权衡利弊 择优而用——美国桥梁更换项目中的快速施工决策
沧海有尽时
2024年01月24日 10:09:29
来自于桥梁工程
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  快速桥梁施工(ABC)是否是正确的路线? 美国交通部门正在越来越多地使用快速桥梁施工工法。这种非传统桥梁施工方法使用频率的增加与两个因素紧密相关。一是全美的交通量逐渐增加;二是全美62万座桥梁中大约三分之一需要进行重大维修或更换。根据美国公路和运输建筑商协会(ARTBA)的统计数据,在这62万座桥梁中,43,500多座桥梁状况很差,被认为存在结构缺陷。


 


快速桥梁施工(ABC)是否是正确的路线?


美国交通部门正在越来越多地使用快速桥梁施工工法。这种非传统桥梁施工方法使用频率的增加与两个因素紧密相关。一是全美的交通量逐渐增加;二是全美62万座桥梁中大约三分之一需要进行重大维修或更换。根据美国公路和运输建筑商协会(ARTBA)的统计数据,在这62万座桥梁中,43,500多座桥梁状况很差,被认为存在结构缺陷。


对于正在寻求桥梁基础设施问题解决办法的各城乡机构来说,快速桥梁施工可能是一条出路。近年来,快速施工建设取得了很大进步,许多构件可以提前在场外制造、组装,再运输到工地安装,大大减少了道路封闭时间,越来越多的城市和农村从中受益。


不同地点、不同项目的成功实施证明,快速施工在降低对社区居民的干扰,以及对用户、经济和社会的影响方面大有裨益。快速施工可以只封闭部分道路,且能将封闭时间控制在几个双休日或非高峰时段,而不必像传统施工流程那样将道路封闭数月甚至数年之久。


通过美国田纳西州ABC技术在乡村和城市环境中的成功案例发现,在乡村或城市环境中探索快速施工方法时需要考虑的关键因素有:交通模式;道路关闭可能对司机、货运、应急服务的影响;施工现场的条件;环境影响;标准化施工、制定维修计划或更换计划的能力。


 


年久失修的乡村桥梁改造模式


在过去的20年中,越来越多的组织已经从使用设计-投标-建造交付方法(DBB),转向可选交付项目方法(APD)。APD建立在效率、权衡和协作的基础上,以节约时间和经济成本的方式交付项目。这具有行业颠覆性,目前美国有超过40%的施工项目中正在实施APD方法。田纳西州交通运输部(TDOT)在众多项目中都采用了ABC和APD。以下是乡村环境中使用ABC技术进行桥梁改造的两个项目实例。


罗伯逊县49号公路桥


罗伯逊县49号公路上的米勒溪桥(Millers Creek Bridge)和卡勒布斯溪桥(Calebs Creek Bridge),这两座桥所承载的州际公路是库博镇的交通要道,当地居民通过这条道路可以去往库珀镇小学、库珀镇中学和库珀镇警察局。这两座桥梁最初建于1929年,1964年进行过一次修复,桥梁服役近百年,急需进行修复和改造,以适应当下的交通需求。


近期的桥梁改造中就使用了ABC技术,两座桥均从两跨结构改造为了单跨结构。结构更换期间,道路封闭只占用周末时间,且每个周末只封闭一天。交通中断时间限制在56小时内,大大降低了对学生去往学校的交通干扰,也最大限度地减少了警局出警的延迟响应时间。


卢瑟福县16号国道桥


另外一个成功的案例是卢瑟福县16号国道大桥替换项目。16号国道大桥横跨凯利溪(Kelly Creek),是一座两跨桥梁,最初建于1940年,1957年进行过一次改造修复。这条主干道贯穿伊格尔维尔镇(Eagleville),将小镇与田纳西中部地区连接起来。


传统的长期、分阶段施工方法,会对当地社区流动性产生重大影响。然而使用ABC技术和预制混凝土桥梁组件,这座逐渐老化的两跨桥梁仅占用了星期天56个小时的时间便完成了更换,同样也是由原来的两跨结构改造成了单跨结构。除了最大限度地减少施工对社区的影响外,双跨桥梁转换为单跨,对凯利溪的整体水力性能也有所改善。


 


密集狭小空间中城市桥梁快速施工策略


田纳西州首府纳什维尔市中心的I-40公路由东西两幅道路组成,公路上的8座桥梁建于20世纪60年代末。恶化迹象较为严重,需要不间断地进行维护,才能保证大桥的安全使用,因此对桥梁进行改造和更换迫在眉睫。为了尽量减少对纳什维尔中心商业区和娱乐区的影响,田纳西州交通运输部决定使用ABC技术更换桥梁,如此,仅需将大桥全面封闭13个双休日,即可完成更换。然而使用传统的桥梁更换方法,则需要关闭部分车道长达三年之久。


为了满足紧张的工期进度,大桥的更换还采用了更多创新性工程技术。其中4座使用了钢结构上部结构单元。田纳西州交通部将I-40道路中间的公共事业用地用作了“桥梁农场”,对结构单元进行现场制造,在星期天交通封闭期间,将结构单元运输到施工场地进行安装。


城市环境中桥梁更换项目面临诸多挑战,包括项目现场拥堵,8座桥梁在I-40公路上的分布比较密集,与州际公路两侧平行的临街道路也限制了可用施工空间;现有结构几何构型复杂,道路平纵线形、宽度逐渐变窄、出口匝道等都给施工和节段制造带来了挑战;桥梁的现有横坡不符合现行标准,导致I-40州际公路纳什维尔段排水不畅;CSXT铁路轨道是纳什维尔市连接西边其他地区交通枢纽的唯一通道,但其直达路线开放时段极其有限;道路封闭可能影响市中心、社区、高校的日常活动及专业体育赛事的进行。


尽管面临这些挑战,8座桥梁的快速修复项目仅在13个双休日封闭了10条道路,便完成了大桥更换修复,使得该项目成为又一个ABC技术的成功应用案例,证明了快速桥梁建设在城市地区的效果。


 


快速施工的利与弊


当然,任何事情都有利有弊,ABC方法的使用仍然值得权衡。ABC方法虽然缩短了项目总工期,最大限度地减少了对社区的干扰、对公共交通和应急服务的影响。然而,ABC技术的施工专业性较高,在最初的设计和施工方面增加了初始项目成本。业界仍在对通过这项新工法建造结构,进行长期性能评估。


如前所述,各道路桥梁机构通过以下几点可以确定ABC方法是否适用于桥梁的维修与更换,无论该桥是位于乡村地区,还是在大都市,都需要充分考虑ABC技术的适用条件。


在项目初期要考虑交通模式。因为无论维修或更换项目的规模大小,项目附近的道路都需要关闭一段时间,具体如何关闭要根据高峰的交通情况制定计划和车道分配,关键是最大限度降低对普通道路使用者的影响。在同一地点多个项目同时施工的情况下,须考虑采用绕行方案,避免所有交通要道同时关闭。另外还要充分考虑工期,规划施工进度。


尽量降低对司机的影响。使用ABC技术的一个主要优点是将施工风险最小化的同时,提高附近区域的安全性。桥梁和道路关闭会对社会中的日常使用者产生直接影响。绕行所需的时间以及交通拥堵情况也是制定绕行计划需要考虑的重要因素。绕行会对应急路线、商业通道、进出学校产生哪些影响?当地环境如何?所有问题都要纳入考虑范围。


考虑现场条件。为了节省时间,避免麻烦,某些桥梁单元可以先由承包商在场外预制,在双休日封路期间运输到现场,再进行拼接安装。桥梁的几何构型和整体状态等条件都会影响ABC技术的可行性。


保持嘈杂施工现场的良好环境。通过适当的规划,桥梁项目中的多个组件,比如桥梁的子结构单元,通常可以重复使用。对项目现场施工时间的限制,可以大大降低碳排放和噪音污染等环境影响。


制定标准化计划。一段道路上有多座桥梁需要更换时,承包商需要为每个结构制定不同的专属桥梁拆除计划,但桥梁的维修细节可以标准化,以便承包商制造相同的替换构件。这有助于降低工程成本,使桥梁安装严丝合缝。


将所有这些因素纳入考虑范围,就可以确定ABC的优势是否超过了工程的诸多顾虑之处,比如建筑成本的增加。另外一个确定ABC是否适合某个项目的方法,是使用联邦公路管理局(FHWA)提供的ABC决策工具,对ABC技术和传统建筑技术的优势进行对比。无论使用哪种方法,ABC技术采用创新方法优化了传统的施工流程,正在迅速改变桥梁修复和建设的传统规则,尤其是在全美桥梁不断老化的情况下。

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