裝配式橋梁下部結(jié)構(gòu)施工技術(shù)及質(zhì)量控制要點(diǎn)

翟文旭 鄭七振

上海理工大學(xué) 上海 200093

1 工程概況

浙江紹興市某高架位于二環(huán)北路及東西延伸段。本工程主線全線設(shè)置高架橋梁，長(zhǎng)11.6 km、寬27.0 m。上部結(jié)構(gòu)采用預(yù)制裝配式形式，下部結(jié)構(gòu)除樁基礎(chǔ)、承臺(tái)外，墩柱、蓋梁均采用預(yù)制拼裝形式。標(biāo)準(zhǔn)橋墩立柱采用2.0 m×2.0 m矩形截面，倒圓角半徑0.15 m；蓋梁截面為正T形，中心高度2.6 m；承臺(tái)平面采用矩形截面，埋入地面道路結(jié)構(gòu)時(shí)，埋深不小于1.5 m，具體斷面如圖1所示。

圖1 高架標(biāo)準(zhǔn)段斷面

2 裝配式橋梁下部結(jié)構(gòu)施工技術(shù)

下部結(jié)構(gòu)裝配式施工，主要指墩柱、蓋梁的工廠化預(yù)制、機(jī)械化運(yùn)輸及現(xiàn)場(chǎng)化拼接。其中，各構(gòu)件間的拼接形式主要有：鋼筋對(duì)接型、區(qū)域連接型及貫通串接型[1]。目前，鋼筋對(duì)接型（灌漿套筒連接）由于自身施工速度快、造價(jià)成本低等優(yōu)點(diǎn)常常被應(yīng)用于工程中，如美國(guó)佐治亞州I-85 Interchange橋、上海S7公路城市高架及本工程案例等。

灌漿套筒連接的原理為：首先在墩柱與承臺(tái)或蓋梁的拼接面處施做坐漿墊層，其次做好構(gòu)件之間預(yù)埋鋼筋與套筒的精準(zhǔn)對(duì)接，然后向套筒內(nèi)灌注高強(qiáng)無收縮水泥，硬化后最終形成可靠的連接體系。墩柱內(nèi)套筒材料采用高強(qiáng)球墨鑄鐵，主筋采用螺紋鋼筋，套筒強(qiáng)度一般是縱向鋼筋的1.5倍以上，具體連接結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 拼接面連接結(jié)構(gòu)

2.1 下部結(jié)構(gòu)拼裝施工工藝及質(zhì)量控制要點(diǎn)

墩柱、蓋梁預(yù)制拼裝工藝主要有：承臺(tái)預(yù)留鋼筋埋設(shè)、拼接面坐漿、構(gòu)件吊裝、位置校核及套筒灌漿等。其中關(guān)鍵技術(shù)要點(diǎn)的質(zhì)量控制好壞直接關(guān)系到拼裝的成敗。如：拼接過程中預(yù)埋鋼筋的位置和尺寸不精確，預(yù)制墩柱和蓋梁可能無法對(duì)接成功；吊裝過程中墩柱翻轉(zhuǎn)或蓋梁吊點(diǎn)的受力不當(dāng)，就易造成墩柱和蓋梁混凝土發(fā)生破壞；坐漿過程中拼裝面墊層密實(shí)度達(dá)不到規(guī)范要求，也將嚴(yán)重影響墩柱及蓋梁的拼接質(zhì)量；此外，壓漿過程中受施工時(shí)間、溫度及灌漿料質(zhì)量等因素影響，或因某個(gè)套筒壓漿工藝作業(yè)不當(dāng)，也極易導(dǎo)致套筒內(nèi)灌漿質(zhì)量不符合設(shè)計(jì)要求。因此，加強(qiáng)關(guān)鍵技術(shù)質(zhì)量控制至關(guān)重要。

2.2 墩柱、蓋梁工廠化預(yù)制加工技術(shù)

墩柱、蓋梁鋼筋籠在專用胎架上制作成形，偏差在+2 mm以內(nèi)。胎架主要由底座、支架、掛片及定位板等構(gòu)件組成。其中，支架用于固定掛片和定位板，掛片用于定位主筋與箍筋，定位鋼板用于固定連接套筒與連接鋼筋。鋼筋籠拼裝前，需對(duì)胎架各構(gòu)件驗(yàn)收復(fù)測(cè)，要求底座安裝水平，支架位置精確，且支架在同一條直線上。

在澆筑混凝土前，應(yīng)嚴(yán)格控制預(yù)制構(gòu)件吊耳埋設(shè)的間距及伸出長(zhǎng)度，吊點(diǎn)處還應(yīng)采取補(bǔ)強(qiáng)措施[2]。預(yù)制墩柱澆筑時(shí)，嚴(yán)格控制入模高度，不得超過2 m；預(yù)制蓋梁混凝土澆筑時(shí)應(yīng)水平分層，從蓋梁的一端向另一端或從中間向兩端連續(xù)澆筑。其中，墩柱的工廠化生產(chǎn)工藝主要為：模板在鋼筋籠胎架上的安裝、鋼筋籠綁扎、封模、模板及鋼筋籠翻轉(zhuǎn)、混凝土澆筑、拆模養(yǎng)護(hù)等。

2.3 承臺(tái)拼接面鋼筋預(yù)埋及質(zhì)量控制

為保障承臺(tái)預(yù)埋鋼筋與預(yù)制墩柱灌漿套筒匹配連接，應(yīng)采用與套筒配套的定位胎具來定位鋼筋。定位胎具的主要組成構(gòu)件有框架、定位鋼管、卡板、水平限位銷及支腿等，如圖3所示。其中卡板用來定位面板，限位銷用來固定插入無縫鋼管內(nèi)的主筋位置。

在澆筑混凝土前，應(yīng)對(duì)預(yù)埋鋼筋的高程、角度及相對(duì)位置進(jìn)行測(cè)量復(fù)核，主筋的平面位置允許偏差為2 mm。

1）依據(jù)預(yù)埋鋼筋平面坐標(biāo)及高程，通過測(cè)量放線，臨時(shí)綁扎安裝胎具四角位置的4根預(yù)留鋼筋。

2）將胎具吊裝在4根預(yù)留鋼筋上，測(cè)量并調(diào)整胎具的標(biāo)高至胎具水平，滿足設(shè)計(jì)要求時(shí)用卡板固定。

3）將4根預(yù)留鋼筋與承臺(tái)內(nèi)其他鋼筋焊接，或?qū)⑻ゾ吲c基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)連接，確保預(yù)埋結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性。

4）將剩余的預(yù)埋鋼筋插入定位胎具的鋼管內(nèi)，調(diào)整預(yù)埋的位置，并用限位銷固定。

5）澆筑混凝土?xí)r，應(yīng)測(cè)量復(fù)核預(yù)埋主筋的位置，減小混凝土對(duì)預(yù)埋鋼筋的沖擊，成形后混凝土面平直度應(yīng)在2 mm以內(nèi)。

2.4 墩柱翻轉(zhuǎn)工藝

預(yù)制墩柱質(zhì)量大、高度高，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況，一般吊裝方案主要有主輔雙機(jī)抬吊、用翻轉(zhuǎn)臺(tái)設(shè)備或橡膠墊作支點(diǎn)的單機(jī)吊裝[3-5]。

雙機(jī)抬吊是以輔吊配合主吊將立柱由平躺狀態(tài)翻轉(zhuǎn)至豎立狀態(tài)，單機(jī)吊裝是通過在立柱底部設(shè)置翻轉(zhuǎn)臺(tái)或橡膠墊單邊起吊實(shí)現(xiàn)立柱翻轉(zhuǎn)。雙機(jī)抬吊法在翻轉(zhuǎn)過程中的尼龍繩可能會(huì)出現(xiàn)滑移，安全風(fēng)險(xiǎn)較大；翻轉(zhuǎn)臺(tái)的質(zhì)量較大、占用空間大，轉(zhuǎn)移不便捷，經(jīng)濟(jì)性較差；而采用橡膠墊作支點(diǎn)進(jìn)行墩柱翻轉(zhuǎn)時(shí)，墩柱卸車后平放在橡膠墊上，可直接翻轉(zhuǎn)，簡(jiǎn)單方便，且柱底混凝土不易破損，是非常實(shí)用的翻轉(zhuǎn)方案，如圖4所示。

圖3 鋼筋預(yù)埋定位胎具

圖4 立柱橡膠支點(diǎn)翻轉(zhuǎn)

2.5 墩柱試拼裝的預(yù)定位技術(shù)

為保證墩柱拼裝后坐漿墊層的密實(shí)度，必須在坐漿完成后30 min內(nèi)完成墩柱吊裝和垂直度校核。為此，可先將墩柱進(jìn)行預(yù)拼裝，在確定輔助限位裝置位置之后，吊離墩柱，完成承臺(tái)面坐漿后，再實(shí)現(xiàn)墩柱正式吊裝就位。

1）在承臺(tái)面上放樣墩柱中心線，放置調(diào)節(jié)墊塊，安裝4臺(tái)千斤頂（圖5）。

2）在墩柱拼接面安裝鋼支撐牛腿。

3）當(dāng)立柱起吊距鋼筋約2 cm時(shí)，調(diào)整墩柱方位，使預(yù)埋鋼筋緩緩插入連接套筒內(nèi)；當(dāng)距墊塊約2 cm時(shí)，調(diào)整與承臺(tái)中心線對(duì)齊，并用水平限位板微調(diào)固定。

4）中心墊塊受力后，隨著吊機(jī)逐級(jí)卸力千斤頂同步支撐，并由2臺(tái)光電經(jīng)緯儀在2個(gè)方向進(jìn)行監(jiān)測(cè)校核，實(shí)現(xiàn)邊下放、邊測(cè)量、邊調(diào)節(jié)，當(dāng)垂直度控制在允許偏差范圍內(nèi)后，鎖定千斤頂位置不動(dòng)，吊離墩柱（圖6）。

圖5 墩柱中心線放樣

圖6 墩柱預(yù)拼裝就位

由于后續(xù)蓋梁拼裝時(shí)可調(diào)整余量極小，因此，立柱安裝精度控制是整個(gè)墩柱預(yù)制拼裝質(zhì)量控制的關(guān)鍵，根據(jù)相關(guān)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，墩柱拼裝垂直度控制在0.15%H（H為墩柱高），且≤10 mm。

2.6 拼接面坐漿與正式拼裝

1）立柱吊裝前，需對(duì)坐漿料測(cè)試28 d齡期抗壓強(qiáng)度。

2）漿料攪拌前，需要按照設(shè)計(jì)配合比控制好集料配比，在不影響墊層強(qiáng)度的情況下適當(dāng)減少水灰比，以避免漿料離析；攪拌時(shí)，應(yīng)采用高速攪拌機(jī)依次對(duì)加入的干料和水進(jìn)行攪拌，一般攪拌時(shí)間約4 min，慢速1 min，快速3 min；攪拌好后，靜置3 min，以待攪拌氣泡消除。

3）攤鋪砂漿墊層前，先應(yīng)對(duì)承臺(tái)界面鑿毛清理、撒水濕潤(rùn)，然后在四周設(shè)置符合設(shè)計(jì)要求的坐漿擋板（圖7）。

4）人工將澆筑桶內(nèi)漿料倒入處理好的承臺(tái)面上，并做收平作業(yè)（圖8）。

圖7 承臺(tái)拼接面鑿毛清理

圖8 坐漿墊層攤鋪與找平

5）坐漿后，進(jìn)行墩柱正式吊裝就位。墩柱沿設(shè)置好的輔助限位裝置進(jìn)行下放，就位后，通過復(fù)測(cè)和微調(diào)限位裝置，使墩柱水平位置和垂直度符合設(shè)計(jì)要求。

2.7 套筒灌漿施工工藝

1）墊層砂漿終凝后，方可進(jìn)行套筒壓漿作業(yè)。

2）漿料攪拌前，需清洗干凈灌漿機(jī)，以免堵塞。套筒內(nèi)的灌漿料采用C100高強(qiáng)無收縮水泥灌漿料，在攪拌桶中依次放入干料和水，配合比為100∶12。攪拌設(shè)備采用自制攪拌機(jī)，一般慢速攪拌1 min，快速攪拌3 min，實(shí)際攪拌時(shí)間以完全沒有干料為止，拌漿結(jié)束后，需靜置放出多余氣泡。根據(jù)規(guī)范要求，需對(duì)拌漿料測(cè)試1 d、3 d和28 d齡期的抗壓強(qiáng)度。

3）壓漿前，先使用高壓沖洗裝置將承臺(tái)頂面及立柱灌漿套筒清理干凈，安裝好L形出漿管；壓漿時(shí)，采用壓漿機(jī)從下部注漿孔將漿料壓入，上部出漿孔出氣，壓漿70 s左右，當(dāng)漿料溢出時(shí)，及時(shí)封堵出漿口，壓漿管壓力穩(wěn)定后，拔出壓漿槍頭，及時(shí)封堵注漿孔（圖9）。

4）灌漿完成后，清理構(gòu)件上殘留的多余漿體，1 d后割除L形出漿管。

2.8 蓋梁安裝及蓋梁間拼裝方案

安裝前，需在經(jīng)鑿毛且設(shè)有擋漿模板的墩柱頂面進(jìn)行坐漿墊層施工；當(dāng)墩柱下部結(jié)合面套筒灌漿強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后，進(jìn)行蓋梁安裝，蓋梁安裝采用2臺(tái)250 t履帶起重機(jī)，雙機(jī)抬吊并輔以人工精準(zhǔn)對(duì)位；其中蓋梁平面位置的調(diào)整，主要通過頂面中心線和兩端中部垂線來控制，輔以頂部標(biāo)高和橫向坡度測(cè)量調(diào)控[6]；蓋梁就位后，進(jìn)行套筒壓漿作業(yè)（圖10）。

圖9 套筒灌漿作業(yè)

圖10 蓋梁拼裝就位

針對(duì)不同橋梁寬度、噸位的蓋梁，考慮到運(yùn)輸起吊的影響，適用的預(yù)制拼裝方案也不同。小噸位蓋梁采用整體預(yù)制吊裝的方案，大懸臂蓋梁采取分段預(yù)制、現(xiàn)場(chǎng)拼裝的方案。蓋梁分段施工是在蓋梁合適位置劃分節(jié)段縫，實(shí)現(xiàn)蓋梁分段預(yù)制拼裝。目前，蓋梁上常見的接縫形式主要有牛腿，豎直、傾斜膠接縫及濕接縫等[7]。蓋梁節(jié)段拼裝過程中，需加強(qiáng)節(jié)段拼裝的線形控制。在不斷地測(cè)量糾偏、偏差修正[8]的過程中，確定下一匹配梁段的線形，指導(dǎo)拼接施工。

3 結(jié)語(yǔ)

本文依托實(shí)際工程，通過對(duì)橋墩、蓋梁預(yù)制拼裝技術(shù)的探討研究，有效解決了現(xiàn)場(chǎng)拼裝過程中坐漿墊層密實(shí)度控制、套筒灌漿連接精度控制、墩柱及蓋梁吊裝控制等諸多技術(shù)難題。橋梁下部結(jié)構(gòu)墩柱、蓋梁拼裝技術(shù)的成功應(yīng)用，將有益于裝配式橋梁全預(yù)制化拼裝技術(shù)的發(fā)展。

[1] 李建華,俞章寬,張喜山,等.預(yù)制拼裝橋墩的連接構(gòu)造分類及其適用 性研究[J].現(xiàn)代交通技術(shù),2019,16(2):26-30.

[2] 關(guān)德強(qiáng).公路橋梁墩柱、蓋梁預(yù)制拼裝技術(shù)簡(jiǎn)析[J].綠色環(huán)保建材, 2018(9):138-141.

[3] 劉波,陳浩,陳雁云.某城市橋梁預(yù)制墩柱與承臺(tái)拼裝施工技術(shù)[J]. 施工技術(shù),2018,47(24):73-76.

[4] 尹富秋.中心城區(qū)高架橋橋墩預(yù)制拼裝施工關(guān)鍵技術(shù)[J].施工技術(shù), 2017,46(12):80-82.

[5] 張鶴.上海嘉閔高架工程預(yù)制立柱現(xiàn)場(chǎng)安裝定位技術(shù)[J].中國(guó)市政 工程,2016(4):59-61.

[6] 查義強(qiáng).上海S7公路蓋梁預(yù)制拼裝施工工藝[J].城市道橋與防洪, 2018(6):152-154.

[7] 葉可炯,趙國(guó)強(qiáng),沈殷,等.大懸臂蓋梁節(jié)段拼裝施工及應(yīng)用[J].上海 公路,2019(4):40-45.

[8] 薛冬永,周浩,強(qiáng)石家.蓋梁節(jié)段拼裝施工關(guān)鍵技術(shù)[J].施工技術(shù), 2019,48(11):32-36.