混凝土橋梁全預(yù)制裝配施工技術(shù)

魏 英，扶庭陽

(安徽省路橋工程集團(tuán)有限責(zé)任公司，安徽 合肥230031)

0 引言

橋梁的快速發(fā)展，不僅提高了交通運(yùn)輸能力，促進(jìn)了社會和經(jīng)濟(jì)發(fā)展，也提高了出行的舒適性，為廣大出行者帶來極大便利。但橋梁施工中也存在占用場地時間長、安全隱患多，投入資源多、環(huán)境破壞大等問題，在現(xiàn)有科技水平下，全預(yù)制裝配式橋梁可在一定程度上緩解這些問題。

1 全預(yù)制裝配式橋梁

全預(yù)制橋梁是將橋梁的主要構(gòu)件通過工廠化預(yù)制，運(yùn)至現(xiàn)場后進(jìn)行拼裝，少量部位進(jìn)行現(xiàn)澆的施工技術(shù)。主要將橋梁的樁基、墩柱、蓋梁、主梁、護(hù)欄等在工廠進(jìn)行整體預(yù)制或節(jié)段預(yù)制，橋梁的承臺、橋面鋪裝等現(xiàn)場施工。實(shí)質(zhì)上是將現(xiàn)場的順序施工轉(zhuǎn)化成工廠的并行施工，具有提高工程質(zhì)量，節(jié)約工期、降低環(huán)境污染、提高勞動效率等優(yōu)點(diǎn)[1]。

全預(yù)制裝配式橋梁施工技術(shù)在國外很早就開展了研究，最早應(yīng)用于戰(zhàn)爭中的搶險(xiǎn)救災(zāi)，主要采用鋼結(jié)構(gòu)，近代普遍應(yīng)用于交通行業(yè)。19世紀(jì)60年代，美國聯(lián)邦公路局就制定了橋梁預(yù)制和施工的相關(guān)規(guī)定，2001年在美國國家公園的Linn Cove橋就采用了全預(yù)制裝配式橋梁施工技術(shù)。在德國、日本等國家也開展了廣泛研究。我國全預(yù)制裝配式橋梁起步較晚，近年來主要應(yīng)用于上海的部分市政高架橋梁和少量水上作業(yè)的大橋，如上海的北虹路立交工程、上海嘉閔北Ⅱ段新建公路、吉林恒山東路跨線大橋工程等[2]。

本文主要研究全預(yù)制橋梁施工技術(shù)在公路改擴(kuò)建工程中的應(yīng)用，結(jié)合該技術(shù)在京臺高速公路安徽省方興大道至馬堰段改擴(kuò)建工程中的中派河大橋上應(yīng)用和最新研究成果進(jìn)行闡述。

2 構(gòu)件預(yù)制

預(yù)制構(gòu)件可分為下部結(jié)構(gòu)和上部結(jié)構(gòu)構(gòu)件，下部結(jié)構(gòu)預(yù)制構(gòu)件主要有樁基礎(chǔ)和墩柱。樁基礎(chǔ)依據(jù)本地區(qū)地質(zhì)條件選擇C60的HPC管樁，管樁采用離心法成型，嚴(yán)格把控原材料質(zhì)量，通過4個環(huán)節(jié)離心成型后，采用兩階段養(yǎng)護(hù)，前期常壓中溫養(yǎng)護(hù)，達(dá)到一定強(qiáng)度后轉(zhuǎn)為蒸壓高溫養(yǎng)護(hù)。墩柱采用C70空心薄壁高強(qiáng)墩，整體預(yù)制，高4.0～14.5 m，墩柱下部設(shè)置構(gòu)造凹槽，上部預(yù)留連接鋼筋。下部構(gòu)件預(yù)制完成后進(jìn)行質(zhì)量檢測，檢測合格后方可運(yùn)至施工現(xiàn)場。

上部結(jié)構(gòu)預(yù)制構(gòu)件主要有箱梁和護(hù)欄，箱梁可采用鋼箱梁和混凝土預(yù)制箱梁等，依據(jù)工程要求和經(jīng)濟(jì)效益選擇，中派河橋采用高性能混凝土小箱梁，采用窄梁、免焊接等新技術(shù)。

3 現(xiàn)場施工

構(gòu)件運(yùn)至現(xiàn)場后進(jìn)行安裝施工。管樁可采用中掘法、靜壓法、錘擊法等施工，管樁接長連接可通過預(yù)埋件焊接。管樁施工完成后進(jìn)行承臺和定位墩的施工，承臺連接管樁基礎(chǔ)和墩柱，在全預(yù)制裝配式橋梁中至關(guān)重要。墩柱可依據(jù)工程情況，采用整體預(yù)制和分節(jié)段預(yù)制，安裝完成后，安裝蓋梁，蓋梁與墩柱的連接及節(jié)段墩柱之間的連接也是該技術(shù)的核心部分。上部結(jié)構(gòu)的預(yù)制箱梁、護(hù)欄等按常規(guī)工藝進(jìn)行安裝，橋面鋪裝、防水等現(xiàn)場施工。

4 關(guān)鍵技術(shù)

橋梁全預(yù)制裝配式施工的關(guān)鍵技術(shù)主要在于節(jié)點(diǎn)連接，如承臺與基礎(chǔ)、承臺與墩柱、節(jié)段墩柱及墩柱與蓋梁之間的連接。

4.1 承臺與管樁的連接

承臺與管樁采用鉸接方式連接，灌注填芯法，填芯高度10 m，外露錨固鋼筋1.2 m，填芯混凝土澆筑前在基礎(chǔ)表面澆筑一定厚度混凝土，用以確保填筑混凝土中鋼筋籠的定位準(zhǔn)確性。

4.2 承臺與墩柱連接

承臺與墩柱采用定位墩連接，一般施工方法是將定位墩與承臺分開施工，通過承臺的預(yù)留鋼筋加強(qiáng)與定位墩連接，該方法在定位墩施工時模板安裝困難，并且模板難以固定，很難保證定位墩的澆筑質(zhì)量。本技術(shù)采用承臺與定位墩一體化施工和預(yù)留定位孔的方式，通過自行設(shè)計(jì)的模板完成承臺與定位墩的一次性澆筑。模板外方內(nèi)圓，由2部分組成，外部方形結(jié)構(gòu)，在中心放置1個圓形模板，上部通過2根橫梁固定在外部方形模板上，實(shí)現(xiàn)了承臺和定位墩澆筑位置準(zhǔn)確，安拆方便。模板安裝如圖1所示。

圖1 承臺模板安裝

墩柱安裝定位的準(zhǔn)確性是一個施工難點(diǎn)，以往安裝方式很難準(zhǔn)確定位或需要花費(fèi)很長時間定位。本項(xiàng)目墩柱通過定位墩上預(yù)留的深98cm的定位孔連接，如圖2所示。墩柱采用整體預(yù)制，下部設(shè)有構(gòu)造槽，在墩柱與定位孔之間綁扎鋼筋澆筑混凝土，如圖3所示。墩柱采用空心薄壁高強(qiáng)墩，減少結(jié)構(gòu)自重，加強(qiáng)安裝的便捷性，節(jié)約運(yùn)輸、施工成本。墩柱安裝完成后如圖4所示。

圖2 定位孔的設(shè)置

圖3 墩柱安裝

圖4 墩柱安裝完成

4.3 墩柱與蓋梁的連接方式

1)鉸接縫連接，接觸面涂抹結(jié)構(gòu)膠，再通過預(yù)應(yīng)力連接構(gòu)件。

2)濕接縫連接，構(gòu)件預(yù)留鋼筋通過耦合器耦合，在灌注混凝土連接。

3)干接縫連接，通過預(yù)應(yīng)力連接。

本技術(shù)采用承插式連接，墩柱頂部預(yù)留24根高90cm的鋼筋，環(huán)形布置，蓋梁預(yù)制時通過鋼波紋管預(yù)留孔洞，安裝時墩柱的預(yù)留鋼筋插入蓋梁預(yù)留孔洞，在底部鋪1層環(huán)氧砂漿找平，預(yù)留孔洞中灌注微膨脹的自流平高強(qiáng)砂漿。該法較其他連接方法不需施加預(yù)應(yīng)力，不需要耦合器，施工簡便，并可避免短距離使用時的預(yù)應(yīng)力損失。

墩柱與蓋梁的承插式連接在國內(nèi)外均有較深入研究，但在國內(nèi)使用較少，LINJC等[3]研究表明承插連接的構(gòu)件由于存在抗剪力鍵，其耗能能力與現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)相比并無明顯區(qū)別；劉豐[4]也得到相同結(jié)論，試驗(yàn)結(jié)果顯示，承插式和現(xiàn)澆式結(jié)構(gòu)的破壞以彎曲破壞為主，無預(yù)應(yīng)力筋的橋墩滯回環(huán)飽滿；葛繼平等[5]做了預(yù)應(yīng)力連接和承插式連接的對比試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果表明，有預(yù)應(yīng)力筋的可增大側(cè)向剛度，但預(yù)應(yīng)力筋屈服后，側(cè)向位移將不可控，設(shè)置耗能鋼筋可有效增加橋墩側(cè)向剛度，延遲接縫張開。

5 標(biāo)準(zhǔn)化

全預(yù)制裝配式橋梁施工技術(shù)越來越成熟，裝配式技術(shù)是國家大力推廣的新技術(shù)，也是解決是施工效率低、生態(tài)環(huán)境破壞嚴(yán)重等問題的有效途徑。橋梁全預(yù)制施工技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、施工意義深遠(yuǎn)，在設(shè)計(jì)層面，從源頭出發(fā)，在滿足結(jié)構(gòu)安全的前提下，綜合考慮抗震設(shè)計(jì)、構(gòu)造設(shè)計(jì)、材料要求等方面，遵循構(gòu)件標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)，形成一套具有一定適應(yīng)性的設(shè)計(jì)程序；在生產(chǎn)方面，主要構(gòu)件通用尺寸的設(shè)定，統(tǒng)一規(guī)格，形成一套通用的標(biāo)準(zhǔn)，在工廠進(jìn)行高質(zhì)量的預(yù)制生產(chǎn)；在施工角度，主要是采用標(biāo)準(zhǔn)化構(gòu)件并能適用于不同的施工環(huán)境，規(guī)范施工機(jī)械，吊運(yùn)安裝規(guī)范化。

6 結(jié)語

目前，構(gòu)建經(jīng)濟(jì)、環(huán)保、節(jié)能型社會理念深入各行各業(yè)，橋梁施工過程中產(chǎn)生大量建筑垃圾，破壞環(huán)境、長期占用場地、堵塞交通等諸多問題越來越不能為社會所接受。橋梁的全預(yù)制施工技術(shù)很大程度上解決了這些問題，在國內(nèi)也有很多研究者深入研究，證明了這一技術(shù)的可行性，但實(shí)際應(yīng)用較少，尤其是在公路改擴(kuò)建工程中的應(yīng)用極少。本文通過最新研究成果結(jié)合工程應(yīng)用綜合闡述，以期該技術(shù)得到更廣泛的應(yīng)用。