浅谈公路桥梁桥墩建造技术

浅谈公路桥梁桥墩建造技术

0粗放型施工模式导致能耗高,浪费工程随着我国城市化进程的加快，解决拥堵问题的城市桥梁建设越来越多。然而，这些桥梁的立柱和屋顶层主要是人工建造的，这对已建城市来说是更大的压力。通过总结近几年的建设,主要带来了以下一系列问题,主要有现场需搭设大量支架和模板,安全风险大(见图1);现场作业需大量劳动力;现场施工模式导致施工效率低,施工周期长;对既有道路交通影响大,社会影响面大(见图2);粉尘、泥浆、噪声、灯光等环境因素干扰大,文明施工难以满足社会公众要求;监管难度大,监管效率低;粗放型的施工模式导致行业整体能耗高,浪费严重。由此可见,城市桥梁的传统现浇施工工艺已远远不能满足社会发展的需求,必须寻求一种拼装化、快速化、集约化的城市桥梁桥墩建造施工工艺,本文将侧重介绍桥墩快速建造技术在上海地区的研究及应用。1国外预制拼装桥墩的研究现状20世纪70年代,桥墩预制节段拼装施工技术在荷兰、美国等一些国家开始得到应用。进入21世纪后,由于美国出现大量既有桥梁存在不同程度的结构缺陷和使用功能缺陷,旧桥的拆除和重建面临对现有交通和环境的严重干扰,美国联邦公路署于2004年通过与多所大学及各州运输部联合,开展了桥梁快速施工相关技术的系列研究,核心就是预制拼装技术研究及在桥梁建造中的推广应用,并总结了一系列的科研报告、技术手册和指南,取得了很好的经济和社会效益(见图3)。与此同时,日本也组织了多所大学和著名企业联合开展了预制节段拼装桥墩相关技术的研究,包括正常使用功能和抗震性能研究,并研发一些新型预制拼装桥墩连接构造,编制了相应的设计指南。20世纪60年代起,我国开始尝试在混凝土桥梁上部结构中采用预制节段拼装工艺。伴随国外先进技术和设备不断引进,预制节段拼装桥梁上部结构在我国得到越来越广泛的应用。对于桥梁立柱,在东海大桥、杭州湾大桥、港珠澳大桥等工程中,预制拼装桥墩技术均得到了成功应用(见图4),但仅限于大吨位运输和现浇湿接头方式,并不适用于城市桥梁下部桥墩的建造。结合国内桥梁建设发展现状和世界先进的桥梁桥墩建造技术可知,我国的预制拼装桥墩技术仍比较落后,仅限于海上环境施工。为了适应城市桥梁建设的结构特点和施工环境,必须寻找一套行之有效的解决之路,即新型快速预制拼装桥墩技术。2上海预制装配桥技术的研究和实践2.1结构体系内立柱参数分析从2011年起,上海公路投资公司联合有关单位基于《桥梁墩柱预制拼装及钢筋模块化关键技术研究》对桥梁桥墩预制拼装技术进行了一系列研究,主要关键技术如下:(1)新型预制连接装置研发。通过对国内外先进技术的深入调研和研究,对预制拼装立柱、盖梁之间的连接构造和连接装置及相关产品进行研发,如连接套筒、波纹管—高强无收缩压浆料快速连接系统等(见图5),以实现立柱、盖梁的快速安全拼装。(2)预制立柱、盖梁设计理论和合理化设计参数的研究。通过对影响预制节段受力性能的分析,提出合理的设计参数以及构造措施,同时,从易于预制施工和运输以及吊装的方面出发,确定节段尺寸的大小,以及相应的工艺和设备要求研究。(3)抗震性能的研究。针对上海地区或类似上海地区的地质条件下常用多跨连续梁的桥梁结构形式和立柱结构形式,通过3～5个不同构造细节的大比例尺节段预制立柱试件,及1个相应的对比试件的拟静力试验和1个局部试件的抗剪试验,并利用有限元数值分析研究不同构造方式下节段预制立柱的滞回特性、延性变形、地震破坏机理以及接头处非线性力学行为等抗震性能,最终通过抗震试验和有限元数值分析,提出合理化设计的参数。试验设计、试件制作、抗震试验及滞回曲线见图6～图9。(4)预制桥墩立柱耐久性性能研究。分析相关预制拼装桥墩的耐久性特点和相应薄弱环节,并从设计、施工等方面考虑提高相应耐久性的方法。(5)预制、吊装施工配套设计技术研究。结合施工方法、设备能力,在保证质量的前提下,研究节段设计和模块构造设计,达到方便施工操作和设备使用,提高施工速度的目的。2.2预制拼装立柱通过抗震试验证明和试验数据分析,得出了以下几个结论:(1)与普通钢筋混凝土桥墩比较,采用套筒设置在墩身和承台的预制拼装立柱,力—位移滞回曲线、变形能力和耗能能力基本相近,满足预期抗震性能要求;(2)与普通钢筋混凝土桥墩比较,采用金属波纹管连接预制拼装立柱,力—位移滞回曲线、变形能力和耗能能力基本相近,满足预期抗震性能要求;(3)对剪跨比为1.7的预制立柱,在具有良好箍筋约束情况下,均表现为弯剪破坏,但仍以弯曲破坏为主,没有发生明显纯剪切脆性破坏;将矮墩与高墩立柱试件试验结果比较表明,同样纵筋和箍筋构造下,高墩立柱不会发生剪切破坏。另外,上海市政工程设计研究总院(集团)有限公司也对下部桥墩结构节段预制拼装技术进行了一定的设计理论研究,主要包括节段预制拼装桥墩的合理结构体系的研究、预应力钢筋接缝处的连接构造研究、节段预制拼装桥墩施工工艺的研究。2.3经营工程措施经过大量的基础理论和模型试验研究,2013年8月预制拼装桥梁技术的可行性通过了全国桥梁专家的评审和高度认可。2014年5月,套筒及波纹管快速预制拼装连接技术在S6公路工程2联桥梁工程中成功实施,共计12个预制拼装立柱、4榀预制拼装盖梁。通过实际工程的应用,原本需要45d完成的立柱、盖梁施工工期缩短至7d,工人数量仅为10人左右,验证了快速预制拼装连接技术的施工可行性,取得了良好的实际应用效果(见图10～图11)。2.4桥梁施工技术在城市公路桥梁建设中的困难虽然通过一系列完备的工作验证了预制拼装桥梁施工技术可以解决城市内特别是上海地区公路桥梁建设发展的困难,但在创新的道路上也遇到了很多阻力,主要困难见表1。3桥梁工程措施在上述工作的支撑下,预制拼装桥梁施工技术将开展以下一些具体工作:(1)嘉闵高架北二段约3km桥梁工程将全面推广预制拼装桥梁施工技术;(2)完成《预制拼装桥墩技术规程》的编制工作;(3)培育专业化预制工厂及产业工人,打造现代化生产流水线,研发专用预制拼装配套设备,研发新型材料(见图12);(4)继续研究和开发快速连接结构体系;(5)市场分包模式改革探索,如采用工序分包模式。4工业基础薄弱、能耗大幅降低随着城市的发展,上海地区将来还要建造大量的高架桥梁,势必会对城市交通和环境保护造成更大的压力,而预制拼装建造技术将大量的现