公路橋梁下部結(jié)構(gòu)工業(yè)化建造技術(shù)探討

王衛(wèi)宏

（中鐵十二局集團(tuán)有限公司，山西 太原 030012）

在對公路橋梁建設(shè)過程進(jìn)行優(yōu)化時，預(yù)制拼裝是非常重要的措施，工廠化預(yù)制在國外橋梁建設(shè)中運用得比較成熟，采用預(yù)制的形式生產(chǎn)構(gòu)件、銜接拼裝過程是公路橋梁建設(shè)實現(xiàn)工廠化的關(guān)鍵[1]。在公路橋梁建設(shè)領(lǐng)域中，工業(yè)化建造技術(shù)已成為發(fā)展趨勢?，F(xiàn)階段我國通過預(yù)制的方式能完成大部分橋梁上部結(jié)構(gòu)，同時也制定了相關(guān)的國家標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，生產(chǎn)規(guī)模已經(jīng)形成了初步產(chǎn)業(yè)化。但是公路橋梁下部結(jié)構(gòu)的預(yù)制裝配技術(shù)還處在實驗階段，下部結(jié)構(gòu)很少選擇裝配式橋梁[2]。在進(jìn)行工程建設(shè)項目施工時，基本要求包括質(zhì)量可靠、經(jīng)濟(jì)性好、節(jié)約工期。除此之外，對環(huán)保、節(jié)能材料、低噪聲的要求也越來越高。因此，在開展公路橋梁建設(shè)時，橋梁下部結(jié)構(gòu)的預(yù)制裝配技術(shù)具有非常大的發(fā)展?jié)摿?。在進(jìn)行公路橋梁下部結(jié)構(gòu)的建設(shè)施工時，采用工業(yè)化建造技術(shù)能對橋梁工業(yè)化系統(tǒng)進(jìn)行完善，能夠促進(jìn)橋梁產(chǎn)業(yè)實現(xiàn)裝配化、標(biāo)準(zhǔn)化、工廠化，明顯提升建設(shè)質(zhì)量和耐受性，為后期運營養(yǎng)護(hù)創(chuàng)造便利條件；除此之外，還能讓混凝土用量明顯減少，讓橋梁結(jié)構(gòu)自重明顯減輕，從而獲得比較理想的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益[3]。

1 公路橋梁下部結(jié)構(gòu)工業(yè)化建造技術(shù)的現(xiàn)狀

1.1 樁基工業(yè)化建造技術(shù)

橋梁樁基很早就開始了采用工業(yè)化建造技術(shù)，預(yù)制樁基礎(chǔ)的代表主要為預(yù)制PHC管樁。PHC管樁在俄羅斯、新西蘭、日本、英國、美國等發(fā)達(dá)國家得到了非常廣泛的應(yīng)用。菲律賓、馬來西亞、中國等發(fā)展中國家在20世紀(jì)80年代末才開始生產(chǎn)應(yīng)用PHC管樁，并逐漸普及，起步較晚[4]。PHC管樁的優(yōu)勢比較顯著，如提升施工質(zhì)量、縮短工期、節(jié)省造價等，因此最近幾年P(guān)HC管樁基礎(chǔ)開始應(yīng)用于部分橋梁設(shè)計中。特別是在廣東、上海等地區(qū)，PHC管樁得到了比較廣泛的應(yīng)用。

1.2 橋臺工業(yè)化建造技術(shù)

國外的預(yù)制橋臺研究起步相對較晚，美國國家交通部門在2001年開始研究預(yù)制橋臺技術(shù)，這為其在全國推廣實施創(chuàng)造了條件。預(yù)制橋梁構(gòu)件包括橋臺的側(cè)墻、帽梁、樁基等。上部結(jié)構(gòu)構(gòu)件在美國已經(jīng)得到了廣泛應(yīng)用，而下部結(jié)構(gòu)構(gòu)件特別是橋臺構(gòu)建的應(yīng)用則比較少，下部結(jié)構(gòu)構(gòu)件主要應(yīng)用于交通量少、單跨小跨徑的橋梁[5]。國內(nèi)現(xiàn)階段還缺乏有關(guān)預(yù)制橋臺的相關(guān)研究報道和實施先例。

1.3 承臺工業(yè)化建造技術(shù)

采用預(yù)制承臺能讓水上現(xiàn)場作業(yè)實現(xiàn)工廠化預(yù)制攻堅，明顯降低了深水基礎(chǔ)施工難度，從而加快施工進(jìn)度、提高基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)施工質(zhì)量。根據(jù)不同地質(zhì)水文條件和橋梁上部結(jié)構(gòu)型式，國外已對預(yù)制基礎(chǔ)技術(shù)進(jìn)行了大量研究，發(fā)展出很多預(yù)制基礎(chǔ)形式，并且成功應(yīng)用到大型橋梁工程中[6]。國外在研究預(yù)制基礎(chǔ)時，主要集中在跨海大橋，如在挪威、加拿大以及日本等跨海大橋項目中，預(yù)制基礎(chǔ)得到了較為廣泛的應(yīng)用。而跨海大橋建設(shè)在我國逐漸興起的過程中，預(yù)制承臺套箱、預(yù)制墩身的預(yù)制技術(shù)才開始逐漸出現(xiàn)。我國的港珠澳大橋、廣州黃洲大橋均選擇了預(yù)制承臺技術(shù)，其中黃洲大橋選擇了工字型界面預(yù)制承臺。

1.4 蓋梁工業(yè)化建造技術(shù)

在對橋梁整體進(jìn)行預(yù)制時，蓋梁預(yù)制拼裝技術(shù)是非常關(guān)鍵的環(huán)節(jié)，蓋梁在橋梁工程中的作用主要為承上啟下，非常重要。國內(nèi)外有關(guān)預(yù)制蓋梁的研究基本上與裝配式橋墩同步。國內(nèi)預(yù)制蓋梁技術(shù)主要應(yīng)用于市政工程，包括上海S6、S26、嘉閔高架（北段）、虹梅南路、北橫通道等工程。嘉閔高架的上部結(jié)構(gòu)選擇標(biāo)準(zhǔn)為30m的跨徑小箱梁，而下部結(jié)構(gòu)則選擇雙柱式橋墩、倒T型蓋梁[7]。因為主線高架所處區(qū)域的公路交通比較繁忙，為了讓工程建設(shè)質(zhì)量得以保證，減輕施工期間對周圍交通的影響，減少施工對周圍環(huán)境的干擾，該區(qū)域橋梁結(jié)構(gòu)選擇全預(yù)制裝配式橋梁方案，且主要采用套筒連接模式，而預(yù)制蓋梁則選擇上下分層的方式。

1.5 墩柱工業(yè)化建造技術(shù)

裝配式橋墩的施工周期相對較短，施工方便，而且能有效降低橋梁施工對周圍居民生活和環(huán)境的影響，因此裝配式橋墩現(xiàn)階段在發(fā)達(dá)國家得到了非常廣泛的應(yīng)用，如日本、美國等，同時也形成了相應(yīng)的施工準(zhǔn)則和設(shè)計準(zhǔn)則[8]?，F(xiàn)代橋梁技術(shù)在我國的起步時間相對較晚，對橋梁相關(guān)的試驗和研究也比較有限，現(xiàn)階段雖然對斜拉橋、懸索橋等的施工、設(shè)計和研究取得了一定成就，但是裝配式橋墩在我國還處于發(fā)展的初級階段。我國最近幾年開始在部分城市高架橋以及跨海大橋的建設(shè)中采用裝配式橋梁，但是因為缺乏經(jīng)驗，數(shù)量較少，所以沒有形成系統(tǒng)的指導(dǎo)意見和理論。裝配式橋墩在我國的起步時間比較晚，但是最近幾年裝配式橋墩卻得到了較為廣泛的使用和研究，發(fā)展過程與國外類似，最初我國是在跨海大橋上采用裝配式橋墩，之后開始在城市高架橋中應(yīng)用裝配式橋墩。海州灣跨海大橋的橋墩采用墩身預(yù)制的方式，選擇矩形空心墩的截面形式，并將橋墩分為兩部分進(jìn)行預(yù)制，分別為墩身和墩帽，墩身結(jié)構(gòu)為截面相同高度，墩帽選擇矩形單喇叭口形狀的結(jié)構(gòu)型式。通過現(xiàn)澆混凝土墩座的方式對墩身和承臺進(jìn)行連接，在墩座內(nèi)對橋墩內(nèi)的鋼筋進(jìn)行有效錨固。該施工方式選擇整體支座內(nèi)向?qū)Фㄎ粯蚨盏姆绞?，橋墩具有比較理想的整體性，在吊裝構(gòu)件時比較方便，不僅能明顯提高施工效率，而且能顯著提高控制精度，不需要將橋墩主筋截斷，能充分保證工程質(zhì)量。

2 公路橋梁下部結(jié)構(gòu)工業(yè)化建造技術(shù)的具體應(yīng)用

2.1 預(yù)制裝配橋墩

（1）節(jié)點性能與連接工藝：在研究預(yù)制裝配橋墩時，首先應(yīng)了解預(yù)制墩柱的連接工藝、改進(jìn)其性能。而相應(yīng)構(gòu)造以及連接節(jié)點的力學(xué)性能則是后續(xù)進(jìn)行預(yù)制裝配橋墩抗震研究的前提?，F(xiàn)階段應(yīng)用比較廣泛的預(yù)制墩柱連接工藝包括法蘭盤連接、后張預(yù)應(yīng)力連接、現(xiàn)澆濕接縫連接、插槽式連接、承插式連接、灌漿波紋管連接、灌漿套筒連接等。而套筒灌漿則是現(xiàn)階段最常用的連接方式之一。

（2）預(yù)制拼裝橋墩抗震：預(yù)制裝配橋墩時橋梁的主要抗側(cè)力和承重構(gòu)件的抗震性能是人們關(guān)注的重點。在低烈度區(qū)和非抗震區(qū)，裝配式橋墩得到了非常廣泛的應(yīng)用，然而因為并未充分了解其抗震性能，進(jìn)而限制了其在中高烈度區(qū)的實際應(yīng)用。從灌漿套筒方面分析發(fā)現(xiàn)，在合理和科學(xué)的結(jié)構(gòu)設(shè)計下，采用套筒預(yù)埋在墩身或者基礎(chǔ)的預(yù)制橋墩，其抗震性能符合相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)。與灌漿波紋管、灌漿套筒等拼接構(gòu)造相比，承插式連接對施工精度要求不高，現(xiàn)場作業(yè)較少，操作簡便。在保證施工良好的基礎(chǔ)上，承插深度并不會明顯影響橋墩的總體抗震性能。

（3）高性能新材料：選擇高性能新材料能讓結(jié)構(gòu)性能明顯提高。但是高性能新材料的成本相對較高，這對其大規(guī)模應(yīng)用造成了一定限制。預(yù)制裝配工藝的施工和設(shè)計比較靈活，在預(yù)制構(gòu)件中可以選擇傳統(tǒng)材料，而在連接構(gòu)造上則可以選擇高性能新材料。應(yīng)用高性能新材料能對連接節(jié)點的性能進(jìn)行改善，而減少高性能新材料的使用則能獲得更加理想的經(jīng)濟(jì)效益?，F(xiàn)階段在預(yù)制裝配式橋墩中，常用的新材料包括形狀記憶合金、纖維增強(qiáng)復(fù)合材料、超高性能混凝土等。

2.2 預(yù)制裝配上部結(jié)構(gòu)

（1）連接節(jié)點性能：連接節(jié)點會直接影響預(yù)制裝配式橋面板的性能，是預(yù)制拼裝橋面板的主要研究內(nèi)容之一。有學(xué)者評估了橋面板-蓋梁上部UHPC填充連接、橋面板連縫UHPC連接、梁-橋面板灌漿槽口連接、SDCL梁-蓋梁連接、灌漿波紋管連接以及鋼筋鉸槽口連接的抗震性能，并針對評估結(jié)構(gòu)制訂了優(yōu)化對策。有學(xué)者通過研究UHPC連接的抗震性能，對中高地震地區(qū)選擇UHPC連接的預(yù)制橋梁適用性進(jìn)行了評估，通過研究UHPC連接的最大應(yīng)變、兩個連接UHPC的預(yù)制應(yīng)力梁整體相應(yīng)、預(yù)應(yīng)力梁的動力特性，結(jié)果顯示當(dāng)處于高水平地震區(qū)時，選擇配置有直且短的鋼筋的UHPC連接，其抗震性能比較理想。

（2）預(yù)制橋面板性能：相關(guān)研究表明增加受拉接縫部分的碳化深度，會明顯縮短其使用壽命，因此維護(hù)期間應(yīng)對接縫加以關(guān)注。有學(xué)者采用一種橫向上預(yù)張、縱向上后張的新型預(yù)制混凝土橋面板系統(tǒng)，結(jié)果顯示該預(yù)制橋面板系統(tǒng)的后張比較理想，主梁與橋面板結(jié)合比較理想；而且耐久性、承載能力、施工性能均得到了顯著提升。

（3）預(yù)制裝配組合梁：組合梁能讓橋梁力學(xué)性能顯著提高，同時施工性能比較理想。有效結(jié)合預(yù)制裝配和組合梁，減少預(yù)制梁長度，能有效保障橋梁工程的質(zhì)量，讓施工進(jìn)度明顯加快。然而現(xiàn)階段相關(guān)研究人員還未充分了解預(yù)制裝配組合梁的耐久性和受力性能。

3 結(jié)束語

在橋梁工程施工中，預(yù)制混凝土構(gòu)件具有比較顯著的優(yōu)勢，包括生產(chǎn)效率高、施工方便、質(zhì)量穩(wěn)定等，因為橋梁上部結(jié)構(gòu)的工業(yè)化建造技術(shù)現(xiàn)階段已比較成熟，積極推行和開展橋梁下部結(jié)構(gòu)的工業(yè)化建造技術(shù)，能完善并優(yōu)化橋梁結(jié)構(gòu)的全工業(yè)化建造技術(shù)。橋梁工業(yè)化建造技術(shù)作為環(huán)保、低碳、高效的橋梁建造技術(shù)，能為全行業(yè)低碳化的實現(xiàn)和推廣創(chuàng)造便利條件。