节段箱梁预制拼装技术调查报告

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1、节段箱梁预制拼装技术调研报告2016 年 9 月第一章概述1.1引言1.2国内外发展现状 1.2.1国外发展现状 1.2.2国内发展现状第二章节段箱梁预制及安装方法 82.1节段箱梁长线预制法 2.1.1长线法预制工艺 2.1.2长线法匹配预制技术的特点 52.2节段箱梁短线预制法 2.2.1短线法预制工艺2.2.2短线法匹配预制技术的特点 2.3节段箱梁安装方法 2.4.1悬挂法施工2.3.2悬臂法施工第三章节段箱梁体外预应力体系研究 3.1体外预应力混凝土结构 3.1.1 体外预应力混凝土结构的概念及应用 3.1.2体外预应力工艺的优点与缺点 3.2体外预应力系统构造 3.2.1体外预应力

2、索构造 3.2.2体外预应力筋的锚固系统 3.2.3体外预应力筋的转向装置 3.2.4体外预应力系统的防腐与防护 3.2.5 体夕卜预应力筋的定位与减振 3.3体外预应力混凝土结构的受力性能 3.3.1 整体施工的体外预应力混凝土结构的力学性能 3.3.2节段施工体外预应力混凝土结构的力学性能 3.3.3影响体外预应力结构力学性能的主要因素 第四章*桥南岸滩桥总体施工方案 4.1工程特点4.2跨径选择4.3施工方案选择 第五章工程实例、耐久性研究及方案比较 5.1国内相关内似工程采用节段预制拼装法施工的典型实例 5.1.1武西高速公路桃花峪黄河大桥节段梁工程概况 5.1.2泉州湾跨海大桥南岸浅

3、水区节段梁工程概况 5.1.3虎门二桥节段梁工程概况 5.1.4芜湖长江公路二桥节段梁工程概况 5.2耐久性研究 5.2.1承载极限状态的力学性能 522各种因素引起预应力损失下结构安全度 5.3方案比较第六章 调研结论及建议 第一章 概 述1.1 引言 随着社会经济和现代化建设的快速发展，桥梁建设的发展也迎来了良好的机遇期，因 此桥梁设计的各种新的理念和桥梁施工的各种新的方法都不断的被尝试。其中，节段箱梁 预制拼装技术的应用及发展最令人瞩目，而且得到了世界各国建设领域的广泛认可。20 世纪 60 年代初期，节段预制拼装施工方法首先出现在欧洲， 70 年代传到美洲， 直到 80 年代才被引入中

4、国，并且结构型式呈现了多样化和复杂化的趋势。到目前为止， 节段箱梁预制拼装技术在美国、欧洲、日本等工业化发达国家应用比较广泛，而在我国只 是处于起步阶段。随着桥梁建设的发展，桥梁施工正朝着构件生产的工厂化、标准化、结 构拼装化和装配化以及施工设备机械化的方向发展，因此预制拼装技术将是今后预应力混 凝土桥梁主要施工方法之一。节段箱梁预制拼装技术是近五十年内才发展起来的一种施工 技术。它是借助预应力束施加于混凝土预制节段上的压力，使得节段间接触面紧密结合， 从而使节段整合形成一个整体来承担桥梁荷载。节段箱梁预制拼装技术之所以能被工程界广泛认同，主要的优势表现在：桥梁上部结 构节段预制和下部结构的施

5、工可同时进行，施工速度快，工期缩短；梁体的预制工厂化， 施工质量好，而且上部结构线形控制较为容易；节段箱梁的养护时间较长，成桥以后梁体 的徐变和预应力损失较小；工厂化预制和机械化施工提高了现代化桥梁的建设水平；采用 流水施工，箱梁的预制和安装可以分开进行，相互不干扰，缩短了施工工期；有利于桥位 处的环保，减少了对桥下的现有交通的影响。1.2 国内外发展现状1.2.1 国外发展现状上世纪六十年代， 法国工程师在节段悬臂浇筑施工方法基础上形成了预制节段悬臂拼 装施工方法，将节段预制与平衡悬臂施工相结合， 加快了施工速度，提高了施工质量。 1962 年在巴黎南部塞纳河上建成的 Choisy-Le-R

6、oi 桥是最早采用预制节段悬臂拼装施工的混凝 土桥，该桥由着名工程师 Jean Muller 设计。图1.1法国 Choisy-Le-Roi 桥20 世纪 70 年代，预制节段拼装施工工艺得到了迅速发展，从最初的平衡悬臂拼装施工方法，逐步发展成逐跨拼装施工等多种方法1980 年竣工、由 Jean Muller 设计的美国Long Key 桥，是美国第一座采用预制节段逐跨拼装施工的体外预应力混凝土桥梁， 也是新 一代的体外预应力混凝土桥梁，该桥平均施工速度达到了每星期 2.5 跨。之后，结合体外 预应力技术和先进架桥设备的标准化预制节段拼装施工方法在全世界得到了快速发展，大 量节段拼装类型桥梁出

7、现在城市高架、跨海大桥等工程中。美国佛罗里达州 Mid-Bay 和 Garcon-Point 跨海大桥采用了干接缝、体外预应力、节段逐跨拼装施工法，分别在 1992 年 9 月和 1998 年 3 月创造了逐跨拼装施工一周架桥 290 和 299m 的世界记录。1996 年竣 工的韩国汉城内环线，也采用了预制节段悬臂拼装施工，预应力体系为体内、体外混合配 束形式。 2000 年建成的泰国曼谷曼纳高速公路高架桥，全长 55km ，耗资 10 亿美元，平 均跨度 42m ，整个工程预制节段 39570 个，全部采用体外预应力、 干接缝、逐跨拼装技术。 此外，马来西亚、日本和澳大利亚的许多公路交通项

8、目中都采用了节段预制拼装技术。（ a） Long Key bridge（ b） Seven Mile bridge（c）泰国曼谷曼纳高速公路桥图1.2节段预制拼装桥梁的代表作在铁路桥梁方面，最早采用预制节段施工法的是法国1976年建造的MarnelaVallee高架桥和日本的Kakogawa桥，桥长分别为1528m和500m，采用上行移动式支架悬臂拼装 施工。进入 90 年代，在城市轻轨和高速铁路桥梁方面，预制节段拼装施工法得到了推广 应用，而且体外预应力的使用呈现逐步上升趋势。 1991 年建成通车的墨西哥蒙特雷地铁线 高架桥梁（全长18.7km，共用6503个预制节段），采用体外预应力技术

9、、逐跨拼装施工方 法。2000年建成通车的法国 TGV 地中海线的阿维尼翁特大桥，是首次在高速铁路桥梁上 采用预制节段上行式移动支架悬臂拼装的体外预应力结构。随着设计与施工技术的发展，预制节段拼装施工方法已不限于在桥梁的上部结构使 用。20 世纪 70 年代桥梁下部结构的预制节段拼装施工技术，在荷兰、美国等一些国家也 开始得到应用。 标准化分段、 系列化的预制与拼装施工工艺， 在现场施工环境较差情况下， 可以大大缩短现场施工时间， 对环境的不利影响降低到最小程度， 并使施工质量得到保证。1.2.2 国内发展现状在我国，对预制节段拼装预应力混凝土桥梁的研究开始于 20 世纪 60 年代。当时在

10、成昆铁路上建造了两座预应力混凝土悬臂梁桥：旧庄河 1 号桥和孙水河 5 号桥。旧庄河 1 号桥主跨为 24m+48m+24m ，采用预制节段悬臂拼装施工法；孙水河5 号桥主跨32.3m+64.4m+32.3m ，采用预制节段逐跨拼装施工法。这是首次在我国铁路建设上采用 了悬臂挂篮、箱形截面、梁段预制胶拼施工等一系列新技术。随后于 1994 年完工的郧阳 汉江公路大桥首次采用专用三角吊机进行节段箱梁悬臂拼装施工，这是一种节段箱梁预制 拼装技术在施工设备上的进步。此后，随着施工机械的进步和完善，节段预制拼装技术在 我国得到了较大的认可和发展。随后的石长线湘江大桥、珠海淇澳大桥、闽江大桥、福建 厦门

11、高集海峡大桥、夷陵长江大桥等数十座大桥都采用了节段预制拼装、逐跨施工技术。当前，随着我国基础建设的快速发展，桥梁建设步入了高峰期，与此同时工程环境的 要求越来越高，导致对施工的制约条件越来越严格。施工速度快、对环境的影响因素小以 及对桥梁结构的质量要求越来越高成为现在的主要话题。这些因素对节段预制拼装技术的 发展起到了决定性的推动作用。2001 年，嘉浏高速公路上的浏河大桥就是在这种环境下采用节段箱梁预制拼装技术建成的。 该桥全长 421m ，主桥采用混凝土节段箱梁预制拼装施工工艺， 如图（1.3）所示。 图 1.3 新浏河大桥该桥采用的 “预制梁节段拼装 ”先进施工方法在我国国内尚属首次，

12、机上悬挂拼装工艺， 也取得了圆满成功，填补了国内空白；而且与郑州大方桥梁机械有限公司合作，制造了我 国国内第一台 DP450 型架桥机，又填补了一项空白。随后建造的香港西铁高架桥，该桥主梁设计成若干 2.5m 左右的主梁节段，采用架桥 机组合拼装，如图（ 1.4 ）所示。图1.4香港西铁高架桥 西铁高架桥由于施工场地狭小，主梁整体预制的可能性较小，因此采用节段箱梁预制 拼装工艺，而且能够达到很好的效果。在该工程建设中，在第 82 跨和第 96 跨采用的是 U型架桥机安装主梁，这是节段箱梁预制拼装技术在施工设备上的又一大进步。2003 年建成的上海沪闵二期高架道路工程，全长 5.4km ，是我国

13、国内首次采用短线 法匹配预制工艺预制宽节段箱梁， 而且该工程中的 “节段拼装预应力混凝土连续弧形箱梁试 验研究 ”为我国首次， 改变了满堂支架对施工环境的影响， 体现了我国桥梁设计和施工的又 一次进步。 2006 年通车的广州轨道交通四号线工程，使节段箱梁生产工厂化以及预制节 段在现场通过架桥机安装技术又提高到了一个新的水平。2008 年建成的苏通大桥采用节段箱梁短线法预制工艺以及悬臂拼装法施工工艺，跨 径为 1088 米，斜拉桥跨径为全球之最。悬臂拼装技术和短线匹配预制工艺在苏通大桥上 的又一次成功的应用，充分体现了采用节段箱梁预制拼装技术进行工程施工作业在我国逐 渐走向成熟。在该桥的有力推

14、动下，大量跨江跨海通道引桥如上海长江大桥引桥、崇启长江大桥、南京第四长江大桥、厦漳跨海大桥、泉州湾跨海大桥引桥等项目均采用该项技术。此外，在我国城市轨道交通领域，广州地铁4号线首次采用节段预制拼装技术，路线全长14.6km. 到目前为止，国内在这方面的一些主要应用实例如表1.1所示。表1.1国内采用节段预制拼装技术的典型桥梁桥梁建成时间结构形式最大跨度（m）施工方法香港蓝巴勒海峡大桥1996连续刚构120节段预制悬臂拼装澳门珠澳莲花大桥主桥1999连续刚构96节段预制悬臂拼装上海新浏河大桥2001简支梁42节段预制逐孔拼装上海沪闵高架2004连续梁35节段预制逐孔拼装广州地铁4号线2005简支

15、梁30节段预制逐孔拼装深港西部通道引桥2007连续梁75节段预制悬臂拼装厦门集美大桥2008连续梁100节段预制悬臂拼装苏通大桥引桥2008连续梁75节段预制悬臂拼装上海长江大桥引桥2009连续梁60节段预制悬臂拼装崇启长江大桥2011连续梁50节段预制逐孔拼装南京第四长江大桥2012连续梁65悬臂拼装、逐孔拼装厦漳跨海大桥2012连续梁67.5节段预制悬臂拼装2010年12月建成的荆岳长江公路大桥为主跨 816m混合梁斜拉桥，该桥边跨混凝土箱梁长251m，宽38.5m，首次摒弃了传统的支架现浇施工工艺，而采用落地支架的节段预制拼装施工技术，大大提高了混凝土箱梁结构的耐久性。该技术成果是在混合梁斜拉桥 首次出现，具有以往国内外常规施工技术具有显着的先进性和创造性，为国内桥梁界中解 决宽幅混凝土箱梁收缩裂缝提供了新的途径，大大拓宽了节段箱梁预制拼装技术的使用范 围，推动了该项技术的进一步发展。图1.5荆岳长江公路大桥与传统的预应力混凝土腹板箱梁相比，波形钢腹板组合结