城市橋梁墩柱預制拼裝關鍵技術研究

王曉峰 程 明

（河南省交通科學技術研究院有限公司，河南 鄭州 450000）

城市橋梁墩柱預制拼裝關鍵技術研究

王曉峰 程 明

（河南省交通科學技術研究院有限公司，河南 鄭州 450000）

預制拼裝下部結構技術廣泛被應用于跨海大橋中，但是在城市橋梁的建設過程中并沒進行應用，為了對城市橋梁的建筑問題予以妥善解決，突破當前困局，必須對預制拼裝技術進行系統研究。

城市橋梁；橋梁墩柱；預制拼裝

現階段，城市橋梁在我國建造情況仍然是以現場澆筑和人工綁扎的下部結構為主，其中存在的弊端也逐漸顯現出來，比如施工的時間較長、勞動力的需求過大，不僅會影響道路交通，還會對社會產生一定程度地影響，如噪聲、粉塵和燈光等，都會對環境產生較大程度的干擾，因此無法符合文明施工的標準。除此之外，粗放式的施工使得整個行業都擁有較高的能耗，對城市施加了更大的壓力，應當對上述的問題進行妥善地解決。

一、預制拼裝技術

國內外的工程設計人員和研究人員根據工程的施工環境、條件以及橋梁類型的特點等方面，對于預制拼接技術中連接墩柱的構造進行了多種類型的提出，其主要的連接結構有以下幾種：后張預應力筋精軋螺紋鋼絞線（有黏結）、濕接縫連接（焊接鋼筋）、承插和插槽混合連接自己波紋管和灌漿套管連接。通過以上幾種方法連接墩柱、墩身、蓋梁和承臺，運用環氧膠或砂漿墊層對接觸面進行拼裝。根據相關的調查和試驗，對幾種連接方式進行比較，并將國內的接受理念程度和實際的應用經驗納入考慮范圍，我國的橋梁連接可以選擇波紋管和灌漿套筒連接進行深入研究。

后張預應力筋精軋螺紋鋼絞線（有黏結）：此結構通常情況下是聯合環氧膠或砂漿墊層建造節段端柱。預應力筋一般采用的是精軋螺紋鋼，此結構的特點是在接縫中通過預應力筋，其力學特性如強度和剛度具有可靠性，在實際的工程當中廣泛應用，其施工的技術、設計和計算分析都較為成熟。但是其中也存在著不足之處，主要是在配備預應力筋的基礎上還要進行構造配筋的布置，提高了墩身造價，工藝較為復雜且周期長。

濕接縫連接（焊接鋼筋）：在進行墩柱的預制拼裝時，需要預先伸出鋼筋，便于搭接鄰近構件的預留鋼筋，設置臨時的支撐結構，需要澆筑混凝土在連接鋼筋的部位進行濕接縫連接。我國在進行建筑上海長江大橋的過程中使用了濕接縫連接，濕接縫構造也是當前我國使用較為頻繁的設計思路，此結構的力學性能類似于現澆混凝土的傳統方式。但是濕接縫會使得施工周期加長，并增加作業量，從施工速度的層面考慮，該結構存在不足之處。

承插和插槽連接：插槽式的連接目前已經應用于部分橋梁工程，其主要是對承臺和樁、墩身和蓋梁進行連接，相較于灌漿套筒和波紋管連接，其優勢是施工公差較大，在施工的現場需要進行混凝土的澆筑，周期大致為兩天。承插式的連接是將墩身在預留孔內進行插入，其長度通常為1.2～1.5倍的墩身截面，將砂漿在其底部鋪設，使用混凝土（半干硬）對其周圍進行填充，其優勢是工序簡單且作業量少，缺點是其力學行為不足，且抗震能力仍需研究。

波紋管連接：波紋管連接通常是用于連接墩身與承臺和蓋梁，通過承臺和蓋梁內的金屬波紋管與墩身的鋼筋進行連接，常采用的墩身與承臺和蓋梁的接觸面是砂漿墊層，而墩身之間的接縫使用的是環氧膠。此結構類似于灌漿套筒，經過一天的現場施工即可進行后續的施工環節，但是其伸出的鋼筋要求長度較長，必須符合錨固長度。現階段，國外的一部分橋梁采用此結構進行施工，由于其抗震的能力仍需研究，因此地震多方區域很少使用此結構。

灌漿套管連接：預制的墩身伸出的鋼筋可以使用灌漿套筒進行連接，通常采用的墩身與承臺和蓋梁的接觸面是砂漿墊層，而墩身之間的接縫使用的是環氧膠。其結構的主要特點是對施工的精度有較高的要求，現場施工周期短且工作量較小。相較于后張預應力筋的結構，其成本投入較低，略微高于現澆混凝土的傳統方法。在正常的使用過程中，其力學性能接近現澆混凝土的傳統方法，所以其在經濟方面具有一定的優越性，但其抗震的能力仍需進一步研究。

二、技術研究

（一）設計連接構造

灌漿套筒：在設計灌漿套筒的過程中，其理念是利用強度高且不發生收縮的灌漿料（水泥）在套筒和鋼筋之間縫隙進行填充，待其硬化后就是連接的接頭，此結構就是將力在鋼筋之間進行傳遞。

波紋管：在設計波紋管的過程中，其理念就是利用強度高且不發生收縮的灌漿料（水泥）在波紋管和鋼筋之間縫隙進行填充，帶起硬化后就是錨固構造。

（二）構造研究及力學性能研究

力學指標：無論是波紋管還是灌漿套筒都需要符合兩個力學指標，其一，鋼筋技術規程中所提出的最高級的連接標準，Ⅰ級接頭的標準，且當鋼筋出現斷裂情況時，其斷裂處都距離連接部位較遠；其二，在地震災害的強烈影響下，盡管構件徹底失望承載抗推的能力，其中的鋼筋要不能相對于周邊灌漿體產生滑移。

強度高的不發生收縮的灌漿料（水泥）：此灌漿料的集料就是高強度的材料，結合劑選用的是水泥，選擇的輔助材料具有防離析、微膨脹和高流態等特點，灌漿料由集料、結合劑和輔料配制而成。在現場施工的過程中，加入適量的水進行均勻地攪拌，在波紋管或套筒與鋼筋之間的縫隙內進行填充。根據力學指標，灌漿料必須滿足相應的力學標準，見表1。

表1　無收縮性且強度高的灌漿料（水泥）相關指標參數

（三）地震災害中的設計研究

擬靜力法制作模型：針對構造進行了10組加載試驗，通過擬靜力循環試驗對墩柱的抗震能力進行研究，并與傳統的橋梁墩柱（現澆混凝土）進行抗震能力的比較。模型的選取比例為1∶3，混凝土的型號選用C30（承臺）、C40（橋墩）、C50（蓋梁），立柱主筋（縱向）采用鋼筋為HRB400，直徑為40mm。

構件加載：加載模型的裝置選用的是豎向載荷，采用100t工作噸位的兩臺前進的進行施加，并且通過一個傳感器對千斤頂的同步加載進行控制，反復推拉的水平荷載采用作動器進行施加，作動器的噸位為1500千牛，電液伺服其位移行程。試件同時承擔了循環的單軸水平加載和軸壓，直到試件無法承受而損壞，加載制度采用位移控制，加載頻率和采樣頻率分別是0.01Hz和5Hz，當每級位移達到最大值時持載，對損壞的現象進行觀察和標記，直至試件強度降至最大值的80%時，停止加載。

結果分析：對10組試驗的各類指標如耗能能力、滯回性能等進行對比和分析，可以得出以下結果。其一，相較于傳統的鋼筋混凝土，套筒預制拼裝結構與其在耗能和變形能力以及滯回性能方面較為接近，能夠滿足要求的抗震能力。其二，試驗表明，在箍筋約束情況良好時，試件都為彎剪破壞，且彎曲為主，未見顯著的剪切破壞，其中含有預應力筋矮柱的試件在即將破壞時，在其接縫處產生了滑移現象，通過對高墩和矮墩的立柱進行試驗，結構表明在相同的箍筋和縱筋結構下，高墩立柱不產生剪切脆性破壞。其三，墩身內的套筒，相較于普通的橋墩，其塑性鉸區的破壞存在一定差異，有兩個破壞面分別在套筒的頂部和底部承臺交匯處，在其高度的范圍內，損傷并不嚴重。其四，相較于傳統的鋼筋混凝土，波紋管預制拼裝結構與其在抗震能力方面不存在較大差異，通過比較兩者的試驗結果，其抗震性能接近，能夠滿足要求的抗震能力。

結語

綜上所述，預制拼裝是一項能夠進行快速施工的系統性工程，為了達到文明施工和快速施工的標準，應當對其設計、技術和管理等方面的水平進行提升，尤其要提高設備的水平和施工隊伍的專業素質。另外，通過對灌漿套筒和波紋管連接進行評估，其耐久性能和施工風險都明顯優于現澆混凝土，其抗震能力并無差異。

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［4］周良，閆興非，李雪峰.橋梁全預制拼裝技術的探索與實踐［J］.預應力技術，2014（6）：58-59.

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