公路橋梁裝配式橋臺設計與分析研究

許大晴 ，謝玉萌

（1.安徽省交通規劃設計研究總院股份有限公司，安徽 合肥 230088，2.公路交通節能環保技術交通運輸行業研發中心，安徽 合肥 230088）

我國裝配式橋梁技術還處在發展階段，橋梁下部結構的裝配式研究主要集中在橋墩構件，已建成的東海大橋、杭州灣跨海大橋和上海S6、S26、嘉閔高架（北段）等工程中均采用了裝配式橋墩[1～4]，但對于裝配式橋臺的研究及應用，鮮少見文獻報道。

武漢理工大學何棟在其碩士論文里提出整澆裝配式橋臺設計方案，該方案采用工字型截面構件組成的箱型承臺，臺身普通鋼筋錨入空腔承臺，再澆筑無收縮自密實混凝土連接[5～7]。其他未見有相關文獻，所以對裝配式橋臺進行研究很有必要性。

1 裝配式橋臺體系研究

該工程上部結構為30m先簡支后連續小箱梁，橋臺為柱式臺。橋臺由預制帽梁、預制背墻、預制耳墻和PRC管樁組成，預制帽梁支撐小箱梁梁體，預制耳墻支撐搭板，預制耳墻起到擋土作用。預制臺帽寬1.2m，高1.5m；預制背墻厚度0.5m，耳墻厚度0.5m，管樁直徑0.8m。

裝配式橋臺體系最重要的是構件之間的連接，連接件能否安全可靠直接決定該技術的可行性。

①預制帽梁之間結構上不連續，中間填塞瀝青麻絮。

②預制耳墻與預制帽梁連接。預制帽梁設置兩道擋塊，預制耳墻同擋土板整體預制定位后放置預制帽梁上擋塊形成的凹槽之間，并澆筑高強無收縮水泥灌漿料，預制擋塊高50cm、寬15cm。

圖1 裝配式橋臺構件示意

圖2 預制耳墻與預制帽梁連接三維圖

③預制背墻與預制帽梁連接。預制背墻設置兩道擋塊，預制背墻精確定位后放置預制帽梁上擋塊形成的凹槽之間，并澆筑高強無收縮水泥灌漿料（寬3cm），預制擋塊高50cm、寬15cm。

圖3 預制背墻與預制帽梁連接三維圖

④預制耳墻與預制背墻之間連接。預制背墻與預制耳墻之間設置30cm濕接縫，預制背墻和預制耳墻鋼筋在濕接縫內進行焊接形成連接。

⑤預制帽梁與預制管樁之間連接。預制帽梁內預留直徑為90cm的預留洞，預制帽梁與預制管樁通過填芯混凝土內（長度為3m）鋼筋深入到橋臺蓋梁預留孔內，然后澆筑混凝土連接[8～11]。

圖4 預制耳墻與預制背墻連接三維圖

圖5 預制PRC管樁與預制帽梁連接大樣圖

2 裝配式橋臺技術優勢

①施工方便，工期縮短。所有的構件都可以施行工廠化預制，將預制完的成品構件在施工現場統一組裝成品。這樣就可以省去了模板、鋼筋綁扎等施工環節，縮短了施工工期，減小或取消設置拌合站、存料區等一些施工所需要的輔助場地，減少所需要的施工場地，改善因施工而帶來的道路擁擠的問題。

②提高施工安全性，減少了施工現場的工作量，減少了施工人員在立體空間上的交叉作業，減少了施工中帶來的安全風險，使得施工過程中施工人員自身的安全得到了一定的保證。

③有利于特殊地域項目建設，如要求在一年中的特定季節才能施工等等，這些限制條件大大地減少了建設的有效施工天數。即使在較少的可用工作日和其他現場限制條件下，通過采用預制構件的形式能按期完成工程建設。

④不受溫度控制。由于溫度的限制，使得一些橋梁的建設在嚴寒的季節一般都會有所限制。而預制構件則不會受到嚴寒天氣的影響。除加快橋梁施工外，預制構件能夠提高橋梁單元和系統的質量性能，在受控制環境中采用高品質的材料和標準的生產過程。高質量增加了結構的耐久性，也能減小橋梁造價和周期成本。

⑤施工質量容易得到控制。因為預制是屬于工廠化施工，所有的工藝均是在一定制式下完成的，這樣就有利于施工質量的控制，避免了由于施工放樣、模版變形等引起的誤差。

⑥大直徑實心管柱基礎，將群樁改為單排樁，取消水中大型承臺。實心結構，不設置承臺，實心樁發揮樁端抗力，增大了樁承載能力，施工質量高，為橋梁安全度提供了可靠的保證，取消原承臺鋼板樁圍堰，承臺施工費用大幅降低。

3 裝配式橋臺施工工藝

裝配式橋臺施工過程主要分為四個工序：

①采用灰土對底層路基進行填筑，填筑高度為橋臺高度（H-5）m，填筑后灰土壓實度要求不小于96%，填筑完成以后，需靜置3個月；

②待路基靜置3個月以后，且路基沉降量滿足路基規范要求后，進行除臺背回填范圍以外的路基填筑，并施工橋臺樁基（橋臺樁基施工根據地質條件可采用打入法、中掘法及植入法）；

③進行預制蓋梁、預制耳墻及預制耳墻拼裝施工；

④進行臺背回填及錐坡施工，要求臺背回填土壓實度不小于96%。

4 裝配式橋臺理論分析

通過有限元分析軟件Ansys，建立了裝配式橋臺的整體計算模型。上部結構荷載取公路-Ⅰ級，雙向六車道，同時考慮了車輛沖擊系數與車輛的偏載。

采用的效應組合為：1.1×（1.2×結構重力 +（1.4×汽車荷載沖擊系數）×汽車荷載+1.05×溫度應力）。

①臺帽基本處于受壓狀態，僅支座處局部存在拉應力，最大主拉應力1.4MPa，最大主壓應力9.6MPa。

②背墻基本處于受壓狀態，僅局部存在拉應力，其主要是由上部結構支座反力導致，背墻最大主拉應力1.5MPa，最大主壓應力1.5MPa。

③耳墻受力以受壓為主，僅局部存在受拉現象，但耳墻整體應力水平較低，耳墻最大主拉應力0.7MPa，最大主壓應力0.68MPa。

上述提取的受力結果，結合結構配筋設計，各構件承載能力和裂縫寬度能滿足現行規范的要求。

5 結語

本文提出了公路橋梁裝配式橋臺，由預制帽梁、預制背墻、預制耳墻和PRC管樁組成，給出了各構件之間的連接，并通過有限元模型對結構的可行性進行了分析，但該技術仍待實際工程的考驗。

圖6 有限元分析模型