桥梁工程|节段预制装配式桥梁的发展总结

1. 引言

  节段预制装配式桥梁是当前桥梁工程的新热点。预制装配式桥梁并不是一个全新的概念,已经有了较长的发展历史。本文回顾了国内预制装配技术发展历程,并分析了上海市预制装配技术应用案例,展示了预制装配全流程。

2.国外发展历程

2.1 法国

  20世纪50年代,桥梁预制拼装技术诞生。工厂集中生产混凝土构件,现场拼装。

优势在于:

•避免了大量的脚手架和现场混凝土浇筑;

•减少人工工作量;

•降低施工分险;

2.2 美国

  20世纪60年代,环保运动激烈,在此背景下大量应用预制拼装技术,降低了对环境的污染:

•粉尘

•噪音

•光源

3. 中国发展历程

3.1 早期的探索

  据说,20世纪60年代尝试。 具体案例不详。 60年代之后没有显著进展,除了文革等影响,是否因为唐山大地震导致了对装配式建筑的质疑?有待考证。

3.2 特大桥梁的应用

  桥梁上部结构的的预制装配成熟较早,但其他构件尚未实现预制装配。在21世纪初,诸多特大桥梁工程施工中,其他桥梁构件的预制拼装也得到了大规模的应用。

•上海长江大桥,1993-1996

•东海大桥,2002-2005 海上桥梁的桥墩和箱梁全部采用预制拼装工艺。海上运输采用5000吨驳船改造后进行运输,桥墩的吊装采用1000吨勇士号浮吊完成作业,箱梁采用2500吨浮吊完成安装。

 

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东海大桥-桥墩预制

 

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东海大桥-桥墩的装配

•杭州湾大桥,2003-0007

 

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杭州湾大桥-桥墩基础

 

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杭州湾大桥-箱梁装配

•港珠澳大桥,2009-2016 以上工程均为大型跨江与跨海桥梁,预制装配式施工方法的得以应用的原因主要有:

•大型桥梁工程量巨大,预制装配施工方法应用有利于提高施工速度,缩短工期;

•跨江跨海的大型工程施工环境恶劣,常规的现浇施工方法难以应用;

•特大桥梁工程规模巨大,预制拼装施工的成本可以得到充分的摊销,成本可控;

   经过早期的发展和特大桥梁中的应用,桥梁的预制装配技术已经有了长足的发展。但在量大面广的公路桥梁、城市高架桥梁中没有得到广泛的应用,应用的困难主要有:

•预制装配主要局限于上部结构,而下部结构与附属结构的预制装配尚无成熟的工艺;

•构件与构件之间的连接仍然需要现浇,施工速度慢

城市桥梁建设中施工问题未能有效解决:

•交通封闭

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•环境污染

•人工劳动

3.3 全预制拼装桥梁技术

   实现全预制装配桥梁施工,关键技术主要有:

•上下部结构的全预制拼装

•新型预制连接装置

•实现了立柱,盖梁的快速拼装

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4. 典型案例

4.1 上海沪闵路高架道路二期工程

•时间:2003竣工

•特色:节段拼装预应力混凝土连续弧形箱梁

•设备:采用1800t架桥机

 

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4.2 上海S26公路

•时间:2013

•特色:大盖梁的预制拼装

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4.3 上海嘉闵高架路(G2公路-S6公路)

•时间:2013年开工

•特色:大范围推广装配式桥梁施工,预制拼装率达到约30%

•应用范围:立柱、盖梁、小箱梁、防撞墙

 

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嘉闵高架-立柱预制

 

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嘉闵高架-盖梁预制

 

4.4 上海S3公路先期段

•时间:2016(立项、设计、施工、竣工)

•特色:全面预制拼装技术,预制装配率达到90.8%;当年立项、当年开工、当年通车

 

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工程记录: 7月15日施工第一根钻孔灌注桩;

8月23日安装第一根立柱;

9月3日安装第一个盖梁 ;

9月8日架设第一片小箱梁 ;

12月28日通车 。

关键技术:

•近距离轨交免共振钢管桩沉桩

•采用高强度混凝土、设置临时预应力

•优化柱顶节点连接方式

•小箱梁接缝关键技术

•支座升降法改善钢—混凝土组合连续梁负弯矩受力

施工技术:

•立柱吊装

 

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•盖梁整体吊装

 

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•小箱梁整体吊装

 

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5. 预制装配全流程

5.1 预制构件厂 桥梁构件的预制首先需要建立预制构件厂。

 

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5.2 钢筋成型设备

混凝土桥梁构件的设计,关键是钢筋的加工成型。目前的设备已经可以达到高度的机械化。

•全自动钢筋笼成型机

 

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•16mm线材数控弯曲中心

 

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•棒材数控弯曲中心自动上料架

 

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•45mm棒材数控卧式弯曲中心

 

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   目前机械化的钢筋加工设备,已经能够将各种规格的钢筋材料加工成混凝土中的钢筋形状

•各类钢筋平面弯曲

•钢筋骨架成型

•钢筋焊接

   加工精度达到 mm级别,这一进步将极大推动桥梁设计发展:

•更精细化的设计可能实现;

•钢筋的设计必须考虑预制加工的便利性,尽可能标准化,规格化;

 

5.3 混凝土构件的预制

•钢筋加工

 

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•钢筋笼成型

 

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•钢筋骨架与钢模板结合

 

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•混凝土构件浇筑、养生、成型

 

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5.4 构件运输

•构件起吊

 

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•构件运输

 

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5.5 现场装配

•定位

 

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•安装

 

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•接缝浇筑

 

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6. 全装配预制拼装桥梁优势

   全预制装配式桥梁的优势:

•施工速度快,工期短

•减少交通封闭,降低对车道的占用

•减低施工污染(粉尘、噪声、光源)

•减少现场施工人员,降低人力成本

•减少人员高空作业,降低施工风险

•工厂标准化生产,提高构件预制质量 超高性能混凝土得以推广应用。

•对于达到一定规模的工程,成本可能低于现浇施工

   目前设计施工的相关规范有:

•预制装配桥墩技术规程,上海工程建设规范

•节段式混凝土桥梁设计和施工指导性规范

•公路体外预应力混凝土桥梁设计指南

•Guide Specifications for Design and Construction of Segmental Concrete Bridges, AASHTO 国内的规范体系目前还不完善。

 

   7. 预制装配技术发展历程分析

预制拼装桥梁的优点非常显著,为何以前没有得到大规模的应用?这是由于多方面因素造成的:

•技术难度:

预制加工设备

吊装

运输

管理能力/人员素质

结构标准化

•社会因素 :

环保理念

人本理念

建设规模(桥梁密度)

建设速度

劳动力成本

   工程产业机械化程度的不足,限制了预制装配技术应用。从社会的需要出发,桥梁建设规模的扩大、人力成本的上升以及理念的提升,都需要预制装配技术的应用。预制拼装需要更加工业化的生产和组织能力,需要协调设备、生产、组装各方面的因素,施工要求更高。对于早期的交通建设,桥梁规模与密度较小,应用装配式可能成本并不划算。对于目前的大规模高速公路、城市高架路、高铁、轨道交通,桥梁在线路中的比重越来越高,大规模的预制拼装更加适用了。

 

8. 感悟

   吴军在《文明之光》中提出一个观念: 技术改变生活,不只需要关键技术的突破,更需要配套的流程和工艺。 例如,毕升的活字印刷没有取代雕版印刷术,就是因为缺乏配低成本生产流程。而古腾堡的印刷术提出了完整的生产工艺的和流程,解决了一系列的配套技术,成为最终 影响世界的发明。 对于预制装配式桥梁的发展也是如此,基本的概念提出很早。但要大规模应用于工程实际,需要社会需求的成熟,并且必须解决一系列的配套技术:

•钢筋加工设备

•运输起吊设备

•快速连接技术

•降低综合成本

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