预应力混凝土连续梁桥的技术发展

预应力混凝土连续梁桥的技术发展

1国外桥梁设计和施工技术发展的动向及趋势预制混凝土连续梁桥具有变形小、结构刚好、行驶柔和舒适、几乎没有交通堵塞、维护方便、抗疲劳等优点。在直径为40.200m的范围内，这类桥梁在国外桥梁建设中得到了广泛应用。随着我国大规模桥梁建设的展开,我国桥梁的设计和施工水平虽然已经跻身于国际先进行列,但是国外在桥梁技术的发展过程中,历来非常重视对新材料和新工艺的研究,创新能力较强,很多发达国家桥梁设计和施工技术比我国要成熟和先进得多,因此研究国外桥梁设计和施工技术发展的动向及趋势,对于指导国内企业投标国际桥梁设计和施工,增强在海外桥梁市场的竞争力有着重要的意义。中国桥梁建设经过十几年的高速发展,成就了一大批优秀的建桥企业,国内竞争日趋激烈,随着桥梁建设的逐渐饱和,国内业务也将趋于减少,很多大型企业早已经开始把眼光放在了海外项目上,海外业务对中国经济的贡献比例正呈上升趋势。因此积极参与国际竞争,拓展海外市场,显得日趋迫切和重要。目前,我国的桥梁企业已通过国际投标、联合经营等方式进入东南亚、中东、非洲等地区市场,这些地区水系发达,区内多为发展中国家,基础设施建设相对缺乏,且相对发达国家准入门槛不高,市场空间较大。从经济角度考察,预应力混凝土连续梁桥具有设计及施工技术成熟、造价相对较低、建桥所需的砂石料大多数情况下可就地取材、后期维修养护费用少等特点,因而备受对桥梁跨度要求不高的发展中国家青睐。2桥梁的发展方向随着预应力技术不断发展以及高强轻质材料的相继问世,桥梁的发展方向应是新型、大跨、轻质和美观、环保、人性化。而桥梁的每次重大技术发展都是和材料、施工工艺、结构体系等密切联系的。2.1高强轻骨料混凝土在一些发展中国家,绝大多数桥梁工程结构均采用混凝土材质,其原因除了混凝土材料本身优越的工程特点之外,主要是其组成材料来源丰富、价格便宜,而且生产的能源消耗少,成本低廉。但普通混凝土材料有其固有的不足之处,最主要的缺点是比强度(材料强度/材料容重)很小,以致混凝土桥梁恒载在总荷载中所占的比例很大,承载力利用系数很低,无法适应大跨径桥梁的要求。为了克服普通混凝土的上述缺点,研制及应用高强轻骨料混凝土是国内、外工程界共同的追求。高强轻骨料混凝土与同强度等级的普通混凝土相比,自重可以减轻20%~25%,并且具有更高的耐久性、很好的抗震性能且无碱集料反应危害等特点,适用于恒载占有较大比例的工程结构,如大跨径桥梁和大跨度空间结构,尤其适合于在软土地基、地震区或碱骨料反应多发区建造大跨径桥梁,是未来建桥材料的发展趋势。2.2跨海大桥的数字化施工技术当前新规划桥梁建设或既有桥梁改造项目很多采用大节段、大块件结构工厂预制,大吨位吊船或架桥机现场快速安装。一座数千米长的特大桥的墩台、桥塔、梁体安装仅需半年左右即可完成,既不破坏植被,又不污染施工水域,施工快捷质量好,并可节省大量的劳动力。如香港湾仔项目东区桥梁、科威特苏比亚桥项目以及内地已经完工的上海东海大桥、杭州湾跨海大桥等项目均是采用工厂预制、整体节段安装的施工工艺,从已完成工程实例看取得了良好的效果。发达国家的大型桥梁施工均配有施工指导智能化系统,即利用高速计算机将现场通过自动化传感器采集到的桥梁各部位内力、应力、变形、温度、气象资料进行综合分析、自动判断,确立下一步施工方案及确保安全的应急措施,以保障大桥建造质量。如2004年12月建成的法国米约大桥就是一座集环保与高科技于一身的结构:根据工程师的设计图,负责大桥测绘的测绘专家建立了1套卫星定位系统的坐标体系,然后用全球卫星定位系统GPS530RTK固定观测站,加上德国莱卡移动GPS系统,对整个施工现场和大桥的建设进程进行准确的跟踪定位。除了卫星定位以外,还在大桥和山谷中设置了300多个测量反射棱镜。通过这些措施,即使是桥墩、桥身0.3mm的微弱走样,也很容易被察觉。大桥钢桥面重36000t,采用顶推施工,64台千斤顶同步作业,全桥历时3年建成,建筑物的垂直误差不超过5mm。这座桥上部结构虽然是钢箱梁,但设计者及建桥者的创新值得我们学习和借鉴。3施工技术的改进与创新随着科学技术的进步以及施工机具、施工设备和建筑材料的发展,桥梁施工技术不断改进、发展并逐步丰富起来。了解施工技术的发展对掌握施工规律,不断总结、改进和创造新的施工技术大有裨益。预应力混凝土连续梁桥常用的施工方法主要有两大类,一是现场浇筑,二是预制拼装。现场浇筑施工又分为原位逐孔现浇和悬臂现浇,其中逐孔现浇又分为落地支架法和滑模或移动模架现浇2种。预制拼装分为整孔预制拼装和节段预制拼装,整孔拼装是指梁段整孔预制,整体吊装;节段预制拼装是指预制节段逐段拼装,梁段间采用湿接缝或胶接缝连接。3.1桥桥施工管理落地支架法现浇施工是早期最常见的混凝土连续梁施工方法之一,此方法的主要优点是桥梁整体性好、施工简便可靠、不需大型起重设备。其缺点是需要大量施工支架,施工工期长,费用高,需要有较大的施工场地,施工管理复杂。在桥位处地质条件及空间条件较好且连续梁跨数不多的情况下,可采用此方法施工。波兰华沙的一座立交桥为4幅2联(12×20.6+16×20.6)m连续梁,全部采用拆装式落地支架现浇施工(见图1)。3.2提高设备生产率移动模架法是利用施工设备在桥位上现浇来进行逐孔施工,周期循环,直到全部完成,多用于桥下通航或者桥下存在的既有交通不能中断的情况下。此方法可免去大型运输和吊装设备,同时构件可在桥梁预制厂生产,桥梁整体性好,施工占地少,机械化程度高,能提高设备的利用率和生产率。移动模架施工的缺点是施工跨径受一定限制,只适合修建60m以内跨径的多跨长桥,同时,移动模架一次性投资较大,且属于专用设备,需要能多次周转使用,方可获得较好的经济效益。荷兰乌德勒支布格(Utrechtboog)桥最大跨度为2×50m,桥梁宽度为10m,上部结构重量为33t/m。采用上行式移动模架施工(见图2),移动模架重量为1620t,施工周期为每2孔12~14d。3.3大跨预应力混凝土桥梁悬臂浇筑法采用移动式挂篮作为主要施工机具,以桥墩为中心,对称向两侧逐段浇筑梁段混凝土,待混凝土达到要求强度后,张拉预应力束,再移动挂篮,进行下一节段的施工。悬臂浇筑法具有结构整体性好、可以不受桥下地形条件限制等优点,大部分大跨预应力混凝土桥梁采用悬臂浇筑法施工。孟加拉卡纳夫里三桥主桥为单索面4塔5跨(115+3×200+115)m预应力混凝土部分斜拉桥,全长830m。梁部采用薄壁带斜撑箱形断面,塔梁固结,塔墩分离。混凝土箱梁采用挂篮悬臂浇筑施工(见图3)。3.4浮吊和架桥机设备在体整孔预制拼装法多用于桥梁跨度变化不大且跨数相对较多的快速施工条件下,适用于简支梁或先简支后连续梁体,岸上多采用架桥机、水中多采用大型浮吊施工。丹麦大贝尔特西桥是一座公铁并列的双向4车道公路桥和双线铁路桥,全长6.6km,预制整孔节段按全桥中部每110m一节段共划分为51节段跨,边跨每85m一节段共划分为12个节段跨,运输安装主要通过起吊能力6500t的“天鹅”号起重船完成(见图4)。3.5节段预制拼装施工当桥跨较大、工期较紧而无法采用大型浮吊或悬浇施工时,经过经济比较后往往采用节段预制拼装法施工。在保证质量的前提下节段预制拼装施工可加快进度、节省成本,节段预制方法分为长线预制和短线预制2种。孟加拉帕克西大桥主桥为(71.75+15×109.5+71.75)m的17孔预应力钢筋混凝土变截面连续箱梁,箱梁每节段长2.0~4.25m,全桥共有490个箱梁节段,采用长线台座分节段现场预制,重型汽车运输,架桥机平衡悬臂架设、胶拼联结的施工方法(见图5)。3.6施工两网融合施工转体施工法是异位现浇施工的延续,也就是在非桥梁设计轴线位置现浇完成后转体到桥轴线位置的一种施工方法,多用于桥下交通繁忙且不能中断的桥梁施工。法国旺塔布朗(Ventabren)桥位于地中海高速铁路(TGV)线上,该桥为预应力混凝土曲线连续箱梁桥,全长1730m,由两联连续梁及其中间1孔(842.5+45+845.5)m简支梁组成,横跨高速公路的两部分主梁平行于公路的两侧制作,后转体(见图6)就位,转体重量约4000t。3.7多跨长桥施工法顶推施工法是预制拼装施工的延续,也就是在预制场完成节段梁的预制,在桥端设置1个拼装台组拼导梁及梁段,利用液压千斤顶将梁体顶推到设计位置。该方法适用于水深、桥高的条件下施工以及高架道路施工。在桥梁主梁为等截面梁等情况下,可省去大量施工脚手架。采用该方法施工可不中断桥下现有交通,集中管理和指挥,减少高空作业,施工安全可靠,同时可以使用简单的设备建造多跨长桥。法国格莱奈特(Grenette)桥位于地中海高速铁路线上,为预应力混凝土连续箱梁桥,全长947m(见