橋梁工程|節(jié)段預(yù)制裝配式橋梁的發(fā)展總結(jié)

昵稱44954380 2017-09-13

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1. 引言

節(jié)段預(yù)制裝配式橋梁是當前橋梁工程的新熱點。預(yù)制裝配式橋梁并不是一個全新的概念，已經(jīng)有了較長的發(fā)展歷史。本文回顧了國內(nèi)預(yù)制裝配技術(shù)發(fā)展歷程，并分析了上海市預(yù)制裝配技術(shù)應(yīng)用案例，展示了預(yù)制裝配全流程。

2. 國外發(fā)展歷程

2.1 法國

20世紀50年代，橋梁預(yù)制拼裝技術(shù)誕生。工廠集中生產(chǎn)混凝土構(gòu)件，現(xiàn)場拼裝。優(yōu)勢在于：

避免了大量的腳手架和現(xiàn)場混凝土澆筑；
減少人工工作量；
降低施工分險；

2.2 美國

20世紀60年代，環(huán)保運動激烈，在此背景下大量應(yīng)用預(yù)制拼裝技術(shù)，降低了對環(huán)境的污染：

粉塵
噪音
光源

3. 中國發(fā)展歷程

3.1 早期的探索

據(jù)說，20世紀60年代嘗試。
具體案例不詳。

60年代之后沒有顯著進展，除了文革等影響，是否因為唐山大地震導致了對裝配式建筑的質(zhì)疑？有待考證。

3.2 特大橋梁的應(yīng)用

橋梁上部結(jié)構(gòu)的的預(yù)制裝配成熟較早，但其他構(gòu)件尚未實現(xiàn)預(yù)制裝配。在21世紀初，諸多特大橋梁工程施工中，其他橋梁構(gòu)件的預(yù)制拼裝也得到了大規(guī)模的應(yīng)用。

上海長江大橋，1993-1996
東海大橋，2002-2005
海上橋梁的橋墩和箱梁全部采用預(yù)制拼裝工藝。海上運輸采用5000噸駁船改造后進行運輸，橋墩的吊裝采用1000噸勇士號浮吊完成作業(yè)，箱梁采用2500噸浮吊完成安裝。

東海大橋-橋墩預(yù)制

東海大橋-橋墩的裝配
杭州灣大橋，2003-0007

杭州灣大橋-橋墩基礎(chǔ)

杭州灣大橋-箱梁裝配
港珠澳大橋，2009-2016

以上工程均為大型跨江與跨海橋梁，預(yù)制裝配式施工方法的得以應(yīng)用的原因主要有：

大型橋梁工程量巨大，預(yù)制裝配施工方法應(yīng)用有利于提高施工速度，縮短工期；
跨江跨海的大型工程施工環(huán)境惡劣，常規(guī)的現(xiàn)澆施工方法難以應(yīng)用；
特大橋梁工程規(guī)模巨大，預(yù)制拼裝施工的成本可以得到充分的攤銷，成本可控；

經(jīng)過早期的發(fā)展和特大橋梁中的應(yīng)用，橋梁的預(yù)制裝配技術(shù)已經(jīng)有了長足的發(fā)展。但在量大面廣的公路橋梁、城市高架橋梁中沒有得到廣泛的應(yīng)用。應(yīng)用的困難主要有：

預(yù)制裝配主要局限于上部結(jié)構(gòu)，而下部結(jié)構(gòu)與附屬結(jié)構(gòu)的預(yù)制裝配尚無成熟的工藝；
構(gòu)件與構(gòu)件之間的連接仍然需要現(xiàn)澆，施工速度慢

城市橋梁建設(shè)中施工問題未能有效解決：

交通封閉

交通封閉
環(huán)境污染
人工勞動

3.3 全預(yù)制拼裝橋梁技術(shù)

實現(xiàn)全預(yù)制裝配橋梁施工，關(guān)鍵技術(shù)主要有：

上下部結(jié)構(gòu)的全預(yù)制拼裝
新型預(yù)制連接裝置
實現(xiàn)了立柱，蓋梁的快速拼裝

新型預(yù)制連接裝置

4. 典型案例

4.1 上海滬閔路高架道路二期工程

時間：2003竣工
特色：節(jié)段拼裝預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)弧形箱梁
設(shè)備：采用1800t架橋機

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4.2 上海S26公路

時間：2013
特色：大蓋梁的預(yù)制拼裝

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4.3 上海嘉閔高架路（G2公路-S6公路）

時間：2013年開工
特色：大范圍推廣裝配式橋梁施工，預(yù)制拼裝率達到約30%
應(yīng)用范圍：立柱、蓋梁、小箱梁、防撞墻

嘉閔高架-立柱預(yù)制

嘉閔高架-蓋梁預(yù)制

4.4 上海S3公路先期段

時間：2016（立項、設(shè)計、施工、竣工）
特色：
- 全面預(yù)制拼裝技術(shù)，預(yù)制裝配率達到90.8%
- 當年立項、當年開工、當年通車

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工程記錄：

7月15日施工第一根鉆孔灌注樁
8月23日安裝第一根立柱
9月3日安裝第一個蓋梁
9月8日架設(shè)第一片小箱梁
12月28日通車。。。

關(guān)鍵技術(shù)：

近距離軌交免共振鋼管樁沉樁
采用高強度混凝土、設(shè)置臨時預(yù)應(yīng)力
優(yōu)化柱頂節(jié)點連接方式
小箱梁接縫關(guān)鍵技術(shù)
支座升降法改善鋼—混凝土組合連續(xù)梁負彎矩受力

施工技術(shù)：

立柱吊裝

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蓋梁整體吊裝

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小箱梁整體吊裝

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5. 預(yù)制裝配全流程

5.1 預(yù)制構(gòu)件廠

橋梁構(gòu)件的預(yù)制首先需要建立預(yù)制構(gòu)件廠。

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5.2 鋼筋成型設(shè)備

混凝土橋梁構(gòu)件的設(shè)計，關(guān)鍵是鋼筋的加工成型。目前的設(shè)備已經(jīng)可以達到高度的機械化。

全自動鋼筋籠成型機

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16mm線材數(shù)控彎曲中心

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棒材數(shù)控彎曲中心自動上料架

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45mm棒材數(shù)控臥式彎曲中心

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目前機械化的鋼筋加工設(shè)備，已經(jīng)能夠?qū)⒏鞣N規(guī)格的鋼筋材料加工成混凝土中的鋼筋形狀

各類鋼筋平面彎曲
鋼筋骨架成型
鋼筋焊接

加工精度達到 mm級別，這一進步將極大推動橋梁設(shè)計發(fā)展：

更精細化的設(shè)計可能實現(xiàn)；
鋼筋的設(shè)計必須考慮預(yù)制加工的便利性，盡可能標準化，規(guī)格化；

5.3 混凝土構(gòu)件的預(yù)制

鋼筋加工

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鋼筋籠成型

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鋼筋骨架與鋼模板結(jié)合

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混凝土構(gòu)件澆筑、養(yǎng)生、成型

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5.4 構(gòu)件運輸

構(gòu)件起吊

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構(gòu)件運輸

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5.5 現(xiàn)場裝配

定位

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安裝

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接縫澆筑

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6. 全裝配預(yù)制拼裝橋梁優(yōu)勢

全預(yù)制裝配式橋梁的優(yōu)勢：

施工速度快，工期短
減少交通封閉，降低對車道的占用
減低施工污染（粉塵、噪聲、光源）
減少現(xiàn)場施工人員，降低人力成本
減少人員高空作業(yè)，降低施工風險
工廠標準化生產(chǎn)，提高構(gòu)件預(yù)制質(zhì)量
超高性能混凝土得以推廣應(yīng)用。
對于達到一定規(guī)模的工程，成本可能低于現(xiàn)澆施工

目前設(shè)計施工的相關(guān)規(guī)范有：

預(yù)制裝配橋墩技術(shù)規(guī)程，上海工程建設(shè)規(guī)范
節(jié)段式混凝土橋梁設(shè)計和施工指導性規(guī)范
公路體外預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁設(shè)計指南
Guide Specifications for Design and Construction of Segmental Concrete Bridges， AASHTO

國內(nèi)的規(guī)范體系目前還不完善。

7. 預(yù)制裝配技術(shù)發(fā)展歷程分析

預(yù)制拼裝橋梁的優(yōu)點非常顯著，為何以前沒有得到大規(guī)模的應(yīng)用？這是由于多方面因素造成的：

技術(shù)難度
- 預(yù)制加工設(shè)備
- 吊裝
- 運輸
- 管理能力/人員素質(zhì)
- 結(jié)構(gòu)標準化
社會因素
- 環(huán)保理念
- 人本理念
- 建設(shè)規(guī)模（橋梁密度）
- 建設(shè)速度
- 勞動力成本

工程產(chǎn)業(yè)機械化程度的不足，限制了預(yù)制裝配技術(shù)應(yīng)用。從社會的需要出發(fā)，橋梁建設(shè)規(guī)模的擴大、人力成本的上升以及理念的提升，都需要預(yù)制裝配技術(shù)的應(yīng)用。預(yù)制拼裝需要更加工業(yè)化的生產(chǎn)和組織能力，需要協(xié)調(diào)設(shè)備、生產(chǎn)、組裝各方面的因素，施工要求更高。對于早期的交通建設(shè)，橋梁規(guī)模與密度較小，應(yīng)用裝配式可能成本并不劃算。對于目前的大規(guī)模高速公路、城市高架路、高鐵、軌道交通，橋梁在線路中的比重越來越高，大規(guī)模的預(yù)制拼裝更加適用了。