預制裝配式鐵路橋墩施工技術探討

張 一 諾

(西安交通工程學院，陜西 西安 710300)

1 工程概況

自2016年以來，國務院和住建部大力推行裝配式建筑截至到現在，已經歷時五年多，裝配式施工以其無法替代的優勢在建筑工程領域得到了廣泛應用，但在鐵路橋梁工程領域結構施工目前還大多采用現澆混凝土傳統施工工藝,這與國家倡導尚有一定距離。新疆和若鐵路S3標地處塔克拉瑪干沙漠南緣，自然條件極為惡劣，風沙大，施工用水困難，建設指揮部以橋墩預制裝配式施工技術應用作為技術創新目標，決定以S3標管段范圍內尼雅河特大橋、若克雅特大橋、亞通古孜民洛高速特大橋作為試點單位工程，采用預制裝配式橋墩結構；3座特大橋共計434個墩身，其中墩柱預制1 154節、蓋梁預制434個。預制裝配式橋墩所在墩位的橋梁跨徑均為32 m,上部結構為簡支T梁。具備規?；a的標準。

加之鐵路途徑地區屬于溫帶荒漠性氣候，年降水量30.5 mm，年蒸發量2 756 mm，氣候異常干旱、多風少雨，晝夜溫差大。尤其在戈壁沙漠中風的頻率高，風力強，一經起風，便飛沙漫天，遮天蔽日，能見度極低，確有實施預制裝配式橋墩結構之必要。

2 設計情況

橋墩設計均采用薄壁空心雙柱式橋墩，各部位均采用C50高性能混凝土，根據墩身的高度分為兩種類型：

1)墩高H≤12 m時，墩柱外徑為1.8 m，壁厚0.4 m，墩柱橫向中心距2.8 m，墩身整節預制；最大吊重53 t。

2)墩高12 m

墩柱與承臺結合部的抗剪性能差，是結構受力的薄弱部位,承臺與墩柱的接縫采用灌漿濕接縫；墩柱與承臺之間的連接，采用墩柱內底部設C50后澆實體段混凝土，φ1.8 m墩柱澆筑高度1.2 m，φ2.0 m墩柱澆筑高度3.2 m，后澆段內設連接鋼筋，連接鋼筋預埋在承臺內，φ2.0 m的墩柱與墩柱之間連接位置設置有定位高10 cm、寬19.5 cm的定位榫；蓋梁與墩柱之間連接位置設置有高15 cm、直徑119 cm(99 cm)的定位榫，見圖1。

單個墩柱均勻設置6個豎向預應力鋼束，每個墩位12束，將橋墩錨固在承臺上，采用自沉式P錨體系將鋼束固定端錨固在承臺錨穴內。使用時，按需要預埋埋入承臺深度1.6 m位置，待混凝士凝固到設計強度后，再進行張拉。張拉端設置于蓋梁頂部(見圖2)。

墩柱鋼筋采用雙層環形鋼筋籠，主筋采用HRB400直徑12 mm的鋼筋，箍筋采用HPB300直徑10 mm的鋼筋。

3 施工過程

3.1 預制場建設

預制場結合梁場建設，統籌考慮，擴大了梁場征地和建設面積，對預制場地按要求進行了地基處理，地面采用混凝土進行了硬化，并設置了必要的排水設施，預制場設置蓋梁預制區、立柱預制區、箱梁預制區、鋼筋配送中心及生活辦公區；每個預制區分為澆筑區、存放區、鋼筋綁扎區，加工中心配送好的半成品鋼筋配送至各分區綁扎區，實現了流水化作業。

3.2 墩身、蓋梁工廠化預制

墩柱和蓋梁在預制場內預制，為了節省場地和起吊方便墩柱采用豎向澆筑的方式。為了保證在嚴寒、風沙、鹽漬環境混凝土橋墩耐久性，混凝土宜選用較小水膠比和較小的坍落度，混凝土連續供應，加強振搗，插入式振搗棒快插慢拔，遠離模板和不觸動鋼筋，盡量縮短澆筑時間。在澆筑地點制作同養試件不少于2組。作為養護、拆模、承受荷載(吊裝)之需。

混凝土澆筑完畢后帶模正溫養護2 d～3 d，養護期間要確?；炷僚c環境溫差不得大于15 ℃，待墩柱混凝土強度達到設計強度的75%以上時方可拆模，模板拆除時混凝土內外溫差以及與外部氣溫之間的溫差亦不得大于15 ℃，拆除模板后隨即采用“一布一膜”包裹，夏期頂部不間斷噴淋養護，冬期施工采用蒸汽養護，提高了墩身耐久性。待達到設計強度的90%以上時吊離澆筑臺座，墩柱在預制場存放區為立式存放。

3.3 裝配式墩身、蓋梁運輸

橋墩、蓋梁預制件一般基本上屬于長大構件，加之其自身結構受力形式的特殊情況，對裝運有著更高的要求，操作不慎，會造成構件損毀。

在裝運過程中要注意以下幾個方面：

1)蓋梁在工廠內的起吊裝車，由起重行車配合進行。為了克服運輸過程中蓋梁受力存在結構安全的風險，采用運梁托架，將擱置點受力由承載梁轉換至平板車。

2)構件裝車后，兩側前后用鋼絲繩進行捆綁，鋼絲繩與構件棱角接觸部位采用橡膠襯墊后利用手拉葫蘆收緊繩索。

3)考慮到裝載穩定性以及運輸道路限高等因素，采用橫臥兩端擱置，擱置點常規采用木方或橡膠墊塊，確保墩身外觀不受損。

4)運輸道路要保證堅實平整；運輸過程中，平板車不超過5 km/h的時速。

5)構件運至指定位置后，按既定卸車方案要求操作、卸車。

3.4 裝配式墩身安裝

1)橋墩承臺施工。

按設計圖紙和已經施工完成的樁基位置放出承臺位置；然后進行承臺基坑開挖，開挖至承臺底標高后施作承臺底墊層混凝土，再對墩柱中心點精確放樣，精確定位預留直筒錨穴孔、墩身實體段鋼筋籠位置。支立承臺模板并同時綁扎承臺鋼筋，經監理工程師驗收合格后，澆筑承臺混凝土(見圖3)。

2)承臺施工完成后，安裝鋼絞線束，澆筑錨穴內自流平混凝土進行錨固；再將承臺頂面雜物清掃，將墩身實體段鋼筋籠底面浮漿鑿除，并沖洗干凈，對頂面標高進行復測，對墩柱中心點精確定位，調整墩身實體段鋼筋籠(連接鋼筋)，彈出十字線并延長至承臺邊緣(如圖4，圖5所示)。

3)預制墩身吊裝就位。

待承臺混凝土強度達到設計強度后吊運、安裝預制墩。根據吊重和作業現場條件，選用了徐工RT150越野輪胎式汽車吊，構架捆綁采用鋼絲繩加橡膠襯墊方式，吊裝過程中要保護墩身側壁混凝土不受損傷。將墩柱第一節吊起，用牽引繩牽引鋼絞線束入孔道，墩柱底套在墩身實體段鋼筋籠上，將墩柱吊裝到位，安裝墩柱調節牛腿及千斤頂，再根據劃出的外部圈線進行精確調整平面位置和垂直度，灌注接縫灌漿料。

4)第一節墩身實體段混凝土澆筑。

預制墩吊裝就位，待接縫灌漿料強度達到20 MPa后，從墩柱頂面通過串筒澆筑第一節墩身實體段混凝土澆筑。

5)待實體段混凝土強度達到設計值75%后，安裝第二節墩柱；安裝好第二節墩柱后，安裝墩柱與墩柱的臨時固結鋼桿件。

6)待接縫膠固化后安裝蓋梁→待鋼絞線束錨固混凝土強度達到設計值100%后，張拉預應力束，拆除臨時固定裝置→完成后續張拉、壓漿工序。

7)安裝過程中的偏差控制。

吊裝、拼裝過程中，要從以下幾個方面進行偏差控制：

a.預制墩柱軸線偏位不得大于10 mm；

b.預制墩柱高度偏差控制在-10 mm～+15 mm范圍內，預制墩柱頂面高程偏差應控制在±10 mm；

c.柱內、外截面輪廓偏離設計線形應控制在±20 mm內；

d.預制墩柱拼裝垂直度0.5%。

4 工藝總結

裝配式橋墩包含預制的墩身和蓋梁,墩身內設有若干束豎向的鋼絞線,蓋梁內設有若干個豎向的通孔,每個通孔的位置、大小和每一束鋼絞線的位置一一對應,每一束鋼絞線的一端位于墩身底部、另一端位于蓋梁頂部,鋼絞線為后張拉鋼絞線，能夠將墩身和蓋梁連接形成整體，提高連接質量,提升結構的整體性能和抗震性。

1)在預制場批量化生產混凝土構件，基本不受外界條件的限制；

2)采用自沉式P錨施工工藝，預應力鋼束錨固端可以直接埋入承臺，提高了墩底截面受力并同時發揮預應力鋼束抗彎能力強的性能；

3)大件運輸，對裝吊設備、運輸設備以及操作人員熟練程度、操作水平要求較高；要對操作人員進行培訓，其施作的每個環節必須按照技術交底操作到位；

4)預制裝配式橋梁下部結構系將橋墩分解成承臺、墩身、蓋梁(墩帽)等，其關鍵工序是構件預制、運輸、吊裝就位連接、預應力張拉、混凝土填縫。尤其是承臺與墩身連接工序處理至為關鍵；

5)裝配式墩臺的連接方式主要依賴于預應力鋼束。采用的預應力鋼材主要有高強度低松弛鋼絲。張拉位置一般采用墩帽頂(蓋梁)上張拉，操作較為方便，但張拉操作人員及設備均處于高空作業。

5 取得的效果

1)預制、裝配式施工工藝提高了專業化、機械化施工水平，在預制場內，通過先進的工裝設備，實現了高精度胎架鋼筋加工、測量放樣、大塊模板安裝、混凝土澆筑質量控制，齡期養護，提高了墩身、蓋梁、箱梁標準化、精細化專業施工水平；

2)變常規依次施工為平行流水施工，緊密銜接了各道施工工序，大大縮短了工期；改變了傳統條件下先地下樁基礎、承臺、墩身等依次施工的弊端；在鉆孔樁、承臺在現場施工的同時，在預制場同時生產墩身、蓋梁、箱梁，減少了不必要的立模板、等強、工序驗收環節；經與傳統施工對比，縮短了40%以上工期；

3)在顯著提升工程質量同時，大大改善了作業人員工作條件，減少了作業人員露天作業時間；

4)由于構件在預制場專業化生產，從而改善了勞動環境，尤其是大大減少了作業人員在風沙地區露天作業時間；

5)明顯減少了在現場的臨時設施投入和占地面積，減少了對橋址區的施工污染。