裝配式橋梁預制鋼筋籠現澆墩柱施工技術淺析

寇忠安 張 雷 高 濤 趙連啟 任承斌

（1.山東省公路橋梁建設集團有限公司，山東 濟南 250014；2.山東農業大學，山東 泰安 271018）

0 引言

我國的橋梁施工大多采用現澆混凝土施工方法，現澆式混凝土橋墩與裝配式橋墩相比雖然具有更好的整體性、更自由的空間造型等優點，但存在施工周期長、環境污染嚴重、成本較高等缺點。因此建筑工業化的必由之路是發展研究預制裝配式橋梁結構，預制裝配式橋梁可以讓能耗更低、建造過程排放更低，響應了國家號召，符合交通運輸業綠色發展、協調發展的要求。

裝配式橋梁下部結構安裝施工具有縮短工期、提高工程質量、降低成本、提升安全系數等優點。本文主要結合工程實例，改進現澆式橋梁施工技術，使其操作難度大大下降，顯著提高工程質量。

1 現澆式橋梁施工的缺點

（1）施工周期長。我國橋梁施工過多地使用人工操作，設備機械化程度和構件預制程度低，大多就地現澆，此外我國北方冬季氣溫較低和南方夏季濕潤多雨都對施工進度造成了一定的影響。

（2）施工質量差。在傳統橋梁工程現場施工過程中，由于建材質量達不到國標現象比較普遍、農民工對橋梁常識及生產技能匱乏以及工程管理不科學等因素，使橋梁工程的質量很難得到保證。在實際工程中，經常出現橋墩混凝土保護層太小或露筋、橋墩表面不平整、精度差、混凝土強度不夠、均勻性差等現象，常出現蜂窩麻面、橋墩漏水等質量問題“。豆腐渣”工程層出不窮，橋梁施工的質量問題不斷地引起社會各界的關注[1]。

（3）勞動成本過高。傳統橋梁施工是勞動密集型行業，帶動了就業率，這一特征使橋梁施工成為接納農村勞動力的重點行業。近年來，由于農民工工資的逐年增長，這勢必造成橋梁施工的成本過高。

（4）資源浪費大。現澆施工中要使用大量的臨時支撐、腳手架模版等，這將造成大量鋼材、木材的消耗。

（5）環境污染嚴重。傳統施工現場的作業量較大、施工現場臟亂差、環境污染和擾民現象普遍。此外，隨著我國橋梁數量的增加，建筑垃圾的排放量巨大。

（6）施工安全性差。由于施工現場多為城市交通要道，對施工人員的生命安全造成很大的威脅。

2 裝配式橋墩的研究現狀

自20世紀90年代開始，美國聯邦公路局推動了橋梁快速施工技術的研發和工程應用，裝配式橋墩是其中的重要組成部分。我國裝配式橋墩技術研究起步較晚，通過借鑒吸收國外研究成果，基本實現了體系化和規模化。公路橋梁裝配式橋墩的預制構件運輸距離長、施工條件差，所以預制構件應滿足常規化運輸和常規化吊裝設備完成現場拼裝的基本需求；且同時應考慮到全國范圍內施工單位技術水平的不均衡，所以在快速建造工程中應選擇大容差、易施工的連接方案。目前，國內外針對橋梁下部結構預制構件發展了灌漿套筒連接、灌漿波紋管連接、預應力連接和承插式連接等多種連接方式，其中，灌漿套筒和灌漿波紋管連接方式對施工精度要求較高，在我國上海、長沙、石家莊和鄭州等多個城市應用推廣。預應力連接橋墩在強震作用下的耗能能力較現澆橋墩差，一般需要輔加內部耗能鋼筋或外部耗能裝置提高預制橋墩結構的耗能能力。承插式連接是將預制墩柱插入基礎或蓋梁的預留孔內，墩柱與基礎或蓋梁之間沒有鋼筋連接，僅通過預制墩柱與基礎或蓋梁之間的空隙填充混凝土或高強低收縮材料進行固定連接；基礎或蓋梁可以是現澆或預制構件，該連接構造在施工上較其他構造簡單，但需要一定的現場濕作業工程量，其力學性能取決于橋墩承插深度和灌漿料黏結性能。

從20世紀中期開始，我國就逐漸將裝配式橋梁技術應用于橋梁的下部構造中，從預制鋼筋籠開始，逐漸將裝配式技術運用到橋梁建造中。我國裝配式橋梁分階段前進，一開始，我國交通運輸業不發達，經濟水平發展較低，所以橋梁較為注重實用性來保證通行的需求，逐漸過渡到現在，裝配式橋梁全面發展。我國先開始的是裝配式橋梁下部構造的研究與應用。由于預制裝配式橋梁下部墩柱的抗震性能未能在學術界形成統一的意見，所以在早期應用的時候，僅在工期比較緊張、運輸比較簡單的情況下應用。隨著材料質量不斷提高、新技術新構造段被研發，再加上傳統建造模式的不足日益明顯以及國家不斷倡導發展綠色環保建筑，我國開始廣泛應用裝配式橋梁技術。

3 工程概況

正在建設的濟南至微山公路濟寧新機場至棗菏高速段是國家高速公路網的骨架部分和山東省高速公路網布局規劃“九縱、五橫、一環、七連”中的重要組成部分。濟南至微山公路濟寧段濟寧新機場至棗菏高速段項目第二合同段兗州高架橋、豐兗路分離立交、高新區高架橋、兗礦鐵路分離立交等橋梁下部結構采用預制拼裝。該工程存在大量的裝配式橋梁，其中運用最多的就是預制鋼筋籠現澆墩柱，不同工藝澆筑墩柱數量對比見圖1。本文從實際工程出發探討裝配式橋梁下部結構安裝施工技術。

圖1 不同工藝澆筑墩柱數量對比

4 施工工藝流程

4.1 施工前的準備工作

（1）由工程現場的技術人員校核驗算該橋梁的設計圖紙，校核過程包括復核樁的中心樁位，驗算裝配式樁基的高程和坐標等。校核無誤后，平整好并壓實墩柱外部的施工場地，指導堆放各種材料和工程機具以確保有足夠的空間停放起重機、運輸車、泵車等大型機械。

（2）材料準備：工程材料砂、碎石、水泥、鋼筋經檢驗合格，滿足墩柱施工需求，嚴格控制原材料的質量。試驗室做好混凝土配合比和各種原材料試驗工作，并報監理工程師批復；

（3）對拌和站性能進行檢查，并經試運行，確保處于良好狀態；

（4）對機具設備調試檢查和試運轉，確保機械正常工作，配備足夠的備件；

（5）試驗人員及時對原材料進行抽檢，檢測砂、碎石的含水量，根據理論配合比調整施工配合比；

（6）對進場定型鋼模按照有關驗收細則進行驗收，對尺寸進行檢驗、磨光刨光、試拼裝。

4.2 施工過程

該工程采用裝配式橋梁預制鋼筋籠現澆墩柱技術，施工過程見圖2。

圖2 現澆墩柱施工工藝流程

（1）清理墩臺下部承臺混凝土的表面并進行鑿毛處理，保持承臺預留鋼筋垂直，通過水準儀準確定墩柱的中心位置的標高、中軸線、四周外圍的邊線及立柱模板外圍邊線；定位后設置防護樁，便于后期墩柱中心復位。根據水準儀測出的墩柱周線，再一次測量墩柱底標高，在墩柱外邊線周圍使用高標號水泥砂漿抹帶，方便后期架設模具。

（2）架設腳手架。通常情況下一般采用扣件式鋼管搭設腳手架，腳手板可以由多種材料制作，包括鋼材、木材、竹等材料。每根立桿的底部都應該包括可以調節的支托底座，使立桿高度可以在5～15cm之間調節，安裝螺桿時，螺桿外徑與立桿內徑的間隙必須不大于30mm，并且要保證上下的螺桿和立桿同心。腳手架架設鋼管要求為橫平豎直，整齊明了，上下連貫，連接扣牢固，受到荷載保證安全，整體不變形、上下不發生搖晃。立桿采用一字型扣件對接，兩個相鄰立桿接頭不能設置在同步同跨范圍內，兩根相鄰的立桿在垂直方向的接頭距離小于步距的1/3，立桿的垂直偏差不大于架高的1/400，立桿在離地腳20cm處設置掃地桿。腳手架搭設順序為：先進行畫線放樣，在底部放置木制墊塊接著架設縱向掃地桿，然后架設立桿（加臨時拋桿），再放置橫向掃地桿，然后放置第一步縱向水平桿接著放置第一步橫向水平桿，之后架設第二步縱向水平桿，最后放置第二步橫向水平桿，以此類推，完成腳手架縱橫向搭設，然后鋪設腳手片。

（3）模板拼裝。要注意合理布置吊裝模板時的吊裝點，為了避免因為碰撞引起的劇烈變形，在吊車吊裝到指定地點時，下落速度一定要盡量放慢。吊裝時需要現場施工人員專門指揮，按之前對模板進行的編號逐塊起吊模板并進行組裝。圓柱形墩柱模板為兩個半圓形，安裝時先安放一側半圓，再安放另一側半圓，螺栓連接成圓，再與下節螺栓連接。之后澆筑混凝土，立柱澆注時應設減速漏斗和串筒，混凝土面與串筒底口距離必須小于2m，在整個澆筑過程中都應該用全站儀測量墩柱模板的垂直度，防止其發生傾斜，若發生傾斜應馬上停止澆筑將其回正。墩柱澆筑完成后應檢查其高度是否超出5cm，該距離便于后期連接蓋梁和立柱。用振搗棒振搗混凝土，避免混凝土發生分層現象。插入振搗棒的速度應較快，提出時的速度稍慢，并且在提出振搗棒的過程中應該邊提邊振搗，避免振搗棒在混凝土中留下孔洞。為保證上下兩層混凝土之間的結合質量，混凝土澆注后立即進行振搗，振搗時間一般需要控制在30s以上，使用振搗棒時一定要適度，必須避免漏搗和貼著墩柱模板振搗的情況出現。

（4）養護拆模。必須保證相應的養護條件和養護時間。

5 裝配式橋梁中現澆墩柱施工要點

5.1 墩柱鋼筋籠制作

隨著公路工程標準化施工的逐步推廣，公路工程施工標準化要求樁基、墩柱鋼筋籠采用全自動滾焊機加工，全自動滾焊機占地體積較大，在山區、丘陵地帶不適合進行施工[2]。因此野外作業大多選擇在鋼筋加工棚中綁扎、制作墩柱鋼筋籠。

鋼筋的綁扎順序：首先綁扎鋼筋籠的長軸，長軸綁扎固定好后再綁扎鋼筋籠的短軸，按照一定方向綁扎鋼筋籠，然后按照設計圖紙綁扎箍筋。綁扎鋼筋籠的鋼筋時，應先查看墩柱本身預埋的鋼筋籠，確保墩柱本身預埋鋼筋的準確性，在承臺表面，放置鋼筋籠時應通過模板支架進行定位，確保墩柱鋼筋的準確性。

因鋼筋本身材質的原因，鋼筋籠具有一定的支撐效果，但是為了保證鋼筋籠的垂直性，防止二次調直，因此在吊裝過程中應保證垂直起吊。鋼筋籠吊裝過程需要兩邊工人熟練配合，由工人手扶構件緩慢下落以保證墩柱預留鋼筋與鋼筋籠對接[3]。

5.2 澆筑墩柱

該工程在澆筑墩柱（圖3）前先進行承臺混凝土澆筑。承臺有兩個作用：（1）荷載傳遞。承受上部柱（或墩）之荷載并傳遞給樁基礎。（2）荷載分配。向樁基礎分布荷載。當承臺下有多個樁基時，承臺可以將荷載較均勻地分布各個樁體。

圖3 墩柱

墩柱模板采用定型鋼模板，分段分節安裝，安裝鋼模板前需要對承臺表面鑿毛，見圖4。

圖4 安裝墩柱模板

在底節模板安裝前需要拆除鋼筋籠加固攬風繩，并在承臺表面設置砂漿調平層，水泥砂漿調平層在配置模板時全部控制在5cm以內，以保證墩柱模板底面水平，模板安裝完成后檢查其平面位置、頂部標高、垂直度、節點連接及縱橫穩定性，確認合格后在模板四周設纜風繩加固，模板拼接縫處用止漿帶密封，防止漏漿。模板拼裝從承臺頂面起2/3高度范圍內安裝雙螺帽。

該工程使用混凝土泵車澆筑混凝土，為防止混凝土離析，串管底口距墩底不應大于2m。墩柱混凝土強度大于2.5MPa后即可拆除模板。

采用汽車吊及人工配合，按照“先上的后拆，后上的先拆”原則，由上而下逐節分塊拆除。

6 應用效果分析

裝配式橋梁技術不僅有更加可靠的質量，還有更加智能的鋼筋加工，通過在工廠內部進行預制構件，采用按照規范的標準施工。結合灌漿套筒、灌漿金屬波紋管等實現了構件的連接，保證了橋梁的安全可靠。

施工工期短是裝配式橋梁的主要優點之一。橋梁的各個構件可以同時施工，例如在進行樁基礎施工的同時，還可以進行墩柱、橋臺及梁板的預制，邊施工邊安裝。充分利用夜間交通干擾小的時間段，封鎖一至兩個車道，即可進行橋梁構件拼裝作業[4]。

安全系數較高，建造過程中取消了大型支架的使用，減少了高空作業的工人數量，降低了安全隱患，大大降低了現場工作人員高空墜落的風險，安全生產得到了進一步保障。同時，對連接材料和結構模型進行的多次模擬試驗和驗證，也確保了橋梁結構自身的安全。

造價方面，性價比高。由于裝配式橋梁還處在局部范圍內的小規模生產，造價會比普通的橋梁增加5%～10%，但在規模化生產之后，將會進一步降低，甚至持平。而另一方面，裝配式橋梁在節約交通疏解費，安全文明措施費，以及時間成本的同時，還進一步節約了大量人工成本和工期減少的管理成本，帶來了減少交通堵塞、粉塵污染、噪音污染和木材消耗等方面的社會效益。

7 結束語

在橋梁施工過程中，現場綁扎鋼筋籠施工周期比較長，成本比較高。該項目的現澆墩柱施工采用預制構件（鋼筋籠），現澆墩柱，在承臺鋼筋綁扎同時利用現有的MEP鋼筋加工設備、鋼筋胎架、龍門吊等進行加工、綁扎，控制精準、綁扎成型質量高，現場施工采用“模架一體化”（無落地腳手架）工藝，節省了現場腳手架搭設、鋼筋綁扎、架體材料的周轉時間及設備人員的投入，提高了工作效率，使工期大大縮短，大幅度減少了工程造價，大大提高了施工質量。

裝配式橋梁技術的優點是施工速度快、現場污染大幅度減少，安全系數高，符合國家節能減排的號召，裝配式橋梁結構在各類工程中雖已得到了部分應用，但還遠未完全推廣。在國家向更高能效、更低能耗、更低排放的號召下，裝配式橋梁技術發展的潛力巨大，必定邁向新的階段，向跨度更長、質量更高前進。