級階段，從設(shè)計上來說，主要是40m左右的連續(xù)梁或簡支梁，長線法、短線法預(yù)制均有采用，而施工則都采用了架橋機(jī)逐跨架設(shè)。國內(nèi)相應(yīng)的設(shè)計、施工規(guī)范還比較缺乏，施工工藝、設(shè)備以及設(shè)計、施工、監(jiān)控等各方面人才與國外相比都還有一定的差距。23 節(jié)段橋梁技術(shù)在國內(nèi)發(fā)展的疑問節(jié)段橋梁的發(fā)展是不均衡的，在日本，自1965年到90年代，基本上每年都有一座節(jié)段橋梁，70年代中期達(dá)到高峰，而80年代又不太采用節(jié)段橋梁，90年代又出現(xiàn)流行的傾向。改革開放以來，國外的先進(jìn)技術(shù)也源源不斷地進(jìn)入到國內(nèi)，特別是伴隨信息技術(shù)的飛速發(fā)展，國外技術(shù)的引入更快，在各行業(yè)與國外的技術(shù)差距也在迅速縮小。關(guān)于節(jié)段橋梁，在學(xué)術(shù)界譯文、論文也有很多，但為什么這項技術(shù)在國內(nèi)發(fā)展如此之慢呢？究竟什么問題阻礙節(jié)段橋梁技術(shù)的發(fā)展呢？我們又該如何去發(fā)展節(jié)段橋梁技術(shù)呢？3.節(jié)段橋梁技術(shù)發(fā)展的主要問題31 技術(shù)上的問題節(jié)段橋梁從結(jié)構(gòu)受力方面來說，無論節(jié)段間接縫有無粘接，與整體制造的梁相比，它們的剪切強(qiáng)度約小20%。對接縫部分的設(shè)計，現(xiàn)有的混凝土標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范中，很少做出具體的設(shè)計方法的規(guī)定，在日本公路橋設(shè)計規(guī)范中，對節(jié)段橋梁的設(shè)計前提是作為沒有接縫的整體結(jié)構(gòu)來考慮，即要求在極限狀態(tài)下要求不產(chǎn)生拉力，對各種荷載組合、架設(shè)狀態(tài)等做了一些規(guī)定，但還有不明確的部分。在定量地評價節(jié)段橋梁的受力行為方面、剪力鍵形狀、數(shù)量以及預(yù)應(yīng)力因素對抗剪的作用方面、定量地反應(yīng)節(jié)段橋梁高質(zhì)量和施工合理方面還比較困難。國內(nèi)相應(yīng)設(shè)計、施工規(guī)范還不完備，經(jīng)驗較少。32 工廠化制作的問題工廠化制作主要涉及的是投資預(yù)制工廠的回報問題。節(jié)段橋預(yù)制工廠設(shè)備一次性投入大，預(yù)制場、養(yǎng)護(hù)室、存梁場、龍門桁車、小平車、工廠化的預(yù)制模板（包括能夠自動脫模的內(nèi)、側(cè)模和自動找平的底模），這些需要專業(yè)的廠家進(jìn)行設(shè)計、制造，要求高、通用性較差，每套模板是針對本次施工節(jié)段的長度和橫斷面，如果在以后的施工中運(yùn)用，還需對模板進(jìn)行重新改造，所以如果節(jié)段橋梁本身規(guī)模不大，且以后當(dāng)?shù)亟煌肪W(wǎng)和節(jié)段橋梁規(guī)劃也不多的話，將很難收回投資。33 運(yùn)輸上的問題節(jié)段橋梁一般也有40t左右，需要大型拖車或船只運(yùn)到現(xiàn)場。當(dāng)項目有與橋梁平行的街道方便拖車運(yùn)輸或有水運(yùn)條件時，運(yùn)輸就比較方便。但國內(nèi)很多城市的路網(wǎng)還不發(fā)達(dá)，施工時需要對運(yùn)輸條件進(jìn)行評價，否則費(fèi)用會較高。在美國，如果橋位方便運(yùn)輸，其造價可能只有40美元/平方英尺，而在運(yùn)輸不便處，架設(shè)幾跨的長跨橋，造價可能高達(dá)300美元/平方英尺。34 安裝上的問題安裝問題主要是安裝設(shè)備，從國內(nèi)修建的橋來看，都采用了橋架機(jī)逐跨架設(shè)，這種架橋機(jī)類似于一般的簡支T梁逐片、逐孔架設(shè)，但是，單片T梁50m也只有百多噸，單跨50m的節(jié)段梁總重可能近千噸，所以這種架橋機(jī)是大型的、專用的設(shè)備，國內(nèi)很少，廣東正在施工的兩座架橋機(jī)造價高達(dá)2000萬5000萬元，在全世界，該類設(shè)備也比較少，屬于世界先進(jìn)水平。當(dāng)然，如果運(yùn)輸條件好，比如在寬闊的江面、湖面上的橋，每一節(jié)段都能從正下方起吊，那么安裝設(shè)備可以采用浮吊配合移動模架，或者利用國內(nèi)非常流行的懸臂施工掛籃直接在船上起吊，安裝則相對比較簡單。35 其它因素在社會發(fā)展進(jìn)程中，國外公路發(fā)展較為完備，設(shè)備先進(jìn)，勞動力資源缺乏，同時有很多橋梁是在現(xiàn)有的路網(wǎng)上增加的。相對應(yīng)國內(nèi)公路系統(tǒng)處于規(guī)劃、發(fā)展期，設(shè)備還相對落后，勞動力資源豐富，新建的公路規(guī)劃能夠滿足相當(dāng)一段時期的需求，在現(xiàn)有路網(wǎng)上的復(fù)雜的立交橋梁改造相對較少，而且很多橋梁均可以采用常規(guī)手段完成，相對而言對節(jié)段橋梁技術(shù)需求迫切性不強(qiáng)，導(dǎo)致節(jié)段橋梁技術(shù)在國內(nèi)發(fā)展相對較慢。4.節(jié)段橋梁技術(shù)的發(fā)展前景隨著國內(nèi)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，現(xiàn)有路網(wǎng)逐漸不能滿足交通的要求，對現(xiàn)有路網(wǎng)的立體改造將越來越多，隨著對環(huán)境保護(hù)的意識增強(qiáng)，也可能出現(xiàn)類似于Linn Cove橋的環(huán)境要求，因此對節(jié)段橋梁技術(shù)的需求會越來越強(qiáng)烈。另外，隨時機(jī)械化、工廠化的推廣以及人工成本的上漲，節(jié)段橋梁技術(shù)的造價相對而言也越來越低，加上節(jié)段橋梁技術(shù)原有優(yōu)勢，將會有廣闊的前景。對于現(xiàn)階段，國內(nèi)節(jié)段橋梁的發(fā)展還處于初期，在適合于建節(jié)段橋梁的地方，可以大力發(fā)展推廣，特別是經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)區(qū)和水陸運(yùn)輸方便的地區(qū)，在其它地區(qū)，可以針對以后的橋梁規(guī)劃、發(fā)展，選擇合適的項目，小規(guī)模地使用節(jié)段橋梁技術(shù)，并對設(shè)計、施工進(jìn)行針對性的優(yōu)化，可以達(dá)到較好的效果。隨著節(jié)段橋梁技術(shù)應(yīng)用增多，其設(shè)計、施工各方面也應(yīng)進(jìn)一步發(fā)展，比如定量的確定節(jié)段橋梁收縮系數(shù)減少帶來的好處、定量確定剪力鍵的設(shè)計等，將有利于進(jìn)一步的理解和掌握節(jié)段橋梁技術(shù)。5.節(jié)段橋梁技術(shù)在新牌坊立交橋改造工程的應(yīng)用重慶新牌坊立交橋改造工程是重慶市第一座采用節(jié)段橋梁技術(shù)的城市立交橋，由重慶城建集團(tuán)擔(dān)任代理業(yè)主，林同炎國際（重慶）公司設(shè)計，現(xiàn)已進(jìn)入初步設(shè)計階段。新牌坊立交橋原為兩座上跨橋跨一條下穿道，上跨部分形成一個平交轉(zhuǎn)盤，保持五個方向的互通，立交四周高樓林立，該立交僅機(jī)場紅旗河溝方向通過下穿可以不受任何影響，其它幾個方向交通均通過轉(zhuǎn)盤通行，隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展，交通擁堵嚴(yán)重，為此政府?dāng)M對其進(jìn)行立交改造，增加上跨橋梁。該立交橋工程改造設(shè)計平面圖如下：圖3 重慶新牌坊立交橋改造工程該工程屬城市立交改造工程，經(jīng)過多次研究，決定采用節(jié)段橋梁技術(shù)。利用節(jié)段橋梁技術(shù)可以更好地解決交通、環(huán)境、擾民等問題，同時可作為節(jié)段橋梁技術(shù)在重慶的試點(diǎn)，學(xué)習(xí)研究節(jié)段橋梁技術(shù)，以節(jié)段橋梁技術(shù)在重慶市的發(fā)展積累經(jīng)驗，并增加重慶橋梁的多樣化。該工程規(guī)模不大，相應(yīng)的經(jīng)濟(jì)、技術(shù)風(fēng)險也不大，通過設(shè)計、施工的優(yōu)化選擇，可以達(dá)到控制造價和控制技術(shù)風(fēng)險的目的。比如，施工中不選用大型架橋機(jī)進(jìn)行安裝，而采用逐跨架設(shè)法和前進(jìn)法施工相結(jié)合，逐節(jié)段懸拼，架橋機(jī)僅作為懸臂拼裝工具，起吊重量可只承擔(dān)12個節(jié)段重量，使用普通架橋機(jī)即可滿足要求。這種方法可節(jié)省上千萬的架橋設(shè)備，設(shè)計可以借鑒Linn Cove橋，在每跨跨中設(shè)計臨時支撐墩來改善結(jié)構(gòu)施工受力條件，減少施工時梁體的負(fù)彎矩。施工中采用其它可行的措施來替代架橋機(jī)設(shè)備，或者租賃也是一種節(jié)省設(shè)備投資的辦法。對控制技術(shù)風(fēng)險來說，本橋是一座彎坡橋，在重慶又是第一次建設(shè)，如采用長線法預(yù)制，更容易滿足整體外觀要求，安裝精度容易保證，能夠有效的控制技術(shù)風(fēng)險，同時模板要求不高，一次性投入相對較少。但是短線法節(jié)約占地少，機(jī)械化程度高，技術(shù)含量高，如只會長線法，短線法還要重新學(xué)習(xí)。如果節(jié)梁橋梁在重慶發(fā)展前景良好，那么使用短線法預(yù)制和直接投資購買大型架橋機(jī)可以更好地掌握節(jié)段橋梁的技術(shù)，并且前期投入也會在后續(xù)工程中收回，還可能成為利潤的增長點(diǎn)。本項目詳細(xì)的設(shè)計、預(yù)制、安裝方案還在研究之中，預(yù)計在2006年中動工，2007年竣工。由于節(jié)段橋梁的設(shè)計、預(yù)制、安裝方法緊密相關(guān)，不同的施工方法其設(shè)計相差非常大，所以代理業(yè)主、設(shè)計、施工、監(jiān)控等參建各方必須共同努力協(xié)作，結(jié)合本地區(qū)的特點(diǎn)，合理設(shè)計、施工，才能充分利用節(jié)段橋梁的優(yōu)勢，不僅可以在投資上滿足要求，更可以發(fā)展、推廣節(jié)段橋梁技術(shù)，讓重慶橋梁多樣化，為橋都重慶注入新的活力。6.結(jié)束語本文主要收集了一些節(jié)段橋梁方面的資