橋梁預制拼裝的設計施工及其優(yōu)勢分析,道路橋梁與渡河工程論文

橋梁預制拼裝的設計施工及其優(yōu)勢分析,道路橋梁與渡河工程論文摘要：在城市高架橋梁設計中，預制拼裝技術施工速度快、施工期對周圍交通及環(huán)境干擾少、經(jīng)濟效益顯著。結合工程實例，介紹了城市高架設計中預制拼裝技術方案及施工工藝，并進行經(jīng)濟效益分析。本文關鍵詞語：城市高架橋梁;預制拼裝;無支架施工;施工工期;工程造價;Abstract：Inthedesignofurbanviaduct,theconstructionspeedofprefabricationandassemblytechnologyisfast,theinterferenceofconstructionperiodtothesurroundingtrafficandenvironmentisless,andtheeconomicbenefitsareremarkable.Combinedwiththeengineeringproject,thetechnicalschemeandconstructiontechnologyofprefabricationandassemblyinthedesignofurbanviaductareintroduced,andtheeconomicbenefitsareanalyzed.Keyword：Urbanviaduct;Prefabricationandassembly;Constructionwithoutsupport;Constructionperiod;Projectcost;近十年來，城市橋梁建設進入飛速發(fā)展時期，城市高架橋梁采用工廠預制、現(xiàn)場安裝的預制拼裝施工技術無疑比傳統(tǒng)的現(xiàn)澆更能加快工程進度，減少現(xiàn)場操作時間。預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)場的空間和時間，不必長時間地關閉交通和繞道。預制拼裝技術已在上海嘉閔高架、S7公路等多個項目成功應用，標志著預制拼裝技術在高架橋梁領域的成熟應用，近年來已逐步在全國推廣應用，在浙江省內(nèi)如紹興、寧波等城市高架快速路也進行了大規(guī)模的應用實踐。1、橋梁預制拼裝的優(yōu)點預制拼裝技術在城市高架上應用有下面優(yōu)點:(1)工廠化生產(chǎn)的橋梁構件質(zhì)量好于現(xiàn)場澆筑的構件。(2)由專用設備進行現(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間高空作業(yè)，減少施工危險。(4)顯著減少現(xiàn)場作業(yè)需要人工。(5)當橋梁工程規(guī)模大，施工機械成本和預制生產(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用也呈快速上升趨勢，所有這些因素都對預制節(jié)段拼裝技術在城市橋梁建設中的應用與推廣起到了決定性的作用。2、預制拼裝設計方案及施工重點城市高架設計中采用預制拼裝施工技術，從下部構造立柱、蓋梁，再到上部構造小箱梁均可采用工廠標準化預制，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、上部構造預制方案上部構造可采用的構造形式有節(jié)段預制拼裝大箱梁，預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制裝配式小箱梁。小箱梁制作、運輸方便快速?？刹捎霉S預制，30m跨徑的單榀預制小箱梁重約106t，可采用重載車頭拖掛前后分離的多軸液壓平板車進行一般路段運輸(見圖1);而對于無法運梁的路段，則可采用梁上運梁的方式喂梁(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、蓋梁預制拼裝方案大部分城市高架主線(6車道)標準斷面寬度約27m左右，部分橋面變寬部分需采用門架式蓋梁。針對標準段的蓋梁，可適用的預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)采用整體預制吊裝(見圖3)，主線標準蓋梁吊重在240t左右。一次性整體吊裝效率高，現(xiàn)場無需搭設臨時支承，施工速度快，但需要對構件的線路運輸，吊裝設備要求較高。圖3蓋梁整體預制吊裝(2)為方便施工定位，降低吊裝難度，將蓋梁整體分為2個預制吊裝節(jié)段和1個后澆帶(見圖4)。蓋梁分節(jié)段預制，兩節(jié)段之間預留1.5m左右現(xiàn)澆段，每節(jié)蓋梁外側端部設置臨時支承，待兩階段安裝就位后，進行現(xiàn)澆段施工，最后進行預應力張拉施工。圖4蓋梁分兩節(jié)預制安裝(3)為實現(xiàn)真正的預制拼裝蓋梁，可將蓋梁整體分為3個預制吊裝節(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)預制安裝當前紹興市正在施行的二環(huán)北路等三條快速路的工程中，由于主線高架標準段橋面寬度達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個預制吊裝節(jié)段和1個后澆帶的拼裝方式。2.3、立柱預制拼裝方案當前國內(nèi)外橋梁下部構造的預制拼裝連接方式主要有粘結后張預應力筋連接構造、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)有粘結后張預應力筋連接構造:該方式往往配合砂漿墊層或環(huán)氧膠接縫構造實現(xiàn)節(jié)段預制橋墩的建造，預應力筋可采用鋼絞線或精軋螺紋鋼等高強鋼筋。該構造特點是預應力筋通過接縫，實際工程應用較多，設計理論和計算分析以及施工技術經(jīng)歷體驗成熟;缺乏是墩身造價相對傳統(tǒng)現(xiàn)澆混凝土橋墩要高很多，同時現(xiàn)場施工需對預應力筋進行張拉、灌漿等操作，施工工藝復雜，施工時間較長。(2)灌漿套筒連接(見圖6):預制墩身節(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)氧膠接縫構造。(3)灌漿金屬波紋管連接:該連接構造常用于墩身與承臺或墩身與蓋梁的連接，預制墩身通過預埋于蓋梁或承臺內(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)氧膠接縫構造。該構造現(xiàn)場施工時間短，但需要知足縱筋足夠的錨固長度，其力學性能與傳統(tǒng)現(xiàn)澆混凝土橋墩類似。當前國外已有少數(shù)橋梁使用這種連接構造進行施工，地震高危險區(qū)域內(nèi)應用較少，其抗震性能怎樣當前仍在研究中。圖6立樁預制拼裝灌漿套筒連接(4)鋼筋焊接或搭接并采用濕接縫:預制拼裝橋墩預先伸出一定數(shù)量的鋼筋以便與相鄰構件預留鋼筋搭接，需設臨時支撐，鋼筋連接部位需通過后澆混凝土(濕接縫)方式連接。采用該構造建造橋墩，力學性能往往與傳統(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，假如達不到養(yǎng)護時間，會大大影響其性能和耐久性。當前高架立柱的預制拼裝方式，根據(jù)國內(nèi)大部分高架預制拼裝項目的工程實踐的結果，主要選用灌漿套筒連接構造。采用灌漿套筒連接方式的預制立柱抗震性能基本與現(xiàn)澆橋墩立柱抗震性能相當，可作為預制橋墩的推薦連接方式。采用灌漿套筒連接方式的快速預制拼裝技術在國內(nèi)多個橋梁工程中已得到成功應用，當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)預制，現(xiàn)場拼裝。3、預制拼裝與傳統(tǒng)施工工藝技術綜合比擬本次針對城市高架橋梁常用的構造形式預制裝配式小箱梁(下部構造分預制和現(xiàn)澆兩種施工方式方法)以及上下部均現(xiàn)澆的全現(xiàn)澆大箱梁分別進行了工期、造價及社會效益等方面進行了綜合比擬。(1)工期比擬以一聯(lián)330m跨徑的預制裝配式小箱梁和全現(xiàn)澆大箱梁為例，對下部構造采用傳統(tǒng)現(xiàn)澆施工方式方法與預制拼裝施工方式方法進行比擬。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)工程造價比擬由于需要新建預制場地，購買相應設備，會增加施工的前期投入費用，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的工程的測算結果表示清楚:預制拼裝橋梁費用指標約為6200元/m2，下部現(xiàn)澆的傳統(tǒng)施工方式方法橋梁費用指標約為5600元/m2，全現(xiàn)澆箱梁費用指標約為7000元/m2。采用全預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)約費用約10%。(3)社會效益和經(jīng)濟效益比擬預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，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塵治理問題?，F(xiàn)場作業(yè)時間比現(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?shù)慕M織，橋梁投影面內(nèi)一定區(qū)域仍能夠限時或全天開放交通。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)