關于節段橋梁的設計及施工技術解析

■賈 峰 ■江西同濟設計集團股份有限公司，江西 南昌 330000

節段橋梁設計及施工工藝對生態環境影響較小、施工工業化、機械化程度高、工程工期短的優勢，可以應用無支架施工的標準形式，切實降低對四周道路交通產生的不良作用，特別適于市政橋梁工程施工。所以，分析節段橋梁設計和施工工藝對確保市政橋梁施工質量和工程進度意義重大。

1 研究探析節段橋梁的設計及施工工藝

節段橋梁設計及施工工藝主要包含預制拼裝法與懸拼拼裝法兩種施工模式，為切實做好其設計和施工，以下對兩種施工方式進行探究。

1.1 預制節段拼裝法

該施工方式是將梁體分為若干節段，在工廠預制后運至橋位進行組拼，通過施加預應力將節段整體拼裝成橋的施工工藝。簡單地說，“預制節段拼裝”像是孩提時代玩過的“組裝玩具”，即將一塊塊分散的“積木塊”拼成一座“大橋”。早在20 世紀60 年代初，歐洲國家最先發明了節段預制砼箱梁，到了20 世紀70 年代，這種模式隨之被美洲學習，且得到優異的經濟效益與感官美學，最終被全球范圍內廣泛采用，逐步轉變成中等跨徑橋梁的基礎施工模式。由于是工廠預制，不需要搭設支架，對現場干擾小，梁體外觀質量好，對城市高架橋梁尤為適合。比如，美國曾應用預制拼裝法順利建造了位于邁阿密的長礁橋與位于佛羅里達州的七英里大橋;2000 年泰國應用該施工方式建造成功總長55 千米的Bane Na 大橋是迄今為止全球范圍應用預制拼裝工藝法建設成功的最長橋;內于2001 年3 月在上海瀏河大橋采用預制節段拼裝(全橋156 個節段)，是我國第一次應用預制節段拼裝法建設完成的大橋。

該施工工藝具備多種優勢:(1)進行施工階段對正常道路交通和生態環境產生的影響很小;(2)橋梁節段重量不高，尺寸較小，運送便捷，且節段組裝拼接過程中工程進度快;(3)用工場化預制，其品質極易掌握;(4)該施工工藝能很大程度減少拼裝階段和橋梁成型后砼的收縮與徐變;(5)其合理的橋梁體外預應力，能夠降低梁斷面尺寸，提高材料使用效率;(6)每個橋梁節段的幾何形狀控制得當，能夠很大程度提升混凝土結構的美觀程度。另外，節段橋梁預制拼裝法依然存在諸多問題:(1)橋梁施工之前需建造預制場、機械裝置運送以及架梁機械設備的準備等工序的成本花費，橋梁施工初期的投入較高;(2)若處置不當，橋梁節段間無法緊密銜接，則無法切實的避免空氣水分與酸性物質的滲透，橋梁結構材料抵抗長期破壞作用的能力降低，尤其對沿海橋梁施工不利，與此同時，工程原料尤其是預應力鋼筋的抗拉強度無法切實發揮，橋梁主體工程原料使用較多，成本花費更高;(3)橋梁工程施工工序相對繁瑣，該施工方式設定的標準嚴格，施工技術較難;(4)橋梁工程施工整體組織管理相對困難。

1.2 懸臂拼裝法

這種施工工藝是將懸臂梁首先分段預制，下部橋墩建成后將構件運送至施工現場，通過吊車向一側或者兩側逐一將構件吊起、組裝拼接以及施加預應力，確保每段構件互相平衡延伸拼接為一體。其施工工藝工序為:梁段預先制造、移位、放置—橋梁分段運送—組裝拼接—體系轉換;梁段預制分為長線臺座法和短線臺座法，長線臺座法遵照橋下緣曲線建造的固定不動的底座，于底座加裝底部模板，再實行構件預先制作;短線臺座法是參照箱梁縱剖面改變規格規劃的單一澆筑部分，在具備縱方位移和能夠調節底板高低器械的底模進行梁段的澆筑工作，通過梁段預先制造需確保橋尺寸的精準性、外表平整、孔道無錯誤、構件接縫處置便捷以及主筋牢靠其防止銹蝕。長線臺座法優點:(1)幾何形狀容易布置和控制，構造簡單，施工生產過程比較容易控制;(2)脫模后，不必立即把梁段轉運到貯放地。(3)偏差不會累積，對于已制塊件形成的偏差可以通過下一個塊件及時調整，而且還可以多點同時匹配預制，加快施工進度。短線臺座法優點:(1)占地面積較小;(2)形成流水線作業，提高施工速度;(3)適用于節段類型變化較多，模板倒用較頻繁的工程需求;(4)模板和澆筑設備都是固定的，能獲得平曲線、堅曲線和不同的超高。長線臺座法和短線臺座法優缺點互補。

2 節段橋梁設計和施工階段主要問題和設計模式

2.1 橋梁結構次內力

超靜定預應力砼結構在多種內在因素和外在因素作用下，可能會受到強迫的撓曲變形或軸向的伸縮變形影響，因此形成多余約束力，產生結構附加內力，即次內力。次內力形成因素較多，因本身約束或者鄰構件約束都會形成次內力，因熱脹冷縮引起結構的形變和結構整體幾何間斷或者材料間斷都會形成次內力;工程中因砼收縮與徐變，及溫度改變和墩臺不均勻沉降均形成次內力。無外荷載，超靜定結構可能形成內力，但靜定結構無可能性，溫度變化、支座沉降、梁長誤差及梁長伸縮都不會引起靜定結構的此內力，可超靜定結構相反。因超靜定結構遭到預應力影響形成形變趨向，但此趨向定會遭到結構冗余桿件限制，但此類冗余限制部位形成了次反力，其在橋梁結構內產生的內力就是次內力。靜定結構或者超靜定結構系統，因預應力的影響形成內力即主內力，預應力影響在總體橋梁結構內形成的結構內力即綜合內力，綜合內力和主內力相減所得為次內力。所以，預應力結構的非預應力構件沒有主內力其次內力即為綜合內力;靜定結構無次內力，主內力就是綜合內力。節段橋梁需合理進行配束，科學實行閉合流程，充分利用預應力。

2.2 拼裝定位與撓度控制

拼裝階段需在拼接表面涂抹一層環氧樹脂，節段橋梁拼接表面粘結完全需依照橋梁工程施工的現實狀況和改變狀況對產生的撓度進行細致的研究解算，并在施工階段利用預應力鋼束張拉實行調節。

撓度的控制對于工程十分重要，必要時需借助專業軟件進行施工階段的結構受力計算，并且對其適當調整，通常可以通過預應力鋼束的張拉對其進行調整，必要的時候可以應用千斤頂，接縫間可以嵌入軟質金屬。

2.3 合攏段設計與施工

懸臂拼接的預應力混凝土連續梁機械化水平高，能切實保障節段橋梁工程工期與施工質量，需應用懸臂拼接的預應力混凝土連續梁提升施工成效，合攏段的設計階段需確保懸臂拼接的節段橋梁跨中有1.5～2m 的合攏段在進行拼接過程中應用現場澆筑或者橋梁節段進行拼接，采用懸臂拼裝的PC 連續梁經濟合理、技術可行，且機械化程度較高，具有較高的優越性，并且在同等條件下可以提高跨度，節約下部工程量，同樣適用于曲線梁。

3 總結

如上述，節段橋梁是我國道路橋梁交通系統的關鍵組成，其對人們日常生產生活產生較大影響，由于我國社會經濟的持續進步，節段橋梁設計及施工工藝變為當前我國橋梁建設的主要方向，要求有關人員切實完成節段橋梁設計工作，通過預制節段拼裝法與懸臂拼裝法高效完成節段橋梁的工程施工。

［1］馬建，孫守增，楊琦等.中國橋梁工程學術研究綜述［J］.中國公路學報，2014(05):35 -37.

［2］趙逵.節段橋梁設計與施工的關鍵問題［J］.中國新技術新產品，2011(05):42.

［3］葛耀君.節段施工橋梁分析與控制［M］.北京:人民交通出版社，2003.

［4］Segmental Bridge Casting Machines［C］.29th Nova Award Nomination，2001.