城市高架橋預(yù)制橋墩設(shè)計(jì)及施工要點(diǎn)

袁平

摘 要：本工程是杭州市首座預(yù)制拼裝的高架橋梁，在設(shè)計(jì)、施工、管理等方面無(wú)經(jīng)驗(yàn)可借鑒，故在本工程中設(shè)置預(yù)制拼裝橋墩試驗(yàn)段，以獲得該技術(shù)的設(shè)計(jì)及施工要點(diǎn)。結(jié)合工程建設(shè)條件、橋墩結(jié)構(gòu)型式、不同的連接部位，分別介紹了結(jié)構(gòu)計(jì)算、預(yù)制件連接方式及施工方案。

關(guān)鍵詞：城市高架;橋墩;預(yù)制拼裝;連接技術(shù);設(shè)計(jì)

中圖分類(lèi)號(hào)：U442.5;U445.4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

0 引言

橋墩采用預(yù)制拼裝技術(shù)符合“可持續(xù)發(fā)展”和“綠色發(fā)展”理念，與傳統(tǒng)現(xiàn)澆工藝相比，具有施工速度快、對(duì)既有交通和環(huán)境影響小、質(zhì)量?jī)?yōu)、節(jié)省勞動(dòng)力、整體能耗低等優(yōu)點(diǎn)，因此得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。該技術(shù)在上海嘉閔高架、成都三環(huán)路擴(kuò)能提升工程等工程中已開(kāi)展研究并在實(shí)際工程中應(yīng)用。

為響應(yīng)國(guó)家及省市關(guān)于推廣裝配式建筑的指導(dǎo)意見(jiàn)，杭州地區(qū)積極推廣預(yù)制拼裝技術(shù)，故在本工程上選取10跨作為預(yù)制拼裝技術(shù)的試驗(yàn)段以獲得該技術(shù)的設(shè)計(jì)及施工要點(diǎn)，為今后杭州城市橋梁預(yù)制拼裝建設(shè)提供參考。

1 工程概況

該工程為城市快速路，高架主線(xiàn)全長(zhǎng)約1.58 km，主線(xiàn)設(shè)計(jì)速度為80 km/h，主線(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)段采用雙向四車(chē)，橋面寬19 m（見(jiàn)圖1）。上部結(jié)構(gòu)采用預(yù)應(yīng)力混凝土小箱梁，跨越交叉路口采用鋼箱梁，下部結(jié)構(gòu)采用裝配式橋的，樁基礎(chǔ)采用鉆孔灌注樁，墩柱和蓋梁采用工廠(chǎng)預(yù)制、現(xiàn)場(chǎng)拼裝施工。

2 預(yù)制裝配式橋梁下部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.1 下部結(jié)構(gòu)總體設(shè)計(jì)

主線(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)橋面寬度19.0 m，上部結(jié)構(gòu)為30 m預(yù)制小箱梁，下部結(jié)構(gòu)采用雙柱式橋墩，墩柱間距為3 m，蓋梁、墩柱采用工廠(chǎng)預(yù)制，現(xiàn)場(chǎng)裝配，承臺(tái)及樁基現(xiàn)場(chǎng)澆筑。根據(jù)前期方案比選，最終采用倒T型蓋梁，預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)，蓋梁長(zhǎng)度為18.8 m，寬3.5 m，中間高度為3.0 m，懸臂高度1.0 m。蓋梁分段施工，底緣1.0 m厚部分采用預(yù)制，上部2.0 m采用現(xiàn)場(chǎng)澆筑。墩柱采用預(yù)制鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，墩柱為矩形截面，順、橫向?qū)挾染鶠?.5 m。墩柱均按一節(jié)預(yù)制裝配。樁基礎(chǔ)采用直徑1.5 m鉆孔灌注樁。見(jiàn)圖2。

2.2 預(yù)制拼裝蓋梁設(shè)計(jì)

標(biāo)準(zhǔn)段蓋梁為大挑臂式蓋梁，采用預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)，根據(jù)運(yùn)輸條件和吊裝條件、場(chǎng)地環(huán)境以及吊裝重量對(duì)蓋梁分段控制。主線(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)段蓋梁總重達(dá)到299.0 t，分上、下兩段，下緣1.0 m厚工廠(chǎng)預(yù)制，上部2.0 m厚現(xiàn)場(chǎng)澆筑。蓋梁下緣預(yù)制段重171.1 t，上緣現(xiàn)澆段重127.9 t。蓋梁構(gòu)造及配束如圖3所示。

采用有限元軟件建立框架模型，柱底按固結(jié)考慮。根據(jù)分段方式，分別模擬蓋梁預(yù)制段施工、現(xiàn)澆段施工、架梁通車(chē)等施工階段，分析計(jì)算各施工階段受力。

2.2.1 蓋梁施工階段受力分析

蓋梁下部在工廠(chǎng)綁扎鋼筋，預(yù)埋金屬波紋管、澆筑混凝土，并張拉N3鋼束，待達(dá)混凝土到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后運(yùn)至工地拼裝，并向金屬波紋管內(nèi)灌注水泥砂漿。金屬波紋管內(nèi)水泥砂漿達(dá)到強(qiáng)度后，綁扎蓋梁上部鋼筋，N1、N2鋼束，澆筑混凝土。蓋梁形成整體，架設(shè)梁板，通車(chē)運(yùn)行。

2.2.2 成橋后，持久狀況正常使用狀態(tài)結(jié)果

2.2.3 成橋后，持久狀況承載能力極限狀態(tài)計(jì)算結(jié)果

施工階段截面邊緣混凝土的拉應(yīng)力小于1.15，正應(yīng)力滿(mǎn)足規(guī)范要求;成橋后承載能力極限狀態(tài)滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求;長(zhǎng)期效應(yīng)組合正截面上下緣未出現(xiàn)拉應(yīng)力，作用短期效應(yīng)組合正截拉應(yīng)力小于0.7，作用短期效應(yīng)組合斜截面最大主拉應(yīng)力小于0.5，滿(mǎn)足規(guī)范要求;標(biāo)準(zhǔn)組合最大壓應(yīng)力小于0.5，滿(mǎn)足規(guī)范要求。

2.3 預(yù)制墩柱設(shè)計(jì)

本次試驗(yàn)段橋墩高度均為8.0 m左右，按橋墩實(shí)際長(zhǎng)度預(yù)制。設(shè)計(jì)計(jì)算按照《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTG 3362-2018）中相應(yīng)要求，還應(yīng)該進(jìn)行接縫位置計(jì)算。根據(jù)上海市地方標(biāo)準(zhǔn)《預(yù)制拼裝橋墩技術(shù)規(guī)程》（DGT J08-2060-2015）中相應(yīng)規(guī)定，確定接縫及構(gòu)造要求，并進(jìn)行計(jì)算。

承臺(tái)頂預(yù)埋伸出鋼筋，立柱底部預(yù)埋套筒，將立柱下端套筒套入承臺(tái)頂部伸出鋼筋，并向套筒內(nèi)灌注灌漿材料，完成立柱與承臺(tái)的連接。

將預(yù)埋金屬波紋管的蓋梁套入立柱上端的伸出鋼筋，并向波紋管內(nèi)灌注灌漿材料，完成蓋梁與立柱的連接。立柱主筋錨入承臺(tái)1 800 mm、錨入蓋梁為1 250 mm，且預(yù)制安裝端與現(xiàn)場(chǎng)拼裝段鋼筋伸入長(zhǎng)度均不小于10 ds（ds為被連接的縱向鋼筋直徑）。

2.4 施工要點(diǎn)

墩柱裝配施工步驟為：外露鋼筋除銹→拼接面鑿毛清理→拼接縫測(cè)量放樣—擋漿模板鋪設(shè)—調(diào)節(jié)墊塊找平→拼接縫表面充分濕潤(rùn)→砂漿墊層鋪設(shè)→匹配拼裝→墩柱吊裝就位→調(diào)節(jié)設(shè)備安放→豎直度、軸線(xiàn)、標(biāo)高測(cè)量→精度調(diào)整→調(diào)節(jié)設(shè)備固定墩柱→向套筒內(nèi)灌注砂漿。

3 結(jié)語(yǔ)

本項(xiàng)目2019年年初竣工驗(yàn)收后通車(chē)運(yùn)營(yíng)，目前運(yùn)營(yíng)效果良好。橋墩預(yù)制拼裝技術(shù)能解決了許多傳統(tǒng)橋梁施工技術(shù)的痛點(diǎn)，尤其適合城市高架橋梁建設(shè)場(chǎng)景，在經(jīng)濟(jì)性、環(huán)保性及社會(huì)影響等方面較傳統(tǒng)橋梁施工技術(shù)具有顯著優(yōu)勢(shì)，具有良好的推廣應(yīng)用前景。目前橋墩預(yù)制拼裝技術(shù)在城市高架橋梁工程中的應(yīng)用還不夠豐富，針對(duì)城市高架預(yù)制橋墩設(shè)計(jì)施工還沒(méi)有形成完善的設(shè)計(jì)理論，在結(jié)構(gòu)計(jì)算、標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)、施工方案設(shè)計(jì)等方面都有待進(jìn)一步研究和實(shí)踐。

參考文獻(xiàn)：

[1]DGT J08-2060-2015，預(yù)制拼裝橋墩技術(shù)規(guī)程[S].

[2]JTG D60-2015，公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范[S].

[3]張欣欣.長(zhǎng)春預(yù)制裝配式城市橋梁設(shè)計(jì)與施工[J].城市道橋與防洪，2020，37（06）：57-60.