城市高架預(yù)制裝配式橋梁方案研究

郭憶

（同濟(jì)大學(xué)建筑設(shè)計(jì)研究院（集團(tuán)）有限公司，上海市200092）

城市高架預(yù)制裝配式橋梁方案研究

郭憶

（同濟(jì)大學(xué)建筑設(shè)計(jì)研究院（集團(tuán)）有限公司，上海市200092）

預(yù)制拼裝橋梁實(shí)現(xiàn)工業(yè)化，可以提高國內(nèi)橋梁建設(shè)水平、減少施工對(duì)環(huán)境、交通的影響，勢必帶來良好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。針對(duì)目前國內(nèi)外城市高架裝配式橋梁的發(fā)展進(jìn)行了整理和歸納，提出了適合目前階段中國國情的裝配式橋梁設(shè)計(jì)方案，并對(duì)其中較難處理的六車道、八車道斷面的倒T型蓋梁預(yù)制安裝方案進(jìn)行了針對(duì)性研究。

預(yù)制裝配式；蓋梁；高架

0 引言

橋梁作為一種特殊的建筑，在新型工業(yè)化的時(shí)代背景下，其工業(yè)化勢在必行。橋梁工業(yè)化的具體體現(xiàn)是預(yù)制拼裝橋梁結(jié)構(gòu)方案。

所謂預(yù)制裝配橋梁，是一種將混凝土橋梁上部和下部結(jié)構(gòu)的主要構(gòu)件在工廠或預(yù)制場集中預(yù)制、現(xiàn)場拼裝的橋梁[1]。相對(duì)傳統(tǒng)施工方法，預(yù)制裝配橋梁具有縮短工期、降低施工干擾、提高工程質(zhì)量、降低工程成本等優(yōu)點(diǎn)[2]。

1 預(yù)制裝配式上部結(jié)構(gòu)發(fā)展?fàn)顩r

預(yù)制裝配式上部結(jié)構(gòu)形式主要分為橫向劃塊和縱向劃塊兩種。橫向劃塊即預(yù)制節(jié)段拼裝橋梁（見圖1），縱向劃塊即傳統(tǒng)的空心板、小箱梁（見圖2）、T梁以及國外常用的槽型梁（見圖3）結(jié)構(gòu)等。

圖1 預(yù)制節(jié)段拼裝城市高架

圖2 預(yù)制小箱梁

圖3 預(yù)制槽型梁

在城市高架立交上，預(yù)制節(jié)段拼裝已有一定的應(yīng)用，例如上海的滬閔二期項(xiàng)目。但在實(shí)際使用過程中，由于城市高架變寬段較多，標(biāo)準(zhǔn)段所占比重相對(duì)較小，仍然大量采用了現(xiàn)澆段或鋼箱結(jié)構(gòu)，因此無論從工期還是從造價(jià)角度，在城市高架立交工程中采用這種預(yù)制節(jié)段拼裝的意義不大。

空心板由于跨徑小，外觀相對(duì)較差、連接部位（鉸縫）病害多等原因，在城市高架中使用較少。小箱梁結(jié)構(gòu)跨越能力強(qiáng)、自身剛度大、橫向連接相對(duì)可靠。針對(duì)城市高架變寬段，僅需將小箱梁做扇形布置即具有較好的適應(yīng)性。以往交通部預(yù)制小箱梁通用圖適用于簡支變連續(xù)的結(jié)構(gòu)，對(duì)于城市高架橋梁，受上下匝道布置及凈空等條件約束，以及考慮橋梁景觀，往往不適合采用蓋梁高度較高的簡支變連續(xù)結(jié)構(gòu)。在鄭州南三環(huán)東延項(xiàng)目、107輔道項(xiàng)目、上海嘉閔高架、S3公路等項(xiàng)目中，均采用了簡支預(yù)應(yīng)力小箱梁結(jié)構(gòu)結(jié)合倒T型蓋梁下部結(jié)構(gòu)。上海市結(jié)合嘉閔高架等項(xiàng)目，還編制了上海地區(qū)預(yù)制簡支小箱梁的通用圖。這種小箱梁整體剛度優(yōu)于傳統(tǒng)小箱梁，但起吊質(zhì)量大，考慮到全國范圍內(nèi)施工單位的普遍吊裝能力，宜以交通部預(yù)制小箱梁通用圖為基礎(chǔ)來設(shè)計(jì)預(yù)制簡支小箱梁。

由于國外發(fā)達(dá)國家施工機(jī)械技術(shù)先進(jìn)、人工成本相對(duì)較高，裝配式橋梁得到了廣泛的應(yīng)用。美國常用的裝配式橋梁上部結(jié)構(gòu)包括板梁、工字形梁、π型梁、箱型梁。西班牙采用預(yù)制拼裝的案例較多，包括工字形梁、T型梁、槽形梁等等。其中20 m以下采用預(yù)制工字形梁，后澆橋面板。20 m以上采用縱向預(yù)制槽型梁，然后架設(shè)橋面板底模和鋼筋，最后澆筑橋面板。日本的預(yù)制橋梁應(yīng)用也較為廣泛，并且形成了比較完備的預(yù)制構(gòu)件成品手冊目錄。在傳統(tǒng)空心板梁、T梁的基礎(chǔ)上，支點(diǎn)增設(shè)了橫向預(yù)應(yīng)力，增強(qiáng)了橋梁受力的整體性。

2 預(yù)制裝配式下部結(jié)構(gòu)發(fā)展?fàn)顩r

上海地區(qū)近年來一些橋梁蓋梁、立柱采用裝配式。上海S6公路采用立柱鋼筋模塊化施工，縮短了立柱施工周期，保證了立柱鋼筋加工的精度和質(zhì)量[3]。S6公路還進(jìn)行了少量立柱蓋梁預(yù)制拼裝，然后在嘉閔高架、虹梅路高架、S3公路上推廣（見圖4～圖6）。

圖4 立柱工廠預(yù)制、現(xiàn)場安裝

圖5 蓋梁預(yù)制，現(xiàn)場吊裝

圖6 上層蓋梁現(xiàn)場澆筑

目前預(yù)制立柱主要采用套筒和波紋管兩種連接方式，從立柱受力、抗震性能及施工工藝都可以滿足設(shè)計(jì)和施工要求[1]。立柱也可采用有粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋連接方式，在抗震時(shí)具有與現(xiàn)澆混凝土橋墩相近的變形能力，但耗能能力較弱[1]。預(yù)制立柱抗震模型試驗(yàn)見圖7。

圖7 預(yù)制立柱抗震模型試驗(yàn)

3 適合中國目前國情的裝配式方案

由于目前國內(nèi)對(duì)預(yù)制裝配式橋梁的研究尚處于起步階段，而大規(guī)模的應(yīng)用應(yīng)當(dāng)基于相對(duì)成熟的技術(shù)和工藝。綜合前文中的各種結(jié)構(gòu)方案，建議近期可采用簡支小箱梁和倒T型蓋梁的方案；遠(yuǎn)期學(xué)習(xí)國外槽型梁等先進(jìn)的預(yù)制拼裝理念和技術(shù)，使得高架立交外形更加美觀和多樣化。

對(duì)于小箱梁上部結(jié)構(gòu)，由于上海預(yù)制小箱梁通用圖吊裝質(zhì)量大，根據(jù)中國目前的施工水平，建議上部結(jié)構(gòu)采用交通部小箱梁控制吊重。

以往交通部標(biāo)準(zhǔn)圖的小箱梁在使用中，還存在腹板、底板振搗困難，腹板容易開裂等問題。經(jīng)過計(jì)算研究，建議上部結(jié)構(gòu)在交通部小箱梁標(biāo)準(zhǔn)圖的基礎(chǔ)上將腹板和底板厚度從180 mm增大到200 mm，便于施工時(shí)混凝土澆筑和振搗?？v向濕接縫的寬度控制在0.4～1.0 m之間，端橫梁厚度為0.3 m，在跨中位置設(shè)置中隔板，厚度為0.3 m。同時(shí)根據(jù)計(jì)算結(jié)果適當(dāng)增加腹板的箍筋直徑。

下部結(jié)構(gòu)采用預(yù)制立柱倒T型蓋梁。蓋梁預(yù)制不僅可以解決城市道路保通的難題，而且能大大縮短工期，降低施工帶來的社會(huì)影響，意義更加重大。立柱預(yù)制相對(duì)蓋梁而言，需求不十分迫切。同時(shí)因?yàn)轭A(yù)制立柱精度要求高，對(duì)于精度要求達(dá)不到的地區(qū)，可以采用立柱鋼筋模塊化生產(chǎn)，這同樣可以起到縮短現(xiàn)場工期、省去立柱支架的效果。

4 城市高架常用斷面裝配式解決方案

城市高架常用標(biāo)準(zhǔn)寬度包括單向兩車道、雙向四車道、雙向六車道、雙向八車道。上部小箱梁為常規(guī)結(jié)構(gòu)。立柱鋼筋模塊化施工或預(yù)制安裝相對(duì)比較成熟，對(duì)保通基本沒有影響。本文主要研究對(duì)象是蓋梁的節(jié)段劃分和預(yù)制安裝。

預(yù)制蓋梁的核心關(guān)鍵技術(shù)在于：

（1）控制節(jié)段吊裝質(zhì)量的合理節(jié)段劃分。根據(jù)上海地區(qū)的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，節(jié)段質(zhì)量一般控制在180 t以下，個(gè)別情況控制在200 t左右，可以采用兩臺(tái)汽車吊進(jìn)行現(xiàn)場吊裝。

（2）與地面交通保通相結(jié)合的施工方案。2車道～4車道斷面蓋梁尺寸較小，可以一次性吊裝，在上海地區(qū)以往工程中應(yīng)用已經(jīng)比較成熟，本文不再贅述。主要針對(duì)難度相對(duì)較大的6車道和8車道斷面方案進(jìn)行研究。

4.1 雙向6車道斷面

方案一:先吊裝下層蓋梁，上層蓋梁現(xiàn)場澆筑,如圖8所示。蓋梁方量為116 m3，其中，預(yù)制部分為76 m3,總質(zhì)量197.6 t?；静挥绊懯┕けＭ?。

圖8 雙向六車道斷面預(yù)制蓋梁構(gòu)造方案一

方案二:蓋梁分兩段吊裝，當(dāng)中設(shè)置吊架現(xiàn)澆后澆帶，如圖9所示。預(yù)制部分為2×54 m3,單片起吊質(zhì)量140 t。地面道路設(shè)置臨時(shí)墩，可以保證來往四個(gè)車道的臨時(shí)通行。

方案三：蓋梁分兩段吊裝，蓋梁底段伸出部分充當(dāng)上段合攏段的底模，如圖10所示。預(yù)制部分為2×53 m3,單片起吊質(zhì)量137.8 t。地面道路設(shè)置臨時(shí)墩，可以保證來往四個(gè)車道的臨時(shí)通行。

6車道預(yù)制拼裝蓋梁方案比選見表1。

圖9 雙向六車道斷面預(yù)制蓋梁構(gòu)造方案二

圖10 雙向六車道斷面預(yù)制蓋梁構(gòu)造方案三

表1 六車道斷面3種預(yù)制拼裝蓋梁方案比選

4.2 雙向8車道斷面

方案一：蓋梁分兩段吊裝，當(dāng)中設(shè)置支架現(xiàn)澆后澆帶，同上層蓋梁一起澆筑，如圖11所示。蓋梁方量為199 m3，預(yù)制部分為2×45.5 m3，單片起吊質(zhì)量118 t；地面道路設(shè)置臨時(shí)墩，可以保證來往6個(gè)車道的臨時(shí)通行。

圖11 雙向八車道斷面預(yù)制蓋梁構(gòu)造方案一

方案二：蓋梁分兩段吊裝，當(dāng)中設(shè)置支架現(xiàn)澆后澆帶，下段蓋梁伸出部分可作為現(xiàn)澆段的底模，如圖12所示。預(yù)制部分為2×77.7 m3，單片起吊質(zhì)量202 t；地面道路設(shè)置臨時(shí)墩，可以保證來往6個(gè)車道的臨時(shí)通行。

圖12 雙向八車道斷面預(yù)制蓋梁構(gòu)造方案二

方案三：蓋梁分三段吊裝，先吊裝中間段，利用吊架吊裝兩側(cè)預(yù)制段，臨時(shí)固定后澆筑后澆混凝土，如圖13所示。預(yù)制部分為76（50）m3，單片起吊質(zhì)量197 t（130 t）；地面不設(shè)臨時(shí)支撐，基本不影響施工保通。

圖13 雙向八車道斷面預(yù)制蓋梁構(gòu)造方案三

八車道預(yù)制拼裝蓋梁方案比選見表2。

表2 八車道斷面3種預(yù)制拼裝蓋梁方案比選

5 施工階段保通措施

有研究表明六車道高架（地面雙向六車道）采用預(yù)制拼裝立柱蓋梁的施工方法相比傳統(tǒng)現(xiàn)澆法，其臨時(shí)占地寬度節(jié)約7.04～10.25 m，相對(duì)節(jié)約25%～37%[4]。本文以高架雙向8車道，地面雙向8車道，總寬60 m，蓋梁構(gòu)造方案一為例，其施工保通方案見表3。

表3 8車道蓋梁施工交通組織示意圖

6 結(jié)語

本文對(duì)目前國內(nèi)外城市高架裝配式橋梁的發(fā)展進(jìn)行了整理和歸納，提出了適合目前階段中國國情的裝配式橋梁設(shè)計(jì)方案，并對(duì)其中較難處理的6車道、8車道斷面的倒T型蓋梁預(yù)制安裝方案進(jìn)行了研究。希望該研究成果能給設(shè)計(jì)同行以借鑒的作用，以促進(jìn)國內(nèi)裝配式橋梁的快速發(fā)展。

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[4]張本良.城市快速路橋梁預(yù)制拼裝施工期間的地面道路通行效益分析[J].中國市政工程，2016（4）:87.

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1009-7716（2017）06-0095-04

10.16799/j.cnki.csdqyfh.2017.06.027

2017-03-17

郭憶（1977-），女，江蘇常熟人，工程師，從事橋梁設(shè)計(jì)工作。