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桥梁工程|节段预制装配式桥梁的发展总结

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发表于 2018-5-15 21:47 | 显示全部楼层 |阅读模式
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。




东海大桥-桥墩预制




   东海大桥-桥墩的装配


  • 杭州湾大桥-桥墩基础



  • 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



  • 交通封闭
  • 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


新型预制连接装置
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



4.2 上海S26公路

  • 时间:2013
  • 特色:大盖梁的预制拼装



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



  • 嘉闵高架-立柱预制



    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




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





  • 盖梁整体吊装



  • 小箱梁整体吊装



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


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



  • 16mm线材数控弯曲中心



  • 棒材数控弯曲中心自动上料架



  • 45mm棒材数控卧式弯曲中心





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



  • 钢筋笼成型

  • 钢筋骨架与钢模板结合



  • 混凝土构件浇筑、养生、成型



5.4 构件运输

  • 构件起吊



  • 构件运输





5.5 现场装配

  • 定位





  • 安装



  • 接缝浇筑



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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