日本桥梁施工工艺技术

针对桥梁结构特点和现场施工条件,日本桥梁技术人员在桥梁施工工艺技术方面做了一些有益的尝试。鹫见桥Ⅱ期工程最高墩高125 m,采用预先在工厂制作部分预制构件的方法,加快了施工进度;Ⅱ期、Ⅰ期工程桥梁间距仅50 cm,为避免Ⅱ期工程施工对Ⅰ期工程运营造成影响,采用了智能预警监控系统。日见梦大桥桥塔端斜拉索采用钢锚箱锚固,塔柱混凝土浇筑采用透明模板监控混凝土浇筑质量。杨梅山高架桥支点梁段采用分层浇筑以及钢筋部品化预制安装等施工工艺,缩短了工期。思惟花笑大桥为主跨150 m的连续刚构桥,最高墩高93 m,箱梁腹板与底板相交处钢筋密集,为确保混凝土填充密实,采用混凝土填充模拟系统确定最佳浇筑方法;该桥跨度大、墩身高,混凝土泵送距离长,通过多项混凝土工艺试验,提高了长距离泵送悬臂浇筑施工质量;采用新研发的三眼照相机对钢筋绑扎质量进行检测,实现了钢筋检测作业自动化。

日本UFC桥面板和UFC组合桥面板的研发与应用

日本较早期建设的城市高速公路桥梁中主要采用钢桥面板和混凝土桥面板。针对钢桥面板的焊缝疲劳开裂和混凝土桥面板的老化现象,研发了超高强度纤维增强混凝土桥面板(UFC桥面板)及UFC组合桥面板,具有高强度、高耐久性。UFC桥面板分为平板型和方格肋型2种类型,可应用于既有公路桥梁的桥面板更换以及新建公路桥梁的桥面板。UFC组合桥面板为在预制PC桥面板顶面设UFC层作为防水层,可省去预制PC桥面板防水层施工,提高施工效率。UFC桥面板和UFC组合桥面板在预制场预制、现场安装,施工便捷,已实际应用在阪神高速公路15号堺线玉出匝道桥桥面板更换工程、阪神高速公路1号环线信浓桥匝道桥新建桥梁工程、东北高速公路宫城白石川桥上行线既有桥面板更换等工程上,可提高桥梁结构的耐久性、减少桥梁养护工作量、降低养护成本。

日本北陆高速九头龙川大桥更换桥面板

日本九头龙川大桥(Kuzuryu-Gawa Bridge)位于北陆高速福井北JCT(互通立交)的北侧,结构形式为(3+2+3)跨连续钢板梁-RC桥面板组合梁桥,全长454.9 m,上、下行线分幅修建,单幅桥面净宽10.51 m。4片钢梁中心间距3.0 m。该桥1975年建成,已使用40多年,受车辆大型化、交通量增加、冬季防冻剂盐害等影响,桥面老化、损伤严重,因此将既有的RC桥面板替换成预制PC桥面板。

日本北陆新干线大藏余座桥

日本大藏余座桥(Okurayoza Bridge,见图1)位于建设中的北陆新干线金泽—敦贺间,距终点敦贺车站约1 km,由2联桥长分别为215 m和216 m的3跨连续PC箱梁刚构桥和1联桥长172 m的2跨连续PC箱梁刚构桥组成。设计荷载为P-16标准列车荷载。该桥起点侧为深山隧道出口,经过中池见湿地和水田,因此大部分桥墩墩高超过20 m,这在日本新干线桥梁中比较罕见。图1日本北陆新干线大藏余座桥桥址地基固有周期超过1 s,为软弱地基,桥墩采用钻孔桩基础,1个桥墩设16~20根直径2 m钻孔桩,桩长63 m。桥墩为9.0 m×6.5 m实体墩,采用预先在工厂制作部分预制构件的方法(Sumitomo Mitsui′s Precast Form for Earthquake Resistance and Rapid Construction,简称SPER工法)施工,由带组装箍筋的部分预制构件形成桥墩外框架,再灌注混凝土形成整体,可根据墩高分节段施工。桥墩采用SPER工法施工可缩短约3个月的工期。

日本新名神高速城阳高架桥

日本城阳高架桥(Shiroyou Viaduct)位于新名神高速大津-城阳间,全长2.8 km,由3座主线桥和1座互通立交桥组成,上、下行线分幅布置,单幅桥面宽11.375 m。桥面按4车道布置,但下部结构设计考虑了将来桥面扩宽6车道的承载能力。城阳第一高架桥为桥长390.5 m的6跨连续窄幅钢箱梁桥;城阳第二高架桥桥长1432 m,由PC预制箱梁桥和5跨连续刚构钢-PC混合梁桥组成;城阳第三高架桥为桥长374.5 m的6跨连续窄幅钢箱梁桥;互通立交桥(城阳西高架桥)为桥长599.5 m的11跨连续钢板梁桥。钢桥采用吊装、顶推等方法施工,PC桥主要采用预制节段法施工,与匝道连接处采用现浇施工。

钢筋混凝土桥梁和CFRP桥梁环境影响评估

全球建筑联盟(Global Alliance for Buildings and Construction,简称GABC)是致力于推动全球绿色健康、可持续、低碳排放建筑发展和产业转型的国际组织。GABC发表的报告中显示,世界CO_(2)排放量中建筑行业占38%,水泥产业占8%。在气候变化相关的《巴黎协定》中提到,到2030年水泥产业的CO_(2)排放量要降至6.56%。桥梁行业中有建议采用碳纤维增强复合材料(CFRP)替代钢筋和PC钢束以降低CO_(2)排放量。目前全世界生产的CFRP用于建筑行业的仅占4.2%。CFRP单价比钢筋、PC钢束高,且制造时CO_(2)排放量高,但其材料力学性能和耐腐蚀、耐疲劳性能高,因此CFRP结构通过减少钢筋、PC钢束以及混凝土用量,进而可减少CO_(2)排放量。为确认CFRP结构CO_(2)排放量降低效果,首先研究了CO_(2)排放量的计算方法,然后以德国2座CFRP桥梁为对象,比较钢筋混凝土桥梁和CFRP桥梁的CO_(2)排放量。

日本东海北陆高速上见桥

日本东海北陆高速连接名神高速和北陆高速,全长185 km,2008年7月全线通车。东海北陆高速富山县小矢部砺波至岐阜县白川乡42.6 km区间进行4车道路面扩宽。上见桥(Uemi Bridge,见图1)位于该路段上,为扩宽工程(Ⅱ期线)新建桥梁,结构形式为3跨连续PC刚构桥,桥长257 m,跨径布置为(66.3+122.0+66.3)m,桥面宽9.9 m。主梁为单箱单室波形钢腹板箱梁,梁高4.0~7.5 m,采用挂篮悬臂施工。

日本北陆新干线福井开发高架桥——全预制刚构高架桥

日本九头龙川大桥(Kuzuryu-Gawa Bridge)位于北陆高速福井北JCT(互通立交)的北侧,结构形式为(3+2+3)跨连续钢板梁-RC桥面板组合梁桥,全长454.9 m,上、下行线分幅修建,单幅桥面净宽10.51 m。4片钢梁中心间距3.0 m。该桥1975年建成,已使用40多年,受车辆大型化、交通量增加、冬季防冻剂盐害等影响,桥面老化、损伤严重,因此将既有的RC桥面板替换成预制PC桥面板。

PC钢绞线锚固式托架

日本首都高速1号羽田线为紧急运输通道,必须具备设计所需的抗震性能及地震后快速恢复交通的能力。该路线空港西地区桥梁为3跨连续PC箱梁桥,桥长约89 m,跨径布置为(24+30+33.8)m,主梁为3室箱梁,下部3个V形RC桥墩。该桥1966年12月开通,已使用超过50年,1997年桥墩外包钢板进行抗震加固。为进一步提高抗震性能,安装剪切阻尼限位装置对上部结构进行抗震加固。

孟加拉国卡尔纳大桥

孟加拉国卡尔纳大桥(Kalna Bridge)位于连接首都达卡和印度加尔各答的亚洲公路1号线的中间位置,跨越马杜马蒂河。之前桥位处都是以轮渡的形式渡河,雨季危险,且交通不便,严重影响了经济发展,迫切需要修建桥梁。卡尔纳大桥全长690 m,桥面宽27.1 m。大桥中间主桥为跨径150 m的提篮式系杆拱桥(见图1),东、西两侧引桥均为长270 m的预应力混凝土I形梁桥。

日本桥梁自动化检测技术研究新进展

桥梁自动化检测技术为桥梁智慧管养提供了有力的技术支持,日本在桥梁自动化检测技术方面开展了斜拉索检测机器人、钢桁架桥检测机器人、搭载3D激光扫描仪的检测机器人的研发和应用研究。斜拉索检测机器人采用螺旋桨驱动,安装全高清画质数码相机,沿索体上升或下降进行全方位摄像,查看照片和视频可检测修补痕迹、锈迹、涂膜剥落、碰撞等,不需要进行交通管制,检测速度快、效率高,不仅适用于斜拉桥,还可用于悬索桥吊索检测。侧面走行检测机器人主要用于检测钢桁架桥桥面板、钢梁及其它构件损伤,走行装置上安装锂电池电机,遥控操作变换前进方向和调整走行速度,机器人万向接头上安装4K高清数码相机,可检测到无法近距离肉眼观测以及视线死角位置。既有桥梁桥面板更换工程中,采用搭载3D激光扫描仪的检测机器人进行桥梁空间坐标全自动检测,扫描的点云数据输入数据处理系统,自动生成检测报告,无需搭设支架和实施交通管制,且检测精度满足目标精度要求,该设备还可用于挂篮悬臂浇筑法施工中成桥空间坐标测量。研发了3D激光扫描仪自动移动装置,使检测更快捷。各桥梁自动化检测设备具有较好的工程实用价值,可为国内同类型桥梁结构智能检测提供参考。

土耳其第二博斯普鲁斯桥更换吊索

第二博斯普鲁斯桥(The Second Bosporus Bridge)位于土耳其伊斯坦布尔,跨越博斯普鲁斯海峡,连接欧洲与亚洲,1988年建成,是一座跨径1 090m的单跨悬索桥,桥面宽39.4m,布置双向8车道。2015年12月,跨中最短的1根吊索表面保护层开裂,并发生变形。

日本东北高速公路宫城白石川桥更换桥面板

日本东北高速公路琦玉县至青森县区段已经使用超过40年,由于通行车辆重型化以及防冻剂导致的盐害等原因,该路段桥面板损伤和老化明显。宫城白石川桥(Miyagi Shiroishigawa Bridge)位于东北高速公路白石出入口的南侧,为2联3跨连续钢板梁桥,桥长276.9 m,跨径布置为2×(45.70+46.15+45.70)m,荷载为B活荷载,1972年建成。上、下行线分幅布置,单幅桥面宽10.7 m,布置2车道,平面线形R=1200 m,纵向坡度0.7%,横向坡度4.0%。建成时桥面板为210 mm厚钢筋混凝土桥面板,运营过程中针对损伤部位进行局部维修后,桥面板仍存在表层铺装层大面积损伤,底层混凝土开裂及剥离明显的情况。为从根本上杜绝隐患,决定对该桥桥面板进行更换,下行线采用预制PC桥面板进行更换,上行线采用预制UFC(超高性能纤维增强混凝土)组合桥面板进行更换。

菲律宾南北通勤铁路高架桥

菲律宾马尼拉首都圈因为城市快速化发展和人口高度集中带来的干线道路交通堵塞已成为社会问题。为分散人口,实现持续的经济增长,菲律宾政府决定修建南北通勤铁路(见图1)。该项目CP02标段为连接马尼拉首都圈图图班和布拉干省马洛洛斯全长38 km的铁路线,包括长14 km的高架桥和3个车站,列车荷载为M-16。为实现南北通勤铁路尽早开通,CP02标段高架桥上部结构主要采用预制节段法施工,预制好的节段运至现场逐跨架设。CP02标段2019年7月开工,预计2025年完工。

日本米田大桥

米田大桥(Yoneda Bridge,见图1)位于日本岩手县九户郡野田村大字野田,是三陆沿海岸野田久慈道路普代—久慈段上新修建的公路桥,结构形式为8跨连续PC板梁桥,跨径布置为(34.75+6×35.20+34.75)m,桥面净宽12.0 m,横向坡度2.0%,平面线形R=2 800 m。主梁由4片梁高2.4m的工字梁组成,相邻工字梁中心间距3.3m。

日本首座铝合金桥梁——金庆桥

金庆桥是日本首座全焊接铝合金桥梁(见图1),1961年6月建成,位于兵库县连接芦屋市和有马温泉的芦有公路上。该桥桥长20.6 m,桥面宽7.00~8.16 m,是一座简支组合钢板梁桥,斜交75°,活荷载为T-20荷载,平面线形为直线,纵向坡度为5%,横向坡度为1.4%~6.0%。主梁由4片板梁组成,采用7系耐腐蚀铝合金(相当于现在的A5083)轧制,构件间的连接采用在工厂MIG焊接、在现场铆接。

日本竹芝人行天桥

日本竹芝人行天桥(Takeshiba Pedestrian Deck,见图1)也被称为港区人行专用道8号线,位于东京都港区海岸一丁目,是JR滨松町车站到竹芝地区的主要通道,跨越首都高速公路,邻接历史名胜江户时期的旧芝离宫恩赐庭园。结构形式为正交异形板钢箱梁桥,桥长约239.7 m,跨径布置为(37.7+22.1+39.2+39.6+40.1+57.3)m,桥面宽6 m,横向坡度1.0%,荷载为人群荷载。同时,该桥为灾害时避难者、回家困难者等的安全通道,因此按日本《公路桥规范》(2012年)进行设计。考虑给予行人开放、通透的步行感受,设置了遮雨、遮阳的门形(框架式)玻璃顶棚和玻璃护栏。

世界首座生物基复合材料开启式自行车桥——荷兰律马西尔桥

律马西尔桥(Ritsumasyl Bridge)位于荷兰北部弗里斯兰省律马西尔村,为开启式自行车桥(见图1)。桥梁全长66 m,2个主跨长22 m,2个配重边跨分别长10、12 m。桥梁宽3.65 m,主梁高1.2 m,由顶、底板和5片间距0.91 m的腹板组成箱形截面(见图2),采用亚麻纤维、轻木材、生物基环氧树脂制作。该桥顺桥向分为两部分,一半为固定结构,另一半为非对称旋转开启结构。设计寿命为100年,按一年开启10000次设计,桥面承载的荷载为:人群荷载5 kN/m^(2),检测车荷载50 kN以及紧急车辆荷载120 kN,并考虑船撞荷载。

公路桥预制桥面板新型板式锚固头异型钢筋连接构造

近年来,公路桥桥面板老化已成为社会关注问题。更换桥面板需进行交通管制,社会影响大,要求快速施工并提高施工质量,通常采用预制PC桥面板进行替换。预制PC桥面板在施工现场相互连接,板间连接构造对桥面板的耐久性和施工性影响较大,目前已有U形钢筋、螺栓锚固头异型钢筋等多种连接构造。为减少板间接缝宽度,提高桥面板的耐久性和施工性,开发了一种新型连接构造——板式锚固头异型钢筋(Head-bar)连接构造,在预制板端部伸出的异型钢筋顶部摩擦焊接钢板(见图1)。异型钢筋采用D19,钢筋间距150 mm;钢板采用矩形SM490钢,平面尺寸为40 mm×70 mm,厚16 mm。 该连接构造对向错开布置,接缝宽110 mm, 不需要再设横向钢筋,构造简单。预制板内布置双层钢筋,层间距100 mm,端部结合面上设计深 30 mm 、高60 mm的剪力槽(见图2)。接缝处填充高强度钢纤维增强水泥砂浆(28 d龄期设计标准强度 97 MPa ,钢纤维直径0.2 mm、长15 mm),使桥面连续、一体化。

斯里兰卡凯勒尼河新桥

凯勒尼河(Kelani River)新桥位于斯里兰卡科伦坡的北部,是斯里兰卡首座矮塔斜拉桥(见图1)。大桥全长1 185m,南侧引桥长365m,为(4+5)跨连续PC刚构箱梁桥;北侧引桥长260m,为6跨连续PC刚构箱梁桥;北侧接线道路长180m;主桥长380m,为3跨连续PC箱梁矮塔斜拉桥,跨径布置为(100+180+100)m,桥面宽30.4 m(双向6车道),双塔双索面布置。