預(yù)制拼裝技術(shù)在紹興智慧快速路中的應(yīng)用

周 旋

[上海市城市建設(shè)設(shè)計研究總院（集團(tuán)）有限公司，上海市200125]

0 引言

隨著我國經(jīng)濟(jì)社會的不斷發(fā)展，近二十年來城市高架橋的建設(shè)迎來了高潮。傳統(tǒng)的橋梁建設(shè)方式采用現(xiàn)澆施工，需要現(xiàn)場搭設(shè)大量支架和模板、綁扎鋼筋，施工周期較長，施工的噪聲和場地占用對于周邊影響較大，工程質(zhì)量控制也有一定的波動。近些年來國內(nèi)橋梁建設(shè)逐步推廣應(yīng)用的預(yù)制拼裝技術(shù)，是伴隨著工業(yè)化進(jìn)程應(yīng)運而生的一項新技術(shù)，即橋梁結(jié)構(gòu)構(gòu)件在工廠中生產(chǎn)，通過現(xiàn)場安裝“搭積木”的方式組成整體。相比于現(xiàn)澆施工，這種采用標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計、工廠化生產(chǎn)和裝配化施工模式的預(yù)制拼裝技術(shù)主要有以下幾點優(yōu)勢[1-2]：具有更高的構(gòu)件質(zhì)量和施工精度；減少場地占用和交通影響，降低對周邊的干擾；顯著減少現(xiàn)場作業(yè)人工，在人工費用日益增長的背景下具有顯著經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢；各工序并聯(lián)展開，減少工期。

1 工程概況

1.1 工程范圍

二環(huán)北路及東西延伸段智慧快速路是浙江省紹興市“六橫八縱”快速路網(wǎng)的重要組成部分，是一條連接柯橋區(qū)和越城區(qū)市區(qū)的重要通道。工程范圍西起鏡水路，東至越東路，全長約11.6 km，全線采用“高架+ 地面”的敷設(shè)形式，高架包含主線高架和越東路互通立交一座。工程線路規(guī)劃里程適中，線形單一，基礎(chǔ)、橋墩以及上部結(jié)構(gòu)型式等變化較少，工程量大，有現(xiàn)狀地面道路作為運輸大型構(gòu)件的通道，十分適合采用預(yù)制拼裝技術(shù)。

1.2 建設(shè)條件

紹興市位于浙江省中北部、杭州灣南岸，地處亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，季風(fēng)顯著，四季分明，氣候溫和，濕潤多雨。歷年平均氣溫16.4 ℃，極端最高氣溫39.5 ℃，極端最低氣溫-10.1 ℃，相對濕度80%左右，歷年十分鐘平均最大風(fēng)速2.1 m/s。

1.3 設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)

（1）道路等級：城市快速路兼顧一級公路標(biāo)準(zhǔn)。

（2）設(shè)計使用年限：100 a。

（3）荷載標(biāo)準(zhǔn)：城-A 級，公路-I 級荷載復(fù)核驗算。

（4）設(shè)計安全等級：一級。

（5）抗震標(biāo)準(zhǔn)：地震基本烈度6 度，抗震措施按7度設(shè)防。

1.4 總體設(shè)計

本工程是在現(xiàn)有地面道路的基礎(chǔ)上，采用新建高架橋的方式達(dá)到快速路標(biāo)準(zhǔn)。主線高架標(biāo)準(zhǔn)橋?qū)挒?7 m，雙向六車道，標(biāo)準(zhǔn)斷面如圖1 所示。高架橋梁的上部結(jié)構(gòu)型式主要采用預(yù)制小箱梁方案，標(biāo)準(zhǔn)跨徑30 m；跨越路口、河道及航道等跨徑較大位置則采用簡支鋼混組合梁、連續(xù)鋼箱梁方案。下部結(jié)構(gòu)采用預(yù)制拼裝工藝，立柱與蓋梁為預(yù)制構(gòu)件。

圖1 高架標(biāo)準(zhǔn)橫斷面（單位：mm）

2 上部結(jié)構(gòu)預(yù)制方案

2.1 標(biāo)準(zhǔn)段上部結(jié)構(gòu)

本工程標(biāo)準(zhǔn)段采用市政工程中較為常見的預(yù)制小箱梁結(jié)構(gòu)，原因是小箱梁結(jié)構(gòu)設(shè)計和施工經(jīng)驗都很成熟，跨徑適中，預(yù)制梁重量一般控制在150 t 以內(nèi)。履帶吊、汽車吊、架橋機(jī)等施工機(jī)械均適用，施工速度快，對地面交通影響較小。

預(yù)制小箱梁的結(jié)構(gòu)體系主要分為兩類：結(jié)構(gòu)簡支橋面連續(xù)和先簡支后結(jié)構(gòu)連續(xù)。簡支變連續(xù)的結(jié)構(gòu)體系在結(jié)構(gòu)的剛度、耐久性及后期維養(yǎng)方面優(yōu)于橋面連續(xù)方案，但在施工復(fù)雜程度、施工速度和經(jīng)濟(jì)性方面遜于橋面連續(xù)方案。本工程設(shè)計方案兼具兩者優(yōu)點：標(biāo)準(zhǔn)寬度段橋梁結(jié)構(gòu)采用先簡支后連續(xù)小箱梁結(jié)構(gòu)，在橋面寬度變化幅度較大，連續(xù)小箱梁無法適應(yīng)時，采用結(jié)構(gòu)簡支橋面連續(xù)小箱梁，并采取措施優(yōu)化橋面連續(xù)構(gòu)造，加強(qiáng)橋面連續(xù)剛度，提高耐久性。

小箱梁標(biāo)準(zhǔn)跨徑取30 m，梁高1.6 m。簡支變連續(xù)小箱梁采用窄接縫設(shè)計，濕接縫的寬度為30 cm，取消了常規(guī)小箱梁翼緣濕接縫鋼筋的焊接工作，大幅降低現(xiàn)場的工作量，加快施工速度，同時避免了焊接接頭引起的潛在疲勞問題。小箱梁濕接縫采用C80 混凝土，頂板環(huán)形筋伸出梁端27 cm。

2.2 節(jié)點上部結(jié)構(gòu)

當(dāng)跨徑大于35 m 后小箱梁結(jié)構(gòu)跨徑不能滿足要求，需考慮采用跨越能力更強(qiáng)的結(jié)構(gòu)?？紤]到現(xiàn)場施工的便捷性和快速性，選用鋼混組合梁和鋼箱梁，可分段預(yù)制現(xiàn)場安裝。本工程中跨徑在35～60 m 之間，采用簡支鋼混組合梁方案，跨徑大于60 m，采用連續(xù)鋼箱梁方案。

組合梁在梁端梁高1.6 m，和小箱梁保持一致，在跨中位置不同跨徑梁高1.84～2.94 m。鋼結(jié)構(gòu)部分采用全焊接鋼梁。鋼梁由主梁、橫梁組成，主梁為U型槽結(jié)構(gòu)，鋼梁上翼緣板頂面設(shè)置剪力鍵，與混凝土橋面板連為整體，剪力鍵采用圓柱頭焊釘?；炷涟搴駷?.22 m，采用現(xiàn)場整體現(xiàn)澆的施工方式。為方便施工降低造價，采用鋼筋桁架樓承板作為澆筑混凝土板時的底模，既方便施工，又能為混凝土板提供足夠的剛度支撐，減少混凝土板內(nèi)的鋼筋用量。

鋼箱梁一般采用多跨連續(xù)梁，為單箱多室整幅斷面，鋼箱梁采用正交異性橋面板，頂板最小厚度16 mm，設(shè)置U 形加勁肋，底板最小厚度16 mm，設(shè)置一字肋，腹板最小厚度14 mm，根據(jù)受力情況在受壓區(qū)設(shè)置縱向加勁肋。

3 下部結(jié)構(gòu)預(yù)制方案

主線標(biāo)準(zhǔn)下部結(jié)構(gòu)采用雙立柱帶大挑臂蓋梁橋墩，立柱間距4.8 m，立柱與蓋梁采用工廠預(yù)制、現(xiàn)場安裝，承臺和樁基礎(chǔ)現(xiàn)場澆筑。

3.1 預(yù)制蓋梁

3.1.1 設(shè)計方案

預(yù)制蓋梁目前通常使用的方案有整體式預(yù)制方案和分節(jié)段預(yù)制方案，其中分節(jié)段預(yù)制又根據(jù)連接方式分為現(xiàn)澆混凝土連接和環(huán)氧膠連接方案。對三種方案進(jìn)行比選見表1。

表1 預(yù)制蓋梁設(shè)計方案比較

根據(jù)上部橋面寬度及立柱間距需求，蓋梁采用預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)，蓋梁長25.54 m，高2.7 m，寬2.6 m，整個蓋梁的重量達(dá)到了362 t。采用整體吊裝方案對于運輸路線設(shè)備、吊裝設(shè)備要求都非常高，因此不適合在本工程中使用。而三節(jié)段膠接方案，雖然施工周期較短，但對于預(yù)制和安裝精度要求高、施工難度大。由于本工程線路長，且具有大量的預(yù)制蓋梁，因此對精度和難度要求更低、成本也較低的兩節(jié)段濕接方案較為合適。

蓋梁分兩節(jié)段預(yù)制裝配，在立柱之間設(shè)置1.5 m的現(xiàn)澆段。預(yù)制墩柱和預(yù)制蓋梁之間采用灌漿套筒連接，采用直徑40 mm 鋼筋連接，套筒設(shè)置在蓋梁內(nèi)部，長度80 cm，套筒內(nèi)灌注TZH10 型高強(qiáng)砂漿，28 d齡期抗壓強(qiáng)度大于等于100 MPa。墩柱和蓋梁設(shè)置2 cm 厚的砂漿墊層。

3.1.2 施工方案

兩節(jié)段蓋梁的安裝方式主要有少支架法、預(yù)設(shè)牛腿法、抱箍法、反拉法等[3]。

少支架法是較為常用的施工方法。在蓋梁懸臂端下搭設(shè)支架，支架和立柱共同承擔(dān)蓋梁自重，在兩段蓋梁連接為整體前保持蓋梁的穩(wěn)定性。支架法不需要在墩柱上設(shè)置預(yù)埋件，外觀效果好，支架位置和高度靈活，施工方便。雖然這種支架會占據(jù)部分地面道路空間，但考慮現(xiàn)狀道路寬，交通導(dǎo)改難度較小，故本工程中大量應(yīng)用了這種方法，如圖2 所示。

圖2 少支架法安裝蓋梁示意圖

預(yù)設(shè)牛腿法是在墩柱預(yù)留孔洞，使用銷棒等預(yù)埋件將兩段牛腿固定在立柱上，在牛腿上搭設(shè)平臺以支撐蓋梁（如圖3 所示）。這種方法最大的優(yōu)勢是因不存在支架，對地面交通影響較小，但其施工難度較大，需兩片蓋梁同時安裝到位，并嚴(yán)格控制兩側(cè)荷載平衡。本工程由于蓋梁懸臂長度長，平臺高度高，經(jīng)驗算后無法滿足地面道路的通行凈高要求，因此并不適用。

圖3 預(yù)設(shè)牛腿法安裝蓋梁示意圖

抱箍法主要應(yīng)用在圓形的立柱中，利用抱箍與立柱的摩擦力來承擔(dān)蓋梁的自重。由于本工程中使用的立柱為方形立柱，這種施工方式也不適用。

反拉法是一種較為新穎的施工方法，在承臺和蓋梁內(nèi)部設(shè)置預(yù)埋件，通過在蓋梁內(nèi)側(cè)設(shè)置高強(qiáng)度的后錨拉桿，用以抵抗蓋梁的傾覆力矩，如圖4 所示。這種施工方法可以最大程度釋放施工空間給地面道路使用，但施工過程中拉桿張拉力需要動態(tài)平衡，控制要求高，在地面道路交通導(dǎo)改壓力大的位置具有較為明顯的社會效益，現(xiàn)場圖片（見圖5）。

圖4 反拉法安裝蓋梁示意圖

圖5 反拉法安裝蓋梁現(xiàn)場施工圖

反拉法的主要施工步驟為：承臺預(yù)埋錨桿→蓋梁預(yù)制時預(yù)埋管道→立柱頂面座漿施工→自調(diào)平吊具安裝及調(diào)平→對位及初步下落→安裝臨時拉桿→初步張拉拉桿→灌漿套筒內(nèi)壓漿→相同步驟安裝另一側(cè)蓋梁→蓋梁現(xiàn)澆段施工合攏→拆除臨時拉桿系統(tǒng)→預(yù)埋管道灌漿。

反拉鋼筋采用大直徑高強(qiáng)精軋螺紋鋼以減少張拉根數(shù)，取3 根PSB 強(qiáng)度不小于930 MPa 的精軋螺紋鋼，直徑50 mm，單根精軋螺紋鋼張拉反力為1 127.7 kN。

3.2 預(yù)制立柱

立柱采用預(yù)制鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，墩柱為矩形斷面，橫橋向?qū)?.0 m，順橋向?qū)?.0 m，高度小于13 m整根預(yù)制，高度大于13 m 分兩節(jié)段預(yù)制。

預(yù)制立柱和承臺之間同樣采用灌漿套筒連接，套筒設(shè)置在立柱內(nèi)部，連接構(gòu)造和要求與蓋梁連接部位一致。

兩節(jié)預(yù)制立柱之間采用環(huán)氧粘結(jié)劑連接?？紤]連接部位壓應(yīng)力不小于0.2 MPa，上節(jié)段立柱高度不應(yīng)小于8 m，可保證連接段壓應(yīng)力要求。

4 防撞墻預(yù)制方案

目前預(yù)制防撞墻主要有兩種實現(xiàn)方案：邊梁帶防撞墻一同預(yù)制安裝和防撞墻分段單獨預(yù)制現(xiàn)場連接。

兩種方式各有利弊。邊梁帶防撞墻一同預(yù)制安裝方案無現(xiàn)場連接工作，簡單快捷；同時防撞墻和小箱梁一同預(yù)制，可以保證防撞墻的線形平順，外觀效果好。但由于邊梁帶防撞墻預(yù)制，不管是制造、存儲、運輸和安裝期間，梁體都存在偏心，需采用有效的固定措施防止梁體傾覆失穩(wěn)；單片梁重量相比正常增加40 t 左右，對運輸?shù)跹b機(jī)械設(shè)備的要求也會增加。

防撞墻分段單獨預(yù)制現(xiàn)場連接方案最大的優(yōu)勢在于運輸?shù)跹b過程靈活簡單方便，梁體穩(wěn)定性好。但現(xiàn)場連接部位需要采用UHPC 或高強(qiáng)度混凝土，現(xiàn)場工作量大，線形保持平順難度大，整體造價也偏高。

綜合各方面考慮，本工程選擇采用邊梁帶防撞墻一同預(yù)制安裝方案，并采取措施保證梁體整個過程中的穩(wěn)定性。在運輸過程中，在靠近中梁一側(cè)采用花籃螺絲拉住，靠近防撞墻一側(cè)則采用支托加以支撐。在吊裝過程中設(shè)置橫吊梁，保證吊裝中心與小箱梁質(zhì)心重合。在小箱梁架設(shè)在蓋梁之后采用花籃螺絲將邊梁內(nèi)側(cè)端部的預(yù)留鋼筋與蓋梁上的鋼絞線吊耳拉緊，同時在蓋梁擋塊頂部與小箱梁底設(shè)置臨時加固措施。

5 結(jié)語

預(yù)制拼裝技術(shù)目前已經(jīng)逐漸大規(guī)模地應(yīng)用在城市高架橋梁中，而且結(jié)構(gòu)型式也豐富多樣。設(shè)計的關(guān)鍵點在于應(yīng)該結(jié)合現(xiàn)場施工實際，從結(jié)構(gòu)型式、分段位置、連接件選擇等各個維度進(jìn)行比較，選擇最合理的設(shè)計方案，以達(dá)到設(shè)計和施工的密切結(jié)合，充分發(fā)揮裝配式橋梁的優(yōu)勢。