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【劉效堯】淺議橋梁上部結構施工
2011-11-07 來源:中國橋梁網

摘要:本文對橋梁基本工法進行了歸納分類,以上部結構、下部結構的形式分別闡述于下。文中已部分內容是在上個世紀初便寫的,至今仍適用;世紀之交橋梁施工技術突飛猛進,文中著重介紹了一些具有創意的工法,對一般常用工法一言帶過。橋梁局部構件的二級工法不在此列,將另文撰述。文章內容由作者收集、整理、加工而成,其中的評論系管窺之見,掛一漏萬,歡迎批評。

 1.常規工法

1.1.梁橋常規工法

砼橋梁上部結構主要常規工法列如下表[1]。附圖清楚明了,不再解釋。

表1   砼橋梁上部結構主要常規工法


 

     1.2.懸臂施工法

    在以上所有工法中最重要的是懸臂工法,該工法是1953年德國工程師芬斯特瓦爾德發明的。在萊茵河上拆去Worms的一座老橋建一座連續剛構新橋時,采用了懸臂工法(見圖1,2008年在此橋側又建了一座連續梁橋)。從此以后懸臂工法廣為使用,幾乎是無橋不采用懸臂工法,為梁式橋的修建立下了汗馬功勞,是二戰以后至今最重要、最杰出的工法。

 

圖1 萊茵河Worms橋

(1)懸臂拼裝法

    懸臂工法中懸臂拼裝法(1)梁段預制可以與下部結構同時施工,節約總工期;(2)梁段存放時間長,早期收縮徐變基本完成;(3)工廠化水平較高,安裝速度幾乎能達到一天一對;(4)但是需要的預制、運輸、起吊、安裝的設備也較多;(5)長線法在長臺座上連續澆注,快件拼縫密合,預制場占地較大。短線法工廠化水平高,需要依次將預制好的快件移出臺座,為保證快件密合和線形,制作工藝精度要求較高。蚌埠和鳳臺淮河斜拉橋是領先國內從設計到施工完整實現懸臂安裝的兩座斜拉橋,蚌埠橋采用短線法,鳳臺橋采用長線法。

 

圖2 鳳臺淮河斜拉橋的懸臂安裝工法(1985年)

        圖3 長線法和短線法預制                    圖4 懸臂澆注工法

(2)懸臂澆注法

    幾乎不需要特殊的施工設備,自誕生以后廣為應用。正常狀態下,每個節段施工周期10天比較適中,7天比較緊湊。節段長度4~8m比較適中。

2.特殊工法

    在混凝土橋梁中用得比較少的工法有自承鋼筋骨架法、旋轉(水平或豎向)法、纜索吊裝法。

2.1.自承鋼筋骨架工法

    自承鋼筋骨架法——米蘭工法始于1900年,它是以鋼筋混凝土結構自身的鋼筋骨架作為支架,承受模板、施工荷載和混凝土拌合料的重量。這可能要配置大量的不可回收的施工鋼材,可是在無法搭設支架的場合這也是無奈之舉。         

2.2.豎向轉體工法

2.2.1.單純豎向轉體工法

此后,摩蘭地改造了米蘭工法,發明了豎向轉體工法。在百米深谷上架設拱橋時,將半拱豎直澆注,待達到強度后再旋轉下來合龍(圖5)。

          

 圖5  摩蘭地工法

2007年9月重慶彭水公路務川自治縣凈跨120米的鋼筋混凝土拱橋——珍珠大橋,因架設的拱架垮塌,轉而采用了拱體負角度豎轉施工法,據說在國內尚屬首次(圖6)。

國外豎向轉體工法     2< xmlnamespace prefix ="o" ns ="urn:schemas-microsoft-com:office:office" />

 

橋名

國家

修建年

跨徑(m

Lussia人行橋

意大利

1953

70

Storms河橋

南非

1954

100

Argentobl

德國

1985

145

Uchinokure

日本

1988

37

Senpiro

日本

1992

60

Sanganme

日本

1999

90

Koubaru keikoku Ohashi

日本

2002

135

Nervion河橋A

西班牙

2001

60

Nervion河橋B

西班牙

2003

60

Miraflores高架橋

西班牙

2005

132

 圖8   重慶珍珠大橋豎向轉體工法

2.2.2.分段豎向轉體工法

    2006年西班牙在Tagus河上用節段拼裝豎向轉體法施工了一座跨徑220m的鋼拱橋,見圖9。兩組拱肋,每組拱肋分四段。(1)上段吊到橋面上,下段靠在橋臺立柱上(上左);(2)吊起上段,上下段臨時鉸接(上右);(3)用千斤頂頂牛腿,調整拱形,焊接(下左);(4)合龍(下右)。

 

        圖9 西班牙Alconétar橋節段拼裝豎向轉體法

2.2.3.提升豎向轉體工法——平衡提升法

    奧地利實踐了一種新工法[5],豎直澆注的梁可以根據地形而,就地面標高澆注,豎向轉體并同時提升或壓低旋轉點。當地面高程較低時,旋轉加提升;當地面高程較高時,旋轉加壓低(圖9.1)。據稱可以比平衡懸臂法施工節省20%—30%材料,施工速度快1—2倍,特別適合于跨徑50m—250m的高墩橋梁。

 


  圖9.1   提升豎向轉體工法

2.3.水平轉體工法

(1)梁橋水平轉體

水平旋轉工法在梁橋、拱橋、斜拉橋中都有應用,近代開始用四氟乙烯作為旋轉軌道其摩阻系數只有50/00,阻力很小。通(州)張(家灣)鐵路跨線橋,設計為雙向四車道,時速50公里,T形鋼構混凝土橋為雙幅結構,全長725米、寬24.5米,原來呈東西向,與張家灣鐵路專用線平行。旋轉基坑內設有一個轉盤,200噸的液壓千斤頂帶動鋼絞線緩緩旋轉,橋梁轉體51度后將與南北走向的東六環西輔路對接。旋轉歷時57分鐘。

 圖10 通(州)張(家灣)鐵路跨線橋轉體工法(2006年)

圖11青蘭高速公路分離式立交橋轉體工法

(2)斜拉橋水平轉體

圖8,2009年8月6日,橫跨京廣鐵路線馬頭-磁縣間451km+800m至452km+000m處青蘭高速公路分離式立交橋,經過40分鐘的牽引轉動,實現成功轉體。該轉體立交橋為雙幅平面同步轉體立交橋,單幅轉體重量3706噸,轉體角度71.8度,轉體部分跨度為2×45米,轉體橋面總寬28米。是京廣鐵路石家莊以南同時跨京廣鐵路和107國道的轉體橋。

石家莊環城公路斜拉橋轉體工法,轉體重量16500噸、轉體角度達75.74度,兩項指標均居世界同類橋梁之最(圖12)。

    圖12石家莊市環城公路跨石太鐵路斜拉橋轉體工法(2008年)

(3)拱橋水平轉體

(I)不對稱轉體2009年8月20日,貴州省主跨度為140米的花江大橋主橋拱圈順利轉體并成功合龍,該橋創下了目前國內同類型橋梁轉體施工跨度之最。每岸轉體重量約為3800噸,貞豐岸的轉體將按順時針方向轉172度,關嶺岸的轉體將按逆時針方向轉102度后才能合龍成拱。歷時6小時(圖13)。不對稱轉體需要用墩柱作為平衡重。

圖13 貴州花江大橋轉體工法

    (II)對稱轉體2010年5月17日,主跨160米、單邊轉體1.68萬噸的滬杭客運專線跨越滬杭高速公路自錨上承式混凝土轉體拱橋合龍。合龍前是T構,頂板中配有預應力束。

    

圖14滬杭客運專線體轉體拱橋合龍

 2.4.纜索和斜拉扣索吊裝工法

梁橋很少應用纜索吊裝工法,一般首選懸臂工法;因為拱背是曲線,無法行走設備,纜索吊裝與斜拉扣索配合適用于拱橋架設。構件可以從河中起吊,不需要纜索運輸(圖12、圖17);混凝土料可以從岸邊吊運,需要纜索運輸(圖13)。南京大勝關橋把扣索工藝發展到自平衡狀態,適用于多跨拱橋自平衡拼裝(圖15)。

 

 

  圖15南京大勝關橋自平衡扣索工法

 

       圖16 Hoover壩新通道橋扣索現澆工法

 深谷懸索橋主梁無法從谷底吊起,如果是桁式主梁可以從兩岸開始逐桿安裝;也有應用纜索吊裝工法逐段安裝,四渡河特大橋為 最近一例;圖15最上面是吊裝纜索,吊裝纜索下面是懸索橋主纜,主纜下面是已安裝的部分主梁。用懸索吊上的行走小車移動主梁節段,到位后安裝主梁節段就位。首先安裝跨中節段,依次向兩端接長,最終至橋塔處。節段在橋塔處組拼,不需要從谷底起吊。

 

 

  圖17朝天門大橋扣索拼裝工法(2008)

 

圖18四渡河特大橋900m單跨雙鉸加勁鋼桁梁懸索橋纜索吊裝工法(2008年)

 2.5.軌索移梁工法

湖南矮寨橋發明了軌索移梁工法,解決深谷懸索橋吊裝梁段的難題。首先在主梁上平面位置,用懸索橋的吊桿臨時懸掛軌索,利用安裝在軌索上的行走小車移動主梁節段,到位后再用主纜索吊機安裝主梁節段就位(圖19)。首先安裝跨中節段,依次向兩端接長,最終至橋塔處。節段在橋塔處組拼,不需要從谷底起吊。

 

圖19矮寨橋軌索移梁工法(2010年)


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