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公路高架橋分段施工技術(shù)分析論文
混凝土橋梁施工技術(shù)在上世紀30年代，在歐洲首次應用了分段懸拼、跨中合攏的方法來(lái)建造拱橋，橋梁分段施工技術(shù)的出現，使得跨河橋梁施工的風(fēng)險大為降低，因此迅速地取代了原先的滿(mǎn)堂支架的施工方法。到了上世紀50年代以后，預應力混凝土技術(shù)開(kāi)始推廣應用，橋梁分段施工技術(shù)也發(fā)展出分段掛籃懸澆與預制節段懸拼技術(shù)。隨后，斜拉橋問(wèn)世，許多鋼斜拉橋與預應力混凝土斜拉橋都采用了分段懸拼技術(shù)進(jìn)行施工。時(shí)至今日，公路橋梁分段施工技術(shù)已經(jīng)十分成熟，近期的北京三元橋分段構件替換施工，從舊梁分段拆除到新梁吊裝完成，僅僅只花費了43個(gè)小時(shí)，引起社會(huì )轟動(dòng)，更是凸顯分段施工技術(shù)的優(yōu)勢。
一、預制分段橋梁施工的優(yōu)點(diǎn)
公路混凝土橋梁按照施工方法可以分為整體式施工與分段式施工。整體式施工即在橋梁所在場(chǎng)地修筑墩基之后，搭建腳手架、搭設模板，然后采用混凝土現澆施工方法修剪橋梁。分段式施工將橋梁分為若干節段，采用分段澆筑或者在工廠(chǎng)或其他場(chǎng)地進(jìn)行預制，然后運輸到橋梁所在場(chǎng)地，采用起重設備將分段吊裝、落墩、拼接而成。自從上世紀50年代，“預應力之父”林同炎先生提出預應力混凝土的理論并用于工程實(shí)踐之后，預制橋梁分段施工就在美國逐漸推廣應用。時(shí)至今日，大多數的公路混凝土橋梁的預制分段都采用預應力混凝土技術(shù)。預制預應力混凝土分段橋梁施工方式相比整體式施工具有以下優(yōu)勢：
1、降低工程造價(jià)
混凝土結構施工的成本造價(jià)，根據經(jīng)驗大概可知由若干分項組成，其各自的占比如下表中所列�？梢�(jiàn)，人工費用是當前混凝土結構施工中所占成本較高，而成本增加速度又較快的一項。人工費用通常采用計時(shí)制計算，普通施工工人薪酬大多以日為單位計算。因此，要控制橋梁的工程造價(jià)，從人工成本的控制著(zhù)手，能夠有更高的成效。采用分段施工，能夠大大節省人工工時(shí)。以北京三元橋改建為例，若采用現澆方式進(jìn)行施工，起碼需要占用現場(chǎng)幾個(gè)月的時(shí)間，而且還會(huì )受到氣候、周邊等各種因素影響，但是采用工廠(chǎng)預制、掛車(chē)現場(chǎng)拼裝，拼裝時(shí)間僅2天，預制時(shí)間也縮短到數周。當然，預制分段施工所節省的人力成本實(shí)際上還要轉嫁到運輸成本的增加上。相比散料與鋼筋等小體積物料的運輸，大體積的分段運輸成本無(wú)疑提高不少。因此，多數在橋梁現場(chǎng)地面進(jìn)行預制，或者利用所跨越的河流、交通線(xiàn)進(jìn)行運輸，綜合下來(lái)，依然能夠節省較大的成本。
2、構件質(zhì)量與尺寸精度高
預制分段構件由于在預先進(jìn)行制造，其使用的模具、生產(chǎn)工藝、質(zhì)量檢驗三個(gè)方面的條件都要遠強于橋墩上腳手架搭板澆筑。首先是模具與工裝設備可以在平整的地面進(jìn)行，較為容易使預制出的大量分段都有統一的標準，便于后續施工安裝的拼接。生產(chǎn)工藝方面，從澆筑到養護的條件都要優(yōu)于腳手架的懸空處，尤其在氣溫較低的地區，能夠有效保護構件不暴露于懸空風(fēng)口處。同時(shí)，在地面或工廠(chǎng)進(jìn)行預制，由專(zhuān)業(yè)的質(zhì)檢人員進(jìn)行檢測，同時(shí)，檢測條件也較為便利，能夠有效保證獲得批量的高質(zhì)量產(chǎn)品。此外，工廠(chǎng)預制的構件，如果其尺寸不滿(mǎn)足要求，還可以利用廠(chǎng)內設備進(jìn)行修正，因此尺寸精度也能夠有較好的保證。尤其是在橋梁撓度方面，現澆橋梁都要十分小心地計算預拱量以控制施工后的下?lián)�。而預制構件即使單獨某個(gè)分段預制成的撓度不滿(mǎn)足要求，也能夠通過(guò)其他分段的調整來(lái)滿(mǎn)足要求。
3、施工后收縮小
分段施工的橋梁在施工后的收縮變形較小。一般橋梁施工都會(huì )設定一定的預拱以及其他反變形來(lái)控制施工后的變形依舊在容易范圍內，但是除了徐變產(chǎn)生的撓度變形之外，收縮變形導致的箱梁裂縫則是現澆結構十分容易出現的重大隱患。對現澆混凝土收縮的控制措施，一般都采用設置后澆帶進(jìn)行控制，但是額外的結合面降低了整體的強度與可靠性。而預制分段在進(jìn)行吊裝拼接之前，在工廠(chǎng)內就完成了凝固養護，其收縮變形已經(jīng)完成，因此只要保證各分段之間拼接尺寸精度滿(mǎn)足要求，安裝后的收縮變形幾乎可以忽略，從而避免了現澆混凝土，在施工后由于收縮等原因出現裂縫的缺陷。
二、橋梁分段施工技術(shù)要點(diǎn)
1、常見(jiàn)的橋梁分段型式
常見(jiàn)的分段界面多為箱梁，其型式主要有以下三種：不同型式的截面主要應用于不同寬度的橋梁。其一般有如下規則：?jiǎn)蜗鋯问业南淞阂话銉煽钚∮?8m；單室分離式雙箱一般用于25m左右的寬度；多室結構若分室數量小于3個(gè)，一般不宜超過(guò)20m，分室數量較多，可以應用于25m左右寬度，雙箱分離式多室結構，可以用于25m寬度以上橋梁。箱梁高度還分為變高度與等高度，變高度多采用直腹板、等高度多采用斜腹板。分段橋梁還有等截面與變截面兩種形式，等截面施工簡(jiǎn)單，一般用于跨徑80m以下的中小跨徑橋梁；變截面分段適用于大跨徑橋梁，長(cháng)度一般能達到300m以上。
2、分段施工的主要方法
�。�1）懸臂施工。懸臂施工以橋墩為對稱(chēng)中心，在兩側以可移動(dòng)的吊裝機將預制分段吊裝落在橋墩上，然后進(jìn)行拼接。過(guò)去常采用懸臂澆筑，使用可動(dòng)的掛籃進(jìn)行混凝土澆筑，不過(guò)現澆分段工期長(cháng)。懸臂拼接則是將預制好的分段調入制定的位置后，采用環(huán)氧樹(shù)脂膠和鋼絲束將分段之間連接起來(lái)，接縫處采用螺栓進(jìn)行錨固，如圖2所示。懸臂拼接施工的分段長(cháng)度一般在2～5m之間，不過(guò)如果場(chǎng)地能夠容納更多的起重設備，則可以一次性吊裝長(cháng)度較大的構件。
�。�2）頂推法。頂推法在橋梁軸線(xiàn)方向設置制造臺座作為預制場(chǎng)地進(jìn)行分段的現場(chǎng)預制，然后利用水平液壓頂推裝置將分段向軸線(xiàn)方向頂推進(jìn)入到預定的橋位。同時(shí)為了保證頂推方向的偏差滿(mǎn)足要求，在頂推前方設置一段導梁。另外，為了減少預制分段與橋墩之間的摩擦，在每個(gè)橋墩上安裝應力傳遞裝置，以抵消分段與橋墩之間的重力，減小摩擦力。
�。�3）轉體法。轉體法最早在跨河橋梁分段施工中采用，利用正交的河流上的輪船運輸橋梁分段，進(jìn)入指定橋位后，將分段頂起進(jìn)行90度的旋轉后與兩側的分段進(jìn)行拼接。隨后，被引用到跨越較大空間的干道的高架橋施工中，如圖4所示。一般也有兩種方式，一為在所跨越干道周邊建設平行于所跨越交通線(xiàn)的平臺，預制完畢后，進(jìn)行旋轉；一種為工廠(chǎng)預制，直接借所跨越交通線(xiàn)進(jìn)行運輸，到指定橋位旋轉。
三、結語(yǔ)
當前，采用分段施工的公路橋梁越來(lái)越多，尤其是采用預制混凝土箱梁構件進(jìn)行分段拼接的工程更是發(fā)展迅速。相比整體式施工能夠對橋梁撓度與軸線(xiàn)平滑度進(jìn)行連續修正，過(guò)去分段施工在拼接接口、分段撓度過(guò)度等方面存在較大的問(wèn)題，但是隨著(zhù)預制分段的尺寸精度的控制越來(lái)越精確，這些問(wèn)題正不斷被解決，這使得預制分段橋梁施工技術(shù)在公路高架橋與立交橋方面的應用越來(lái)越廣。拼接法進(jìn)行分段施工，當前主要的薄弱環(huán)節在接縫的處理。環(huán)氧樹(shù)脂接縫從強度到耐候性方面，與混凝土構件本身存在差距。同時(shí)，大體積、大長(cháng)度的分段拼接，還受限于起重設備以及供起重設備同行的場(chǎng)地的條件。因此，施工技術(shù)人員依然要不斷創(chuàng )新摸索，以不斷改進(jìn)分段拼接施工技術(shù)。
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