混凝土橋梁全預制裝配施工技術

魏 英，扶庭陽

(安徽省路橋工程集團有限責任公司，安徽 合肥230031)

0 引言

橋梁的快速發展，不僅提高了交通運輸能力，促進了社會和經濟發展，也提高了出行的舒適性，為廣大出行者帶來極大便利。但橋梁施工中也存在占用場地時間長、安全隱患多，投入資源多、環境破壞大等問題，在現有科技水平下，全預制裝配式橋梁可在一定程度上緩解這些問題。

1 全預制裝配式橋梁

全預制橋梁是將橋梁的主要構件通過工廠化預制，運至現場后進行拼裝，少量部位進行現澆的施工技術。主要將橋梁的樁基、墩柱、蓋梁、主梁、護欄等在工廠進行整體預制或節段預制，橋梁的承臺、橋面鋪裝等現場施工。實質上是將現場的順序施工轉化成工廠的并行施工，具有提高工程質量，節約工期、降低環境污染、提高勞動效率等優點[1]。

全預制裝配式橋梁施工技術在國外很早就開展了研究，最早應用于戰爭中的搶險救災，主要采用鋼結構，近代普遍應用于交通行業。19世紀60年代，美國聯邦公路局就制定了橋梁預制和施工的相關規定，2001年在美國國家公園的Linn Cove橋就采用了全預制裝配式橋梁施工技術。在德國、日本等國家也開展了廣泛研究。我國全預制裝配式橋梁起步較晚，近年來主要應用于上海的部分市政高架橋梁和少量水上作業的大橋，如上海的北虹路立交工程、上海嘉閔北Ⅱ段新建公路、吉林恒山東路跨線大橋工程等[2]。

本文主要研究全預制橋梁施工技術在公路改擴建工程中的應用，結合該技術在京臺高速公路安徽省方興大道至馬堰段改擴建工程中的中派河大橋上應用和最新研究成果進行闡述。

2 構件預制

預制構件可分為下部結構和上部結構構件，下部結構預制構件主要有樁基礎和墩柱。樁基礎依據本地區地質條件選擇C60的HPC管樁，管樁采用離心法成型，嚴格把控原材料質量，通過4個環節離心成型后，采用兩階段養護，前期常壓中溫養護，達到一定強度后轉為蒸壓高溫養護。墩柱采用C70空心薄壁高強墩，整體預制，高4.0～14.5 m，墩柱下部設置構造凹槽，上部預留連接鋼筋。下部構件預制完成后進行質量檢測，檢測合格后方可運至施工現場。

上部結構預制構件主要有箱梁和護欄，箱梁可采用鋼箱梁和混凝土預制箱梁等，依據工程要求和經濟效益選擇，中派河橋采用高性能混凝土小箱梁，采用窄梁、免焊接等新技術。

3 現場施工

構件運至現場后進行安裝施工。管樁可采用中掘法、靜壓法、錘擊法等施工，管樁接長連接可通過預埋件焊接。管樁施工完成后進行承臺和定位墩的施工，承臺連接管樁基礎和墩柱，在全預制裝配式橋梁中至關重要。墩柱可依據工程情況，采用整體預制和分節段預制，安裝完成后，安裝蓋梁，蓋梁與墩柱的連接及節段墩柱之間的連接也是該技術的核心部分。上部結構的預制箱梁、護欄等按常規工藝進行安裝，橋面鋪裝、防水等現場施工。

4 關鍵技術

橋梁全預制裝配式施工的關鍵技術主要在于節點連接，如承臺與基礎、承臺與墩柱、節段墩柱及墩柱與蓋梁之間的連接。

4.1 承臺與管樁的連接

承臺與管樁采用鉸接方式連接，灌注填芯法，填芯高度10 m，外露錨固鋼筋1.2 m，填芯混凝土澆筑前在基礎表面澆筑一定厚度混凝土，用以確保填筑混凝土中鋼筋籠的定位準確性。

4.2 承臺與墩柱連接

承臺與墩柱采用定位墩連接，一般施工方法是將定位墩與承臺分開施工，通過承臺的預留鋼筋加強與定位墩連接，該方法在定位墩施工時模板安裝困難，并且模板難以固定，很難保證定位墩的澆筑質量。本技術采用承臺與定位墩一體化施工和預留定位孔的方式，通過自行設計的模板完成承臺與定位墩的一次性澆筑。模板外方內圓，由2部分組成，外部方形結構，在中心放置1個圓形模板，上部通過2根橫梁固定在外部方形模板上，實現了承臺和定位墩澆筑位置準確，安拆方便。模板安裝如圖1所示。

圖1 承臺模板安裝

墩柱安裝定位的準確性是一個施工難點，以往安裝方式很難準確定位或需要花費很長時間定位。本項目墩柱通過定位墩上預留的深98cm的定位孔連接，如圖2所示。墩柱采用整體預制，下部設有構造槽，在墩柱與定位孔之間綁扎鋼筋澆筑混凝土，如圖3所示。墩柱采用空心薄壁高強墩，減少結構自重，加強安裝的便捷性，節約運輸、施工成本。墩柱安裝完成后如圖4所示。

圖2 定位孔的設置

圖3 墩柱安裝

圖4 墩柱安裝完成

4.3 墩柱與蓋梁的連接方式

1)鉸接縫連接，接觸面涂抹結構膠，再通過預應力連接構件。

2)濕接縫連接，構件預留鋼筋通過耦合器耦合，在灌注混凝土連接。

3)干接縫連接，通過預應力連接。

本技術采用承插式連接，墩柱頂部預留24根高90cm的鋼筋，環形布置，蓋梁預制時通過鋼波紋管預留孔洞，安裝時墩柱的預留鋼筋插入蓋梁預留孔洞，在底部鋪1層環氧砂漿找平，預留孔洞中灌注微膨脹的自流平高強砂漿。該法較其他連接方法不需施加預應力，不需要耦合器，施工簡便，并可避免短距離使用時的預應力損失。

墩柱與蓋梁的承插式連接在國內外均有較深入研究，但在國內使用較少，LINJC等[3]研究表明承插連接的構件由于存在抗剪力鍵，其耗能能力與現澆結構相比并無明顯區別；劉豐[4]也得到相同結論，試驗結果顯示，承插式和現澆式結構的破壞以彎曲破壞為主，無預應力筋的橋墩滯回環飽滿；葛繼平等[5]做了預應力連接和承插式連接的對比試驗，試驗結果表明，有預應力筋的可增大側向剛度，但預應力筋屈服后，側向位移將不可控，設置耗能鋼筋可有效增加橋墩側向剛度，延遲接縫張開。

5 標準化

全預制裝配式橋梁施工技術越來越成熟，裝配式技術是國家大力推廣的新技術，也是解決是施工效率低、生態環境破壞嚴重等問題的有效途徑。橋梁全預制施工技術的標準化設計、生產、施工意義深遠，在設計層面，從源頭出發，在滿足結構安全的前提下，綜合考慮抗震設計、構造設計、材料要求等方面，遵循構件標準化設計，形成一套具有一定適應性的設計程序；在生產方面，主要構件通用尺寸的設定，統一規格，形成一套通用的標準，在工廠進行高質量的預制生產；在施工角度，主要是采用標準化構件并能適用于不同的施工環境，規范施工機械，吊運安裝規范化。

6 結語

目前，構建經濟、環保、節能型社會理念深入各行各業，橋梁施工過程中產生大量建筑垃圾，破壞環境、長期占用場地、堵塞交通等諸多問題越來越不能為社會所接受。橋梁的全預制施工技術很大程度上解決了這些問題，在國內也有很多研究者深入研究，證明了這一技術的可行性，但實際應用較少，尤其是在公路改擴建工程中的應用極少。本文通過最新研究成果結合工程應用綜合闡述，以期該技術得到更廣泛的應用。