預(yù)制節(jié)段拼裝連續(xù)梁上部構(gòu)造特點(diǎn)

于 剛，張文慶，張春雷

（上海市政工程設(shè)計(jì)研究總院（集團(tuán)）有限公司，上海市 200092）

0 前言

橋梁節(jié)段預(yù)制拼裝施工工藝起源于歐洲。近十幾年內(nèi)，北美、西歐、日本等國相繼制定發(fā)布了節(jié)段式混凝土橋梁設(shè)計(jì)和施工規(guī)范或規(guī)程。1989年AASHTO制定發(fā)布了《節(jié)段式混凝土橋梁設(shè)計(jì)和施工指導(dǎo)性規(guī)范》（以下簡(jiǎn)稱“AASHTO規(guī)范”），并將預(yù)制節(jié)段體外預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)條款正式納入了1994年AASHTO橋梁設(shè)計(jì)規(guī)范。1998年AASHTO-PCI-ASBI聯(lián)合發(fā)布了預(yù)制節(jié)段箱梁標(biāo)準(zhǔn)。1990年CEB-FIP設(shè)計(jì)規(guī)范也納入了節(jié)段式混凝土橋梁設(shè)計(jì)條款，部分施工建議條款。1999年德國發(fā)布了體外預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)指南。由于預(yù)制節(jié)段拼裝技術(shù)在我國系統(tǒng)的應(yīng)用與研究開展得較晚，到目前為止只有2006年建設(shè)部發(fā)布的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁預(yù)制節(jié)段逐跨拼裝施工技術(shù)規(guī)程》（CJJ/T 111-2006）。同濟(jì)大學(xué)編寫的《公路體外預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁設(shè)計(jì)指南》（以下簡(jiǎn)稱“指南”）對(duì)預(yù)制節(jié)段拼裝、體外預(yù)應(yīng)力橋梁的設(shè)計(jì)作了比較詳細(xì)的規(guī)定，目前處于送審稿階段，尚未正式實(shí)行。該指南實(shí)行后，將成為國內(nèi)預(yù)制節(jié)段拼裝橋梁設(shè)計(jì)的主要依據(jù)。

預(yù)制節(jié)段拼裝橋梁越來越受到工程界的重視[1,5,6]，在國內(nèi)外有多個(gè)工程應(yīng)用，其中主要工程參數(shù)見表1、表2。

預(yù)制節(jié)段拼裝橋梁主要有以下特點(diǎn)：

（1）橋梁節(jié)段工廠化預(yù)制，施工質(zhì)量有保證，節(jié)省橋梁現(xiàn)場(chǎng)施工的空間和時(shí)間。

（2）城市高架中，預(yù)制節(jié)段拼裝橋梁施工對(duì)交通和環(huán)境的影響小，有效減小了施工對(duì)社會(huì)的次生不利影響。

（3）體外預(yù)應(yīng)力的大量運(yùn)用和良好的施工質(zhì)量使橋梁耐久性更有保證，橋梁全壽命花費(fèi)和能源消耗少。

（4）大規(guī)模運(yùn)用，施工機(jī)械化程度高，能使造價(jià)趨于經(jīng)濟(jì)。

（5）預(yù)制節(jié)段養(yǎng)護(hù)時(shí)間長，加載齡期晚，成橋后梁體的徐變變形以及預(yù)應(yīng)力的長期損失都較現(xiàn)澆梁小。

當(dāng)然，節(jié)段拼裝的成功運(yùn)用也需要輔以精心的設(shè)計(jì)和施工控制。設(shè)計(jì)過程需要模擬節(jié)段拼裝施工過程并按有利于節(jié)段拼裝施工的方向來進(jìn)行構(gòu)造設(shè)計(jì)和配置預(yù)應(yīng)力鋼束。施工時(shí)，需要對(duì)預(yù)制節(jié)段進(jìn)行精確的尺寸控制及安裝定位測(cè)控。研究分析[2]表明，體外預(yù)應(yīng)力的應(yīng)用，能夠有效減輕結(jié)構(gòu)自重，而且具有施工方便，便于檢查和更換的特點(diǎn)，適合用于節(jié)段拼裝橋梁結(jié)構(gòu)。綜合當(dāng)前已建成橋梁經(jīng)驗(yàn)，本文對(duì)采用體內(nèi)體外預(yù)應(yīng)力綜合配筋的節(jié)段預(yù)制拼裝大箱連續(xù)梁上部結(jié)構(gòu)構(gòu)造進(jìn)行了構(gòu)造分析。

1 構(gòu)造特點(diǎn)

預(yù)制節(jié)段構(gòu)造輪廓尺寸及細(xì)部尺寸擬定時(shí)，首要考慮適應(yīng)預(yù)制節(jié)段的模塊化。節(jié)段長度受到運(yùn)輸尺寸限制，如采用陸路運(yùn)輸，節(jié)段長度一般采用2.5～3.5 m；如采用水路運(yùn)輸，節(jié)段長度可適當(dāng)放大。節(jié)段構(gòu)造尺寸應(yīng)盡量一致，尺寸變化也要便于預(yù)制施工。同一工程中，預(yù)制節(jié)段的類型應(yīng)盡量少。

位于道路平曲線或豎曲線段內(nèi)的預(yù)制節(jié)段梁[3]，應(yīng)采用節(jié)段設(shè)計(jì)長度割線劃分梁的平面軸線或立面軸線，將割線作為軸線形成平面或立面折線形的節(jié)段式梁，并使各節(jié)段一端的接縫與割線軸線垂直。這樣的節(jié)段劃分與連接方法，雖然不能保證箱梁表面與線形的光滑，但對(duì)節(jié)段預(yù)制施工帶來很大方便，并且能有效控制節(jié)段預(yù)制和拼裝精度。在預(yù)制節(jié)段長度內(nèi)，每個(gè)節(jié)段都為直線，箱梁的豎曲線將在節(jié)段拼裝完成后利用橋面鋪裝層修正，平曲線可以通過懸臂端部的部分現(xiàn)澆形成，見圖1。

表1 國內(nèi)主要的預(yù)制節(jié)段拼裝橋梁

表2 國外主要的預(yù)制節(jié)段拼裝橋梁

圖1 平曲線及豎曲線橋梁節(jié)段劃分

實(shí)際工程中，如果難以做到所有的梁等跨布置，則應(yīng)通過合理的設(shè)計(jì)使各跨梁高相等。對(duì)于斜腹板箱梁，如出現(xiàn)少量大跨橋梁必須采用變高度梁，則應(yīng)保持斜腹板高度不變，變高段采用等寬加高的方式，見圖2。

圖2 預(yù)制節(jié)段拼裝箱梁變高度方式

1.1 頂板底板腹板變厚設(shè)計(jì)

考慮到便于節(jié)段預(yù)制模板系統(tǒng)操作，箱梁頂板、底板或腹板如需變厚，厚度的變化不宜漸變，而應(yīng)在節(jié)段分段處突變，這樣便于預(yù)制節(jié)段模板的調(diào)整。腹板厚度突變實(shí)例照片見圖3。

圖3 預(yù)制節(jié)段腹板厚度變化方式

1.2 剪力鍵

由于沒有普通鋼筋穿過預(yù)制節(jié)段的接縫，必須設(shè)置特殊的構(gòu)造承受與傳遞剪力，并能使節(jié)段拼裝連接方便、準(zhǔn)確。這種構(gòu)造通常稱為剪力鍵。

腹板內(nèi)剪力鍵，主要承受與傳遞接縫截面在正常受力情況下的剪力；頂板內(nèi)剪力鍵，主要用于傳遞接縫位置橋面車輛荷載引起的剪力，協(xié)助節(jié)段拼裝鑲嵌對(duì)接定位；底板內(nèi)剪力鍵，主要用于協(xié)助節(jié)段拼裝時(shí)的鑲嵌對(duì)接定位；腹板與頂板和底板結(jié)合區(qū)的剪力鍵，主要用于因超載等原因造成接縫開展后的剪力傳遞。剪力鍵布置見圖4。

圖4 剪力鍵布置示例

為了美觀和便于環(huán)氧膠體擠出，腹板剪力鍵宜靠?jī)?nèi)側(cè)設(shè)置；頂板的剪力鍵應(yīng)承受橋面局部荷載作用，應(yīng)設(shè)在頂板的中間位置，為便于環(huán)氧膠體擠出，宜在上側(cè)設(shè)置出膠槽；底板及其它位置的剪力鍵均由箱梁內(nèi)側(cè)設(shè)出膠槽。為便于節(jié)段密接匹配預(yù)制時(shí)脫模，拼裝時(shí)鑲嵌對(duì)接及擠出多余的環(huán)氧膠體，剪力鍵一般構(gòu)造成凹凸密接的棱臺(tái)狀。鍵槽與鍵塊上、下側(cè)面的傾斜角應(yīng)接近45°，以便在重力及膠體固化前潤滑作用下，鍵塊（槽）將所受剪力傳遞至節(jié)段端面的受力鋼筋。為了使剪力鍵有效地承受及傳遞接縫剪力，《指南》對(duì)剪力鍵尺寸做了量化構(gòu)造規(guī)定，供設(shè)計(jì)參考。

1.3 接縫

預(yù)制節(jié)段的接縫主要有濕接縫、干接縫、膠接縫三種形式。

濕接縫通常指的是拼裝與0號(hào)塊連接的第一節(jié)段時(shí)，需要對(duì)預(yù)留鋼筋進(jìn)行焊接的接縫。在滿足抗剪強(qiáng)度要求的情況下，也可以采用無伸出鋼筋僅填筑水泥砂漿的平面濕接縫。濕接縫施工占用工時(shí)多，但有利于調(diào)整節(jié)段的位置和增強(qiáng)接頭的整體性?，F(xiàn)澆接縫的寬度應(yīng)允許體內(nèi)預(yù)應(yīng)力管道連接和混凝土澆筑振搗，但現(xiàn)澆接縫內(nèi)通常不配置普通鋼筋故寬度應(yīng)盡量小。例如崇啟大橋引橋、蘇通大橋引橋濕接縫寬度為15 cm，上海長江大橋引橋濕接縫長度為20 cm。濕接縫處體內(nèi)預(yù)應(yīng)力鋼束管道應(yīng)采用專用的連接管件，否則無法達(dá)到線性平順及限制接縫寬度的要求。為了滿足現(xiàn)澆濕接縫的受力，預(yù)制節(jié)段的端面應(yīng)設(shè)置剪力鍵或進(jìn)行鑿毛露出粗骨料。

干接縫[4]指節(jié)段接縫不涂任何粘結(jié)材料而直接相拼的接縫。密貼的平面或齒形干接縫可簡(jiǎn)化拼裝工作，但由于接縫滲水會(huì)嚴(yán)重降低拼裝結(jié)構(gòu)的運(yùn)營質(zhì)量和耐久性，故很少采用。

膠接縫是節(jié)段拼裝中最廣泛采用的接縫形式，相鄰節(jié)段用環(huán)氧樹脂膠粘結(jié)在一起。膠接縫能起到防水作用，從而提高結(jié)構(gòu)的耐久性。

1.4 體外預(yù)應(yīng)力

體外預(yù)應(yīng)力系統(tǒng)一般應(yīng)包括四個(gè)基本部分：體外預(yù)應(yīng)力索、錨固系統(tǒng)、轉(zhuǎn)向裝置及減振裝置，見圖5。

圖5 體外預(yù)應(yīng)力系統(tǒng)的基本組成

體外預(yù)應(yīng)力索體由體外預(yù)應(yīng)力束、防腐材料（填充料）和外護(hù)套組成。體外預(yù)應(yīng)力束多采環(huán)氧涂覆鋼絞線束；多采用油脂填充；外護(hù)套多采用HDPE管道。

體外預(yù)應(yīng)力鋼束的錨固系統(tǒng)由錨具和錨固構(gòu)造組成，鋼束的錨固作用通過錨固構(gòu)造傳遞至梁體；常見的錨固構(gòu)造有錨固橫梁和錨固凸塊。

體外預(yù)應(yīng)力鋼束的轉(zhuǎn)向裝置由轉(zhuǎn)向器和轉(zhuǎn)向構(gòu)造組成，鋼束的彎曲段由轉(zhuǎn)向器直接支承，并通過轉(zhuǎn)向構(gòu)造傳遞到梁體；轉(zhuǎn)向器形式分為有分絲式和整體式，轉(zhuǎn)向構(gòu)造有塊式、底橫肋式、豎肋式、豎橫肋式。

體外索的減振裝置應(yīng)由隔振材料和定位構(gòu)造組成。

2 臨時(shí)施工構(gòu)造

預(yù)制節(jié)段拼裝橋梁結(jié)構(gòu)中常見的臨時(shí)構(gòu)造有：預(yù)制節(jié)段臨時(shí)吊點(diǎn)構(gòu)造，預(yù)制節(jié)段臨時(shí)預(yù)應(yīng)力錨固構(gòu)造，墩頂臨時(shí)固結(jié)構(gòu)造以及濕接縫臨時(shí)定位裝置。

箱梁臨時(shí)吊點(diǎn)通常設(shè)在腹板內(nèi)側(cè)頂板加腋處，每側(cè)設(shè)2個(gè)，每個(gè)節(jié)段共4個(gè)吊點(diǎn)。吊點(diǎn)處開孔使吊索穿過，頂板底面預(yù)埋鋼板，見圖6。

圖6 預(yù)制節(jié)段梁臨時(shí)吊點(diǎn)

節(jié)段拼裝時(shí)，為了在膠接縫處施加均勻壓應(yīng)力，通常在節(jié)段頂板、底板及挑臂處張拉臨時(shí)預(yù)應(yīng)力。臨時(shí)預(yù)應(yīng)力筋一般采用精軋螺紋鋼筋，錨固于預(yù)設(shè)在節(jié)段上的鋼結(jié)構(gòu)錨固裝置上，見圖7。布置臨時(shí)預(yù)應(yīng)力時(shí)，應(yīng)對(duì)節(jié)段局部受力進(jìn)行驗(yàn)算。

圖7 臨時(shí)預(yù)應(yīng)力構(gòu)造圖

3 構(gòu)造設(shè)計(jì)

針對(duì)本文給出的預(yù)制節(jié)段拼裝連續(xù)梁共性構(gòu)造的設(shè)計(jì)，表3給出了需要進(jìn)行設(shè)計(jì)分析的內(nèi)容建議以及參考規(guī)范。

4 結(jié)論及有待研究的問題

本文對(duì)預(yù)制節(jié)段拼裝連續(xù)梁的共性構(gòu)造特點(diǎn)進(jìn)行了分析，從構(gòu)造特點(diǎn)以及已建橋梁應(yīng)用來看，城市高架連續(xù)梁橋宜采用體內(nèi)束與體外束綜合配筋方案；在進(jìn)行截面選擇時(shí)，宜選用大箱梁以便于預(yù)制時(shí)有足夠的模板空間；節(jié)段結(jié)合面宜選用帶剪力鍵的膠接縫連接形式。

表3 構(gòu)造設(shè)計(jì)內(nèi)容及參考規(guī)范

城市高架連續(xù)梁加入了體外預(yù)應(yīng)力筋后，可以有效節(jié)省截面腹板尺寸，并且極大的提高了施工效率，但體外預(yù)應(yīng)力束合理的占比還需要結(jié)合具體工程計(jì)算確定。另外，在城市立交橋應(yīng)用中，匝道和主線交匯處往往輪廓不規(guī)則，這與模塊化預(yù)制的施工方法之間存在著矛盾，匝道與主線交匯的異型段構(gòu)造細(xì)節(jié)還有待更深入研究。

[1]蔣海里.橋梁預(yù)制節(jié)段拼裝技術(shù)在城市建設(shè)中的應(yīng)用[J].城市道橋與防洪,2010(9):48-52.

[2]上海市政工程設(shè)計(jì)研究總院.城市高架橋梁節(jié)段預(yù)制拼裝技術(shù)研究報(bào)告[R].2011.

[3]李國平.節(jié)段式體外預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁的構(gòu)造[A].中國預(yù)應(yīng)力技術(shù)五十年暨第九屆后張預(yù)應(yīng)力學(xué)術(shù)交流會(huì)論文[C].2006,78-84.

[4]李國平.干接縫節(jié)段式預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁的優(yōu)勢(shì)與缺陷[J].中國市政工程,2007(A02):54-55.

[5]李堅(jiān),陸元春.預(yù)制節(jié)段混凝土橋梁的設(shè)計(jì)與工程實(shí)踐[J].城市道橋與防洪,2003(6):35-38.

[6]劉亞東,秦宗平,金衛(wèi)兵.預(yù)制節(jié)段拼裝連續(xù)梁橋設(shè)計(jì)要點(diǎn)和施工關(guān)鍵技術(shù)[J].鐵道建筑技術(shù),2006(5):50-55.