橋梁節(jié)段拼裝設備與架設方案的比選研究

耿慶祥

（中鐵北京工程局集團第五工程有限公司，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)段預制拼裝技術應用比例很小，但其經濟，技術優(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、標準化水平的提高，此項技術的推廣應用具有廣闊的前景。目前我國仍缺少節(jié)段預制拼裝橋梁的設計規(guī)范，技術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)段預制裝配施工工藝，在新沂梁場（中心里程DK68+700）進行節(jié)段預制及存放，輪胎式運梁車運至現(xiàn)場利用架橋機進行膠接拼裝，需預制40個節(jié)段，中跨合龍?zhí)幵O1m濕接頭。梁體為單箱單室、等高度箱梁，底板、腹板、頂板局部向內側加厚。全聯(lián)在端支點、中支點處設橫隔板，橫隔板設有孔洞，供檢查人員通過。橋梁寬12.6m，橋梁全長113.5m，計算跨度為（32+48+32）m，截面中心線處梁高3.035m，梁底下緣按直線變化。

2 設備選型分類

橋梁節(jié)段預制拼裝施工工藝工法的原理就是將橋梁上部結構劃分為若干標準節(jié)段，在預制場地匹配預制完成后，在現(xiàn)場用架橋機等專用拼裝設備在橋梁下部結構之上，按次序逐塊組拼，同時施加預應力，使之成為整體結構，并沿預定的安裝方向進行逐跨推進、逐跨拼裝[1-3]。

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

圖1 橋梁節(jié)段拼裝設備類型

架橋機節(jié)段拼裝設備主要性能指標如表1所示，橋面吊節(jié)段拼裝設備主要性能指標如表2所示，輪胎吊節(jié)段拼裝設備主要性能指標如表3所示。

表1 架橋機主要性能指標

表2 橋面吊主要性能指標

表3 輪胎吊主要性能指標

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

表4 三種設備綜合特性對比

3 節(jié)段預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條件制約[6，7]：

（1）結構形式：逐跨拼裝一般適用于等高度箱梁橋，結構形式可以是簡支梁或者連續(xù)（剛構）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

（2）運輸條件：梁體節(jié)段需要用運梁機械如駁船、運梁車從預制場運至橋位，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；當橋面過寬、三車道跨度較長時，節(jié)段重量超過100t，節(jié)段運輸較為困難[8]。

（3）架橋機條件：逐跨拼裝的施工方式一般通過架橋機吊裝拼接完成，所以架橋機的性能也制約了逐跨拼裝的適用范圍，架橋機一般是大量鋼構件運輸至現(xiàn)場，在橋位拼裝而成，因此鋼構件不宜過重，架橋機主梁的剛度和承載力無法太大，這導致架橋機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，這三者結合起來就限制了適用橋跨無法達到60m以上。

當橋跨增大，梁高隨之增大，截面積增加，同時節(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系，當橋跨較長，架橋機的用鋼量較大，租賃費用較高，橋墩。基礎的截面尺寸、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濟，所以橋跨不宜超過60m。此外，架橋機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）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因素決定[9，10]：

（1）結構形式：懸臂施工一般適用于變高連續(xù)（剛構）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）梁橋主要指標

（2）運輸條件：懸臂拼裝梁的節(jié)段同樣需要運梁機械如駁船、運梁車從預制場運送至橋位，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)段同時吊掛在架橋機上，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，施工邊跨時發(fā)生了架橋機倒塌事故，其原因就是架橋機承載能力不足，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，懸臂拼裝適用于50～100m連續(xù)（剛構）混凝土平直梁橋。

4 結論

通過連徐高速鐵路跨大沙河連續(xù)梁節(jié)段預制拼裝施工實踐，對不同條件下的架梁設備和架設方案進行適用性研究，利用專門的設備將預制梁段起吊至橋位，然后采用環(huán)氧樹脂膠和預應力鋼絲束連接成整體，預制拼裝施工包括塊件的預制、運輸、拼裝及合攏，梁體的預制可與橋梁下部構造施工同時進行，平行作業(yè)縮短了建橋周期，預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。工程實踐證明，采用預制拼裝施工工法，不僅可以大大縮短施工工期，且有利于梁整體施工的質量控制，是一種橋梁綠色建設的代表工法，是符合現(xiàn)階段環(huán)保產業(yè)政策的先進技術。