桥梁工程|节段预制装配式桥梁的发展总结

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1. 引言

节段预制装配式桥梁是当前桥梁工程的新热点。预制装配式桥梁并不是一个全新的概念，已经有了较长的发展历史。本文回顾了国内预制装配技术发展历程，并分析了上海市预制装配技术应用案例，展示了预制装配全流程。
2. 国外发展历程

2.1 法国

20世纪50年代，桥梁预制拼装技术诞生。工厂集中生产混凝土构件，现场拼装。优势在于：

• 避免了大量的脚手架和现场混凝土浇筑；
• 减少人工工作量；
• 降低施工分险；
  

2.2 美国

20世纪60年代，环保运动激烈，在此背景下大量应用预制拼装技术，降低了对环境的污染：

• 粉尘
• 噪音
• 光源
  

3. 中国发展历程

3.1 早期的探索

据说，20世纪60年代尝试。
具体案例不详。
60年代之后没有显著进展，除了文革等影响，是否因为唐山大地震导致了对装配式建筑的质疑？有待考证。
3.2 特大桥梁的应用

桥梁上部结构的的预制装配成熟较早，但其他构件尚未实现预制装配。在21世纪初，诸多特大桥梁工程施工中，其他桥梁构件的预制拼装也得到了大规模的应用。

• 上海长江大桥，1993-1996
• 东海大桥，2002-2005
  海上桥梁的桥墩和箱梁全部采用预制拼装工艺。海上运输采用5000吨驳船改造后进行运输，桥墩的吊装采用1000吨勇士号浮吊完成作业，箱梁采用2500吨浮吊完成安装。
  

东海大桥-桥墩预制

   东海大桥-桥墩的装配

• 杭州湾大桥-桥墩基础
  
  
  

• 杭州湾大桥-箱梁装配
• 港珠澳大桥，2009-2016
  

以上工程均为大型跨江与跨海桥梁，预制装配式施工方法的得以应用的原因主要有：

• 大型桥梁工程量巨大，预制装配施工方法应用有利于提高施工速度，缩短工期；
• 跨江跨海的大型工程施工环境恶劣，常规的现浇施工方法难以应用；
• 特大桥梁工程规模巨大，预制拼装施工的成本可以得到充分的摊销，成本可控；
  

经过早期的发展和特大桥梁中的应用，桥梁的预制装配技术已经有了长足的发展。但在量大面广的公路桥梁、城市高架桥梁中没有得到广泛的应用。应用的困难主要有：

• 预制装配主要局限于上部结构，而下部结构与附属结构的预制装配尚无成熟的工艺；
• 构件与构件之间的连接仍然需要现浇，施工速度慢
  

城市桥梁建设中施工问题未能有效解决：

• 交通封闭
  
  
  

• 交通封闭
• 环境污染
• 人工劳动
  

3.3 全预制拼装桥梁技术

实现全预制装配桥梁施工，关键技术主要有：

• 上下部结构的全预制拼装
• 新型预制连接装置
  实现了立柱，盖梁的快速拼装
  

新型预制连接装置
4. 典型案例

4.1 上海沪闵路高架道路二期工程

• 时间：2003竣工
• 特色：节段拼装预应力混凝土连续弧形箱梁
• 设备：采用1800t架桥机
  

4.2 上海S26公路

• 时间：2013
• 特色：大盖梁的预制拼装
  

4.3 上海嘉闵高架路（G2公路-S6公路）

• 时间：2013年开工
• 特色：大范围推广装配式桥梁施工，预制拼装率达到约30%
• 应用范围：立柱、盖梁、小箱梁、防撞墙
  
  
  

• 嘉闵高架-立柱预制
  
  
  
  嘉闵高架-盖梁预制
  

4.4 上海S3公路先期段

• 时间：2016（立项、设计、施工、竣工）
• 特色：
  
  • 全面预制拼装技术，预制装配率达到90.8%
  • 当年立项、当年开工、当年通车
    
  
  

工程记录：
7月15日施工第一根钻孔灌注桩
8月23日安装第一根立柱
9月3日安装第一个盖梁
9月8日架设第一片小箱梁
12月28日通车。。。
关键技术：

• 近距离轨交免共振钢管桩沉桩
• 采用高强度混凝土、设置临时预应力
• 优化柱顶节点连接方式
• 小箱梁接缝关键技术
• 支座升降法改善钢—混凝土组合连续梁负弯矩受力
  

施工技术：

• 立柱吊装
  
  
  

• 盖梁整体吊装
  
  
  

• 小箱梁整体吊装
  
  
  

5. 预制装配全流程

5.1 预制构件厂

桥梁构件的预制首先需要建立预制构件厂。


5.2 钢筋成型设备

混凝土桥梁构件的设计，关键是钢筋的加工成型。目前的设备已经可以达到高度的机械化。

• 全自动钢筋笼成型机
  
  
  

• 16mm线材数控弯曲中心
  
  
  

• 棒材数控弯曲中心自动上料架
  
  
  

• 45mm棒材数控卧式弯曲中心
  
  
  

目前机械化的钢筋加工设备，已经能够将各种规格的钢筋材料加工成混凝土中的钢筋形状

• 各类钢筋平面弯曲
• 钢筋骨架成型
• 钢筋焊接
  

加工精度达到 mm级别，这一进步将极大推动桥梁设计发展：

• 更精细化的设计可能实现；
• 钢筋的设计必须考虑预制加工的便利性，尽可能标准化，规格化；
  

5.3 混凝土构件的预制

• 钢筋加工
  
  
  

• 钢筋笼成型
  

• 钢筋骨架与钢模板结合
  
  
  

• 混凝土构件浇筑、养生、成型
  
  
  

5.4 构件运输

• 构件起吊
  
  
  

• 构件运输
  
  
  

5.5 现场装配

• 定位
  
  
  

• 安装
  
  
  

• 接缝浇筑
  
  
  

6. 全装配预制拼装桥梁优势

全预制装配式桥梁的优势：

• 施工速度快，工期短
• 减少交通封闭，降低对车道的占用
• 减低施工污染（粉尘、噪声、光源）
• 减少现场施工人员，降低人力成本
• 减少人员高空作业，降低施工风险
• 工厂标准化生产，提高构件预制质量
  超高性能混凝土得以推广应用。
• 对于达到一定规模的工程，成本可能低于现浇施工
  

目前设计施工的相关规范有：

• 预制装配桥墩技术规程，上海工程建设规范
• 节段式混凝土桥梁设计和施工指导性规范
• 公路体外预应力混凝土桥梁设计指南
• Guide Specifications for Design and Construction of Segmental Concrete Bridges， AASHTO
  

国内的规范体系目前还不完善。
7. 预制装配技术发展历程分析

预制拼装桥梁的优点非常显著，为何以前没有得到大规模的应用？这是由于多方面因素造成的：

• 技术难度
  
  • 预制加工设备
  • 吊装
  • 运输
  • 管理能力/人员素质
  • 结构标准化
    
• 社会因素
  
  • 环保理念
  • 人本理念
  • 建设规模（桥梁密度）
  • 建设速度
  • 劳动力成本
    
  
  

工程产业机械化程度的不足，限制了预制装配技术应用。从社会的需要出发，桥梁建设规模的扩大、人力成本的上升以及理念的提升，都需要预制装配技术的应用。预制拼装需要更加工业化的生产和组织能力，需要协调设备、生产、组装各方面的因素，施工要求更高。对于早期的交通建设，桥梁规模与密度较小，应用装配式可能成本并不划算。对于目前的大规模高速公路、城市高架路、高铁、轨道交通，桥梁在线路中的比重越来越高，大规模的预制拼装更加适用了。
8. 感悟

吴军在《文明之光》中提出一个观念：

技术改变生活，不只需要关键技术的突破，更需要配套的流程和工艺。

例如，毕升的活字印刷没有取代雕版印刷术，就是因为缺乏配低成本生产流程。而古腾堡的印刷术提出了完整的生产工艺的和流程，解决了一系列的配套技术，成为最终
影响世界的发明。
对于预制装配式桥梁的发展也是如此，基本的概念提出很早。但要大规模应用于工程实际，需要社会需求的成熟，并且必须解决一系列的配套技术：

• 钢筋加工设备
• 运输起吊设备
• 快速连接技术
• 降低综合成本