城市推廣裝配式橋梁影響因素及技術(shù)難點分析

姚 鑫

（潤盛建設(shè)集團(tuán)有限公司，江蘇 南京 211122）

0 引言

隨著我國建筑工業(yè)化水平的提升，從2013 年至今，我國已經(jīng)進(jìn)入建筑工業(yè)化的第4 個階段——建筑產(chǎn)業(yè)現(xiàn)代化發(fā)展階段。與此同時，全社會對于文明施工、綠色施工、快速施工的訴求，以及減少建造對城市人口密集區(qū)和交通繁忙區(qū)域干擾的要求也越來越迫切。裝配式橋梁作為具備上述特點的新型工業(yè)化施工方法，得到廣泛的關(guān)注。2016 年，黨中央和國務(wù)院印發(fā)的《中共中央 國務(wù)院關(guān)于進(jìn)一步加強(qiáng)城市規(guī)劃建設(shè)管理工作的若干意見》（中發(fā)〔2016〕6 號）指出，力爭用10 年左右時間，使裝配式建筑占新建建筑的比例達(dá)到30%；2017年，國務(wù)院辦公廳印發(fā)《關(guān)于促進(jìn)建筑業(yè)持續(xù)健康發(fā)展的意見》（國辦發(fā)〔2017〕19 號），進(jìn)一步為中國建筑工業(yè)的發(fā)展指明方向，提出大力發(fā)展裝配式建筑。從2011 年開始，上海作為發(fā)展裝配式橋梁建設(shè)的先行者，經(jīng)過近10 年的研發(fā)探索，裝配式橋梁已具規(guī)模且穩(wěn)步增長，走在了行業(yè)的前列。北京、廣東、浙江、江蘇等經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)省市也正在加快建設(shè)步伐。但是在其他地區(qū)，橋梁建設(shè)仍然以傳統(tǒng)的建造方式為主，裝配式市場占有率還很低。究其原因可以發(fā)現(xiàn)，裝配式橋梁在發(fā)展過程中仍然面臨一些無法繞開的因素和難點，筆者結(jié)合橋梁新技術(shù)的學(xué)習(xí)，總結(jié)出一些心得體會。

1 裝配式橋梁發(fā)展的影響因素

1.1 市場需求和供給有待培育和提高

這是裝配式建筑橋梁共有的特點。2015 年后，我國建筑行業(yè)規(guī)模增速回升，到2019 年同比增速為5.7%，建筑行業(yè)總產(chǎn)值達(dá)24.8 萬億元，而裝配式建筑總產(chǎn)值約為6 300 億元，僅占建筑行業(yè)總產(chǎn)值的2.5%。這說明在龐大的建筑業(yè)規(guī)模中，建設(shè)各方主動采用裝配式建造方式的意愿還不強(qiáng)烈，同時，構(gòu)配件的供應(yīng)量也不能滿足市場需要。因此，一方面要繼續(xù)培養(yǎng)需求；另一方面也要擴(kuò)大供給。

1.2 從業(yè)者的主觀動力不足

勞動力短缺、勞動力成本增加本應(yīng)是倒逼施工技術(shù)向裝配式發(fā)展的原因之一，但實際情況也有另外一面。當(dāng)前我國裝配式建筑橋梁發(fā)展的動力不足主要源于以下2 個方面。

1）傳統(tǒng)現(xiàn)澆模式成本仍低于裝配式建造成本，而當(dāng)前建筑人工費(fèi)用支出持續(xù)上漲，建筑裝配率提升使人工費(fèi)用下降，據(jù)統(tǒng)計2017 年裝配率為0，20%，40%，60%的建筑，建造成本分別為1 235，1 372，1 605，1 653 元/m2（見表1）。

表1 裝配率提升人工費(fèi)用占比逐漸下降

2）傳統(tǒng)土建施工企業(yè)工人更熟悉適應(yīng)現(xiàn)澆工藝流程和“人?！睉?zhàn)術(shù)的落后施工方式，對信息化、數(shù)字化、智能化的建造方式認(rèn)識水平偏低、職業(yè)技能不足。

1.3 規(guī)范體系的建立尚不完善

現(xiàn)階段，裝配式橋梁的相關(guān)國家、地方性規(guī)范較少，如CJJ/T 293—2019《城市軌道交通預(yù)應(yīng)力混凝土節(jié)段預(yù)制橋梁技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》，以及江蘇省地方標(biāo)準(zhǔn)DB32/T 3563—2019《裝配式鋼混組合橋梁設(shè)計規(guī)范》和DB32/T 3564—2019《節(jié)段預(yù)制拼裝混凝土橋梁設(shè)計與施工規(guī)范》中，對城市內(nèi)的裝配式橋梁的施工條件、結(jié)構(gòu)體系、細(xì)部構(gòu)造、關(guān)鍵技術(shù)及通用圖缺乏系統(tǒng)的闡述。因此，對質(zhì)量檢查和驗收規(guī)程的補(bǔ)充、構(gòu)件連接方式、結(jié)構(gòu)耐久性等一系列課題有待進(jìn)一步研究。

2 裝配式橋梁的建造難點

2.1 協(xié)同設(shè)計建造能力不足

在傳統(tǒng)橋梁建造方式中，設(shè)計單位與施工單位的責(zé)任義務(wù)是有明確劃分的，項目的順利實施主要依靠前期知識力密集型的設(shè)計單位和后期勞動力密集型的施工單位之間的合作，這種合作在時間和空間上是基本獨(dú)立的。而裝配式建造采用以標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計、工廠化生產(chǎn)、裝配式施工和信息化管理等為主要特征的工業(yè)化生產(chǎn)方式，要求參與項目的各方緊密聯(lián)系、同步協(xié)作、高度融合。橋梁的設(shè)計、預(yù)制、安裝、運(yùn)營維護(hù)要在項目起始階段就通盤考慮，要考慮項目實施全過程中的限制因素和客觀環(huán)境決定的實際運(yùn)行建造能力，這對各方的組織管理、技術(shù)支持、資源整合等能力都是一個考驗。初期協(xié)作必定表現(xiàn)出適應(yīng)性差和協(xié)同力不足。

2.2 預(yù)制構(gòu)件節(jié)點連接的技術(shù)難點有待突破

目前常見的連接方式有灌漿套筒、金屬波紋管、現(xiàn)澆濕接頭、承插式等方式，每種連接方式都有需待改進(jìn)之處。

1）灌漿套筒連接方式 具有施工方便的優(yōu)勢，但其施工精度要求高，套筒對塑性鉸區(qū)損傷機(jī)理有影響。灌漿套筒內(nèi)灌漿的密實性目前是通過施工工藝過程來控制的，檢測困難。

2）金屬波紋管連接方式 力學(xué)性能好，類似現(xiàn)澆。其抗震性能也與現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)類似，但是鋼筋錨固長度長，安裝困難。

3）現(xiàn)澆濕接頭連接方式 具有較好的可靠性和耐久性，抗震性能等同現(xiàn)澆。缺點是預(yù)制部分的現(xiàn)場定位較困難，現(xiàn)場仍有大量現(xiàn)澆混凝土作業(yè)，一定程度上降低了效率。

4）承插式連接方式 具有整體性能較好、施工方便、施工精度要求相對不高的優(yōu)點，其抗震性能也類似現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)。但其不足是插槽會損害承臺的整體性。

在目前裝配式結(jié)構(gòu)節(jié)點連接的規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)尚不完善的情況下，對于多種連接方式，需要因地制宜，根據(jù)工程實際情況、成本核算、檢測方式、工期等合理選擇。同時，應(yīng)研發(fā)更可靠的新型連接方式。裝配式結(jié)構(gòu)節(jié)點連接本身就是一門科學(xué)，要求參與者同時具備材料、設(shè)計和建造工藝等多方面的知識和經(jīng)驗，綜合理論和實踐水平要求甚高。

2.3 陸上運(yùn)輸能力受限

橋梁的構(gòu)件如箱梁節(jié)段、立柱節(jié)段、蓋梁節(jié)段等普遍尺寸大、自重大，有的甚至超過100t，這給構(gòu)件的運(yùn)輸、吊裝帶來較大困難，與大型水上作業(yè)相比，限制條件也多，尤其是城市內(nèi)新建裝配式市政、高架橋梁時，對運(yùn)輸線路上的既有橋梁、構(gòu)筑物的承載能力是很大的考驗。就運(yùn)載質(zhì)量而言，規(guī)范中對城市A 級橋梁的規(guī)定是五軸長18m 標(biāo)準(zhǔn)車輛荷載的總重為700kN，最大軸重為200kN，對于行駛的特種平板掛車，應(yīng)該根據(jù)規(guī)范中的軸距和軸重對構(gòu)件運(yùn)輸途中的橋梁進(jìn)行單獨(dú)驗算。另外，還有沿途的道路建筑界限，如機(jī)動車道最小凈空高度為4.5m，設(shè)計時速為60km/h 的平曲線極限最小半徑為150m。上述這些條件都將成為限制預(yù)制構(gòu)件尺寸及自重的關(guān)鍵因素。

當(dāng)然，構(gòu)件尺寸較小也不合理，這里還要考慮節(jié)點連接的安裝難度、加工成本和結(jié)構(gòu)強(qiáng)度要求，同時，節(jié)點過多還會延長施工工期，削弱裝配式橋梁施工快的優(yōu)點。

由此可得出，在預(yù)制構(gòu)件的設(shè)計加工階段就要將構(gòu)件的體量與實際交通條件綜合考量，甚至需要對運(yùn)輸設(shè)備進(jìn)行改裝或者對線路上個別“瓶頸橋”進(jìn)行加固改造，同時對構(gòu)件進(jìn)行輕量化設(shè)計，如將城市內(nèi)的橋梁跨徑統(tǒng)一為20～40m 的中等跨徑，或者采用鋼混組合型構(gòu)件降低結(jié)構(gòu)自重，這些措施對于參建單位來說還需要適應(yīng)的時間。

2.4 構(gòu)件的加工能力限制

目前，工廠化的構(gòu)件以在臨時預(yù)制場生產(chǎn)為多，僅服務(wù)于單一特定工程項目，則臨時預(yù)制場的建設(shè)費(fèi)用就會納入建安費(fèi)用中，造成裝配式構(gòu)件，尤其是下部結(jié)構(gòu)中蓋梁和墩柱的綜合單價上升，后續(xù)工廠生產(chǎn)的構(gòu)件也很難與市場對接，商品化水平不高?？蓪⒋艘劳杏谥悄苤圃?，探索采用BIM技術(shù)對復(fù)雜構(gòu)件進(jìn)行數(shù)字化正向設(shè)計，利用生成的數(shù)字模型驅(qū)動設(shè)計圖紙，加工廠數(shù)控智能加工，形成一條設(shè)計制造一體化的技術(shù)路徑。與此相比，行業(yè)目前還有相當(dāng)大的發(fā)展空間。

2.5 理想化的全預(yù)制裝配

全預(yù)制裝配橋梁的下部結(jié)構(gòu)多采用PHC 管樁，相對于鉆孔灌注樁，施工成本有所降低，但下部結(jié)構(gòu)能否預(yù)制取決于地層的地質(zhì)條件。地質(zhì)的復(fù)雜性導(dǎo)致橋梁基礎(chǔ)不一定適合預(yù)制裝配式施工，承臺作為墩柱與基樁重要的大尺寸傳力構(gòu)件鮮見有預(yù)制拼裝的，對于裝配式施工還處于探索階段。

3 結(jié)語

1）發(fā)展裝配式橋梁，要根據(jù)工程實際，因地制宜地選擇適合的裝備技術(shù)，而不能一味地追求裝配化率。全預(yù)制裝配橋梁確實體現(xiàn)出工業(yè)化的先進(jìn)性，但其注定是少數(shù)，而現(xiàn)澆施工方法仍然有其特有的優(yōu)勢，對二者的選擇應(yīng)各取其長。

2）裝配式橋梁較傳統(tǒng)現(xiàn)澆橋梁具有施工速度快、工期短、減少交通封閉和降低施工污染等諸多優(yōu)點，但工業(yè)化道路上仍然面臨著挑戰(zhàn)，需要科學(xué)構(gòu)思產(chǎn)業(yè)布局，引領(lǐng)預(yù)制加工向規(guī)模化、集約化的方向發(fā)展。同時，兼顧輕量化，考慮將工業(yè)化生產(chǎn)立足于量大面廣的常用跨徑橋梁上，既降低預(yù)制成本，又可以用定向布局來引導(dǎo)設(shè)計建造。

3）現(xiàn)階段，裝配式橋梁建造在城市中的推廣仍處于初期階段，預(yù)制安裝過程中還面臨各種難題和困惑，但是它作為“綠色發(fā)展”的先進(jìn)施工方法，未來必定是大勢所趨。解決上述問題一方面需要行業(yè)發(fā)展的頂層設(shè)計和產(chǎn)業(yè)政策的支持，另一方面也要依靠各科研院所、設(shè)計施工企業(yè)、材料加工企業(yè)的共同推動。