城市高架預制裝配式橋梁方案研究

郭憶

（同濟大學建筑設計研究院（集團）有限公司，上海市200092）

城市高架預制裝配式橋梁方案研究

郭憶

（同濟大學建筑設計研究院（集團）有限公司，上海市200092）

預制拼裝橋梁實現工業化，可以提高國內橋梁建設水平、減少施工對環境、交通的影響，勢必帶來良好的社會效益和經濟效益。針對目前國內外城市高架裝配式橋梁的發展進行了整理和歸納，提出了適合目前階段中國國情的裝配式橋梁設計方案，并對其中較難處理的六車道、八車道斷面的倒T型蓋梁預制安裝方案進行了針對性研究。

預制裝配式；蓋梁；高架

0 引言

橋梁作為一種特殊的建筑，在新型工業化的時代背景下，其工業化勢在必行。橋梁工業化的具體體現是預制拼裝橋梁結構方案。

所謂預制裝配橋梁，是一種將混凝土橋梁上部和下部結構的主要構件在工廠或預制場集中預制、現場拼裝的橋梁[1]。相對傳統施工方法，預制裝配橋梁具有縮短工期、降低施工干擾、提高工程質量、降低工程成本等優點[2]。

1 預制裝配式上部結構發展狀況

預制裝配式上部結構形式主要分為橫向劃塊和縱向劃塊兩種。橫向劃塊即預制節段拼裝橋梁（見圖1），縱向劃塊即傳統的空心板、小箱梁（見圖2）、T梁以及國外常用的槽型梁（見圖3）結構等。

圖1 預制節段拼裝城市高架

圖2 預制小箱梁

圖3 預制槽型梁

在城市高架立交上，預制節段拼裝已有一定的應用，例如上海的滬閔二期項目。但在實際使用過程中，由于城市高架變寬段較多，標準段所占比重相對較小，仍然大量采用了現澆段或鋼箱結構，因此無論從工期還是從造價角度，在城市高架立交工程中采用這種預制節段拼裝的意義不大。

空心板由于跨徑小，外觀相對較差、連接部位（鉸縫）病害多等原因，在城市高架中使用較少。小箱梁結構跨越能力強、自身剛度大、橫向連接相對可靠。針對城市高架變寬段，僅需將小箱梁做扇形布置即具有較好的適應性。以往交通部預制小箱梁通用圖適用于簡支變連續的結構，對于城市高架橋梁，受上下匝道布置及凈空等條件約束，以及考慮橋梁景觀，往往不適合采用蓋梁高度較高的簡支變連續結構。在鄭州南三環東延項目、107輔道項目、上海嘉閔高架、S3公路等項目中，均采用了簡支預應力小箱梁結構結合倒T型蓋梁下部結構。上海市結合嘉閔高架等項目，還編制了上海地區預制簡支小箱梁的通用圖。這種小箱梁整體剛度優于傳統小箱梁，但起吊質量大，考慮到全國范圍內施工單位的普遍吊裝能力，宜以交通部預制小箱梁通用圖為基礎來設計預制簡支小箱梁。

由于國外發達國家施工機械技術先進、人工成本相對較高，裝配式橋梁得到了廣泛的應用。美國常用的裝配式橋梁上部結構包括板梁、工字形梁、π型梁、箱型梁。西班牙采用預制拼裝的案例較多，包括工字形梁、T型梁、槽形梁等等。其中20 m以下采用預制工字形梁，后澆橋面板。20 m以上采用縱向預制槽型梁，然后架設橋面板底模和鋼筋，最后澆筑橋面板。日本的預制橋梁應用也較為廣泛，并且形成了比較完備的預制構件成品手冊目錄。在傳統空心板梁、T梁的基礎上，支點增設了橫向預應力，增強了橋梁受力的整體性。

2 預制裝配式下部結構發展狀況

上海地區近年來一些橋梁蓋梁、立柱采用裝配式。上海S6公路采用立柱鋼筋模塊化施工，縮短了立柱施工周期，保證了立柱鋼筋加工的精度和質量[3]。S6公路還進行了少量立柱蓋梁預制拼裝，然后在嘉閔高架、虹梅路高架、S3公路上推廣（見圖4～圖6）。

圖4 立柱工廠預制、現場安裝

圖5 蓋梁預制，現場吊裝

圖6 上層蓋梁現場澆筑

目前預制立柱主要采用套筒和波紋管兩種連接方式，從立柱受力、抗震性能及施工工藝都可以滿足設計和施工要求[1]。立柱也可采用有粘結預應力筋連接方式，在抗震時具有與現澆混凝土橋墩相近的變形能力，但耗能能力較弱[1]。預制立柱抗震模型試驗見圖7。

圖7 預制立柱抗震模型試驗

3 適合中國目前國情的裝配式方案

由于目前國內對預制裝配式橋梁的研究尚處于起步階段，而大規模的應用應當基于相對成熟的技術和工藝。綜合前文中的各種結構方案，建議近期可采用簡支小箱梁和倒T型蓋梁的方案；遠期學習國外槽型梁等先進的預制拼裝理念和技術，使得高架立交外形更加美觀和多樣化。

對于小箱梁上部結構，由于上海預制小箱梁通用圖吊裝質量大，根據中國目前的施工水平，建議上部結構采用交通部小箱梁控制吊重。

以往交通部標準圖的小箱梁在使用中，還存在腹板、底板振搗困難，腹板容易開裂等問題。經過計算研究，建議上部結構在交通部小箱梁標準圖的基礎上將腹板和底板厚度從180 mm增大到200 mm，便于施工時混凝土澆筑和振搗。縱向濕接縫的寬度控制在0.4～1.0 m之間，端橫梁厚度為0.3 m，在跨中位置設置中隔板，厚度為0.3 m。同時根據計算結果適當增加腹板的箍筋直徑。

下部結構采用預制立柱倒T型蓋梁。蓋梁預制不僅可以解決城市道路保通的難題，而且能大大縮短工期，降低施工帶來的社會影響，意義更加重大。立柱預制相對蓋梁而言，需求不十分迫切。同時因為預制立柱精度要求高，對于精度要求達不到的地區，可以采用立柱鋼筋模塊化生產，這同樣可以起到縮短現場工期、省去立柱支架的效果。

4 城市高架常用斷面裝配式解決方案

城市高架常用標準寬度包括單向兩車道、雙向四車道、雙向六車道、雙向八車道。上部小箱梁為常規結構。立柱鋼筋模塊化施工或預制安裝相對比較成熟，對保通基本沒有影響。本文主要研究對象是蓋梁的節段劃分和預制安裝。

預制蓋梁的核心關鍵技術在于：

（1）控制節段吊裝質量的合理節段劃分。根據上海地區的實踐經驗，節段質量一般控制在180 t以下，個別情況控制在200 t左右，可以采用兩臺汽車吊進行現場吊裝。

（2）與地面交通保通相結合的施工方案。2車道～4車道斷面蓋梁尺寸較小，可以一次性吊裝，在上海地區以往工程中應用已經比較成熟，本文不再贅述。主要針對難度相對較大的6車道和8車道斷面方案進行研究。

4.1 雙向6車道斷面

方案一:先吊裝下層蓋梁，上層蓋梁現場澆筑,如圖8所示。蓋梁方量為116 m3，其中，預制部分為76 m3,總質量197.6 t。基本不影響施工保通。

圖8 雙向六車道斷面預制蓋梁構造方案一

方案二:蓋梁分兩段吊裝，當中設置吊架現澆后澆帶，如圖9所示。預制部分為2×54 m3,單片起吊質量140 t。地面道路設置臨時墩，可以保證來往四個車道的臨時通行。

方案三：蓋梁分兩段吊裝，蓋梁底段伸出部分充當上段合攏段的底模，如圖10所示。預制部分為2×53 m3,單片起吊質量137.8 t。地面道路設置臨時墩，可以保證來往四個車道的臨時通行。

6車道預制拼裝蓋梁方案比選見表1。

圖9 雙向六車道斷面預制蓋梁構造方案二

圖10 雙向六車道斷面預制蓋梁構造方案三

表1 六車道斷面3種預制拼裝蓋梁方案比選

4.2 雙向8車道斷面

方案一：蓋梁分兩段吊裝，當中設置支架現澆后澆帶，同上層蓋梁一起澆筑，如圖11所示。蓋梁方量為199 m3，預制部分為2×45.5 m3，單片起吊質量118 t；地面道路設置臨時墩，可以保證來往6個車道的臨時通行。

圖11 雙向八車道斷面預制蓋梁構造方案一

方案二：蓋梁分兩段吊裝，當中設置支架現澆后澆帶，下段蓋梁伸出部分可作為現澆段的底模，如圖12所示。預制部分為2×77.7 m3，單片起吊質量202 t；地面道路設置臨時墩，可以保證來往6個車道的臨時通行。

圖12 雙向八車道斷面預制蓋梁構造方案二

方案三：蓋梁分三段吊裝，先吊裝中間段，利用吊架吊裝兩側預制段，臨時固定后澆筑后澆混凝土，如圖13所示。預制部分為76（50）m3，單片起吊質量197 t（130 t）；地面不設臨時支撐，基本不影響施工保通。

圖13 雙向八車道斷面預制蓋梁構造方案三

八車道預制拼裝蓋梁方案比選見表2。

表2 八車道斷面3種預制拼裝蓋梁方案比選

5 施工階段保通措施

有研究表明六車道高架（地面雙向六車道）采用預制拼裝立柱蓋梁的施工方法相比傳統現澆法，其臨時占地寬度節約7.04～10.25 m，相對節約25%～37%[4]。本文以高架雙向8車道，地面雙向8車道，總寬60 m，蓋梁構造方案一為例，其施工保通方案見表3。

表3 8車道蓋梁施工交通組織示意圖

6 結語

本文對目前國內外城市高架裝配式橋梁的發展進行了整理和歸納，提出了適合目前階段中國國情的裝配式橋梁設計方案，并對其中較難處理的6車道、8車道斷面的倒T型蓋梁預制安裝方案進行了研究。希望該研究成果能給設計同行以借鑒的作用，以促進國內裝配式橋梁的快速發展。

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[1]周良，閆興非，李雪峰.橋梁全預制裝配技術的探索與實踐[J].預應力技術,2014（6）:15-17.

[2]徐優.鄭州107輔道高架橋梁應用預制裝配技術可行性探討[J].城市道橋與防洪,2016（6）:153-167.

[3]姜海西.淺談“鋼筋模塊化”施工工藝在公路橋梁工程中的應用[J].城市道橋與防洪,2012（8）:255-257.

[4]張本良.城市快速路橋梁預制拼裝施工期間的地面道路通行效益分析[J].中國市政工程，2016（4）:87.

U445

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1009-7716（2017）06-0095-04

10.16799/j.cnki.csdqyfh.2017.06.027

2017-03-17

郭憶（1977-），女，江蘇常熟人，工程師，從事橋梁設計工作。