公路高架桥分段施工技术分析

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混凝土桥梁施工技术在上世纪30年代，在欧洲首次应用了分段悬拼、跨中合拢的方法来建造拱桥，桥梁分段施工技术的出现，使得跨河桥梁施工的风险大为降低，因此迅速地取代了原先的满堂支架的施工方法。到了上世纪50年代以后，预应力混凝土技术开始推广应用，桥梁分段施工技术也发展出分段挂篮悬浇与预制节段悬拼技术。随后，斜拉桥问世，许多钢斜拉桥与预应力混凝土斜拉桥都采用了分段悬拼技术进行施工。时至今日，公路桥梁分段施工技术已经十分成熟，近期的北京三元桥分段构件替换施工，从旧梁分段拆除到新梁吊装完成，仅仅只花费了43个小时，引起社会轰动，更是凸显分段施工技术的优势。

一、预制分段桥梁施工的优点

公路混凝土桥梁按照施工方法可以分为整体式施工与分段式施工。整体式施工即在桥梁所在场地修筑墩基之后，搭建脚手架、搭设模板，然后采用混凝土现浇施工方法修剪桥梁。分段式施工将桥梁分为若干节段，采用分段浇筑或者在工厂或其他场地进行预制，然后运输到桥梁所在场地，采用起重设备将分段吊装、落墩、拼接而成。自从上世纪50年代，“预应力之父”林同炎先生提出预应力混凝土的理论并用于工程实践之后，预制桥梁分段施工就在美国逐渐推广应用。时至今日，大多数的公路混凝土桥梁的预制分段都采用预应力混凝土技术。预制预应力混凝土分段桥梁施工方式相比整体式施工具有以下优势：

1.降低工程造价

混凝土结构施工的成本造价，根据经验大概可知由若干分项组成，其各自的占比如下表中所列。可见，人工费用是当前混凝土结构施工中所占成本较高，而成本增加速度又较快的一项。人工费用通常采用计时制计算，普通施工工人薪酬大多以日为单位计算。因此，要控制桥梁的工程造价，从人工成本的控制着手，能够有更高的成效。采用分段施工，能够大大节省人工工时。以北京三元桥改建为例，若采用现浇方式进行施工，起码需要占用现场几个月的时间，而且还会受到气候、周边等各种因素影响，但是采用工厂预制、挂车现场拼装，拼装时间仅2天，预制时间也缩短到数周。当然，预制分段施工所节省的人力成本实际上还要转嫁到运输成本的增加上。相比散料与钢筋等小体积物料的运输，大体积的分段运输成本无疑提高不少。因此，多数在桥梁现场地面进行预制，或者利用所跨越的河流、交通线进行运输，综合下来，依然能够节省较大的成本。

2.构件质量与尺寸精度高

预制分段构件由于在预先进行制造，其使用的模具、生产工艺、质量检验三个方面的条件都要远强于桥墩上脚手架搭板浇筑。首先是模具与工装设备可以在平整的地面进行，较为容易使预制出的大量分段都有统一的标准，便于后续施工安装的拼接。生产工艺方面，从浇筑到养护的条件都要优于脚手架的悬空处，尤其在气温较低的地区，能够有效保护构件不暴露于悬空风口处。同时，在地面或工厂进行预制，由专业的质检人员进行检测，同时，检测条件也较为便利，能够有效保证获得批量的高质量产品。此外，工厂预制的构件，如果其尺寸不满足要求，还可以利用厂内设备进行修正，因此尺寸精度也能够有较好的保证。尤其是在桥梁挠度方面，现浇桥梁都要十分小心地计算预拱量以控制施工后的下挠。而预制构件即使单独某个分段预制成的挠度不满足要求，也能够通过其他分段的调整来满足要求。

3.施工后收缩小

分段施工的桥梁在施工后的收缩变形较小。一般桥梁施工都会设定一定的预拱以及其他反变形来控制施工后的变形依旧在容易范围内，但是除了徐变产生的挠度变形之外，收缩变形导致的箱梁裂缝则是现浇结构十分容易出现的重大隐患。对现浇混凝土收缩的控制措施，一般都采用设置后浇带进行控制，但是额外的结合面降低了整体的强度与可靠性。而预制分段在进行吊装拼接之前，在工厂内就完成了凝固养护，其收缩变形已经完成，因此只要保证各分段之间拼接尺寸精度满足要求，安装后的收缩变形几乎可以忽略，从而避免了现浇混凝土，在施工后由于收缩等原因出现裂缝的缺陷。

二、桥梁分段施工技术要点

1.常见的桥梁分段型式

常见的分段界面多为箱梁，其型式主要有以下三种：不同型式的截面主要应用于不同宽度的桥梁。其一般有如下规则：单箱单室的箱梁一般两款小于18m；单室分离式双箱一般用于25m左右的宽度；多室结构若分室数量小于3个，一般不宜超过20m，分室数量较多，可以应用于25m左右宽度，双箱分离式多室结构，可以用于25m宽度以上桥梁。箱梁高度还分为变高度与等高度，变高度多采用直腹板、等高度多采用斜腹板。分段桥梁还有等截面与变截面两种形式，等截面施工简单，一般用于跨径80m以下的中小跨径桥梁；变截面分段适用于大跨径桥梁，长度一般能达到300m以上。

2.分段施工的主要方法

（1）悬臂施工。悬臂施工以桥墩为对称中心，在两侧以可移动的吊装机将预制分段吊装落在桥墩上，然后进行拼接。过去常采用悬臂浇筑，使用可动的挂篮进行混凝土浇筑，不过现浇分段工期长。悬臂拼接则是将预制好的分段调入制定的位置后，采用环氧树脂胶和钢丝束将分段之间连接起来，接缝处采用螺栓进行锚固，如图2所示。悬臂拼接施工的分段长度一般在2～5m之间，不过如果场地能够容纳更多的起重设备，则可以一次性吊装长度较大的构件。（2）顶推法。顶推法在桥梁轴线方向设置制造台座作为预制场地进行分段的现场预制，然后利用水平液压顶推装置将分段向轴线方向顶推进入到预定的桥位。同时为了保证顶推方向的偏差满足要求，在顶推前方设置一段导梁。另外，为了减少预制分段与桥墩之间的摩擦，在每个桥墩上安装应力传递装置，以抵消分段与桥墩之间的重力，减小摩擦力。（3）转体法。转体法最早在跨河桥梁分段施工中采用，利用正交的河流上的轮船运输桥梁分段，进入指定桥位后，将分段顶起进行90度的旋转后与两侧的分段进行拼接。随后，被引用到跨越较大空间的干道的高架桥施工中，如图4所示。一般也有两种方式，一为在所跨越干道周边建设平行于所跨越交通线的平台，预制完毕后，进行旋转；一种为工厂预制，直接借所跨越交通线进行运输，到指定桥位旋转。

三、结语

当前，采用分段施工的公路桥梁越来越多，尤其是采用预制混凝土箱梁构件进行分段拼接的工程更是发展迅速。相比整体式施工能够对桥梁挠度与轴线平滑度进行连续修正，过去分段施工在拼接接口、分段挠度过度等方面存在较大的问题，但是随着预制分段的尺寸精度的控制越来越精确，这些问题正不断被解决，这使得预制分段桥梁施工技术在公路高架桥与立交桥方面的应用越来越广。拼接法进行分段施工，当前主要的薄弱环节在接缝的处理。环氧树脂接缝从强度到耐候性方面，与混凝土构件本身存在差距。同时，大体积、大长度的分段拼接，还受限于起重设备以及供起重设备同行的场地的条件。因此，施工技术人员依然要不断创新摸索，以不断改进分段拼接施工技术。

作者:黄亚 单位:湖北金湖建设工程有限公司