浅谈混凝土预制节段拼装式桥梁的施工

浅谈混凝土预制节段拼装式桥梁的施工

彭彬甫孙石磊孙堂斌

中国建筑土木建设有限公司北京100070

摘要：结构预制拼装技术是解决在城市建设的施工过程中实现零污染、零排放、低噪声问题的关键技术。该技术将工程结构分解为若干个节段，像搭积木一样将结构按序拼装，从而避免因混凝土现场搅拌、浇注对环境造成污染，减少了施工人力，现场施工工期短，缓解了交通拥堵，在国内外得到大力推广。

关键词：预制节段；拼装；桥梁；施工控制；

节段预制拼装结构以其低污染、低噪声、高安全和低消耗等优点而成为越来越多的城市桥梁的建造方式。叙述了国内外预制节段拼装桥梁的设计、施工的现状和发展趋势，把握当前预制节段拼装桥梁的建造水平，结合具体工程，分别从施工方法选取、施工流程、施工控制等方面进行分析。

一、概述

预制节段拼装技术多应用于桥梁的上部结构，为实现现场施工对周围环境的零污染和零排放，实现全桥的全预制拼装，对桥梁下部结构的施工提出了更高的要求。下部结构预制拼装的重点主要在盖梁和桥墩。作为直接承受地震荷载的构件，桥墩的合理预制分段和连接方式对其抗震性能的影响也是设计和建造者关心的重要问题。对国内外预制节段桥墩的研究进展进行了综述。分别对预制拼装节段桥墩的抗震性能的国内研究情况进行了综述。由于桥墩预制节段的连接方式各有不同，而且连接件的材料多样，需要试验与数值仿真相结合，高校等科研机构与设计单位联合，依托大型结构实验室，验证不同连接方式的预制节段拼装桥墩的抗震性能。

二、上下部结构施工

1.上部结构施工。（1）拼装方法。预制节段拼装桥梁上部结构施工的流程主要为：预制→运输→架桥→拼装。拼装方法主要有平衡悬臂法、逐孔拼装法及悬臂拼装法。平衡悬臂法是架桥机以桥墩为中心，向两端对称架设节段施工；逐孔拼装法主要是在架桥机上按单一方向架设节段，拼接，完成后进行下一跨的施工；悬臂拼装是架桥机按单一方向架设节段，拼接，张拉预应力，完成后进行下一节段的施工。平衡悬臂法和悬臂法拼装的突出优点是能够最大限度地减少脚手架的使用，不占用桥下空间，适合在不能够中断交通的城市密集区以及航道处应用。（2）节段连接。在横桥向划分的预制节段通过在断面设置剪力键传递剪力。节段的拼接方式有干法拼接和湿法拼接两种。前者主要在已按设计线形布设好的节段间涂环氧胶，节段黏结，张拉预应力；后者的做法为节段就位后，在接缝处现浇混凝土，待混凝土达到既定强度后，方可进行下一孔的架设。两种方法相比，干法拼接施工工艺简单，施工速度快，并且环氧胶可起到一定的防水作用，被多数预制节段拼装桥梁工程采用。

2.下部结构施工。为更好地降低结构现场施工对环境的影响，减少污染物排放，实现桥梁结构工业化装配建造，对桥墩进行预制拼装。拼装桥墩较适合于山区高墩以及城市密集区的高架桥梁。由于下部结构是地震荷载作用下的主要耗能构件，对于桥墩预制节段的划分、节段间的连接方式和性能需要深入研究。桥梁下部结构预制拼装实例较少，1996年建造的美国索米尔河高架桥和布朗克斯河高架桥的桥墩均采用节段施工方法建造。该桥桥墩高6.10~16.76m，单箱三室构造。每节段长度大于2.44m。预制节段通过预应力筋连接，在连接完毕后，张拉预应力。预制节段拼装桥墩为竖向拼装，节段拼装难度较高，影响施工进度。桥墩节段如何划分，节段间如何连接是推广预制节段拼装桥墩施工方法需要解决的重要问题。预制节段桥墩最初仅在大型跨海桥梁中有所应用，如东海大桥。竖向预应力筋穿束难度较高，研究人员尝试了采用钢套筒连接、波纹管连接以及高强混凝土连接等多种方式。通过对连接节点的力学性能测试以及采用各种连接方式拼接的桥墩拟静力试验可知，采用这些方法连接的拼装桥墩的抗震性能与普通现浇桥墩的抗震性能相当或优于普通现浇桥墩。在预制节段桥墩的工程实践中，上海S7公路新建工程中实现盖梁的预制节段拼装，盖梁节段采用牛腿式垂直拼缝连接，降低了施工风险。

三、预应力索

1.体内和体外预应力索在预制节段桥梁中的使用呈上升趋势。（1）腹板和模板不需留预应力孔道，使扎钢筋和混凝土浇筑更为容易进行。采用体外索可减少腹板的厚度，减少梁体的重量及下部结构自重。（2）体外预应力索不需要预留孔道，避免了施工中预留孔道堵塞的问题。（3）体外索比体内索摩阻损耗少，预应力效率更高。（4）体外索可在厂房制作，施工过程中更容易检查，长期养护方便，质量能保证。另外，使用体外索也会带来以下一些问题体外索的保护通常使用HDPE管压水泥浆，其初期材料成本较高；在极弯情况下，体外索比体内索需要配置更多的预应力索；体外索需靠转向装置传力到主梁，会导致此部位的应力过分集中。

2.节段拼装时需要在拼装阶段配置临时的预应力索，无需压浆和防腐处理，以满足施工阶段受力要求。临时预应力索一般采用MaCalloy系统，在以下情况使用。（1）当上部结构与桥墩的设计不是固接，节段安装时0号块就需要与墩进行暂时连接，通过在桥墩及承台预留的孔道安装预应力索并施加临时预应力。这样可确保节段安装时结构的稳定，同时抵御安装过程中不平衡时的倾覆。（2）当桥梁施工阶段与永久阶段的受力体系发生转换时，提供临时预应力以满足施工阶段受力。（3）在施加永久预应力之前，吊具一般都会松开吊装中的梁节，以便配合施工的流程，提高吊具使用效率，提供临时预应力以及设计的剪力键来临时固定梁段。（4）提供临时预应力是为了梁节之间紧接作用，在梁节上涂环氧树脂后，需尽快与相邻节段相接，此时作用临时预应力时，安装中的梁节与安装好的梁节很好地接合，发挥环氧树脂黏结作用。

四、主梁架设方法

自预制节段方法应用以来，对不同的项目，根据其地理环境、施工信道、允许施工工期及项目规模采取不同的施工方法。基本上，香港的预制节段桥梁分别采用平衡悬拼法和逐跨架设法。平衡悬拼法是以一个桥墩为中心，对称地往两侧平衡架设出去。每一节段与已拼装的节段连成一体，自我平衡，并作为下一段的拼装基础。对于每个施工步骤，悬臂结构通过张拉设置在箱梁节段中的预应力钢束来确保其安全和稳定，节段的吊装通过桥面支撑吊机、导梁或地面起重机进行。悬臂施工的优点能最大程度地减少脚手架的使用，节约桥下空间，适合拥挤市区内高架桥道路的施工。在施工中采用以下方法：（1）直接使用吊机或龙门吊机吊装就位，如果地面条件（包括信道及地面承载力）许可，可以让汽车起重机或履带式起重机或龙门吊机现场就这样可以直接将预制节段从拖车上卸下，然后起吊就位。（2）桥面吊架吊装就位。如果在桥面以下可以或至少能运输预制利用水路或地面运输预制件到各个永久桥墩附近，则可以利用桥面吊架把预制件起吊就位。（3）架桥机吊装就位。架桥机是目前所用最广泛的安装设备，它既可从桥下起吊预制件，又可从桥面起吊预制件，提高安装灵活性，降低对现场环境的依赖性，并且充份体现预制拼装的优越性。

结束语

总之，对国预制节段拼装桥梁的建造方法的总结、分析和比较，对主梁节段预制拼装和桥墩预制节段以及连接技术进行了归纳总结，把握当前预制节段拼装桥梁结构的发展现状和趋势。虽然预制节段拼装桥梁结构具有很多优点，但是目前在国内的工程实践尚未大规模推广，设计和施工技术需要进一步完善。

参考文献

[1]张海萍.桥梁预制节段拼装技术在城市建设中的应用.2017.

[2]李元春.王芳，预制节段混凝土桥梁的设计与工程实践.2018.

[3]黄国杰，叶宏宇.探讨混凝土预制节段拼装式桥梁的施工.2017.