預制裝配式技術在市政橋梁工程中的應用*

李清洋，管 濤，苗子臻，魏志松，徐萬林，高天驕

(1.北京市市政四建設工程有限責任公司，北京 100176；2.北方工業大學，北京 100041)

0 引言

預制裝配式技術起源于法國，之后引入美國得到了大力發展，并在歐美和日本得到了廣泛應用。我國在20世紀60年代就嘗試將預制裝配式技術應用于橋梁工程中，但由于當時技術落后和配件精度達不到標準化，導致該技術發展緩慢。90年代后期，隨著我國工程技術實力不斷提高，預制裝配式技術開始迅速發展，上海長江大橋、珠海淇澳大橋、閩江大橋等相繼問世，預制裝配式技術在其中發揮了重大作用，體現出我國橋梁工程設計和施工的進步與發展，具有跨時代特征[1-2]。同時，隨著新材料不斷研發應用，傳統施工工藝弊端日益突顯及國家提出綠色建筑的新發展理念，使預制裝配式技術成為市政橋梁工程的首選工藝[3]。目前，預制裝配式市政橋梁在上海、長沙、成都等地發展迅速，并取得顯著的社會和經濟效益，預制裝配式技術已逐漸成為市政橋梁建設的主體技術，但仍有許多從業人員還停留在傳統現澆工藝理念上，對該技術的認識不足，因此，有必要對其進行系統性總結。

1 工程概況

贛州市中心城區贛南大道快速路工程1標段(新世紀大橋—章江大橋西側)，位于贛州市最繁華的中心城區，西起新世紀大橋(橙香大道)，東至會昌路，線位沿新贛州大道、長征大道、興國路敷設，全長約4.2km?？焖俾分髀肪愿呒芊绞椒笤O，分別于登峰大道、五指峰路、興國路等橫向路附近設置3對平行匝道，同時于東江源大道快速路節點設置互通立交，標準橋寬25m，標準跨30m，最大跨60m。為最大限度地減少對城市環境及交通的影響，工程除樁基、承臺以外，贛南大道快速路工程平面如圖1所示。

圖1 贛南大道快速路工程平面

2 裝配式橋梁施工工藝

全預制拼裝橋梁是一種將橋梁上部結構和下部結構的主要構件在工廠或預制場預制、現場拼裝的橋梁[4-6]，各構件間通過灌漿套筒、灌漿波紋管、濕接縫、插槽等構造連接形成整體，如圖2所示。

圖2 裝配式橋梁下部構件連接示意

2.1 構件預制

預制構件制作精度是影響橋梁結構性能及各構件能否完美拼接的關鍵，其生產效率是確保全局生產產能和運行順暢的根本，因此，預制梁場外選地和內部構造的選定均極為重要。

綜合考慮地形地質條件、運輸線路及距離、對居民出行影響程度、生產要素供給便利程度等因素，決定沿用當地已有加工場地進行混凝土箱梁及鋼箱梁加工，相應產能產效經前期工程實踐驗證能保證本工程施工需求。為實現預制梁場資源利用率，促進循環使用率，以流水線設計為基準，通過平行式多行布局的方式進行預制梁場布局，墩柱蓋梁預制場依次為墩柱存放區、墩柱生產區、墩柱鋼筋綁扎區、鋼筋加工區、蓋梁鋼筋綁扎區、蓋梁模板存放區、蓋梁生產區、蓋梁存放區。8大區域以鋼筋加工區為中心向兩側輻射，按鋼筋加工→鋼筋綁扎→構件生產→構件存放的施工工序思路布置2條生產線，存放區待構件強度滿足要求后，分別由存放區從兩側運輸通道運出，從而達到構件流水線批量化生產。

為保證構件生產精度，構件鋼筋籠加工主要采用胎架法進行模塊化匹配施工，同時模板主要采用變形較小的定型鋼模。專用胎架由底座、可移動橫梁、支架、掛片、定位銷、定位板組成，支架用來固定掛片、移動橫梁、定位銷、定位板，定位板、掛片、移動橫梁等措施用來鎖定位置，以確保預留鋼筋、預埋套筒等定位精準，通過胎架法精準定位，預制構件關鍵部位精度可控制在±2mm，如圖3，4所示。

圖3 預制墩柱鋼筋定位胎架

圖4 預制蓋梁鋼筋匹配安裝

2.2 構件運輸

目前，國內外大噸位預制構件常用的移運方式大體可分為滑移法、吊移法及直接運送法，通過分析比較，結合贛南大道快速路1標段預制構件特點，擬采用吊移法進行預制墩柱、蓋梁移運，移運以輪軌式門式起重機+輪胎式運梁車方式配合進行，構件預制場內轉移及裝卸采用輪軌式門式起重機完成，構件從預制場至吊裝現場的場外運輸通過輪胎式運梁車完成[7-8]。為方便構件移運，進行了吊點設置、構件翻轉裝置的研究，提出采用預應力鋼絞線代替光圓鋼筋作為吊點，并采用沙坑、橡膠圈、帆布卷等柔性緩沖支墊材料代替專用翻轉臺座實現構件無損傷快速翻轉，如圖5，6所示。實踐表明，新型鋼絞線柔性吊點及柔性材料支墊保護翻轉方式工藝簡單、使用便捷、實用性強，值得采用推廣。

圖5 吊點優化

圖6 專用翻轉臺座示意

2.3 構件拼裝

構件拼裝作為裝配式橋梁施工的關鍵，直接影響項目進度、成本、質量控制，如何選擇合理吊裝方案及精度控制方法，在保證既有交通條件下，快捷高效、安全經濟地完成構件拼裝是裝配式橋梁建設所必須面對的問題[9-10]。在綜合考慮經濟、技術因素后，形成以門式起重機為主、汽車式起重機為輔，局部封閉、分段施工吊裝思路，并基于門式起重機變跨、變向技術，提出跨內橫向吊裝縱向行走、大跨度蓋梁跨濕接縫吊裝及大跨度箱梁變跨吊裝方法。

拼裝工藝流程及相應精度控制方法如下：在鉆孔灌注樁及承臺澆筑完成并達到相應強度后，核驗承臺頂部預留伸出鋼筋及立柱底部預埋套筒型號尺寸，確認無誤后沿墩柱縱橫橋向中心軸線張貼刻度條及水準標志并復測放樣承臺拼接面4個腳點標高、位置，然后根據前期復測標高及拼接面控制線，安放擋漿模板及喇叭口限位板，并放置中心調節墊塊。完成以上步驟后，通過門式起重機或汽車式起重機進行墩柱試吊，并通過設置在墩柱2個垂直方向的2臺經緯儀及1臺水準儀進行墩柱平面位置、高程及垂直度監測，主要通過固定在墩柱四邊的牛腿及千斤頂進行垂直度調整，主要通過中心調節墊塊的厚度進行高程調整，通過前期的限位板措施來保證水平位置。各數據復核無誤后將千斤頂鎖定，吊離墩柱，進行拼接面坐漿，坐漿采用高強無收縮砂漿，砂漿攪拌完成后，將砂漿澆筑于擋漿模板內，刮平并安裝止漿墊。坐漿完成后，墩柱進行正式吊裝，通過喇叭口限位板緩慢落至已調好千斤頂上，而后對試吊時基準點及相關數據進行復核，無誤后鎖定，養護24h后進行灌漿套筒注漿。注漿采用高強無收縮水泥灌漿料，精確計算并承重，并通過一體化設備完成攪拌。壓漿前檢查套筒通暢性，清洗注漿管，并進行出漿試驗，排除空氣，確保壓漿時連續不間斷。灌漿密實度檢測無誤后，回填承臺基坑，硬化場地進行蓋梁拼裝臨時支撐搭設，然后通過2臺150t門式起重機及專門設計吊具進行蓋梁就位安裝，其坐漿、灌漿及精度調整相應原理與墩柱安裝類似。流程為：試吊→高程、平面位置、垂直度校核→拼接面坐漿→正式就位→灌漿→臨時支撐架設→蓋梁吊裝→蓋梁濕接縫施工。

3 裝配式橋梁實踐分析

贛南大道預制裝配式橋梁施工采用了構件預制、運輸、拼裝的一套具有系統性的組合方案，與傳統橋梁施工相比，在建設速度、環境保護、經濟效益和施工質量等方面均得到很大提升，是綠色建筑的標準體現。

1)橋梁預制拼裝施工工藝，極大地縮短了傳統現澆施工工期，減小了對既有交通的影響，同時原有現澆施工勞動密集型、粗放式生產方式到裝配式機械化、工廠化、標準化生產的轉變，各種高性能材料、數字化加工機械、臥式鋼筋綁扎方法、一體化澆筑平臺等使項目施工質量更加可控，施工安全性更有保證，突顯出很強的優越性。但其作為一項方興未艾的新技術，尚存在一些問題：①法規與規范方面 雖然上海、成都等地區已形成地方規范，但對整體行業而言尚未形成統一的標準，相應設計、施工、質量驗收、檢測等方面規范還未健全；②技術方面 對于裝配式橋梁在高震區抗震性能、耐久性能的研究，目前仍屬探索階段，對其在高地震烈度設防地區推廣應用產生制約；③工藝方面 蓋梁節段采用濕接縫構造，仍然需較長養護時間，從快速施工角度考慮，仍存在不足，新的連接形式及相應性能的研究十分必要。

2)通過合理規劃行走軌跡及相應吊具結構設計，門式起重機在城市快速路裝配式施工中發揮了極佳的作用，實現了1d 1跨、安全零事故等多個生產目標，具備行走平穩方便、耗時少、效益好、不中斷交通、安全性高、集吊運于一體等多重優勢，在預制拼裝工程中具有很高的推廣應用價值。

3)通過BIM技術、3D打印技術、AR技術、VR技術、二維碼技術、信息化管理平臺等與裝配式橋梁工程項目的生產管理相結合，可借助三維模型實現數據信息的快速共享和傳遞，并通過移動終端及時將修改信息反饋至三維模型，各專業交互合作，極大地提高了管理效率，降低了管理成本，并確保了施工精準度，實現了橋梁建設的智能化、標準化、信息化。

4)從工程造價方面來說，預制裝配式工藝因涉及專用預制梁場的建設，預制構件制作、運輸、拼裝，工程造價比傳統工藝高10%左右，但所帶來的高效施工、良好施工質量及對環境和既有交通的較低影響，又顯示出其在綜合效益方面的顯著競爭力。

4 結語

預制裝配式橋梁施工技術具有高質量、快施工、少污染等優點，同時符合創新、協調、綠色、開放、共享的發展理念和國家及地方政策發展要求，具有廣闊的應用前景。但其同時也存在規范欠缺、造價較高、高震區抗震性能研究不足等問題，在前人研究的基礎上，充分發揮政府和行業主管部門的積極引領作用，不斷加強預制構件在材料和連接拼裝上的研究，完善預制裝配式橋梁設計、施工、計價標準體系，推動橋梁建造的工業化、標準化、智能化發展仍十分必要。