預制拼裝橋墩關鍵技術研究進展

李木松

（天津市政工程設計研究總院有限公司，天津 300392）

隨著我國城市道路建設的推進，在交通繁忙區域進行施工成為常態。為緩解因橋梁施工對周圍交通的干擾，迫切需要施工速度快、綠色低碳的建造方式。基于此，預制拼裝橋梁技術得到了應用和發展。

預制拼裝在安全、質量、工期、環保等方面有顯著優勢，具有快速化、標準化、工廠化等工業化特點，是一種可復制推廣的綠色建造技術，已成為橋梁工程設計的主要發展趨勢之一。

我國對橋梁預制拼裝技術的研究和應用大部分集中在上部結構且已相當成熟；近幾年隨著城市快速路及跨海大橋建設的需要，在借鑒國外經驗和研究成果的基礎上，逐步開始了橋梁下部結構預制拼裝技術的研究和應用，取得了一些成果，但還存在一些不足。

本文對預制拼裝橋墩關鍵技術的研究進展進行總結并指出存在的不足和進一步研究方向，為實現和完善可復制推廣的綠色化、工業化、信息化、集約化和產業化的建造技術體系、管理體系、實施體系提供參考。

1 蓋梁預制拼裝連接技術

預制蓋梁主要分實心整體式、空心整體式、橫向分塊式、豎向分層式。從外觀、質量、工期、環保等方面考慮，在條件允許的情況下盡量采用整體式；但限于運輸條件、吊裝能力等，需對蓋梁進行輕量化處理，因此發展出了空心整體式、橫向分塊式、豎向分層式。

1.1 實心整體式

目前國內外主要采用的形式，不存在拼接縫，外觀、受力性能等各方面均優于傳統現澆蓋梁。

1.2 空心整體式

國內研究和應用均較少；在美國佛羅里達州麥爾茲堡的Edison橋中應用。

1.3 橫向分塊式

國外研究和應用較少，國內在上海、浙江、內蒙古等地均有試驗研究和工程應用。目前采用的拼接方式主要有兩種。

1）干接。剪力鍵+環氧黏結劑+預應力，工程應用中剪力鍵做法有多種：素混凝土小剪力鍵、預埋鋼結構剪力鍵、類似牛腿的鋼筋混凝土剪力鍵。沙麗新等[1]對蓋梁進行橫向分塊，采用剪力鍵+環氧樹脂膠結接縫的拼接方式，利用有限元軟件進行了線性彈性和非線性分析，驗證了方案的可行性。閆興非等[2]對橫向分塊預應力混凝土蓋梁的抗彎性能進行了正常使用極限狀態和地震工況試驗研究，試驗結果表明：蓋梁的拼接縫是薄弱環節，偏心荷載作用下，素混凝土剪力鍵徹底剪壞，蓋梁的極限承載力降低11%，開裂荷載安全系數為1.1，極限承載力安全系數為1.8。

干接方式現場工作量少、施工快捷、工期短、對周圍環境影響小，但干接縫處容易進入空氣和水，對預應力耐久性較為不利且不易養護檢修，造成的事故后果也是比較嚴重的。下一步應對接縫處耐久性進行進一步研究。

2）濕接。預留后澆帶，鋼筋連接，吊裝就位后澆筑混凝土形成整體。濕接方式受力性能、耐久性等較好；但外觀有色差，現場需要澆筑混凝土，施工較為繁瑣，工期稍長，需要搭設支架，對周圍環境影響稍大。陸元春等[3]提出橫向分段預制裝配預應力混凝土蓋梁構造，設置較小的濕接縫并通過預埋的上下型鋼搭接構造，實現快速、準確就位，濕接縫內澆筑UHPC提高受力性能，避免現場搭設支架、縮短了工期，是一種較好的拼接方式；但外觀上還存在色差。

下一步可通過對構造進一步優化避免色差，例如將側面、底面的表面一定厚度混凝土對接，采用環氧黏結劑連接，只保留頂面濕接寬度用于澆筑UHPC。

1.4 豎向分層式

下層預制、上層現澆，這種方式受力性、耐久性等較好，避免了現澆需要搭設的支架；但外觀有色差、現場需要澆筑大量混凝土、施工較為繁瑣、工期稍長。國內外研究和應用較少。

2 墩柱預制拼裝連接技術

常用的墩柱拼裝連接方式有現澆濕接頭、承插式、插槽式、預應力連接、灌漿套筒、金屬波紋管、UHPC等。

2.1 現澆濕接頭連接

性能最接近整體現澆結構，同時也繼承了傳統現澆結構的缺點，早期在跨海大橋中應用較多，近年很少采用。

2.2 承插式連接

主要用于墩柱與承臺連接，施工精度要求低、工序簡單、現場作業量少，是一種有競爭力的連接方式。最小承插深度0.7D～1.0D（D為橋墩橫截面尺寸）[4～6]；破壞模式與傳統現澆方式相同，墩柱發生彎曲破壞，而耗能及延性性能小于傳統現澆方式；通過合理的嵌入深度和灌漿料強度，可以使抗震性能接近于傳統現澆方式。見圖1。

圖1 承插式連接

2.3 插槽式連接

主要用于蓋梁與墩柱的連接，雖然現場澆筑混凝土需要一定的養護時間；但施工精度要求較低、工序簡單、立柱鋼筋伸入蓋梁，蓋梁鋼筋可以不截斷，蓋梁的整體性好、造價低且施工質量容易控制、外觀佳且接縫處的力學性能與傳統現澆方式基本相同，是一種有競爭力的連接方式。

2.4 預應力連接

一般用于墩柱節段連接，具有一定的復位能力，模塊化、標準化程度較高。但傳統預應力施工方式工藝較復雜且抗震延性和耗能能力差；自鎖式預應力錨固體系，能夠大大提高施工便捷性；通過增加耗能鋼筋來改善其延性和耗能能力。在運輸、吊裝能力有限的情況下，高墩需分節段，可采用本連接方式。

2.5 灌漿套筒連接

可用于立柱與蓋梁、承臺及立柱節段之間的連接，具有安裝方便、現場工作量小等優點；但施工精度要求高、灌漿檢測困難、造價相對較高；其正常使用極限狀態，與傳統現澆方式的力學性能相近；預埋于墩柱中的套筒對塑性鉸區有影響；套筒預埋于承臺中，預制墩柱具有與傳統現澆墩柱相近的抗震性能；雙主墩縱橋向受力性能與傳統現澆雙柱接近，甚至略好，橫橋向由于接縫降低了框架節點的剛性，承載力和剛度小于傳統現澆雙柱；采用帶芯片或壓力傳感器的智能套筒可以解決檢測難題[7～8]。

以往研究較多的是接縫的受力性能，對耐久性的研究較少，尤其與承臺的接縫，長期處于干濕交替區，接縫面僅由一層很薄的無收縮水泥基砂漿連接，是整個墩柱的薄弱環節，一旦產生裂縫，很容易造成墩柱主筋銹蝕等耐久性問題，今后應加強該處耐久性的研究。

2.6 金屬波紋管連接

常用在立柱與蓋梁、承臺的連接，具有現場工作量小、造價低等優點；但施工精度要求高、鋼筋錨固長度大、安裝略有不便、灌漿檢測困難。波紋管采用鋼筋錨固，力學性能與現澆結構相近，在我國長三角地區高架橋項目上應用較多且使用效果較好；但也存在類似灌漿套筒的耐久性問題。

2.7 UHPC連接

可用于立柱與蓋梁、承臺及立柱節段之間的連接。利用UHPC灌漿料大大縮短鋼筋搭接長度，僅需10d（d為鋼筋直徑），具有構造簡單、施工方便快捷的特點，已在上海地區有實際工程應用。理論和試驗研究結果表明，UHPC連接結構幾乎只在非接縫區破壞，整個結構具有較好的延性和耗能能力，能夠滿足抗震性能需求，是較好的拼接方式。見圖2。

圖2 UHPC連接

3 連接材料

近幾年涌現的用于橋墩裝配的連接材料主要有灌漿套筒和灌漿料。

3.1 灌漿套筒

灌漿套筒是連接兩個構件受力主筋的關鍵材料之一，鋼筋通過高強灌漿料實現在套筒內錨固的要求。宜采用高強球墨鑄鐵、優質碳素結構鋼、低合金高強度結構鋼或合金結構鋼制作，可以融合芯片或壓力傳感器成為智能套筒，實現灌漿檢測，目前用于橋梁的灌漿套筒產品已相當成熟。

3.2 灌漿料

灌漿料是連接兩個構件受力主筋的關鍵材料之一，鋼筋通過高強灌漿料大大縮短錨固長度且其1 d內抗壓強度就能達到35 MPa，3 d內達到60 MPa，可以大大縮短工期，實現快速拼裝。

4 結語

預制構件連接追求的目標是施工快捷高效、質量穩定可控、造價合理、耐久性好、靜力和抗震性能與現澆結構接近。目前工程中應用較多的連接方式為承插式、灌漿套筒和金屬波紋管，這些技術克服了大部分現澆施工的缺點，基本實現了可復制推廣的綠色化建造；但在實現工業化、信息化、集約化和產業化方面上還有很長的路要走。在實際應用中根據不同的工程建設條件、結構形式、連接部位，不斷改進和研發新的連接技術，滿足不斷發展的預制裝配橋梁技術的需要。