全預(yù)制裝配式橋梁

一、研究的背景和意義隨著我國現(xiàn)代化城市建設(shè)的加速推進(jìn)，城市建設(shè)中產(chǎn)生的環(huán)境問題日益受到人們的關(guān)注，城市居民對(duì)降低市政施工對(duì)日常生活影響的要求與日俱增。而全預(yù)制裝配式橋梁技術(shù)為城市橋梁建設(shè)過程中帶來的上述問題提供了合理的解決方案。全預(yù)制裝配式橋梁的優(yōu)點(diǎn)主要有：1）環(huán)境污染少。橋梁主要構(gòu)件均在預(yù)制廠生產(chǎn)，現(xiàn)場施工量小，大大減少了由于現(xiàn)場施工產(chǎn)生的建筑垃圾、粉塵、噪音等污染問題。2）對(duì)交通影響小。現(xiàn)場施工量小，施工支架少，對(duì)交通影響小。3）施工工期短。各構(gòu)件可在工廠同步預(yù)制生產(chǎn)，極大縮短施工工期。4）施工質(zhì)量易保證。預(yù)制構(gòu)件標(biāo)準(zhǔn)化程度高，混凝土養(yǎng)護(hù)條件好，構(gòu)件質(zhì)量能夠保證。5）安全性高。高空作業(yè)少，施工支架少，減少施工安全隱患。6）受氣候影響小。各構(gòu)件在工廠生產(chǎn)、養(yǎng)護(hù)，僅拼裝在現(xiàn)場進(jìn)行，氣候因素對(duì)施工影響小。7）勞動(dòng)力投入低。標(biāo)準(zhǔn)化程度高，現(xiàn)場施工量小，有效降低勞力成本。橋梁構(gòu)件預(yù)制化是現(xiàn)代化城市建設(shè)的趨勢，也是城市建設(shè)低碳化的必經(jīng)之路。隨著公眾對(duì)環(huán)境問題的重視，城市居民對(duì)降低市政施工對(duì)日常生活影響的需求與日俱增，解決當(dāng)前城市建設(shè)中高能耗、高污染等問題迫在眉睫。在目前的經(jīng)濟(jì)增長模式下，我國自然資源支持體系已經(jīng)無法持續(xù)發(fā)揮有效作用。我國能源的消耗率是日本的11.5倍，法國的7.4倍，美國的4.3倍。人均資源量少，各類主要自然資源的人均占有量水平都低于世界平均水平。城市發(fā)展策略應(yīng)當(dāng)走科技含量高、資源消耗低、環(huán)境污染少以及充分發(fā)揮人力資源優(yōu)勢的新型工業(yè)化道路。橋梁預(yù)制拼裝技術(shù)的特點(diǎn)正好適合我國城市發(fā)展的需要，其綠色、低碳、安全、快速的特點(diǎn)，為當(dāng)前城市橋梁建設(shè)中存在的問題提供了合理的解決方案。近年來，寧波的城市建設(shè)也發(fā)生了日新月異的變化。隨著杭州灣跨海大橋、舟山連島工程的通車，火車南站樞紐的運(yùn)營，城市軌道一號(hào)線一期的開通，軌道一號(hào)線二期、二號(hào)線的相繼開工，滬杭甬鐵路客運(yùn)專線的啟動(dòng)，加上市域“一環(huán)六射”高速公路主骨架的基本建成，海、空港綜合樞紐的逐步形成，寧波已進(jìn)入大規(guī)模交通發(fā)展階段。寧波市機(jī)場快速路已全線通車，南、北外環(huán)快速路也即將開通，即將實(shí)施的有北環(huán)東路快速化改造工程、東苑立交快速化改造工程、東外環(huán)路快速化改造工程，遠(yuǎn)期規(guī)劃的有世紀(jì)大道快速路工程、通途路快速路工程等，大量的城市內(nèi)立交和高架橋工程將相繼實(shí)施。為了最大限度的減少立交、高架橋梁建設(shè)中產(chǎn)生的污染，盡可能的避免橋梁施工對(duì)城市交通、市民生活造成的干擾，預(yù)制裝配式橋梁不失為一個(gè)很好的選擇。東外環(huán)路快速化改造工程將成為寧波市首個(gè)采用全預(yù)制裝配式技術(shù)的城市高架橋梁，將在主線和匝道分別取一聯(lián)并采用全預(yù)制裝配式技術(shù)施工，其戰(zhàn)略意義重大，為往后工程的實(shí)施奠定基礎(chǔ)。在城市橋梁施工期間，為了減少污染，確保居民正常出行，并方便施工，針對(duì)性的節(jié)點(diǎn)拼裝方案尤其重要。合理的拼裝方式，不但可以方便施工，節(jié)約工程造價(jià)，還可以最大限度的縮短施工工期，真正實(shí)現(xiàn)快速化施工。所以，趁東外環(huán)改造的機(jī)會(huì)，針對(duì)施工場地狹小，交通條件復(fù)雜，全預(yù)制裝配式橋梁技術(shù)的研究將具有重要的指導(dǎo)意義。二、研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢橋梁結(jié)構(gòu)的主要構(gòu)件有樁基、承臺(tái)、立柱、蓋梁、主梁和防撞護(hù)欄。承臺(tái)由于體積小、重量大，若采用預(yù)制方式，運(yùn)輸較為困難，且承臺(tái)一般位于綠化帶中，現(xiàn)澆施工對(duì)交通不會(huì)造成影響，故推薦采用現(xiàn)澆方式。在我國，橋梁上部主梁的預(yù)制拼裝技術(shù)已經(jīng)比較成熟，比如先簡支后連續(xù)小箱梁，已大量應(yīng)用于城市高架橋梁的建設(shè)中，而對(duì)于下部結(jié)構(gòu)特別是立柱及蓋梁的預(yù)制拼裝技術(shù)的研究和應(yīng)用仍然較少。1、樁基預(yù)制樁基礎(chǔ)主要有預(yù)應(yīng)力管樁和靜鉆根植樁兩種類型。預(yù)應(yīng)力管樁即通過施加預(yù)應(yīng)力使樁自身強(qiáng)度增強(qiáng)，并通過錘擊或靜壓方式打入土中，其單樁承載力較高，且打入式樁基無泥漿排放，較為環(huán)保。但由于擠土效應(yīng)的存在，預(yù)應(yīng)力管樁的缺點(diǎn)亦十分明顯：對(duì)周圍建筑物或地下管線存在影響，要求邊樁到相鄰建筑物的間距較大；莊中心間距較大，加大承臺(tái)工程量；在地下障礙物或孤石較多的場地難以施工。靜鉆根植樁與傳統(tǒng)樁基相比，其新穎之處在于采用鉆孔后依靠樁身自重將預(yù)制樁埋入樁孔，并對(duì)樁端、樁周進(jìn)行注漿，兼?zhèn)淞似渌愋蜆痘奶攸c(diǎn)。靜鉆根植樁的主要優(yōu)點(diǎn)有適用于各種地質(zhì)條件，適應(yīng)性強(qiáng)；采用預(yù)鉆孔植樁，無擠土效應(yīng)，有效避免了對(duì)周圍建筑物及樁自身的損失；利用樁自重埋入樁孔，施工簡便，且無噪音污染。其不足之處在于需預(yù)先鉆孔，存在泥漿排放，污染環(huán)境。東外環(huán)路位于城市中心地帶，道路兩側(cè)建筑物多、地下管線復(fù)雜，若采用預(yù)應(yīng)力管樁將對(duì)周邊建筑物及地下管線產(chǎn)生較大影響，稍有不慎就會(huì)出現(xiàn)重大安全事故，本次設(shè)計(jì)推薦靜鉆根植樁。2、立柱立柱的預(yù)制拼裝技術(shù)的研究與應(yīng)用仍然較少，目前國內(nèi)已有的預(yù)制拼裝方式主要有以下3類：1）互合式連接，立柱采用分節(jié)段預(yù)制，各立柱節(jié)段間采用互合的連接部件實(shí)現(xiàn)定位與連接，且接縫采用砂漿或環(huán)氧樹脂等干接縫進(jìn)行固定，另外通過施加預(yù)應(yīng)力加強(qiáng)各預(yù)制塊件之間的連接，如圖1所示。通過互合式連接的立柱整體性好，抗震性能好；立柱節(jié)段重量輕，運(yùn)輸及吊裝方便。但互合式連接部件的構(gòu)造較為復(fù)雜，不便于施工。圖1：互合式連接2）承插式連接，立柱采用整體預(yù)制，承臺(tái)澆筑時(shí)在頂面預(yù)留杯口，將預(yù)制立柱插入到承臺(tái)杯口中并現(xiàn)場澆筑墩座，如圖2所示。此法的優(yōu)點(diǎn)有墩身整體預(yù)制，施工縫少，耐久性好；墩座采用現(xiàn)澆，可調(diào)整墩身高度，預(yù)制段立柱標(biāo)準(zhǔn)化程度高。缺點(diǎn)有墩身整體預(yù)制，重量較大，運(yùn)輸和吊裝有難度；墩座采用現(xiàn)澆，影響施工工期。圖2：承插式連接3）套筒連接，立柱采用分節(jié)段預(yù)制，各節(jié)段間采用套筒連接，如圖3所示，各立柱節(jié)段澆筑時(shí)需預(yù)埋套筒和鋼筋。當(dāng)立柱高度較高時(shí)，亦可施加預(yù)應(yīng)力加強(qiáng)立柱整體性。此法的優(yōu)點(diǎn)是構(gòu)造簡單，施工方便；墩底采用現(xiàn)澆，墩身采用節(jié)段預(yù)制，對(duì)立柱高度的變化適應(yīng)性好，預(yù)制段標(biāo)準(zhǔn)化程度高；立柱節(jié)段重量輕，運(yùn)輸和吊裝方便。缺點(diǎn)是套筒和鋼筋需對(duì)應(yīng)預(yù)埋及連接，對(duì)施工精度控制要求高；施工縫多，影響美觀。圖3：套筒連接由于城市中對(duì)大構(gòu)件運(yùn)輸?shù)南拗茥l件較多，且大噸位吊裝設(shè)備進(jìn)場困難，經(jīng)綜合比選，東外環(huán)快速化改造工程推薦采用立柱分節(jié)段預(yù)制的套筒連接方式。另外，由于東外環(huán)高架本身立柱高度較低，無需施工預(yù)應(yīng)力亦能滿足要求，大大方便了施工，降低了工程造價(jià)。3、蓋梁預(yù)制蓋梁有鋼蓋梁和混凝土蓋梁。鋼蓋梁采用工廠整體組裝，現(xiàn)場一次性吊裝的施工方式。鋼蓋梁與墩柱間的連接方式有后澆混凝土連接、焊接和高強(qiáng)螺栓連接，高強(qiáng)螺栓連接施工方便，應(yīng)用更加廣泛。鋼蓋梁的優(yōu)勢在于結(jié)構(gòu)重量輕，運(yùn)輸和吊裝方便；施工支架少，對(duì)交通影響?。皇┕し奖?，工期短。不足之處在于鋼結(jié)構(gòu)對(duì)防腐要求高；鋼蓋梁與其他混凝土結(jié)構(gòu)差異化大，美觀性差。混凝土蓋梁為便于施工需分節(jié)段預(yù)制及吊裝，通過后澆帶及張拉預(yù)應(yīng)力束使其形成整體，如圖4所示?；炷辽w梁與墩柱間的連接采用套筒連接?；炷辽w梁的優(yōu)點(diǎn)是整體美觀性好。缺點(diǎn)是混凝土蓋梁體量大，運(yùn)輸困難，對(duì)吊裝設(shè)備要求高；套筒和鋼筋需對(duì)應(yīng)預(yù)埋及連接，對(duì)施工精度控制要求高；后澆帶的施工影響工期。圖44、主梁主梁結(jié)構(gòu)的預(yù)制拼裝技術(shù)已經(jīng)比較成熟，目前應(yīng)用較多的有節(jié)段預(yù)制懸臂拼裝混凝土箱梁以及先簡支后連續(xù)小箱梁。節(jié)段預(yù)制懸臂拼裝預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁，將大跨徑混凝土箱梁沿順橋向劃分成適當(dāng)長度并預(yù)制城塊件，再將其運(yùn)至現(xiàn)場進(jìn)行拼接安裝，經(jīng)施加預(yù)應(yīng)力后使塊件成為整體。它的優(yōu)點(diǎn)是分塊后節(jié)段的重量輕、尺寸小，運(yùn)輸方便，對(duì)吊裝設(shè)備的要求不高；單次澆筑混凝土量少，質(zhì)量易控制；可大大降低安裝及成橋后混凝土的收縮徐變。缺點(diǎn)有施工工序復(fù)雜，施工工藝要求高，技術(shù)難度大，造價(jià)較高；預(yù)制次數(shù)多，外觀不如整體預(yù)制或現(xiàn)澆法的好，施工縫較多；階段之間以干接縫聯(lián)結(jié)，結(jié)構(gòu)耐久性差。先簡支后連續(xù)小箱梁，將單跨橋梁橫橋梁分為多片標(biāo)準(zhǔn)小箱梁進(jìn)行預(yù)制，再將其吊裝架設(shè)成簡支受力狀態(tài)結(jié)構(gòu)，通過澆筑縱橫向濕接頭及張拉預(yù)應(yīng)力使其成為多跨連續(xù)橋梁結(jié)構(gòu)。它的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單，設(shè)計(jì)、施工經(jīng)驗(yàn)成熟，經(jīng)濟(jì)指標(biāo)較低；結(jié)構(gòu)剛度較大，抗扭性能好，梁高適中，適應(yīng)跨徑較大；通過現(xiàn)澆形成整體橋面，對(duì)變寬段橋面適應(yīng)性強(qiáng)。不足之處在于單片梁體量較大，對(duì)吊機(jī)或架橋設(shè)備要求較高；需經(jīng)過體系轉(zhuǎn)行，增加了臨時(shí)支座的設(shè)置。先簡支后連續(xù)小箱梁被大量應(yīng)