預制裝配式技術在橋梁工程中的應用研究

俞海鵬

（江西省公路工程有限責任公司，江西 南昌 330000）

0 引言

預制裝配式技術憑借其節能環保優勢在建筑行業中得到普遍應用，并逐步被應用到橋梁工程施工中。預制裝配式技術的應用實現了橋梁混凝土構件的集中預制，減少了施工現場澆筑工作量，有效規避了粉塵污染、噪聲污染問題，生態效益顯著，因此現階段在橋梁工程中備受關注。

1 預制裝配式橋梁結構分析

1.1 整體結構

在橋梁工程中應用預制裝配式技術時，主要從上部、下部結構兩個角度劃分橋梁構件，其中上部結構涉及鋼-混組合梁、鋼箱梁、預制節段箱梁、預制小箱梁等結構，下部結構涉及預制蓋梁、預制橋墩等，具體結構詳見圖1。在整個橋梁結構中，除欄桿、主梁、橫梁、橋墩等預制裝配式構件外，還存在其他非預制構件，如樁基、承臺、橋面鋪裝等。

圖1 預制裝配式橋梁結構

1.2 上部結構

在設計確定橋梁工程的預制裝配式上部結構時，需根據道路平曲線形、橋梁跨徑明確預制上部構件的適用范圍，具體見表1。若超出該適用范圍，則不可采用預制裝配式技術進行施工。

表1 橋梁工程上部結構預制適用范圍

1.3 下部結構

橋梁工程確定下部預制裝配式構件時，應綜合考量其結構位置、節段重量、長度。具體情況見表2。

表2 橋梁工程下部結構構件情況

2 橋梁工程中預制裝配式技術應用實例分析

2.1 工程概況

為增強技術研究實效，選取某市政橋梁工程為實例展開分析研究。案例橋梁全長4.2km，標準跨、最大跨、標準橋寬分別為30m、60m、25m，為降低橋梁工程對城市交通運行的影響，減少工程施工污染程度，并未選用傳統原位現澆法進行施工，而是以預制裝配式技術為手段展開施工作業。

2.2 施工工藝

2.2.1 結構方案

案例橋梁項目與上述提到的預制裝配式橋梁結構一致，均采用集中預制方式進行上、下部結構施工，使預制構件在特定預制場內完成生產制作，減少工程施工現場工作量。預制構件生產完畢且質檢通過后，將其運輸至施工現場進行裝配拼裝，而各預制構件之間則運用插槽、濕接縫、灌漿波紋管、灌漿套筒的形式進行銜接，將預制構件銜接為整體（見圖2），以此保障橋梁結構質量。

圖2 案例橋梁工程預制構件連接形式

2.2.2 構件預制

對于預制裝配式橋梁結構而言，預制構件生產制作質量精度直接影響其裝配拼接效果，繼而決定橋梁結構性能，因此在預制裝配式橋梁工程施工中，構件預制屬于關鍵施工環節。除此之外，預制構件供應是否穩定可影響整體工程施工節奏，決定工程工期。由此可見，將預制裝配式技術應用到橋梁工程施工中時，不僅需嚴格控制預制構件生產質量，還需做好預制場選址工作。案例橋梁工程所在地具有預制加工場，對施工場地與預制加工場間的運輸距離、運輸線路、地形條件、原材料供給便捷性進行分析，在此基礎上了解預制加工場產能，發現當地現有預制加工場可滿足案例橋梁工程構件供應需求，故直接選用該加工場作為預制場。

為保障預制場運行效果，按照生產流水線形式對預制加工場內部生產布局進行調整，采用平行式多行布局形式進行布局設計，并按照預制構件實際生產流程規劃場地。以墩柱蓋梁為例，該預制構件加工區域共分為8 大部分，分別用于墩柱存儲、墩柱生產、墩柱鋼筋綁扎、墩柱鋼筋加工、蓋梁鋼筋綁扎、蓋梁模板貯存、蓋梁生產、蓋梁存儲。以上8 個部分圍繞鋼筋加工區域向外延伸，從蓋梁、墩柱兩個角度設置了兩條預制生產線，墩柱與蓋梁預制構件存放于加工場兩側區域，完成生產制造后按照橋梁工程建設施工標準組織質檢工作，檢查構件強度是否達標，確認墩柱、蓋梁預制構件強度達標且無質量問題后，將其從存放區域兩側運出，以此完成橋梁預制構件流水線生產加工，極大提高了橋梁工程預制構件生產加工效率，實現了預制裝配式構件的穩定供給。在預制構件生產加工期間，需嚴格控制構件精度，在案例橋梁工程項目中，為保障構件精度而選用胎架法展開模塊化施工。以鋼筋籠加工為例，運用形變較小的鋼模對鋼筋定型，運用定位板、定位銷、掛片、移動橫梁、底座、支架構建專用胎架，其中支架主要用于固定位置，避免誤差產生，以此保障預埋套筒、預留鋼筋定位精準度。胎架法的應用提高了鋼筋籠生產加工精度，案例橋梁工程應用該方法加工預制構件鋼筋籠時，將結構精度誤差控制在±2mm 以內。

2.2.3 構件運輸

橋梁預制構件完成生產加工并通過質量檢測后，需從預制加工場運輸至施工現場，結合以往工程施工經驗來看，若忽視構件運輸重要性而導致預制構件運輸期間出現固定不穩或結構布置不當現象，則有可能損壞預制構件結構，使預制構件不再滿足橋梁工程裝配施工要求，以此產生額外成本，并造成資源浪費。因此，運用預制裝配式技術進行橋梁工程施工時，需加強對預制構件運輸環節的重視。橋梁工程中所應用的預制構件結構噸位較大，運輸該類大噸位構件結構時，通常采用直接運送法、吊移法、滑移法，對上述三種運輸方法綜合分析，案例橋梁工程中的蓋梁、墩柱預制構件借助吊移法完成移運工作，移運機械設備選用輪胎式運梁車、輪軌式門式起重機，通過上述兩種機械設備的相互配合完成預制構件的運輸工作，其中輪軌式門式起重機主要用于大噸位預制構件的裝卸環節及場內轉移環節，運用輪胎式運梁車將預制構件結構從預制加工場運輸至橋梁工程裝配吊裝施工現場。為便于大噸位預制構件的移運工作，案例橋梁精細化設置了構件吊點，并優化設計了構件翻轉裝置。案例工程將光圓鋼筋吊點調整為鋼絞線，將原有的翻轉臺座更換為柔性緩沖支墊材料，如帆布卷、橡膠圈、沙坑等，減少了外部結構對橋梁預制構件的威脅，確保橋梁預制構件結構能夠無損傷移運翻轉。經過案例橋梁工程應用來看，該吊點、翻轉裝置優化方式效果較好，且優化工藝簡單易操作，具有較強實用性，可適用于各類預制裝配式橋梁構件運輸作業中。

2.2.4 構件拼裝

在橋梁工程預制裝配式技術使用過程中，構件拼裝是重要環節，其拼裝效率、精準程度與橋梁項目進度、質量安全、成本之間具有直接影響關系，選擇合適的構件吊裝方案，同時控制構件拼裝精度是預制裝配式橋梁工程開展期間必須思考的重要課題。開展構件拼裝作業前，應對工程經濟效益、技術因素、具體施工條件等進行綜合考慮，盡可能在保證既有交通條件下，快捷高效、安全經濟地完成此項作業。目前，運用較為普遍的施工思路是以門式起重機為主，汽車式起重機為輔，通過采用局部封閉和分段施工相結合的作業方法，能夠基于門式起重機變跨、變向技術，實現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。此項技術的工藝流程及拼裝進度控制方法具體如下：

第一，對鉆孔灌注樁和承臺澆筑作業進行強度檢測，確保其符合現行標準規范和工程施工要求后，對承臺頂部預留伸出的鋼筋和立柱底部預埋套筒型號尺寸進行核驗，對比分析相關參數，確認無誤后以墩柱縱橫橋向中心軸線為方向進行刻度條和水準標志的張貼；復測放樣承臺拼接面4 個腳點標高、位置，以前期復測數據為基礎合理布置擋漿模板及喇叭口限位板，科學調整墊塊。

第二，啟動起重機開展試吊作業，規范堅持墩柱高程、平面位置和垂直度，檢測時運用2 臺經緯儀和1臺水準儀，其中經緯儀設置在墩柱垂直方向。根據監測數據調整垂直度時，為保證安全質量與后續施工質量，通過固定在墩柱四邊的牛腿及千斤頂即可，而高程調整則依托于中心墊塊厚度的調節。

第三，復核相關施工參數，確認無誤后鎖定千斤頂，將墩柱調離，之后開展拼接面坐漿作業。為保證整體質量，選用高強無收縮砂漿，合理攪拌后將其澆筑于擋漿模板內，然后刮平、止漿。開展壓漿作業前，應提前檢查、清洗套筒和漿管，確保其內部無雜物和臟污，避免給后續施工作業質量造成不良影響。之后按步驟開展出漿試驗，判斷所得結果，通過出漿試驗、排除空氣，保證后續壓漿作業可以連續展開，不出現不良間斷情況。對灌漿密實度進行科學檢測，確認無誤后開展承臺基坑的回填作業，然后在各方面均符合工程要求后于硬化場地進行蓋梁拼裝臨時支撐搭設，選用門式起重機和專門設計的配套吊具開展蓋梁就位安裝作業，其中起重機數量需要兩臺，規格均為150t。完成該工序后，按部就班地開展坐漿、灌漿和精度調整作業，其原理與墩柱安裝類似，具體工藝流程為：試吊—校核高程等參數—坐漿作業—就位后灌漿—架設臨時支撐—吊裝蓋梁—濕接縫施工。

2.3 施工效果

第一，案例橋梁工程項目根據場地布局優化設計了吊具結構及行走軌跡，在輪胎式運梁車、輪軌式門式起重機的協同作用下，確保了構件運輸效率，行走平穩、效益優異、安全性強，且不會阻礙城市交通，極大保障了案例橋梁工程施工進程。第二，案例橋梁工程為最大限度發揮出預制裝配式技術的優勢，引入了3D 打印技術、BIM 技術、二維碼技術，構建了橋梁工程信息化管理平臺，在劃分橋梁預制構件結構時，按照工程要求標準搭建橋梁模型，根據結構位置、受力情況科學劃分結構，防止因構件劃分不適宜而埋下安全質量隱患。此外，完成預制構件精細化劃分工作后，能夠單獨設置各預制構件獨立模型，對橋梁預制構件參數進行詳細確定。集成多種先進技術的信息化管理平臺能夠實現數據共享傳遞，橋梁工程不同專業均可基于三維模型進行參數優化，強化了工程專業間的合作，在保障工程施工精度的同時對管理成本進行了強力管控。第三，相較于傳統施工技術，預制裝配式技術存在額外成本支出項，如構件運輸、構件拼裝、預制加工場建設等，僅從造價成本角度來看，高于傳統技術造價約10%，但預制裝配式技術綠色環保效益顯著，且大幅降低了橋梁工程對城市交通的影響。由此可見，雖然其成本造價較高，但綜合效益更具優勢。

3 結語

綜上所述，混凝土構件預制質量直接決定橋梁工程施工效果，因此在應用預制裝配式技術前，應明確預制裝配式橋梁結構特征，了解橋梁上部結構、下部結構中適宜預制裝配的結構類型，以此保障橋梁工程具體施工效果。在實際施工期間，應根據橋梁工程施工現場環境明確預制裝配式結構，制定結構方案，并嚴格依據結構方案完成預制、運輸、拼裝等工作。