实例分析节段预制拼装在桥梁建设的应用

实例分析节段预制拼装在桥梁建设的应用
香港经济发展十分迅速，历来是道路负荷最严重的地区之一，公路等基础设施建设一直保持快速发展。

同时随着珠江三角洲及深圳、珠海地区经济的迅速发展，内地与香港经济贸易关系日益密切，为加强与内地的经济联系，口岸公路、跨海大桥的建设也在不断规划实施。

香港岛和新界地区山地多，平地少，桥梁在公路建设中所占比重较大，因此桥梁建设在香港基础设施发展中处于主导地位。

为适应快速的城市基础设施建设，对桥梁建设的要求不断提高。

预制节段拼装技术，以其具有对现有交通干扰小，对施工环境影响小，施工效率高，施工工期短等特点，在香港桥梁建设中得到较多应用。

一预制拼装技术的原理及优缺点
预制拼装原理是采用架桥机将在工厂或施工现场附近场地预制好的桥梁节段块逐一悬吊在该桥的相应位置，然后张拉钢束，各预制节段因钢束的挤压力在接缝面处紧贴，进而在承载外荷载时表现出单个结构的性能。

在桥梁施工中，预制拼装具有如下优点：
（1）保证质量，节段在预制厂预制，减少了施工误差和意外发生的概率，外观和质量易于控制，产品质量有保障；
（2）预支模板和架桥机可重复利用，相对于常规的支架现浇具有节省投资的优势；
（3）通过架桥机的采用，缓解施工对城市交通的压力，同时基本不用搭设支架，减少现场施工活动，安全程度大为提高；
（4）桥梁上下部可同步进行，节段重量较轻，运输方便，拼装速度快，有利于降低工期；
除上述优点外，节段拼装与整孔预制、架设相比，可以简化制梁工艺，减少梁体徐变上拱，不受跨度对运输和起吊设备能力的限制，降低对预制厂地的需求，减少制梁、存梁设施处理费用，施工工期相近；与移动模架逐孔施工法相比，施工速度快、质量易得到保证。

二预制拼装技术的历史
1952年，在纽约的谢尔登附近，E.Freyssinet公司设计的一座单跨桥采用了节段预制拼装施工技术，视为整体拼装桥梁的开始；1962 年，巴黎南部塞纳河上的Choisy-Le-Roi桥首次采用预制节段悬臂拼装法，此桥成为最早采用预制节段悬臂拼装法的桥梁。

此后，该法不断改进，在世界各国工程中陆续被采用并得到推广。

在预制拼装发展的初期，接缝面一般采用单键形式的剪力键，后来在施工中发现键受剪较大，容易损坏。

70 年代后期法国人对此问题展开研究，开发了复合剪力键形式。

1974年，复合剪力键形式在巴西的Rio-Niteroi桥首次被采用，并取得良好的效果。

工程界也因为其良好的抗剪性能而在随后的预制节段桥梁中广泛采用。

1978年，美国佛罗里达州长礁桥，第一座采用预制节段拼装施工的体外预应力桥梁，创造了每周架桥108m的施工速度。

1990 年香港在观塘绕道高架桥首次采用预制节段悬臂拼装施工法，之后多达十多座桥均采用预制节段施工方法。

机场铁路、西铁、东铁高架桥等均采用预制节段悬臂拼装施工法；青衣北沿海道和马鞍山T7道采用体外预应力逐跨拼装技术，有效克服了地形崎岖的难题，大大缩短了工期。

现在东区走廊绕道、莲塘口岸—粉岭连接线、港珠澳大桥香港连接线、香港口岸等桥梁建设中大量采用预制节段拼装施工方法。

本文将结合案例，分别介绍逐跨吊装和悬臂拼装的优缺点以及几个关键技术。

三预制拼装的架设工艺
预制拼装技术按照架设工艺，分为逐跨拼装、平衡悬臂拼装等两类。

在跨径范围上，逐跨拼装一般为25～50m，悬臂拼装一般为50～300m。

采用预制拼装能满足桥梁纵坡、横坡及超高的设置。

工程适宜场所为跨越交通繁忙的交通干线、河流和峡谷。

尤其适合施工困难的城区和环境影响要求高的区域。

1逐跨拼装法
逐跨拼装法是桥梁上部结构按一个方向架设，一次完成一跨，一跨接一跨地完成节段拼装的桥梁建造方法。

其方法是将节段梁运至梁位后在整跨形式造桥机或者支架上进行整孔拼装，施加预应力，架桥机移至下一跨段，重复以上方法继续施工。

逐跨拼装施工工法用的比较多，属于一种快速高效的拼装吊装方法。

可适用于简支梁，也适用于连续梁和先简支后连续的连续梁；其施工效率较佳，但
当采用整跨形式架桥机时受经济跨距控制，其经济跨度一般为30～40m，当采用落地支架的形式时，其跨度可适当增加。

跨径增大，从经济性、操作和使用便利性等方面看都不太理想。

尽管如此，由于其固有的稳定性好、效率高、效果好等优点，目前仍较多使用。

逐跨拼装法可以分为上承式、下承式以及支架拼装形式。

港珠澳大桥香港口岸工程中的桥梁，为跨度40米左右连续梁桥，跨度适合逐跨拼装。

桥梁均在新建的香港口岸人工岛上，没有现有交通量，可以采用逐跨拼装。

另外，由于新的口岸人工岛靠近赤腊角国际机场，受到航空高度限制的影响，不能使用悬臂拼装和架桥机吊裝的形式，所以考虑采用支架式逐跨拼装形式。

2 悬臂拼装
平衡悬臂拼装法是以一个桥墩为中心，对称顺序拼装节段的桥梁建造方法。

平衡悬臂法建造桥梁过程中的每一节段与前面的已装节段连成一体，并作为下一节段的拼装基础，并与对称侧保持一致。

对桥梁悬臂结构，通过张拉设置在梁节段中的预应力钢束来确保其安全和稳定。

悬臂平衡拼装法一般采用悬拼吊机、悬拼导架或地面起重机实现，尤其适合连续梁和刚构桥建造。

中环湾仔绕道-北角段隧道及东区走廊连接路项目中，改建的一段东区走廊，桥梁跨度45m，桥梁宽度16m，如采用架桥机逐跨拼装，整体重量大，操作困难，经济欠合理。

并且该项目处于快速路，交通繁忙，部分路段跨海架设，所以不能采用支架式逐跨拼装，所有桥梁采用平衡式悬拼方法。

莲塘/香园围口岸通往粉岭公路的连接道路5.3公里桥梁，均为跨度50m左右的連续梁桥。

在粉岭立交位置，由于跨越繁忙的粉岭高速路和东铁线，跨度达到70m，采用逐跨拼装不经济合理。

同时考虑到桥梁转弯半径较小，采用悬臂平衡品撞飞施工更为合理。

四预制拼装关键技术
1 次内力
影响节段桥梁设计和施工的关键因素是次内力、节段间的连接、体系转换及高程控制等。

节段桥梁的预应力筋可分悬臂力筋和连续力筋。

结构的次内力主要为预应力产生的次内力和徐变次内力。

悬臂力筋只是产生徐变次内力，而不产生弹性次内力，连续力筋则产生弹性次内力，当有多次体系转换时，也会产生徐变次内力。

次内力（矩）的净效增加了中间支点处的负弯矩和跨中正弯矩，对
结构产生不利影响。

但次内力并非完全不利，连续结构中，可以把次内力有效地使用，从而增加结构的经济性。

事实上，在悬臂拼装阶段，支点处的负弯矩随悬臂长度增加逐渐增大，刚合龙时跨中正弯矩很小。

正是徐变次内力引起内力重分配使支点负弯矩减小，而跨中正弯矩增加，随着时间的增长及其它荷载的加入，结构整体受力趋向合理。

预应力产生的次内力可用力法或等效荷载法计算，精确计算徐变次内力比较困难，与计算过程中的有关假设与实际出入较大有关，但不管采用什么方法，即使计算结果偏差较大，也不会对结构产生重大影响。

2 节段拼装线形控制技术
节段预制拼装技术线形控制贯穿桥梁建造的整个过程，也是节段预制拼装法建造桥梁关键技术之一，包括了设计理论线形、节段预制线形、节段拼装线形、张拉成桥后线形控制技术等内容。

在建造过程中，主要以节段预制线形控制和节段拼装线形控制为主：节段预制线形控制主要是对节段梁的几何断面进行控制，主要包括节段梁轴线、垂向、水平控制，宜采集三维坐标值，并计算和换算成该测点对应的安装阶段的线形坐标值；节段拼装线形控制，应考虑节段拼装装备变形、预应力分期施加、二期恒载施加、混凝土收缩徐变效应等因素综合设置，结合桥梁的平、竖曲线及预拱度设计参数，根据浇筑节段预埋测点进行，应特别注意对首节段的精确控制。

五结语
桥梁构建预制化是香港现代城市建设的趋势，也是香港城市建设低碳化的必经之路。

香港民众对环境问题的一直重视，对降低市政施工对日常生活影响的要求与日俱增。

而在香港这类交通繁忙区域，采用预制构件拼装施工的方法，可以最大限度降低施工对社会交通的挤占。

上述这些工程实例中，节段预制施工进度快，受气候影响小，施工误差小，混凝土质量有保证；节段拼装技术适宜工厂化、程序化、规模化生产，拼装化施工所带来的高质量、高速度特点已经得到了公认。

相信随着城市建设理念的变革，预制节段拼装技术可广泛用于大规模连续梁桥、连续刚构桥等类型桥梁建设中，具有很好的推广前景。

采用节段预制拼装造桥技术，对于形成节约资源和保护环境的产业结构是有着积极意义的。