桥梁预制拼装的设计施工及其优势分析

　　摘    要：　在城市高架桥梁设计中，预制拼装技术施工速度快、施工期对周围交通及环境干扰少、经济效益显着。结合工程实例，介绍了城市高架设计中预制拼装技术方案及施工工艺，并进行经济效益分析。

　　关键词：　城市高架桥梁; 预制拼装; 无支架施工; 施工工期; 工程造价;

　　Abstract：　In the design of urban viaduct,the construction speed of prefabrication and assembly technology is fast,the interference of construction period to the surrounding traffic and environment is less,and the economic benefits are remarkable. Combined with the engineering project,the technical scheme and construction technology of prefabrication and assembly in the design of urban viaduct are introduced,and the economic benefits are analyzed.

　　Keyword：　Urban viaduct; Prefabrication and assembly; Construction without support; Construction period; Project cost;

　　近十年来，城市桥梁建设进入飞速发展时期，城市高架桥梁采用工厂预制、现场安装的预制拼装施工技术无疑比传统的现浇更能加快工程进度，减少现场操作时间。预制安装工艺可以平行作业，大量工作在工厂内完成，少占用现场的空间和时间，不必长时间地关闭交通和绕道。预制拼装技术已在上海嘉闵高架、S7公路等多个项目成功应用，标志着预制拼装技术在高架桥梁领域的成熟应用，近年来已逐渐在全国推广应用，在浙江省内如绍兴、宁波等城市高架快速路也进行了大规模的应用实践。

　　1 、桥梁预制拼装的优点

　　预制拼装技术在城市高架上应用有以下优点:

　　(1)工厂化生产的桥梁构件质量好于现场浇筑的构件。

　　(2)由专用设备进行现场拼装的方法施工，可显着降低对施工场地周围城市正常交通的影响，减轻对周围环境的影响。

　　(3)降低或避免工人长时间高空作业，减少施工危险。

　　(4)显着减少现场作业需要人工。

　　(5)当桥梁工程规模大，施工机械成本和预制生产成本可以得到充分的摊销。

　　此外，我国近年来的人工费用也呈快速上升趋势，所有这些因素都对预制节段拼装技术在城市桥梁建设中的应用与推广起到了决定性的作用。

　　2、 预制拼装设计方案及施工要点

　　城市高架设计中采用预制拼装施工技术，从下部结构立柱、盖梁，再到上部结构小箱梁均可采用工厂标准化预制，现场拼装的施工方法，减小现场施工对地面交通的影响。
 

　　2.1、 上部结构预制方案

　　上部结构可采用的结构形式有节段预制拼装大箱梁，预制装配式小箱梁以及现浇大箱梁等等。近年来在市政高架中常采用预制装配式小箱梁。小箱梁制作、运输方便快速。可采用工厂预制，30m跨径的单榀预制小箱梁重约106t，可采用重载车头拖挂前后分离的多轴液压平板车进行一般路段运输(见图1);而对于无法运梁的路段，则可采用梁上运梁的方式喂梁(见图2)。

　　图1 小箱梁施工方法—小箱梁架桥机

　　小箱梁湿接缝可采用超高性能UHPC混凝土，免去现场钢筋焊接，缩短现场施工工期。

　　2.2、 盖梁预制拼装方案

　　大部分城市高架主线(6车道)标准断面宽度约27m左右，部分桥面变宽部分需采用门架式盖梁。针对标准段的盖梁，可适用的预制拼装方案通常有以下几种:

　　图2 小箱梁施工方法—常规履带吊

　　(1)采用整体预制吊装(见图3)，主线标准盖梁吊重在240t左右。一次性整体吊装效率高，现场无需搭设临时支承，施工速度快，但需要对构件的线路运输，吊装设备要求较高。

　　图3 盖梁整体预制吊装

　　(2)为方便施工定位，降低吊装难度，将盖梁整体分为2个预制吊装节段和1个后浇带(见图4)。盖梁分节段预制，两节段之间预留1.5m左右现浇段，每节盖梁外侧端部设置临时支承，待两阶段安装就位后，进行现浇段施工，最后进行预应力张拉施工。

　　图4 盖梁分两节预制安装

　　(3)为实现真正的预制拼装盖梁，可将盖梁整体分为3个预制吊装节段和两道拼接缝，如图5所示。该分段方法可以保证盖梁单节重量不超过150t。节段盖梁拼接面采用环氧胶接缝，接缝形式为牛腿式垂直接缝。盖梁节段的小型化可便于运输和吊装;拼接面采用环氧胶接以保证接缝的质量和快速施工。

　　图5 盖梁分3节预制安装

　　目前绍兴市正在实施的二环北路等三条快速路的工程中，由于主线高架标准段桥面宽度达27m，整体盖梁体量较大，考虑方便施工，降低吊装难度，采用了分2个预制吊装节段和1个后浇带的拼装方式。

　　2.3、 立柱预制拼装方案

　　目前国内外桥梁下部结构的预制拼装连接方式主要有粘结后张预应力筋联接构造、灌浆套筒连接、灌浆金属波纹管连接以及钢筋焊接或搭接并采用湿接缝等方式。

　　(1)有粘结后张预应力筋联接构造:该方式往往配合砂浆垫层或环氧胶接缝构造实现节段预制桥墩的建造，预应力筋可采用钢绞线或精轧螺纹钢等高强钢筋。该构造特点是预应力筋通过接缝，实际工程应用较多，设计理论和计算分析以及施工技术经验成熟;不足是墩身造价相对传统现浇混凝土桥墩要高许多，同时现场施工需对预应力筋进行张拉、灌浆等操作，施工工艺复杂，施工时间较长。

　　(2)灌浆套筒连接(见图6):预制墩身节段通过灌浆套筒连接伸出的钢筋，在墩身与盖梁或承台之间的接触面往往采用砂浆垫层，墩身节段之间采用环氧胶接缝构造。

　　(3)灌浆金属波纹管连接:该连接构造常用于墩身与承台或墩身与盖梁的连接，预制墩身通过预埋于盖梁或承台内的灌浆金属波纹管连接墩身内伸出的钢筋，在墩身与盖梁或承台之间的接触面采用砂浆垫层，墩身节段之间采用环氧胶接缝构造。该构造现场施工时间短，但需要满足纵筋足够的锚固长度，其力学性能与传统现浇混凝土桥墩类似。目前国外已有少数桥梁使用这种连接构造进行施工，地震高危险区域内应用较少，其抗震性能如何目前仍在研究中。

　　图6 立桩预制拼装———灌浆套筒连接

　　(4)钢筋焊接或搭接并采用湿接缝:预制拼装桥墩预先伸出一定数量的钢筋以便与相邻构件预留钢筋搭接，需设临时支撑，钢筋连接部位需通过后浇混凝土(湿接缝)方式连接。采用该构造建造桥墩，力学性能往往与传统现浇混凝土桥墩类似，但湿接缝的存在会增加施工时间和现场钢筋搭接、浇注的作业量，从快速施工角度考虑，该方案存在较大不足，如果达不到养护时间，会大大影响其性能和耐久性。

　　目前高架立柱的预制拼装方式，根据国内大部分高架预制拼装项目的工程实践的结果，主要选用灌浆套筒连接构造。采用灌浆套筒连接方式的预制立柱抗震性能基本与现浇桥墩立柱抗震性能相当，可作为预制桥墩的推荐连接方式。采用灌浆套筒连接方式的快速预制拼装技术在国内多个桥梁工程中已得到成功应用，目前绍兴市正在实施的三条快速路也采用灌浆套筒连接方式，桥墩立柱可根据长度和重量，整节或分节预制，现场拼装。

　　3、 预制拼装与传统施工工艺技术综合比较

　　本次针对城市高架桥梁常用的结构形式预制装配式小箱梁(下部结构分预制和现浇两种施工方法)以及上下部均现浇的全现浇大箱梁分别进行了工期、造价及社会效益等方面进行了综合比较。

　　(1)工期比较

　　以一联3×30m跨径的预制装配式小箱梁和全现浇大箱梁为例，对下部结构采用传统现浇施工方法与预制拼装施工方法进行比较。

　　表1 一联3×30m小箱梁(大箱梁)工期比较

　　从表1中比较可以看出预制拼装施工方法相对于下部现浇的传统施工方法节省约1/3的工期(比上下部全现浇的大箱梁则节省约1/2的工期)。

　　(2)工程造价比较

　　由于需要新建预制场地，购买相应设备，会增加施工的前期投入费用，但经过测算桥梁长度超过5km左右就可以收回前期成本。对于江浙地区地质条件来说，对于桥梁长度超过20km的工程的测算结果表明:预制拼装桥梁费用指标约为6200元/m2，下部现浇的传统施工方法桥梁费用指标约为5600元/m2，全现浇箱梁费用指标约为7000元/m2。采用全预制拼装的桥梁比传统下部现浇的施工方法高10%，但比上下部全现浇箱梁则节约费用约10%。

　　(3)社会效益和经济效益比较

　　预制拼装施工桥梁因其具有施工快速、质量可靠和耐久、环保等优点，可最大程度地缩短施工周期，减少施工现场用工量(约50%)，降低了城市建设对交通和市民生活造成的干扰，减少对大气环境和道路交通的影响，很大程度上解决了扬尘治理问题。现场作业时间比现浇施工明显缩短，施工对地面道路交通的影响显着减小。即便在现场拼装期间，经过恰当的组织，桥梁投影面内一定区域仍可以限时或全天开放交通。拼装施工中现浇混凝土很少，不会产生大量灰尘、污水和噪音，对城市环境影响较小。综上，采用预制拼装技术的综合效益明显要高。

　　4、 结论

　　预制拼装技术施工速度快，造价低，虽然造价比下部现浇的施工方法结构略高(高10%左右)，且施工要求较高，但由于其施工速度较快(快1/3左右)，目前绍兴正在实施的三条城市快速路，均采用了此种结构，预制拼装技术有较好的技术经济及社会效益，可成为城市高架建设优选的设计方案，已越来越多地应用到了更多的城市高架的建设中，值得推广应用。