論文-1節(jié)段橋梁技術在城市立交橋的應用.doc

節(jié)段橋梁技術在重慶市新牌坊立交橋中的應用楊壽忠 陳明華 李斌 張?zhí)煸S重慶城建集團重慶橋梁工程總公司摘 要 本文通過對國內(nèi)外節(jié)段橋梁技術的發(fā)展情況，對節(jié)段橋梁設計、施工、預制生產(chǎn)等方面進行介紹，以重慶市新牌坊立交橋改造工程節(jié)段橋梁技術的應用為背景，對節(jié)段橋梁技術在國內(nèi)的推廣中主要問題和應用前景進行分析。關鍵詞 節(jié)段橋梁 設計 施工 研究 推廣1. 節(jié)段橋梁技術概述節(jié)段橋梁技術是指將橋梁主體結構劃分成很多個節(jié)段，在工廠（或預制場）預制好，然后安裝、連接成整體的一種橋梁設計、施工技術。橋梁節(jié)段的劃分可以采取縱向分段和橫向分段，我們常見的架橋機架設簡支T梁、空心板梁等，均可視為對橋梁的縱向分段，一般利用現(xiàn)澆濕接縫進行橫向連接。懸索橋的鋼箱梁拼裝可看作是橫向分段的節(jié)段拼裝方式，鋼節(jié)段之間采用焊接或栓接方式形成整體。箱板拱橋的多節(jié)段吊裝則可以看作是縱向、橫向分段的結合。無論是拱橋、懸索橋還是簡支T梁的節(jié)段拼裝，在國內(nèi)都很常見，而一般作為新技術而言，節(jié)段橋梁技術主要是指預應力混凝土橋梁采用橫向分段、工廠化制作、現(xiàn)場機械化安裝的一種設計、施工技術。國外，預應力混凝土節(jié)段橋梁技術在連續(xù)剛構橋、斜拉橋、連續(xù)梁橋、簡支梁橋等橋型上均大量應用，特別是以100m以下的連續(xù)箱梁為多。設計上，橋梁節(jié)段間連接縫構造處理，一般均設置了接合鍵，以傳遞剪力。接合鍵按材料可分為混凝土鍵、鋼鍵，按數(shù)量可分為單鍵和多鍵，從形狀上可分為梯形鍵和波形鍵等，接合鍵的選擇與預應力的布置方法有很大關系。接縫類型包括水泥砂漿接縫、混凝土接縫、環(huán)氧樹脂粘結層接縫等，出于防銹和加快施工速度的考慮，接縫常采用環(huán)氧樹脂粘結層接縫。預應力多采用體外預應力體系。預應力混凝土節(jié)段橋梁在工廠或預制場生產(chǎn)，一般采用短線密貼鑲合匹配澆筑法，即短線法。短線法為逐節(jié)段預制，每一節(jié)段與上一節(jié)段端面密貼澆筑，澆筑完成后，將上一節(jié)段拉開。整個預制場地只有待澆節(jié)段和上一節(jié)段兩個節(jié)段，節(jié)省預制場地、預制速度快，但對模板要求高，模板要求各個部位均可采用液壓系統(tǒng)進行微調(diào)。每一節(jié)段外形尺寸如控制不好，累積誤差可能會影響梁體整體外觀、線型。相對應，采用長線密貼法一般要準備整根梁的預制場地，占地寬，但模板系統(tǒng)要求不高，外觀、線型較容易控制。預應力混凝土節(jié)段橋梁的架設方法多種多樣，主要有：、平衡懸臂施工法，如常見的連續(xù)剛構、斜拉橋、連續(xù)梁橋連成整體，再整跨安裝，安裝好一跨后再架設下一跨，逐跨前進；、前進施工法，與平衡懸臂不同的是，前進施工法是從橋的一端向另一端逐節(jié)段懸臂施工，靠已架跨重量來平衡懸拼節(jié)段，對于等截面連續(xù)梁，為減少懸臂拼裝的懸臂長度，可以在待架設的跨中設一個臨時支墩，以改善受力狀況；、頂推施工法，該方法在橋墩臺后方設液壓千斤頂，將預制梁逐節(jié)段向前頂推到位。頂推法一般在第一塊橋梁節(jié)段前端設置導梁，以減少梁體施工過程中的彎矩。預應力混凝土節(jié)段橋梁技術的主要優(yōu)點有：節(jié)段梁工廠化制作可以節(jié)省大量的施工支架、型鋼和模板，減少了混凝土的后期收縮，混凝土質(zhì)量容易得到保證，可利用大型機械，人工耗費少，由于節(jié)段預制與下部施工可同時進行，節(jié)約工期，現(xiàn)場無支架施工，可以減少城市橋梁施工對交通的影響，不在現(xiàn)場澆筑大量的混凝土，可以減少對環(huán)境和居民的影響。特別適合于城市橋梁中高橋或橋下有特殊障礙物的情況。正是由于節(jié)段橋梁這些優(yōu)點，隨著經(jīng)濟的發(fā)展，國內(nèi)有很多大城市在城市立交橋上，加快了引入節(jié)段橋梁技術的步伐。2.節(jié)段橋梁技術在國際、國內(nèi)的應用和研究情況21國外節(jié)段橋梁技術的應用節(jié)段橋梁技術自上世紀七十年代問世以來發(fā)展迅速，在美洲、歐洲、東南亞的泰國、新加坡、香港、孟加拉等國的城市立交和輕軌建設中應用廣泛，在節(jié)段橋梁的設計、施工等方面都有了一些成熟的規(guī)范、標準，如美國AASHTO節(jié)塊拼裝施工規(guī)范，歐洲FIP環(huán)氧樹脂施工標準等。這里有兩個比較典型的例子：211 香港紅磡繞道與公主道連接路該項工程在原設計基礎上，通過優(yōu)化設計，特別采用全預制節(jié)段方法建造，在擠迫及繁忙的主要道路上施工，將對交通影響減至最低，其預制節(jié)段技術為中國橋梁建筑的首次采用，該工程于1999年建成，并獲得香港工程師學會結構部暨英國結構工程師學會獎狀、第三屆詹天佑土木工程獎。圖1 香港紅磡繞道與公主道連接路212 美國卡羅萊納州國家公園風景區(qū)內(nèi)的Linn Cove橋。該橋位于美國卡羅萊納州國家公園風景區(qū)內(nèi)，出于環(huán)境保護的特殊要求，橋墩、箱梁均采用了節(jié)段拼裝技術，采用前進法施工，將對環(huán)境的影響減少到最小。該橋采取前進法施工（逐節(jié)段懸臂拼裝），前進到每跨跨中時設置一個臨時墩，以減小懸臂拼裝時梁體產(chǎn)生的負彎矩。這兩座橋梁可以代表兩種迫切需要采用節(jié)段橋梁技術的典型例子，在繁華的城市立交改造工程中和重要風景區(qū)，由于橋梁下方都受到特殊限制，此時采用節(jié)段橋梁技術更有它特殊的價值，所以這兩座橋均有較高的聲譽。圖2 美國卡羅萊納州國家公園風景區(qū)內(nèi)的Linn Cove橋22國內(nèi)節(jié)段橋梁技術的應用預應力混凝土節(jié)段橋梁在國外運用較多，但在國內(nèi)應用較少，目前國內(nèi)已建成的有上海新瀏河橋、滬閔高架橋、北京四豐立交1號匝道橋。上海嘉瀏公路新瀏河大橋全長412m，其中主橋段分342m，采用節(jié)段預制拼裝工藝。每跨箱梁劃分為13個節(jié)段，分為標準塊、端塊和轉向塊三種。箱梁斷面為單箱單室結構，每個節(jié)段重約38t?？紤]本工程箱梁節(jié)段數(shù)量較少，同時又是第一次施工缺少經(jīng)驗，施工誤差的積累可能會影響到箱梁的整體外觀，該橋節(jié)段預制采用長線密接法施工工藝。該橋采用架橋機逐跨施工，整機總重230噸，最大吊掛重量450噸，主梁全長72米，共有前、中、后三條支腿，前支腿和后支腿固定于箱梁的兩端預埋件處，是主要的承重結構，而中支腿在架橋機行走時起臨時支撐的作用。該橋于2001年11月竣工，編制了嘉瀏二期新瀏河大橋節(jié)段預制拼裝簡支梁施工及驗收規(guī)程（編號S2-17-2002）。滬閔高架二期工程與新瀏河大橋相似，于2003年底完工，該工程形成了混凝土節(jié)段梁預制拼裝及驗收指南。北京四豐立交1號匝道橋建成后成為國內(nèi)第三座采用橋梁預制階段拼裝技術的橋梁。該橋平面曲線半徑為400m，跨徑36m，是國內(nèi)首次使用架橋機進行彎、坡、斜預制節(jié)塊架設的橋梁。此工程使用的LG-900架橋機最大工作跨徑50米，可架設最小曲線半徑為145米的橋梁，其設備工作能力在國內(nèi)最高，在國際上處于領先水平。此工程還在國內(nèi)首次使用短線預制法進行曲線橋梁的節(jié)塊預制。該橋2004年年初開工，于2005年11月完工。另外江蘇省蘇通大橋引橋、廣東快速軌道交通線等項目也運用了節(jié)段橋梁技術，現(xiàn)正在建設中。從國內(nèi)節(jié)段橋梁技術的應用來看，節(jié)段橋梁技術的應用還是一個初級階段，從設計上來說，主要是40m左右的連續(xù)梁或簡支梁，長線法、短線法預制均有采用，而施工則都采用了架橋機逐跨架設。國內(nèi)相應的設計、施工規(guī)范還比較缺乏，施工工藝、設備以及設計、施工、監(jiān)控等各方面人才與國外相比都還有一定的差距。23 節(jié)段橋梁技術在國內(nèi)發(fā)展的疑問節(jié)段橋梁的發(fā)展是不均衡的，在日本，自1965年到90年代，基本上每年都有一座節(jié)段橋梁，70年代中期達到高峰，而80年代又不太采用節(jié)段橋梁，90年代又出現(xiàn)流行的傾向。改革開放以來，國外的先進技術也源源不斷地進入到國內(nèi)，特別是伴隨信息技術的飛速發(fā)展，國外技術的引入更快，在各行業(yè)與國外的技術差距也在迅速縮小。關于節(jié)段橋梁，在學術界譯文、論文也有很多，但為什么這項技術在國內(nèi)發(fā)展如此之慢呢？究竟什么問題阻礙節(jié)段橋梁技術的發(fā)展呢？我們又該如何去發(fā)展節(jié)段橋梁技術呢？3.節(jié)段橋梁技術發(fā)展的主要問題31 技術上的問題節(jié)段橋梁從結構受力方面來說，無論節(jié)段間接縫有無粘接，與整體制造的梁相比，它們的剪切強度約小20%。對接縫部分的設計，現(xiàn)有的混凝土標準規(guī)范中，很少做出具體的設計方法的規(guī)定，在日本公路橋設計規(guī)范中，對節(jié)段橋梁的設計前提是作為沒有接縫的整體結構來考慮，即要求在極限狀態(tài)下要求不產(chǎn)生拉力，對各種荷載組合、架設狀態(tài)等做了一些規(guī)定，但還有不明確的部分。在定量地評價節(jié)段橋梁的受力行為方面、剪力鍵形狀、數(shù)量以及預應力因素對抗剪的作用方面、定量地反應節(jié)段橋梁高質(zhì)量和施工合理方面還比較困難。國內(nèi)相應設計、施工規(guī)范還不完備，經(jīng)驗較少。32 工廠化制作的問題工廠化制作主要涉及的是投資預制工廠的回報問題。節(jié)段橋預制工廠設備一次性投入大，預制場、養(yǎng)護室、存梁場、龍門桁車、小平車、工廠化的預制模板（包括能夠自動脫模的內(nèi)、側模和自動找平的底模），這些需要專業(yè)的廠家進行設計、制造，要求高、通用性較差，每套模板是針對本次施工節(jié)段的長度和橫斷面，如果在以后的施工中運用，還需對模板進行重新改造，所以如果節(jié)段橋梁本身規(guī)模不大，且以后當?shù)亟煌肪W(wǎng)和節(jié)段橋梁規(guī)劃也不多的話，將很難收回投資。33 運輸上的問題節(jié)段橋梁一般也有40t左右，需要大型拖車或船只運到現(xiàn)場。當項目有與橋梁平行的街道方便拖車運輸或有水運條件時，運輸就比較方便。但國內(nèi)很多城市的路網(wǎng)還不發(fā)達，施工時需要對運輸條件進行評價，否則費用會較高。在美國，如果橋位方便運輸，其造價可能只有40美元/平方英尺，而在運輸不便處，架設幾跨的長跨橋，造價可能高達300美元/平方英尺。34 安裝上的問題安裝問題主要是安裝設備，從國內(nèi)修建的橋來看，都采用了橋架機逐跨架設，這種架橋機類似于一般的簡支T梁逐片、逐孔架設，但是，單片T梁50m也只有百多噸，單跨50m的節(jié)段梁總重可能近千噸，所以這種架橋機是大型的、專用的設備，國內(nèi)很少，廣東正在施工的兩座架橋機造價高達2000萬5000萬元，在全世界，該類設備也比較少，屬于世界先進水平。當然，如果運輸條件好，比如在寬闊的江面、湖面上的橋，每一節(jié)段都能從正下方起吊，那么安裝設備可以采用浮吊配合移動模架，或者利用國內(nèi)非常流行的懸臂施工掛籃直接在船上起吊，安裝則相對比較簡單。35 其它因素在社會發(fā)展進程中，國外公路發(fā)展較為完備，設備先進，勞動力資源缺乏，同時有很多橋梁是在現(xiàn)有的路網(wǎng)上增加的。相對應國內(nèi)公路系統(tǒng)處于規(guī)劃、發(fā)展期，設備還相對落后，勞動力資源豐富，新建的公路規(guī)劃能夠滿足相當一段時期的需求，在現(xiàn)有路網(wǎng)上的復雜的立交橋梁改造相對較少，而且很多橋梁均可以采用常規(guī)手段完成，相對而言對節(jié)段橋梁技術需求迫切性不強，導致節(jié)段橋梁技術在國內(nèi)發(fā)展相對較慢。4.節(jié)段橋梁技術的發(fā)展前景隨著國內(nèi)經(jīng)濟的發(fā)展，現(xiàn)有路網(wǎng)逐漸不能滿足交通的要求，對現(xiàn)有路網(wǎng)的立體改造將越來越多，隨著對環(huán)境保護的意識增強，也可能出現(xiàn)類似于Linn Cove橋的環(huán)境要求，因此對節(jié)段橋梁技術的需求會越來越強烈。另外，隨時機械化、工廠化的推廣以及人工成本的上漲，節(jié)段橋梁技術的造價相對而言也越來越低，加上節(jié)段橋梁技術原有優(yōu)勢，將會有廣闊的前景。對于現(xiàn)階段，國內(nèi)節(jié)段橋梁的發(fā)展還處于初期，在適合于建節(jié)段橋梁的地方，可以大力發(fā)展推廣，特別是經(jīng)濟發(fā)達區(qū)和水陸運輸方便的地區(qū)，在其它地區(qū)，可以針對以后的橋梁規(guī)劃、發(fā)展，選擇合適的項目，小規(guī)模地使用節(jié)段橋梁技術，并對設計、施工進行針對性的優(yōu)化，可以達到較好的效果。隨著節(jié)段橋梁技術應用增多，其設計、施工各方面也應進一步發(fā)展，比如定量的確定節(jié)段橋梁收縮系數(shù)減少帶來的好處、定量確定剪力鍵的設計等，將有利于進一步的理解和掌握節(jié)段橋梁技術。5.節(jié)段橋梁技術在新牌坊立交橋改造工程的應用重慶新牌坊立交橋改造工程是重慶市第一座采用節(jié)段橋梁技術的城市立交橋，由重慶城建集團擔任代理業(yè)主，林同炎國際（重慶）公司設計，現(xiàn)已進入初步設計階段。新牌坊立交橋原為兩座上跨橋跨一條下穿道，上跨部分形成一個平交轉盤，保持五個方向的互通，立交四周高樓林立，該立交僅機場紅旗河溝方向通過下穿可以不受任何影響，其它幾個方向交通均通過轉盤通行，隨著經(jīng)濟發(fā)展，交通擁堵嚴重，為此政府擬對其進行立交改造，增加上跨橋梁。該立交橋工程改造設計平面圖如下：圖3 重慶新牌坊立交橋改造工程該工程屬城市立交改造工程，經(jīng)過多次研究，決定采用節(jié)段橋梁技術。利用節(jié)段橋梁技術可以更好地解決交通、環(huán)境、擾民等問題，同時可作為節(jié)段橋梁技術在重慶的試點，學習研究節(jié)段橋梁技術，以節(jié)段橋梁技術在重慶市的發(fā)展積累經(jīng)驗，并增加重慶橋梁的多樣化。該工程規(guī)模不大，相應的經(jīng)濟、技術風險也不大，通過設計、施工的優(yōu)化選擇，可以達到控制造價和控制技術風險的目的。比如，施工中不選用大型架橋機進行安裝，而采用逐跨架設法和前進法施工相結合，逐節(jié)段懸拼，架橋機僅作為懸臂拼裝工具，起吊重量可只承擔12個節(jié)段重量，使用普通架橋機即可滿足要求。這種方法可節(jié)省上千萬的架橋設備，設計可以借鑒Linn Cove橋，在每跨跨中設計臨時支撐墩來改善結構施工受力條件，減少施工時梁體的負彎矩。施工中采用其它可行的措施來替代架橋機設備，或者租賃也是一種節(jié)省設備投資的辦法。對控制技術風險來說，本橋是一座彎坡橋，在重慶又是第一次建設，如采用長線法預制，更容易滿足整體外觀要求，安裝精度容易保證，能夠有效的控制技術風險，同時模板要求不高，一次性投入相對較少。但是短線法節(jié)約占地少，機械化程度高，技術含量高，如只會長線法，短線法還要重新學習。如果節(jié)梁橋梁在重慶發(fā)展前景良好，那么使用短線法預制和直接投資購買大型架橋機可以更好地掌握節(jié)段橋梁的技術，并且前期投入也會在后續(xù)工程中收回，還可能成為利潤的增長點。本項目詳細的設計、預制、安裝方案還在研究之中，預計在2006年中動工，2007年竣工。由于節(jié)段橋梁的設計、預制、安裝方法緊密相關，不同的施工方法其設計相差非常大，所以代理業(yè)主、設計、施工、監(jiān)控等參建各方必須共同努力協(xié)作，結合本地區(qū)的特點，合理設計、施工，才能充分利用節(jié)段橋梁的優(yōu)勢，不僅可以在投資上滿足要求，更可以發(fā)展、推廣節(jié)段橋梁技術，讓重慶橋梁多樣化，為橋都重慶注入新的活力。6.結束語本文主要收集了一些節(jié)段橋梁方面的資