裝配式結(jié)構(gòu)的應(yīng)用探討

尼景升

（河南省漯河市市政工程設(shè)計(jì)院，河南 漯河 462001）

0 引言

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，環(huán)保問題、快速建造問題、節(jié)約人工問題及標(biāo)準(zhǔn)化等問題逐步受到工程建設(shè)者的重視。因此，組裝式結(jié)構(gòu)在最近幾年得到了廣泛的研究和發(fā)展，并且得到了較多應(yīng)用。同時(shí)，這也是踐行綠色交通，樹立創(chuàng)新、協(xié)調(diào)、綠色、開放、共享五大發(fā)展理念，落實(shí)“四個(gè)交通”發(fā)展要求，促進(jìn)公路發(fā)展轉(zhuǎn)型升級(jí)的重要體現(xiàn)。因此，橋梁工程領(lǐng)域?qū)窐蚝こ痰念A(yù)制化、標(biāo)準(zhǔn)化、工業(yè)化、產(chǎn)業(yè)化提出了更多、更高要求，公路工業(yè)化已經(jīng)成為公路建設(shè)發(fā)展的方向與標(biāo)準(zhǔn)[1]。

基于綠色公路標(biāo)準(zhǔn)化、工業(yè)化建造需要，近幾年，部分省份已率先走在了發(fā)展的前沿，如：安徽省、上海市、河南省等，這些省份在工程設(shè)計(jì)中結(jié)合項(xiàng)目特點(diǎn)，先后在“體系與結(jié)構(gòu)創(chuàng)新、構(gòu)件標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)、工藝研究與流程再造、標(biāo)準(zhǔn)體系建立、信息管理與技術(shù)綜合”等方面，形成系列關(guān)鍵技術(shù)，依托自身技術(shù)優(yōu)勢，成功研發(fā)、設(shè)計(jì)和應(yīng)用多種在結(jié)構(gòu)上具有明顯創(chuàng)新和突破、并經(jīng)過工程應(yīng)用的系列標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了集約、高效、安全、環(huán)保、經(jīng)濟(jì)的目標(biāo)，綜合效益顯著，符合當(dāng)前國家對(duì)推行綠色公路、發(fā)展四個(gè)交通的政策要求，引領(lǐng)當(dāng)下綠色公路發(fā)展新變革、新方向[2]。以下將對(duì)橋梁上裝配式技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用進(jìn)行闡述。

1 裝配式混凝土通道技術(shù)

行業(yè)傳統(tǒng)：公路通道結(jié)構(gòu)單一、施工工法單一，存在結(jié)構(gòu)承載力差、現(xiàn)澆工序冗雜、工期長、質(zhì)量控制難、施工環(huán)境粗放、與路基施工干擾等詬病，經(jīng)濟(jì)性差。

技術(shù)特點(diǎn)：采用一種預(yù)制裝配式鋼筋混凝土通道設(shè)計(jì)與施工技術(shù)，將通道設(shè)計(jì)成預(yù)制拼裝構(gòu)件，型號(hào)通用多樣，采用集中預(yù)制、現(xiàn)場裝配施工，代替?zhèn)鹘y(tǒng)現(xiàn)澆公路通道。

技術(shù)優(yōu)勢：標(biāo)準(zhǔn)化、工廠化、機(jī)械化，縮短工期，降低造價(jià)。

技術(shù)成果：裝配式混凝土通道系國內(nèi)首次提出并進(jìn)行系統(tǒng)技術(shù)研究，作為一種持續(xù)改進(jìn)的創(chuàng)新型標(biāo)準(zhǔn)化結(jié)構(gòu)，適應(yīng)了綠色公路的標(biāo)準(zhǔn)化、工廠化發(fā)展方向，追求高效率、高質(zhì)量、高效益建設(shè)目標(biāo)，設(shè)計(jì)和施工技術(shù)成熟，產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)化和工業(yè)化程度較高，近五年連續(xù)規(guī)?；瘧?yīng)用于徐州至明光、安徽北沿江等國內(nèi)11個(gè)公路項(xiàng)目中，通道總長度9.7萬m，節(jié)約投資8 424萬元，直接成本較傳統(tǒng)現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)降低10%～16%，施工文明化和標(biāo)準(zhǔn)化程度明顯提高，保護(hù)環(huán)境、節(jié)約資源，綜合效益顯著，已經(jīng)成為綠色公路技術(shù)的典型示范[3-5]。裝配式通道技術(shù)見圖1，應(yīng)用見表1。

2 公路高強(qiáng)預(yù)制墩技術(shù)

行業(yè)傳統(tǒng)：多采用現(xiàn)澆工藝，現(xiàn)場工序多、工期長、施工環(huán)境粗放、受自然環(huán)境影響大、施工質(zhì)量控制難，經(jīng)濟(jì)性較差。

圖1 裝配式通道技術(shù)

表1 裝配式通道工程應(yīng)用經(jīng)濟(jì)效益統(tǒng)計(jì)

技術(shù)特點(diǎn)：充分發(fā)揮高強(qiáng)預(yù)制墩的快速化、通用性和經(jīng)濟(jì)性優(yōu)勢，廣泛應(yīng)用于橋涵工程、搶險(xiǎn)救災(zāi)、工程輔助設(shè)施等領(lǐng)域。

技術(shù)優(yōu)勢：預(yù)制墩構(gòu)件采用節(jié)段化、工廠化，質(zhì)量系統(tǒng)易控，便于運(yùn)輸和安裝，工序簡單，受力可靠，節(jié)能環(huán)保，降低造價(jià)[5]。

技術(shù)成果：采用高強(qiáng)混凝土與離心法工藝，工廠流水化、標(biāo)準(zhǔn)化、機(jī)械化作業(yè)，產(chǎn)品質(zhì)量安全可靠，通過規(guī)?；瘧?yīng)用比傳統(tǒng)現(xiàn)澆墩節(jié)約造價(jià)20%以上，節(jié)約工期1/3以上，施工質(zhì)量系統(tǒng)易控。對(duì)預(yù)制墩接頭設(shè)計(jì)與施工技術(shù)、預(yù)制墩施工質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)研究取得積極成果。公路預(yù)制墩應(yīng)用見圖2。

圖2 公路高強(qiáng)預(yù)制墩應(yīng)用

3 小型構(gòu)件工廠化與標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)

行業(yè)傳統(tǒng)：應(yīng)用規(guī)模大，缺乏統(tǒng)一、規(guī)范的標(biāo)準(zhǔn)體系。多采用現(xiàn)澆施工，工期長、施工環(huán)境粗放、質(zhì)量參差不一，后期破損嚴(yán)重，養(yǎng)護(hù)費(fèi)用高。

技術(shù)特點(diǎn)：將小型預(yù)制構(gòu)件工廠化施工，采用較先進(jìn)的工廠化預(yù)制工藝，最大限度的程序化流水作業(yè)，使小型預(yù)制構(gòu)件施工達(dá)到工期、質(zhì)量、經(jīng)濟(jì)等多方面的優(yōu)化目標(biāo)。

技術(shù)優(yōu)勢：標(biāo)準(zhǔn)化、工廠化、產(chǎn)品化，提高質(zhì)量，降低造價(jià)。

技術(shù)成果：依托徐州至明光、安徽省北沿江、濟(jì)南至祁門、滁州至淮南高速等多個(gè)項(xiàng)目，實(shí)現(xiàn)了小型構(gòu)件的標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)、工廠化預(yù)制、機(jī)械化施工。小型構(gòu)件品種有：新澤西護(hù)欄、路基排水溝板、錐坡實(shí)心六棱塊、拱形骨架護(hù)坡預(yù)制塊、六棱空心植草磚、邊溝蓋板、邊溝臺(tái)帽、路緣石、路邊石等。小型構(gòu)件工廠化技術(shù)應(yīng)用見圖3。

圖3 小型構(gòu)件工廠化技術(shù)圖例

4 鋼板組合梁橋技術(shù)與應(yīng)用

行業(yè)傳統(tǒng)：對(duì)于中小跨徑橋梁，多采用組合箱梁、T梁結(jié)構(gòu)，對(duì)砂石材料等不可再生資源消耗大，不利于節(jié)能環(huán)保[6]。

技術(shù)特點(diǎn)：組合結(jié)構(gòu)橋梁中，鋼主梁與橋面板均采用工廠化預(yù)制、標(biāo)準(zhǔn)化施工，可充分發(fā)揮兩種材料的使用性能，與混凝土梁橋相比，自重輕，大幅降低基礎(chǔ)造價(jià)。

技術(shù)優(yōu)勢：工廠化，標(biāo)準(zhǔn)化，節(jié)能環(huán)保，降低造價(jià)。

技術(shù)成果：鋼板組合結(jié)構(gòu)由于多項(xiàng)新技術(shù)的應(yīng)用，得到了良好的機(jī)能和耐久性，快速施工縮短了投資回報(bào)期，多樣化結(jié)構(gòu)適應(yīng)了不同橋位不同跨度橋梁建設(shè)的需求和景觀要求，簡化的結(jié)構(gòu)減少了橋梁施工和維修管理工作量。目前鋼板組合梁在30～45 m的普通中小跨徑橋梁中極具競爭優(yōu)勢，用以代替?zhèn)鹘y(tǒng)的小箱梁、T梁，大大降低砂石等不可再生資源消耗，體現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化、工廠化、集約化，當(dāng)前公路橋梁建設(shè)需求龐大。中小跨徑鋼板組合梁技術(shù)應(yīng)用見圖4。

圖4 中小跨徑鋼板組合梁技術(shù)

5 樁板式路基結(jié)構(gòu)技術(shù)

行業(yè)傳統(tǒng)：在公路改擴(kuò)建工程中，往往采用路基填料拓寬方式，增加了占地，尤其對(duì)于軟基區(qū)，地基處理成本較高。

技術(shù)特點(diǎn)：裝配式樁板無土路基是一種新型的樁板梁結(jié)構(gòu)，是由工廠化預(yù)制的板梁、管樁組成的框架結(jié)構(gòu)體系，裝配化樁板梁結(jié)構(gòu)作為一種創(chuàng)新結(jié)構(gòu)，相對(duì)于傳統(tǒng)的路基方案，裝配化樁板路基剛度大，工后沉降小，可用于代替3～8 m填土路基拼寬。相對(duì)于樁板路基取消了傳統(tǒng)路基邊坡放坡寬度，較大節(jié)省了征地面積；預(yù)制板梁、管樁可在工廠完成，現(xiàn)場組裝，施工速度快；在改擴(kuò)建項(xiàng)目中無土路基可取消涵洞等結(jié)構(gòu)物接長，水溝等附屬設(shè)施也可繼續(xù)利用，在加快施工進(jìn)度同時(shí)，充分利用既有結(jié)構(gòu)，節(jié)約工程造價(jià)[7]。

技術(shù)優(yōu)勢：節(jié)約占地、標(biāo)準(zhǔn)化、工廠化，節(jié)約工期，節(jié)省成本。樁板式無土路基技術(shù)應(yīng)用見圖5。

圖5 樁板式無土路基技術(shù)

6 橋梁PHC管樁技術(shù)應(yīng)用

行業(yè)傳統(tǒng)：橋梁樁基多采用灌注樁。由于為隱蔽工程，施工風(fēng)險(xiǎn)、施工質(zhì)量管理均較大，施工周期長，泥漿排放對(duì)環(huán)境影響較大，后期養(yǎng)護(hù)加固困難，成本高。

技術(shù)特點(diǎn)：PHC管樁屬于成熟的、廣泛應(yīng)用的工業(yè)化產(chǎn)品，采用工廠化預(yù)制，現(xiàn)場裝配化施工，結(jié)構(gòu)的標(biāo)準(zhǔn)化、工業(yè)化程度較高，施工質(zhì)量系統(tǒng)易控，降低維護(hù)周期和養(yǎng)護(hù)成本，節(jié)約造價(jià)，相比于傳統(tǒng)的現(xiàn)澆樁基，在工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)化、工業(yè)化技術(shù)方面具有明顯創(chuàng)新性和先進(jìn)性，有利于節(jié)約資源、保護(hù)環(huán)境、降低造價(jià)，對(duì)提升項(xiàng)目的標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)水平和技術(shù)創(chuàng)新具有重要意義，尤其在長大規(guī)模的橋梁上采用，經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益更為顯著。

同時(shí)PHC管樁均采用工廠化預(yù)制，可使結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、施工、維修更趨合理并具全壽命經(jīng)濟(jì)性。在設(shè)計(jì)中采用多種提高結(jié)構(gòu)耐久性的措施，提高其抗裂性能，施工質(zhì)量系統(tǒng)易控，運(yùn)營期養(yǎng)護(hù)方便，可以有效提高橋梁的耐久性和使用壽命。

技術(shù)優(yōu)勢：標(biāo)準(zhǔn)化、工廠化、機(jī)械化、質(zhì)量可靠、經(jīng)濟(jì)性好[8]。

根據(jù)地質(zhì)條件，目前中小跨徑橋梁中較多采用高強(qiáng)混凝土PHC管樁型號(hào)為PHC600～1000 mm，樁身混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C80。橋梁PHC管樁具有價(jià)格低、施工周期短、施工質(zhì)量易于控制、環(huán)境影響小等優(yōu)勢，經(jīng)濟(jì)效益明顯，與傳統(tǒng)樁基相比，可節(jié)省30%的樁基工程造價(jià)。管樁技術(shù)應(yīng)用見圖6。

圖6 橋梁管樁基礎(chǔ)技術(shù)

7 節(jié)段預(yù)制拼裝箱梁技術(shù)

行業(yè)傳統(tǒng)：對(duì)中等跨徑混凝土橋梁，采用支架或托架現(xiàn)澆施工，現(xiàn)場施工工作量大，混凝土振搗、預(yù)應(yīng)力張拉具有較大隨機(jī)性，質(zhì)量管理難度大，工序多、工期長，建設(shè)成本高，對(duì)周圍環(huán)境影響較大。

技術(shù)特點(diǎn)：橋梁設(shè)計(jì)與施工標(biāo)準(zhǔn)化、裝配化、工廠化是綠色公路的發(fā)展要求，施工質(zhì)量系統(tǒng)易控，業(yè)主管理與監(jiān)控便捷，施工對(duì)周圍環(huán)境影響較小，節(jié)能環(huán)保，在城市高架橋梁設(shè)計(jì)有較大的競爭優(yōu)勢[7,8]。

技術(shù)優(yōu)勢：標(biāo)準(zhǔn)化、節(jié)段化、工廠化、裝配化，養(yǎng)護(hù)簡單，經(jīng)濟(jì)性好。節(jié)段預(yù)制的應(yīng)用見圖7。

圖7 節(jié)段橋梁的應(yīng)用

8 結(jié)語

文中通過對(duì)橋梁的發(fā)展現(xiàn)狀的描述，提出了裝配式橋梁的顯著優(yōu)勢，并通過七個(gè)方面的應(yīng)用描述了其行業(yè)傳統(tǒng)做法、技術(shù)特點(diǎn)及技術(shù)優(yōu)勢，為裝配式橋梁的設(shè)計(jì)提供一定的參考價(jià)值。

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