随着全国对交通网络需求的持续增长，加之基础设施不断老化，美国亟需更换、加宽和新建桥梁结构等公路基础设施。但由于经济和人口的快速增长，另有快速项目交付时间的限制，交通规划者们在公路和桥梁系统改善方面所面临的压力越来越大。

在美国，许多结构工程项目的建设需要投入大量的前期设计和施工工作，故而导致项目的开发和施工工期较长。由于地基、下部结构、上部结构部件、栏杆和其他附件等结构的施工，需要大量劳动力且按照一定程序完成。因此，传统的桥梁建设和重建工程通常采用关键路径法。我们所需要的桥梁系统是：部件在场外制造并快速安装就位，并且保证正常交通。根据现场具体条件，使用预制桥梁系统，可以最大限度地减少交通中断，提高工作区安全性；最大限度地减少对环境的影响，提高可施工性，提升质量，降低全寿命周期费用。

近年来，在快速完成交通改善项目的重压之下，交通运输工程师们在各自的快速施工设计中，实践了各种可供选择的可行工程方案。为了实现桥梁快速施工（ABC），减少现场施工时间并减少长时间的交通延误，工程师们设计了可供选择的桥梁类型，如预制桥梁、分段拼接式桥梁、钢结构桥梁和其他结构类型的桥梁。然而要取得成功，还必须充分了解与该技术运用相关的决策过程、设计方法、施工技术、成本以及维护检修问题。

桥梁工程师们在全球已成功实践快速桥梁施工多年。美国国民经济持续增长，导致民众愈加依赖交通基础设施，更难容忍车道封闭检修所导致的交通中断。

美国驾驶员愈加希望，各州交通部在更加快速、安全地施建项目的同时，能够维持工作区的正常交通。可以这么说，“快进快出，无碍交通”正逐渐成为美国桥梁设计的标准。人们将这种挑战比作，在发动机运转的同时修理汽车。为此，很多设计师们提供了融合诸多独特功能的解决方案，来进行拆除和重建工程，最大限度地减少现场施工时间，同时保证最佳质量，使结构具有较长的使用寿命。高性能材料、新兴先进技术的出现，以及结构设计过程中研发出的预制构件或整体结构、可加快施工速度的细节、独特施工方法和交通维持方案等的广泛运用，成功缩短了承包商和公众的曝光时间。

很大程度上，使用预制桥梁元件和系统才是桥梁快速施工的核心。经验表明，这些系统在以下方面极其有利：

1.最大限度地减少交通中断

2.改善工作区安全性

3.最大限度地减少对环境的影响

4.提高可施工性

5.提升质量

6.降低全寿命周期费用

最近数十年里，美国投入了大量工作，促进各州和其他交通运输机构之间的信息共享和技术交流，并通过分享快速桥梁施工中的各种成功策略、新兴技术和经验教训，找出共同认可的可行项目。除此之外，美国还外派工作小组到国外，获取其他工业化国家所用技术的相关信息，研究国际通用的预制桥梁元件和系统，以及与技术运用相关的决策过程、设计方法、施工技术、成本以及维护检修问题。同时，收集和分享了运用快速施工方法所建桥梁系统，以及采用场外预制拼装元件所建桥梁的设计、施工和维护等各方面的信息。主要侧重跨度在20到140英尺的桥梁。不过,跨度更大但使用了大量创新型预制件的桥梁也在关注范围之内。除此之外，受到关注的还包括地基、桥墩或墩柱、桥台、墩帽、横梁或主梁以及桥面板等组成的桥梁元件。

桥梁局部使用预制件，即可实现快速施工。有些项目可能不需要快速施工，尽管在原有设施附近作业时，也能减少公众和承包商在工作区的曝光时间，但在美国，很难证明不这样做才是正确之选。

策略大致分为以下几种：

1.使用预制桥梁元件和系统（PBES）建造整体式桥梁

2.上部结构系统

3.桥面板系统

4.下部结构系统

5.桥梁移动系统

在下文几种策略的概述中,将着重介绍在设计新结构时予以考虑的各种快速桥梁施工方法。其中多数策略是作者在美国联邦公路管理局（FHWA）组织的国外考察期间所研究的策略,其中也有好几个案例出自个人参与的项目。

预制桥梁系统造就了快速施工的最大优势。桥梁的设计预制元件数量将决定施工过程的速度。位于波多黎各圣胡安的巴尔多里奥迪大道（Baldorioty de Castro Avenue）立交桥，就是一个完全采用预制桥梁系统的极佳例子（图1）。桥梁所役道路的日交通量超10万辆。为避免交通延滞，市政工程部在两个交叉路口分别建造了两座立交桥：两座长700英尺，另两座长900英尺。

图1 波多黎各圣胡安所用预制桥梁系统示例

为了最大限度地减少交通中断，该项目分两个阶段施工。首先，使用特殊模板打桩和浇筑基脚，方便连接。然后，安装并张拉预制桥梁部件：箱形桥墩安装在基脚上后张拉，然后安装墩帽，最后沿垂直方向张拉桥墩。待前两个桥墩安装就位后，安装100英尺长的上部结构箱梁。然后横向张拉每个桥跨。第一座桥整装完毕耗费了36个小时，其他桥只用了21个小时。

预制拱桥

预制混凝土拱系统用于桥梁、涵洞、隧道和地下通道（图2）。混凝土拱系统形状多样，适合各种场地条件。长度在12到100英尺以上的桥跨，根据桥跨供应商的要求可单独使用或成组使用，也可根据需要建造多个桥跨。使用预制混凝土端墙、翼墙和基础，即可在一日之内安装好整个结构。

图2 预制混凝土拱结构

混合上部结构系统-混凝土填充的纤维增强塑料管

混凝土填充的碳纤维增强塑料管拱（图3、图4）是一种特殊的混合设计，已被美国州际公路与运输官员协会（AASHTO）采纳，并发布了相关的设计和施工指南。这些管拱是最适合垂直间隙的埋入式结构，或者说，水道开口构不成主要问题。

图3 安装好的纤维增强塑料管拱

图4 已完工的纤维增强塑料拱结构

混合组合拱结构由缅因大学研发，用以实现快速安装和延长使用寿命。埋入式拱结构为主要结构构件，由混凝土填充的轻质组合管件组成。拱结构可以支撑在岩石、桩体或混凝土基脚上。管间安装纤维增强塑料波纹板，以便回填。该系统通常适用于25至70英尺的跨度。目前已经有关于这些结构的施工规范。

在美国，安装桥梁上部结构的标准顺序是：安装混凝土梁或钢梁，安置临时模板或免拆模板（如钢板或混凝土板），放置桥面板钢筋，浇筑桥面板混凝土，如有必要，拆除模板。横梁安装完成后，无须安装和拆除行车桥面板模板，如此可以加快现场施工，减少车道封闭，提高安全性。在研究期间，对实现此目的的以下系统进行了研究。

梁板系统

法国梁板系统提供了一种无须模板并具备安全工作台的方法。在该系统中，倒置T形浅梁彼此相邻放置，然后与T形梁腹板之间以及腹板顶端的现浇混凝土组合，形成实心构件。典型的梁板桥梁可以在一天内安装完毕。

美国仅少数桥梁上使用了类似的倒置T形梁，但研究小组认为，梁板系统是施工更快、更可靠、更耐用的系统。美国也有采用连续箱梁，但相邻箱梁之间的连续性存在局限性。因此，沿纵向接头方向容易发生劣化。用于连接梁板系统中相邻构件的环式接头细部，相较与美国目前所用的细部，预计能够提供更好的连续性。如此，沿接头方向的反射裂缝将更少，且耐久性也会提高。

钢梁或混凝土梁上预制部分深度混凝土桥面板

该系统源自德国，需要在安装横梁前，于钢梁或混凝土梁上浇筑部分深度混凝土桥面板。预应力混凝土梁上运用此类系统，类似于桥面板球缘T形梁，非全深度桥面板除外。横梁安装完成后，每个桥面板组件的边缘紧连相邻构件，无需安装额外的模板来现浇混凝土（图5）。该工艺加快了施工速度，直接提供了安全工作台，并且减少了设备掉落到下方道路上的潜在危险。

图5 预制部分深度混凝土桥面板示例

分段拼装式桥梁施工用的带横肋的U形节段

为了减轻预制混凝土节段的重量，日本在节段中采用预应力混凝土横肋（图6）替代了传统的顶板。节段安装完成之后，将预制的预应力混凝土板纵向放置在横肋之间。然后在混凝土板顶部浇筑顶板，并且横向张拉桥面板。除了能够减轻运输重量之外，U形节段的长度可以更长，从而减少每个桥跨所用的节段数量。重量更轻，可以降低安装设备的承载。在横肋之纵向铺置预制板，也就无需再用到桥面板模板，也意味着，在需要更换时，现浇混凝土板可以拆除。

图6 带横肋的U形预制混凝土节段

使用这种技术的另一种可能性在于，保持与传统节段相同的重量，节段可以浇筑得更长。那么如此一来，建造桥梁所需的节段数量就更少，桥梁的安装时间便更短，甚至可以提前竣工。

本文研究了桥面板系统的四项创新，建议在美国采用这四项创新。

全深度预制混凝土桥面板

日本和法国使用的全深度预制混凝土桥面板，无需安装桥面板模板和提供现浇混凝土，缩短了施工时间（图7）。桥面板通过混凝土桥面板槽腔中的双头螺柱连接到钢梁上。钢梁和混凝土梁上使用全深度预制混凝土桥面板，通过使用工厂成品加快了桥梁施工速度，无需安装和拆除行车桥面板模板，并减少了车道封闭。

图7 全深度预制混凝土桥面板

虽然美国也使用了类似的系统，但事实证明，日本所用系统的维护工作更少、更耐用。该系统取得成功的原因之一在于，系统采用的多级腐蚀防护系统。面板之间的横向接头由现浇混凝土制成，混凝土浇筑在钢筋套环上，另用附加钢筋穿透套环。由于先前出现过的腐蚀问题，日本不再使用纵向后张法，现在更倾向于使用这种横向接头细部。

预制桥面板系统需要配置纵向和横向接头，构成连续桥面板，实现活载分布和抗震性能。这可以通过使用接头中的特殊环形钢筋细部来实现（图8）。研究期间观察到的各种接头细部是否适用于美国，我们应当进行相关的评估，以促进预制全深度桥面板系统的运用。

图8 桥面板接头封堵细部

与美国目前所使用的细部相比，现浇桥面板接头在相邻预制构件之间能够提供更好的连续性。人们预计，接头细部能够更好地控制沿接头方向的裂缝缺陷，并构成更加耐用、寿命更长的结构。

钢-混凝土混合桥面板系统

日本现已开发出用于桥面板的钢-混凝土混合系统（图9）。该系统的钢部件由底部和侧面的免拆模板和横梁组成。横梁跨越纵梁，悬臂跨越前沿横护梁，形成板坯悬垂。横梁的底部凸缘支撑板坯底部的钢模板，顶部凸缘则支撑纵向桥面板钢筋。

图9 钢-混凝土混合桥面板系统

填充现浇混凝土之后，该系统将充当组合桥面板系统。该系统中，使用低承载力起重机即可快速放置轻质桥面板免拆模板系统。该系统无需安装行车桥面板模板。观测团队指出，该系统比传统免拆钢模板更加通用，因为该系统内置横梁支撑系统，以形成板坯悬垂。此外，钢筋可以在场外安装就位，从而减少现场施工时间。

使用预制下部结构系统的显著好处是，最大限度地减少桥梁施工期间的交通中断。日本使用的SPER系统2就是此类下部结构系统的一个例子。

日本SPER系统是一种快速桥墩施工方法，其采用免拆预制混凝土板作为结构元件和现浇混凝土模板（图10）。矮小的实心桥墩需要用作外模的板坯，高大的空心桥墩需要用作内外模板的板坯。桥墩阶段通过环氧树脂接头堆叠在彼此之上，并填充现浇混凝土，形成组合桥墩。日本的实验研究表明，这些桥墩具有与传统现浇钢筋混凝土桥墩相似的抗震性能。该系统具有缩短施工时间的优点，并可实现优质耐用的外部饰面。

图10 SPER系统

在下部结构元件的设计方面，还有许多其他非常实用的策略。个人经验表明，根据项目具体需求，加筋土（MSE）挡墙、预制桩、预制桥墩、预制混凝土围堰和大直径桩等组成的元件，可以大大缩短下部结构元件的施工时间。

最大限度地减少工作区结构修复或更换时间的关键策略在于，建造桥梁位置旁或附近结构的全部或大型元件，然后最大限度地利用运输设备，将桥梁或元件移至最终安装位置。最近的项目中，已经成功使用了许多不同的方法来部分或整体拆除原有桥梁，将桥梁部件或整体桥梁移动就位。因此，施工活动可以与公众出行完全分开。这些方法能够使交通中断时间和车道封闭时间，从数月减少到数天乃至数小时，在极短的时间内恢复原有公路的使用，提高驾驶员和施工人员在工作区的安全性，最大限度地减少对环境的影响，提高可施工性，并降低全寿命周期费用。工作区以外的受控环境及可能偏离关键路线，也有助于提高部件的质量。

自走式模块化平板车（SPMT）

在欧洲，我们发现，在一个地点建造的重达数千吨的大型桥梁部件或整体桥梁，然后使用一系列自走式模块化平板车（图11），提升并运至最终位置。这些由计算机控制的多轴车辆，能够以相同的轴荷载在任何水平方向上移动，同时保持水平荷载，几何结构不固定或无变形。观测团队对此技术赞叹不已，该技术能够最大限度地减少交通中断，提高工作区安全性，提高可施工性，提升质量，并降低全寿命周期费用。

图11 横纵相连的自走式模块化平板车

公路和铁路所有者经常使用该技术，将施工影响期从传统施工方法所需的数月减少到数天乃至数小时。该技术通常的方法是，场外建造上部结构，然后使用自走式模块化平板车将其移动就位。自走式模块化平板车也可用于在极短时间内拆除原有桥梁，而不是拆除原有行车桥面板上方的桥梁。

使用自走式模块化平板车虽然可能会增加最初施工成本，但其大大降低了交通管制成本、对公众出行造成不便的成本，进而降低了全寿命周期费用，足以抵消最初施工成本。使用这种技术需要进行前期项目规划，设计移动和安装期间的临时施工荷载时，需要考虑施工通行权需求及合同规定，例如车道封闭限时，以支持和鼓励使用自走式模块化平板车。

除了使用自走式模块化平板车和传统陆地或船装起重机安装大型结构外，可以使用的其他桥梁部件移动方法有：

1. 将桥梁水平滑动到位

2. 纵向顶推跨过河谷或原有公路

3. 使用驳船或建造临时干船坞将桥梁漂浮到位

4. 在原有道路旁边搭建桥梁并将其旋转到位（图12）

5. 垂直提升从场外制造地点运来的桥梁

图12 分段拼接式桥跨扭转至最终位置（法国）

使用上述系统，可以最大限度地减少原有桥梁封闭更换的时间，多数在3～48小时以内。美国有关横向和纵向推进的实践实在有限。部分桥梁采用的是浮动到位的方式。在欧洲和日本，以上方法更为常用，也更为桥梁设计师和承包商所认可。作者认为，可以更多地应用这些方法，特别是在城市地区拆除和更换桥梁，这样可以最大限度地减少交通中断和环境影响，提高工作区安全性，提高可施工性。

虽然机构或承包商不一定关心，但如果被问及，用户还是比较关心“如今所做在将来会耽搁我的事情吗？”为此，负责规划项目的人应该尽可能考虑延长使用寿命。美国的经验表明，采用预制方法，在元件制造过程中可以提供更好的条件，因此可以实现更好的环境控制、工艺和质量控制。室内制造的情况下，制造工期为12个月，而不存在施工季节环境限制所导致的局限性。

与所有项目一样，在详细设计项目时，工程师必须考虑适合耐用设计的细部。确保距离下一次维护、重建或修复工作的时间最大化的部分考虑因素包括，确保适当的以下方案：

◆ 腐蚀防护

◆ 排水设计

◆ 接头或无需接头

◆ 正确选择材料

◆ 可检测性

◆ 危害防护

例如，在日本、德国和法国，混凝土桥面板铺设了多层腐蚀防护系统（图13），防止水和除冰化学品渗入。该系统通常需要铺设钢筋的适当混凝土保护层、混凝土密封剂、防水膜和两层沥青。该类腐蚀防护系统有益于预制系统，保护接头区域免受潜在腐蚀损坏，并确保较长的使用寿命。该系统还可延长原有桥梁的使用寿命。

图13 多层腐蚀防护系统（德国）

德国自20世纪80年代中期就已开始使用该系统，预计该系统可以实现100年的使用寿命。该系统的维护要求定期更换沥青路面。然而，使用这些系统将增加桥梁的设计恒荷载，而桥梁目前并非针对这些恒荷载所设计。这些系统的另一个缺点是，它们有碍对桥面板表面的目视检查。无论如何，该系统大大延长了结构的使用寿命，且最大限度地减少了维护工作，就此而言，其好处远大于任何问题。

正如本次讨论开头所述，美国公众要求更加快速地完成桥梁修复和更换，减少交通拥堵并提高安全性。基础、下部结构、上部结构部件、栏杆和其他附件等结构的施工，需要大量劳动力且按照一定程序完成。因此，传统的桥梁重建无法一贯地满足这一需求，并且通常采用关键路径法。凭借如今的工程方法，我们能够实现这样的桥梁系统：部件在场外制造并快速安装就位，并且保证正常交通。使用预制桥梁系统，可以最大限度地减少交通中断，提高工作区安全性，最大限度地减少对环境的影响，提高可施工性，提升质量，降低全寿命周期费用。

公众了解并希望，他们所使用的桥梁是安全的且性能良好，因此了解桥梁工程也是必需的。不过他们期望，代表他们参与施工的工程师们，也就是我们，具备较多年以前更快速的施工方法，并且希望我们各司其职，确保桥梁尽快恢复正常。通过上述方法加快施工速度正是我们可以采用的途径。