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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(jì)30年代，在歐洲首次應(yīng)用了分段懸拼、跨中合攏的方法來建造拱橋，橋梁分段施工技術(shù)的出現(xiàn)，使得跨河橋梁施工的風(fēng)險(xiǎn)大為降低，因此迅速地取代了原先的滿堂支架的施工方法。到了上世紀(jì)50年代以后，預(yù)應(yīng)力混凝土技術(shù)開始推廣應(yīng)用，橋梁分段施工技術(shù)也發(fā)展出分段掛籃懸澆與預(yù)制節(jié)段懸拼技術(shù)。隨后，斜拉橋問世，許多鋼斜拉橋與預(yù)應(yīng)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(gòu)件替換施工，從舊梁分段拆除到新梁吊裝完成，僅僅只花費(fèi)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(shì)。
一、預(yù)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(shè)模板，然后采用混凝土現(xiàn)澆施工方法修剪橋梁。分段式施工將橋梁分為若干節(jié)段，采用分段澆筑或者在工廠或其他場(chǎng)地進(jìn)行預(yù)制，然后運(yùn)輸?shù)綐蛄核趫?chǎng)地，采用起重設(shè)備將分段吊裝、落墩、拼接而成。自從上世紀(jì)50年代，“預(yù)應(yīng)力之父”林同炎先生提出預(yù)應(yīng)力混凝土的理論并用于工程實(shí)踐之后，預(yù)制橋梁分段施工就在美國逐漸推廣應(yīng)用。時(shí)至今日，大多數(shù)的公路混凝土橋梁的預(yù)制分段都采用預(yù)應(yīng)力混凝土技術(shù)。預(yù)制預(yù)應(yīng)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(shì)：
1、降低工程造價(jià)
混凝土結(jié)構(gòu)施工的成本造價(jià)，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)大概可知由若干分項(xiàng)組成，其各自的占比如下表中所列�？梢�，人工費(fèi)用是當(dāng)前混凝土結(jié)構(gòu)施工中所占成本較高，而成本增加速度又較快的一項(xiàng)。人工費(fèi)用通常采用計(jì)時(shí)制計(jì)算，普通施工工人薪酬大多以日為單位計(jì)算。因此，要控制橋梁的工程造價(jià)，從人工成本的控制著手，能夠有更高的成效。采用分段施工，能夠大大節(jié)省人工工時(shí)。以北京三元橋改建為例，若采用現(xiàn)澆方式進(jìn)行施工，起碼需要占用現(xiàn)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，但是采用工廠預(yù)制、掛車現(xiàn)場(chǎng)拼裝，拼裝時(shí)間僅2天，預(yù)制時(shí)間也縮短到數(shù)周。當(dāng)然，預(yù)制分段施工所節(jié)省的人力成本實(shí)際上還要轉(zhuǎn)嫁到運(yùn)輸成本的增加上。相比散料與鋼筋等小體積物料的運(yùn)輸，大體積的分段運(yùn)輸成本無疑提高不少。因此，多數(shù)在橋梁現(xiàn)場(chǎng)地面進(jìn)行預(yù)制，或者利用所跨越的河流、交通線進(jìn)行運(yùn)輸，綜合下來，依然能夠節(jié)省較大的成本。
2、構(gòu)件質(zhì)量與尺寸精度高
預(yù)制分段構(gòu)件由于在預(yù)先進(jìn)行制造，其使用的模具、生產(chǎn)工藝、質(zhì)量檢驗(yàn)三個(gè)方面的條件都要遠(yuǎn)強(qiáng)于橋墩上腳手架搭板澆筑。首先是模具與工裝設(shè)備可以在平整的地面進(jìn)行，較為容易使預(yù)制出的大量分段都有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，便于后續(xù)施工安裝的拼接。生產(chǎn)工藝方面，從澆筑到養(yǎng)護(hù)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(qū)，能夠有效保護(hù)構(gòu)件不暴露于懸空風(fēng)口處。同時(shí)，在地面或工廠進(jìn)行預(yù)制，由專業(yè)的質(zhì)檢人員進(jìn)行檢測(cè)，同時(shí)，檢測(cè)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，工廠預(yù)制的構(gòu)件，如果其尺寸不滿足要求，還可以利用廠內(nèi)設(shè)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(xiàn)澆橋梁都要十分小心地計(jì)算預(yù)拱量以控制施工后的下?lián)�。而預(yù)制構(gòu)件即使單獨(dú)某個(gè)分段預(yù)制成的撓度不滿足要求，也能夠通過其他分段的調(diào)整來滿足要求。
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(shè)定一定的預(yù)拱以及其他反變形來控制施工后的變形依舊在容易范圍內(nèi)，但是除了徐變產(chǎn)生的撓度變形之外，收縮變形導(dǎo)致的箱梁裂縫則是現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)十分容易出現(xiàn)的重大隱患。對(duì)現(xiàn)澆混凝土收縮的控制措施，一般都采用設(shè)置后澆帶進(jìn)行控制，但是額外的結(jié)合面降低了整體的強(qiáng)度與可靠性。而預(yù)制分段在進(jìn)行吊裝拼接之前，在工廠內(nèi)就完成了凝固養(yǎng)護(hù)，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足要求，安裝后的收縮變形幾乎可以忽略，從而避免了現(xiàn)澆混凝土，在施工后由于收縮等原因出現(xiàn)裂縫的缺陷。
二、橋梁分段施工技術(shù)要點(diǎn)
1、常見的橋梁分段型式
常見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(yīng)用于不同寬度的橋梁。其一般有如下規(guī)則：單箱單室的箱梁一般兩款小于18m；單室分離式雙箱一般用于25m左右的寬度；多室結(jié)構(gòu)若分室數(shù)量小于3個(gè)，一般不宜超過20m，分室數(shù)量較多，可以應(yīng)用于25m左右寬度，雙箱分離式多室結(jié)構(gòu)，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，長度一般能達(dá)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(duì)稱中心，在兩側(cè)以可移動(dòng)的吊裝機(jī)將預(yù)制分段吊裝落在橋墩上，然后進(jìn)行拼接。過去常采用懸臂澆筑，使用可動(dòng)的掛籃進(jìn)行混凝土澆筑，不過現(xiàn)澆分段工期長。懸臂拼接則是將預(yù)制好的分段調(diào)入制定的位置后，采用環(huán)氧樹脂膠和鋼絲束將分段之間連接起來，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度一般在2～5m之間，不過如果場(chǎng)地能夠容納更多的起重設(shè)備，則可以一次性吊裝長度較大的構(gòu)件。
�。�2）頂推法。頂推法在橋梁軸線方向設(shè)置制造臺(tái)座作為預(yù)制場(chǎng)地進(jìn)行分段的現(xiàn)場(chǎng)預(yù)制，然后利用水平液壓頂推裝置將分段向軸線方向頂推進(jìn)入到預(yù)定的橋位。同時(shí)為了保證頂推方向的偏差滿足要求，在頂推前方設(shè)置一段導(dǎo)梁。另外，為了減少預(yù)制分段與橋墩之間的摩擦，在每個(gè)橋墩上安裝應(yīng)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(zhuǎn)體法。轉(zhuǎn)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(yùn)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(zhuǎn)后與兩側(cè)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(shè)平行于所跨越交通線的平臺(tái)，預(yù)制完畢后，進(jìn)行旋轉(zhuǎn)；一種為工廠預(yù)制，直接借所跨越交通線進(jìn)行運(yùn)輸，到指定橋位旋轉(zhuǎn)。
三、結(jié)語
當(dāng)前，采用分段施工的公路橋梁越來越多，尤其是采用預(yù)制混凝土箱梁構(gòu)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?qū)蛄簱隙扰c軸線平滑度進(jìn)行連續(xù)修正，過去分段施工在拼接接口、分段撓度過度等方面存在較大的問題，但是隨著預(yù)制分段的尺寸精度的控制越來越精確，這些問題正不斷被解決，這使得預(yù)制分段橋梁施工技術(shù)在公路高架橋與立交橋方面的應(yīng)用越來越廣。拼接法進(jìn)行分段施工，當(dāng)前主要的薄弱環(huán)節(jié)在接縫的處理。環(huán)氧樹脂接縫從強(qiáng)度到耐候性方面，與混凝土構(gòu)件本身存在差距。同時(shí)，大體積、大長度的分段拼接，還受限于起重設(shè)備以及供起重設(shè)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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