橋梁下部結構預制拼裝技術應用綜述

朱儉鋒

（上海林同炎李國豪土建工程咨詢有限公司，上海市 200437）

1 概述

隨著我國橋梁建設的蓬勃發展，橋梁的施工環境越來越受到政府、業主、設計單位和施工單位的重視。常規施工工藝一般會對交通有較長時間的阻斷，且施工噪聲無法有效控制，施工設備、輔助設施需要重復配置，造成資源能源消耗大、財力物力浪費多等問題。預制拼裝技術可以在保證工程質量的前提下，更加快速、高效、低能耗地建成橋梁。

預制化、工廠化、標準化是預制拼裝技術應用的主要體現，不僅能很好地控制工程質量，而且能加快施工速度、減少現場污染，同時也符合低碳化、和諧社會的發展要求，是一套高效、低碳、環保的橋梁建造技術，具有廣闊的應用前景。

2 預制拼裝技術發展歷史

我國從20世紀60年代開始研究上部結構的預制拼裝技術，經過50多年的發展，施工技術日趨成熟。主要表現為大量采用空心板梁、T梁小箱梁配合濕接縫、主梁整孔架設施、主梁節段懸臂拼裝或逐孔整體架設、預制橋面板等，施工工藝已相對比較成熟。

相對于上部結構，橋梁下部結構預制拼裝研究緩慢。我國于20世紀90年代初才開始預制拼裝橋墩的研究，之后相繼在東海大橋、杭州灣大橋、上海長江大橋等跨海、跨江長大橋梁工程中采用了節段拼裝橋墩的施工方案，墩身采用的是鋼筋焊接或搭接并采用濕接縫連接構造的預制節段拼裝施工技術。近年來隨著灌漿套筒連接[1]、金屬波紋管灌漿連接、超高性能混凝土連接等新型連接技術的使用，下部結構的預制拼裝技術在城市高架橋領域中得到了快速發展。

3 下部結構預拼裝技術介紹

下部結構預拼裝主要包括橋墩的墩柱與承臺/蓋梁拼裝、蓋梁分段間的拼接等技術。這些技術經過近年來的探索與研究，已在實際工程中得到了應用。

3.1 橋墩墩柱預制拼裝

橋墩墩柱與承臺及蓋梁的連接方式大致可分為常規濕接縫連接、預應力連接、灌漿套筒連接、灌漿波紋管連接和超高性能混凝土連接等。

3.1.1 常規濕接縫連接

常規濕接縫連接是指鋼筋機械連接或焊接、現澆混凝土濕接頭的連接方式。這種連接方式對立柱內部的操作空間要求較高，現場鋼筋連接工作量較大，施工速度較慢（見圖1）。

3.1.2 預應力連接

預應力連接是預應力+膠接縫（或干接縫）的連接形式。相關研究表明，該類接縫在地震作用下的耗能水平較弱，結構抗震性能一般，而且要求節段匹配預制，施工難度相對較大（見圖2）。

3.1.3 灌漿套筒連接

圖1 東海大橋橋墩預制拼裝（常規濕接縫）

圖2 預應力連接示意圖

灌漿套筒連接將鋼套筒預埋在構件中，通過灌漿完成構件間的連接。這種連接方式整體性較好，套筒與鋼筋的咬合力良好，但這類連接方式對鋼筋與套筒的定位要求高，橋墩主筋連接套筒直徑較大，非連接段鋼筋的混凝土保護層厚度較大（見圖 3）。

圖3 灌漿套筒連接圖

3.1.4 灌漿波紋管連接

灌漿波紋管連接將波紋管預埋在構件中，通過灌漿完成構件間的連接。這種連接方式總體上與灌漿套筒相似，但波紋管與鋼筋的咬合力相對較差，往往需要更長的錨固長度（見圖4）。

圖4 灌漿波紋管連接圖

3.1.5 超高性能混凝土連接

超高性能混凝土（UHPC）具有超高的強度、超高的韌性和超高的耐久性，在施工方面還具備免蒸養、自流平的超高應用性能，可顯著改善鋼筋混凝土墩柱的承載能力和延性抗震性能。超高性能混凝土連接不需要對預制構件的預留鋼筋進行連接處理，對預制結構的精度要求較低，施工簡單，施工速度也較快，可更好地縮短工期。但其在高立柱依然存在柱間分段拼接的問題，應用范圍受限（見圖 5）。

圖5 超高性能混凝土連接模型

綜上所述，墩柱預制拼裝各種連接方式均有著不同的特點，具體的技術性能比較見表1。

表1 預制拼裝橋墩連接方案技術性能比較

常規濕接縫連接因現場工作量大、時間長，目前已較少使用；預應力連接因抗震性能不足、施工復雜、造價高的原因也較少使用；灌漿套筒連接和灌漿波紋管連接由于連接簡單、施工快捷，是目前應用最多的連接方式；超高性能混凝土連接是當下研究方向之一，力在解決預制結構精度高的問題，將施工進一步簡單化、快速化。

3.2 橋墩蓋梁預制拼裝

由于運輸條件、吊裝條件等因素的影響，對于寬度較大、重量較大的蓋梁往往采用分段預制、運輸，在現場分段吊裝后拼接成整體。分段方式及接縫的設計是蓋梁預制拼接的重點和難點，目前大致有以下幾種。

3.2.1 上下分層預制

倒T蓋梁因能減小橋梁的建筑高度，是高架橋中常用的結構。對于標準六車道，其重量一般因超過300 t而需要上下分層預制。下部牛腿翼緣部分進行工廠預制，上部肋板待吊裝完成后現場澆筑。這種工藝現場工作量較大、工期較長（見圖6）。

圖6 上海嘉閔高架蓋梁上下分層預制

3.2.2 橫向分段預制

3.2.2 .1 濕接縫

為降低蓋梁吊裝難度，濕接縫是常用的施工工藝，將蓋梁整體橫向分為預制吊裝節段和后澆帶兩部分，技術簡單，質量能夠保證。但由于預制構件拼裝成整體前需臨時固定措施，現場施工工序較多，臨時支承結構對橋下交通有一定影響（見圖 7）。

圖7 上海S26公路橋墩蓋梁濕接縫拼裝

3.2.2 .2 膠接縫

蓋梁膠接節段拼裝相對于濕接縫則不需要進行現場混凝土澆筑作業，通過剪力鍵和預應力可直接將橋墩和蓋梁“扣”在一起。施工速度快于濕接縫法，且無臨時支承結構需要，更加綠色環保。但構件空中吊裝時，須滿足拼裝精度5 mm以內的質量要求，施工要求較高（見圖8）。

3.3 項目應用情況

圖8 上海S26公路入城段蓋梁膠接縫拼裝

表2上海市部分高架橋工程預拼裝技術應用情況

近年來在上海市政府的大力支持推廣下及預制拼裝基礎理論研究不斷推進的背景下，上海市的橋梁預制拼裝技術得到了迅速發展。表2列舉了上海市近年來部分已建、在建及待建高架橋下部結構的預制拼裝方案。

從近年來上海預拼裝技術應用情況來看，得到以下兩點：

（1）下部結構墩柱連接方式灌漿套筒連接應用得最多，波紋管連接在新建匝道工程上小范圍內使用，超高性能混凝土連接正式應用于實際工程中。

（2）蓋梁的拼接技術在不斷改進，從上下分段后澆技術發展到橫向膠接縫連接，再到寬蓋梁的整體預制吊裝，大噸位起重設備施工技術的日益發展使整體預制吊裝得以實現。

4 下部結構預制拼裝技術存在的問題

預制拼裝技術雖然已經取得了一定的成果，但根據上海已建預拼裝高架橋設計和施工的實際經驗，目前的灌漿套筒及波紋管連接、超高性能混凝土連接、蓋梁預制拼裝等主要技術中仍舊存在一些問題需要進一步研究。

4.1 灌漿套筒及波紋管連接

灌漿套筒及波紋管連接目前是墩柱拼裝最常用的方法，其主要還存在以下問題：

（1）灌漿套筒連接非連接段主鋼筋的混凝土保護層厚度較大，一般達到70～80 mm。保護層厚度過大，除在構件表面容易出現較大的收縮裂縫和溫度裂縫之外，還會直接削弱構件的承載能力。部分案例在與承臺的連接處局部增加了立柱的截面尺寸，可以解決底部保護層問題，但對于分段的立柱，從美觀上考慮，一般不宜增加截面尺寸。

（2）灌漿波紋管連接常埋置于承臺和蓋梁中，雖然沒有灌漿套筒連接的主鋼筋混凝土保護層厚度過大的問題，但為確保波紋管與鋼筋的咬合力，預留鋼筋長度要求長，連接范圍大，立柱的預制、運輸難度較大且對于分段的立柱同樣存在混凝土保護層過大的不足。

（3）目前接頭的灌漿質量沒有可靠的檢測手段進行檢查。

（4）接縫處結合面采用的黏結劑易老化，縫隙進入水分后易對套筒鋼筋產生銹蝕，需進一步考慮接縫處的耐久性設計。

4.2 超高性能混凝土連接

超高性能混凝土目前的劣勢是其昂貴的價格且沒有相應的技術規范。結構設計標準編制是需要積累大量基礎數據的，而目前超高性能混凝土連接的實際應用基本屬于試驗性工程，其實際性能有待考察和檢驗；另外，在橋梁高立柱分段方面同樣受構造和穩定的限制。

4.3 蓋梁預制拼裝

標準段蓋梁設計與施工已經向整體預制拼裝發展，加寬段蓋梁目前仍舊需要分段預制施工。分段預制的蓋梁目前存在的一些問題如下：

（1）采用后澆濕接縫的蓋梁一般需要設置臨時支承結構，對橋下交通有一定影響。

（2）對于橫向分段采用膠接縫的蓋梁，與工程應用相比，其地震響應等相關理論研究和試驗研究較滯后。

4.4 設計理論及施工工藝

預制拼裝的抗震性能僅為少量模型試驗，沒有經歷大量實際驗證，目前的研究仍以定性為主，缺乏定量結論與設計方法。需進一步對各種條件下的預制橋墩進行試驗研究，建立合理的非線性力學模型進行參數敏感性分析[2]。

從施工角度看，預制構件的尺寸、重量越來越大，所以運輸是限制其發展的主要因素；同時大型起重設備吊裝時對地基要求較高，對周邊的管線影響較大，一定程度上阻礙了其在城市中心區域的應用。

5 結 語

本文調查了上海市部分已建或在建高架橋下部預制拼裝技術的應用案例，對目前采用的下部預制拼裝技術進行了歸納和總結，同時闡述了其在應用中尚存在的一些問題。建議在實際項目建設時，須根據項目特點和建設條件來制定合適的預制拼裝方案。