預制節段拼裝橋梁施工關鍵技術淺析

王華

（上海浦東城市建設實業發展有限公司,上海市 200136）

1 概述

隨著我國城市建設的不斷發展，生活質量的不斷提升，社會經濟的不斷發展，人們對城市生活環境質量更加關注。結構預制拼裝技術是解決在城市建設的施工過程中實現零污染、零排放、低噪聲問題的關鍵技術。該技術將工程結構分解為若干個節段，像搭積木一樣將結構按序拼裝，從而避免因混凝土現場攪拌、澆注對環境造成污染，減少了施工人力，現場施工工期短，緩解了交通擁堵，在國內外得到大力推廣。在我國，以黨的十八大會議精神為導向，中共中央國務院提出：到2020年，全國裝配式建筑占新建建筑的比例20%以上，到2025年裝配式建筑占新建建筑的比例將超過50%。與此同時，北京、上海、河北、江蘇、浙江等直轄市及省份相繼出臺關于推進和加快建筑產業化的相關實施意見和條文，并進行政策扶持，助力和發展裝配式結構。

預制拼裝橋梁結構是裝配式建筑產業的重要組成部分。采用預制節段施工工法的橋梁最早誕生于20世紀50年代，設計師弗萊西奈在巴黎以東約48 km的馬恩河上采用該工法建造了luzancy（魯張西）橋。在同一時期，德國采用平衡懸臂方法成功地在萊茵河上建造一座橋梁。隨后的十幾年，節段拼裝方法在歐洲得到大力推廣。隨著體外預應力技術以及施工監控技術的不斷提升，預制節段拼裝橋梁在世界各國橋梁領域均得到較好的應用。而且，應用的橋梁結構型式多樣，如公路橋、城市高架橋梁、城市軌道交通高架橋梁以及高速鐵路橋等。這些橋中最為典型的當數20世紀70年代末在美國建造的長礁橋、七里橋以及泰國曼谷的邦納高架橋[1]，其中曼谷的邦納橋為當時采用預制節段拼裝施工方法建造的最長的橋梁。

在國內，上海地區在預制節段拼裝技術方面走在全國同行前列。上海市政總院、上海城建院、同濟建筑院等均具備預制節段拼裝橋梁設計的領先實力。上海城建院2001年首次采用專用移動支架設計的嘉瀏高速公路新瀏河大橋[2，3]，由上海城建集團實現預制節段的逐跨拼裝施工建造。2003年該院再次將該技術成功應用于上海滬閔高架二期工程。2008年上海市政總院采用預制節段拼裝技術成功完成上海長江大橋淺水區60 m梁的設計；上海S3公路、S7公路以及新近設計建造的中環線國定路下匝道項目實現了結構的全預制節段拼裝[4]。此外，中國市政工程西北設計院在2005年采用預制節段逐跨拼裝法完成了上海中環線軍工路高架橋的設計。

預制節段拼裝技術多應用于橋梁的上部結構，為實現現場施工對周圍環境的零污染和零排放，實現全橋的全預制拼裝，對橋梁下部結構的施工提出了更高要求。下部結構預制拼裝的重點主要在蓋梁和橋墩。作為直接承受地震荷載的構件，橋墩的合理預制分段和連接方式對其抗震性能的影響也是設計和建造者關心的重要問題。文獻[5，6]對國內外預制節段橋墩的研究進展進行了綜述。文獻[7]等分別對預制拼裝節段橋墩的抗震性能的國內研究情況進行了綜述。由于橋墩預制節段的連接方式各有不同，而且連接件的材料多樣，需要試驗與數值仿真相結合，高校等科研機構與設計單位聯合，依托大型結構實驗室，驗證不同連接方式的預制節段拼裝橋墩的抗震性能。

隨著橋梁結構預制拼裝技術的不斷發展，相應的行業規程逐漸形成，如2006年發布的《預應力混凝土橋梁預制節段逐跨拼裝施工技術規程》（CJJ-T111-2006）[8]。由上海市政工程設計研究總院（集團）有限公司和上海公路橋梁（集團）有限公司牽頭起草的行業標準《節段預制拼裝混凝土橋梁技術標準》[9]已進入征求意見稿階段。針對下部結構，2015年由上海市城鄉建設和管理委員會發布了《預制拼裝橋墩技術規程》（DG/TJ 08-2160-2015）[10]。

2 節段預制

2.1 節段預制廠

節段預制是預制節段拼裝橋梁建造的典型特點，預制廠建設和節段預制是橋梁建造流程中的重要一環。在綜合考慮預制場地位置、地質情況和運輸路線的前提下，預制場宜建設在工地附近，以減少梁段的運輸成本。

2.2 節段預制

通常,節段預制場主要包括扎筋區、澆筑區，攪拌站以及堆放區。其中：扎筋區主要用來綁扎鋼筋籠以及選取模板（見圖1～圖3）；澆筑區主要完成模板安置、鋼筋籠布設和混凝土澆筑；攪拌站主要用來存砂石料、水泥和混凝土攪拌；成品構件放置在堆放區等待運輸安裝。圖4為某橋節段預制廠堆放區。

圖1 某橋引橋節段預制（鋼筋綁扎）

預制節段拼裝橋梁最初主要是上部結構的分段預制拼裝，對于連續梁、剛構橋采用沿軸線方向的橫縫劃分拼裝，對于小跨徑的高架橋多采用縱縫劃分拼裝或整孔預制，接縫采用現澆方式連接。對于橫縫劃分拼裝的結構，目前主要長線拼裝法和短線拼裝法兩種施工方法。

圖2 某橋引橋節段預制（混凝土澆筑）

圖3 某橋節段預制模板

圖4 某橋節段預制廠堆放區

（1）長線法預制拼裝

長線法預制拼裝即按照已完成設計的制梁線形，在長臺座上一塊接一塊匹配預制，使兩塊間形成匹配面。

印度新德里軌道交通BC-7標項目，全長約5.2 m，均為高架結構，車站4座。區間上部結構均采用預制節段拼裝箱梁方法施工，共144跨。對箱梁節段預制投入6套長線法臺座用于生產[1]。

上海新瀏河橋為三跨42 m箱形梁，全部采用預制節段拼裝方法施工。主橋橫斷面為單室四箱結構。每跨箱梁劃分為13個節段，每節段重約38 t。節段采用2套長線法臺座進行預制[3]。

（2）短線法預制拼裝

短線法預制拼裝采用固定的模具澆注。該模具一端為預先澆注的梁段，另一端為固定模，梁段先由澆注位置移至匹配位置，對新澆注梁段進行匹配，然后運至存梁場。表1給出兩種方法在占地面積、施工過程控制難易程度等方面的比較。短線法預制占地面積小，施工速度快，隨著施工技術和質量不斷提升，該方法被不斷采用。

表1 長線法短線法預制拼裝比較

短線預制法最初始于法國，并逐漸在歐洲獲得推廣，由于該方法的優越性，迅速在世界范圍內得到廣泛應用。連續梁橋、剛構橋、斜拉橋以及簡支梁橋都有采用短線預制法施工的案例，并且美國和歐洲都已形成相應的施工規范。美國的Longkey橋（101×36 m）、七里橋（266×41 m）等均采用短線法預制拼裝方法建造。

虎門二橋引橋主線橋中高墩區跨徑分布范圍在39～62.5 m，均采用短線匹配法預制拼裝箱梁節段，預制節段總長約5.7 km。

蘇通大橋北引橋和中引橋75 m跨連續梁為單箱單室預應力箱梁，25跨，三聯，左右幅分離。共預制節段1 032塊，梁段長度為2.0～4.6 m，最大設計重量286 t，最小93.1 t。該項目的預制節段在國內首次采用短線法預制，兩條生產線，每生產線設置3個預制臺座和3個鋼筋綁扎臺座[11]。

3 上部結構施工

3.1 拼裝方法

預制節段拼裝橋梁上部結構施工的流程主要為：預制→運輸→架橋→拼裝。拼裝方法主要有平衡懸臂法、逐孔拼裝法及懸臂拼裝法。

平衡懸臂法是架橋機以橋墩為中心，向兩端對稱架設節段施工；逐孔拼裝法主要是在架橋機上按單一方向架設節段，拼接，完成后進行下一跨的施工；懸臂拼裝是架橋機按單一方向架設節段，拼接，張拉預應力，完成后進行下一節段的施工。平衡懸臂法和懸臂法拼裝的突出優點是能夠最大限度地減少腳手架的使用，不占用橋下空間，適合在不能夠中斷交通的城市密集區以及航道處應用。泰國曼納高架、迪拜地鐵一期工程、上海中環線軍工路高架、上海新瀏河大橋工程、南京四橋引橋工程（見圖5、圖6）等均采用逐孔架設施工。廣州市軌道交通4號線蕉門河大橋采用懸臂法拼裝建造。

圖5 某橋引橋逐孔架設（一）

圖6 某橋引橋逐孔架設（二）

3.2 節段連接

在橫橋向劃分的預制節段通過在斷面設置剪力鍵傳遞剪力（見圖7）。節段的拼接方式有干法拼接和濕法拼接兩種。前者主要在已按設計線形布設好的節段間涂環氧膠，節段黏結，張拉預應力；后者的做法為節段就位后，在接縫處現澆混凝土，待混凝土達到既定強度后，方可進行下一孔的架設。兩種方法相比，干法拼接施工工藝簡單，施工速度快，并且環氧膠可起到一定的防水作用，被多數預制節段拼裝橋梁工程采用。

圖7 某橋引橋預制節段（剪力鍵）

4 下部結構施工

為更好地降低結構現場施工對環境的影響，減少污染物排放，實現橋梁結構工業化裝配建造，對橋墩進行預制拼裝。拼裝橋墩較適合于山區高墩以及城市密集區的高架橋梁。由于下部結構是地震荷載作用下的主要耗能構件，對于橋墩預制節段的劃分、節段間的連接方式和性能需要深入研究。橋梁下部結構預制拼裝實例較少，1996年建造的美國索米爾河高架橋和布朗克斯河高架橋的橋墩均采用節段施工方法建造。該橋橋墩高6.10～16.76 m，單箱三室構造。每節段長度大于2.44 m。預制節段通過預應力筋連接，在連接完畢后，張拉預應力。

預制節段拼裝橋墩為豎向拼裝，節段拼裝難度較高，影響施工進度。橋墩節段如何劃分，節段間如何連接是推廣預制節段拼裝橋墩施工方法需要解決的重要問題。預制節段橋墩最初僅在大型跨海橋梁中有所應用，如東海大橋。豎向預應力筋穿束難度較高，研究人員嘗試了采用鋼套筒連接、波紋管連接以及高強混凝土連接等多種方式。通過對連接節點的力學性能測試以及采用各種連接方式拼接的橋墩擬靜力試驗可知，采用這些方法連接的拼裝橋墩的抗震性能與普通現澆橋墩的抗震性能相當或優于普通現澆橋墩。

在預制節段橋墩的工程實踐中，上海S7公路新建工程中實現蓋梁的預制節段拼裝，蓋梁節段采用牛腿式垂直拼縫連接，降低了施工風險。

5 結語

通過對國內外預制節段拼裝橋梁的建造方法的總結、分析和比較，對主梁節段預制拼裝和橋墩預制節段以及連接技術進行了歸納總結，把握當前預制節段拼裝橋梁結構的發展現狀和趨勢。雖然預制節段拼裝橋梁結構具有很多優點，但是目前在國內的工程實踐尚未大規模推廣，設計和施工技術需要進一步完善。

[1]蔣海里.橋梁預制節段拼裝技術在城市建設中的應用[J].城市道橋與防洪,2010(9）:48-51.

[2]李堅,陸元春.預制節段混凝土橋梁的設計與工程實踐[J].城市道橋與防洪，2003（6）：35-38.

[3]黃國斌，曹偉杰，葉飛.預制節段混凝土橋梁施工方法在嘉瀏公路新瀏河大橋中的運用[C]//上海市公路學會第五屆年會學術論文集.上海：上海公路學會，2003.

[4]沈維芳，盧永成.中環線國定東路下匝道預制拼裝橋梁技術[J].城市道橋與防洪，2017(9）:68-73.

[5]宋凱，張劍英.預制節段拼裝橋墩研究進展[J].城市道橋與防洪，2014（6）：282-285.

[6]黃國斌，查義強.上海公路橋梁橋墩預制拼裝建造技術[J].上海公路，2014（4）：1-5.

[7]王志強，衛張震，魏紅一，等.預制拼裝聯結件形式對橋墩抗震性能的影響[J].中國公路學報，2017，30（5）：74-80.

[8]CJJ-T111-2006，預應力混凝土橋梁預制節段逐跨拼裝施工技術規程[S].

[9]節段預制拼裝混凝土橋梁技術標準(征求意見稿）[S].

[10]DG/TJ 08-2160-2015，預制拼裝橋墩技術規程[S].

[11]劉亞東，劉景紅，戴書學，等.蘇通大橋75m跨連續箱梁節段預制高精度控制技術[J].中國港灣建設，2005，8（4）：50-53.