橋梁節(jié)段拼裝設(shè)備與架設(shè)方案的比選研究

耿慶祥

（中鐵北京工程局集團(tuán)第五工程有限公司，浙江 杭州311215）

0 引言

目前，我國混凝土橋梁仍然以支架現(xiàn)澆的施工方法為主，節(jié)段預(yù)制拼裝技術(shù)應(yīng)用比例很小，但其經(jīng)濟(jì)，技術(shù)優(yōu)勢已得到我國橋梁工程界的重視，隨著我國橋梁工業(yè)化、標(biāo)準(zhǔn)化水平的提高，此項(xiàng)技術(shù)的推廣應(yīng)用具有廣闊的前景。目前我國仍缺少節(jié)段預(yù)制拼裝橋梁的設(shè)計(jì)規(guī)范，技術(shù)研究仍然處于初級節(jié)段，急需更多深入研究。

1 工程概況

連徐鐵路站前Ⅱ標(biāo)東海特大橋962#～965#墩跨大沙河32m+48m+32m連續(xù)梁里程為DK73+511.495～DK73+625.195，線路小里程與河流夾角為106°，連續(xù)梁全長113.5m，采用節(jié)段預(yù)制裝配施工工藝，在新沂梁場（中心里程DK68+700）進(jìn)行節(jié)段預(yù)制及存放，輪胎式運(yùn)梁車運(yùn)至現(xiàn)場利用架橋機(jī)進(jìn)行膠接拼裝，需預(yù)制40個(gè)節(jié)段，中跨合龍?zhí)幵O(shè)1m濕接頭。梁體為單箱單室、等高度箱梁，底板、腹板、頂板局部向內(nèi)側(cè)加厚。全聯(lián)在端支點(diǎn)、中支點(diǎn)處設(shè)橫隔板，橫隔板設(shè)有孔洞，供檢查人員通過。橋梁寬12.6m，橋梁全長113.5m，計(jì)算跨度為（32+48+32）m，截面中心線處梁高3.035m，梁底下緣按直線變化。

2 設(shè)備選型分類

橋梁節(jié)段預(yù)制拼裝施工工藝工法的原理就是將橋梁上部結(jié)構(gòu)劃分為若干標(biāo)準(zhǔn)節(jié)段，在預(yù)制場地匹配預(yù)制完成后，在現(xiàn)場用架橋機(jī)等專用拼裝設(shè)備在橋梁下部結(jié)構(gòu)之上，按次序逐塊組拼，同時(shí)施加預(yù)應(yīng)力，使之成為整體結(jié)構(gòu)，并沿預(yù)定的安裝方向進(jìn)行逐跨推進(jìn)、逐跨拼裝[1-3]。

橋梁節(jié)段拼裝設(shè)備主要包括懸臂拼裝設(shè)備和逐跨拼裝設(shè)備[4，5]。具體分類如圖1所示。

圖1 橋梁節(jié)段拼裝設(shè)備類型

架橋機(jī)節(jié)段拼裝設(shè)備主要性能指標(biāo)如表1所示，橋面吊節(jié)段拼裝設(shè)備主要性能指標(biāo)如表2所示，輪胎吊節(jié)段拼裝設(shè)備主要性能指標(biāo)如表3所示。

表1 架橋機(jī)主要性能指標(biāo)

表2 橋面吊主要性能指標(biāo)

表3 輪胎吊主要性能指標(biāo)

從綜合施工進(jìn)度指標(biāo)、對地面交通影響程度、設(shè)備通用性、設(shè)備功能性、造價(jià)、跨越既有建（構(gòu)）筑物能力、跨越河流與立交能力、安裝拆除難度、轉(zhuǎn)場難度等幾方面對比了架橋機(jī)、橋面吊、輪胎吊三種設(shè)備，如表4所示。

表4 三種設(shè)備綜合特性對比

3 節(jié)段預(yù)制拼裝方案適用性研究

3.1 影響節(jié)段拼裝方案選擇的主要因素

逐跨拼裝的施工方法的適用范圍受以下幾點(diǎn)條件制約[6，7]：

（1）結(jié)構(gòu)形式：逐跨拼裝一般適用于等高度箱梁橋，結(jié)構(gòu)形式可以是簡支梁或者連續(xù)（剛構(gòu)）梁橋。這類橋梁的跨度一般不超過60m，如表5所示。

表5 箱梁橋主要指標(biāo)

（2）運(yùn)輸條件：梁體節(jié)段需要用運(yùn)梁機(jī)械如駁船、運(yùn)梁車從預(yù)制場運(yùn)至橋位，因此節(jié)段重量受船、車、道路的載重限制，典型逐跨拼裝橋梁的梁段參數(shù)見表，可見此類橋梁節(jié)段重量一般不超過70t，跨徑一般不超過50m；當(dāng)橋面過寬、三車道跨度較長時(shí)，節(jié)段重量超過100t，節(jié)段運(yùn)輸較為困難[8]。

（3）架橋機(jī)條件：逐跨拼裝的施工方式一般通過架橋機(jī)吊裝拼接完成，所以架橋機(jī)的性能也制約了逐跨拼裝的適用范圍，架橋機(jī)一般是大量鋼構(gòu)件運(yùn)輸至現(xiàn)場，在橋位拼裝而成，因此鋼構(gòu)件不宜過重，架橋機(jī)主梁的剛度和承載力無法太大，這導(dǎo)致架橋機(jī)的懸掛重量承載力有限制，根據(jù)典型逐跨拼裝橋梁所用架橋機(jī)可知，最大節(jié)段重量不超過80t，懸掛總重量不超過700t，最大節(jié)段數(shù)也有限制，這三者結(jié)合起來就限制了適用橋跨無法達(dá)到60m以上。

當(dāng)橋跨增大，梁高隨之增大，截面積增加，同時(shí)節(jié)段數(shù)也線性增加，理論上一跨梁的總重與跨徑近似成二次方關(guān)系，當(dāng)橋跨較長，架橋機(jī)的用鋼量較大，租賃費(fèi)用較高，橋墩?；A(chǔ)的截面尺寸、配筋等受施工期間荷載控制，這樣采用逐跨拼裝的施工方式極為不經(jīng)濟(jì)，所以橋跨不宜超過60m。此外，架橋機(jī)的工作曲線半徑要求很大，一般只適用于直橋，縱橫向坡度要求比較嚴(yán)格，故逐跨拼裝一般只適用于平直梁橋，不適合用在急彎、上下坡匝道橋。

綜合以上因素，逐跨拼裝適用于跨度25～60m的簡支梁或連續(xù)（剛構(gòu)）混凝土平直梁橋。

3.2 平衡懸臂拼裝

與逐跨拼裝類似，對稱懸臂拼裝的適用范圍由以下幾個(gè)因素決定[9，10]：

（1）結(jié)構(gòu)形式：懸臂施工一般適用于變高連續(xù)（剛構(gòu)）梁橋，此類橋梁的跨度在50m以上，如表6所示。

表6 連續(xù)（剛構(gòu)）梁橋主要指標(biāo)

（2）運(yùn)輸條件：懸臂拼裝梁的節(jié)段同樣需要運(yùn)梁機(jī)械如駁船、運(yùn)梁車從預(yù)制場運(yùn)送至橋位，因此節(jié)段的重量也要受船、車、道路的載重限制，幾座懸臂拼裝橋梁的梁段參數(shù)見表2~表4，節(jié)段重量一般不超過150t，跨度一般不超過100m。

（3）架橋機(jī)條件：對稱懸臂拼裝的施工方法使懸臂拼裝自相平衡，無須滿跨節(jié)段同時(shí)吊掛在架橋機(jī)上，邊跨施工也僅需在吊掛半跨節(jié)段，故懸臂拼裝對架橋機(jī)的最大懸掛承載力要求較低，通常不是主要限制因素，但也不能忽視了懸掛承載能力，例如，浙江嘉紹大橋引橋就是采用懸臂拼裝方法，施工邊跨時(shí)發(fā)生了架橋機(jī)倒塌事故，其原因就是架橋機(jī)承載能力不足，因這類橋梁的跨度略大，梁截面尺寸略大，節(jié)段更重，所以對架橋機(jī)的最大節(jié)段重承載能力要求較高，與逐跨拼裝類似，架橋機(jī)的工作曲線半徑要求很大，一般只適用于直橋，縱橫向坡度要求也比較嚴(yán)格，故懸臂拼裝也適用于平直梁橋，不適合用在急彎、上下坡匝道橋。

綜合以上幾點(diǎn)，懸臂拼裝適用于50～100m連續(xù)（剛構(gòu)）混凝土平直梁橋。

4 結(jié)論

通過連徐高速鐵路跨大沙河連續(xù)梁節(jié)段預(yù)制拼裝施工實(shí)踐，對不同條件下的架梁設(shè)備和架設(shè)方案進(jìn)行適用性研究，利用專門的設(shè)備將預(yù)制梁段起吊至橋位，然后采用環(huán)氧樹脂膠和預(yù)應(yīng)力鋼絲束連接成整體，預(yù)制拼裝施工包括塊件的預(yù)制、運(yùn)輸、拼裝及合攏，梁體的預(yù)制可與橋梁下部構(gòu)造施工同時(shí)進(jìn)行，平行作業(yè)縮短了建橋周期，預(yù)制梁的混凝土齡期比懸澆法長，從而減少了成梁后混凝土的收縮和徐變。工程實(shí)踐證明，采用預(yù)制拼裝施工工法，不僅可以大大縮短施工工期，且有利于梁整體施工的質(zhì)量控制，是一種橋梁綠色建設(shè)的代表工法，是符合現(xiàn)階段環(huán)保產(chǎn)業(yè)政策的先進(jìn)技術(shù)。