橋梁裝配式構(gòu)件預(yù)制拼裝技術(shù)探討

肖 堯，吳成剛，譚 強(qiáng)

（中交一公局第四工程有限公司，廣西 南寧 530033）

裝配式技術(shù)是國家近年來大力推行的建筑業(yè)十項(xiàng)新技術(shù)之一，是國家促進(jìn)建筑產(chǎn)業(yè)升級(jí)、加快建筑業(yè)技術(shù)進(jìn)步的重要舉措，在房建工程的領(lǐng)域應(yīng)用已經(jīng)十分廣泛。由于連接器、灌漿材料、構(gòu)件預(yù)制、運(yùn)輸、吊裝和拼裝等施工過程中成本較高，導(dǎo)致預(yù)制拼裝方式施工的橋梁工程造價(jià)普遍要比傳統(tǒng)現(xiàn)澆方式施工的費(fèi)用高，因此在公路行業(yè)的應(yīng)用起步較晚，特別是對(duì)于山區(qū)高速公路，裝配式橋梁下構(gòu)的應(yīng)用更少。近年來，隨著連接器產(chǎn)品和灌漿材料生產(chǎn)的普遍化，大型機(jī)械設(shè)備的應(yīng)用以及預(yù)制場規(guī)模和預(yù)制能力的發(fā)展，預(yù)制裝配式橋梁會(huì)逐漸在工程建設(shè)中突顯出其特有的優(yōu)勢。

1 工程概況

廣西某高速公路項(xiàng)目，位于桂平市東南部，路線起于尋旺鄉(xiāng)珍珠村北東向1500m的高嶺，終于社步鎮(zhèn)烏竹村正西側(cè)1700m處士久埌。起訖樁號(hào)K158+900～ K175+050，標(biāo)段全長16.166km。標(biāo)段主要工程量：挖方268萬m3，填方250萬m3，路基長度15.05km，橋梁1115.5m/7座，橋隧比6.9%，天橋2座，涵洞22座，通道22座。項(xiàng)目部積極探索橋梁裝配式下構(gòu)施工，并在該標(biāo)段的蟠龍大橋進(jìn)行了試點(diǎn)應(yīng)用。該橋梁全長507.5m，為20m×25m箱梁，梁片160片，預(yù)制墩柱76根，為1.2m×1.2m的正方形方墩，最大墩高為10.8m，最大混凝土量為15.6m3，重39t；預(yù)制蓋梁38片，尺寸為11.45m×2.0m×1.8m，混凝土量為29.5m3，重74t。裝配式下構(gòu)的施工在廣西尚屬首例，需要對(duì)施工中的各工序流程進(jìn)行詳細(xì)闡述，特別是其拼裝接頭屬于關(guān)鍵工序，既要確保牢固、安全，又要結(jié)構(gòu)簡單、便于施工。通過對(duì)預(yù)制拼接過程的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行探討，以期指導(dǎo)后期類似橋梁工程施工。

2 預(yù)制拼裝技術(shù)的特點(diǎn)和優(yōu)勢

相比傳統(tǒng)橋梁施工技術(shù)，在現(xiàn)代化市政橋梁工程建設(shè)中應(yīng)用預(yù)制拼裝技術(shù)具有諸多優(yōu)勢，如表1所示。

預(yù)制裝配式技術(shù)不僅有利于提高路橋施工的效率和質(zhì)量，同時(shí)也有利于提高能源和材料的利用效率，減少浪費(fèi)，對(duì)保護(hù)環(huán)境起著積極的推動(dòng)作用。預(yù)制構(gòu)件質(zhì)量通病相對(duì)較小，構(gòu)件生產(chǎn)規(guī)?；?，利于推廣工廠化和標(biāo)準(zhǔn)化施工，大大提高構(gòu)件施工的品質(zhì)及生產(chǎn)效率。施工過程中，可以有效地對(duì)構(gòu)件鋼筋間距、外觀等進(jìn)行控制，鋼筋保護(hù)層合格率及外觀質(zhì)量大大優(yōu)于現(xiàn)場澆筑的同類型構(gòu)件。在構(gòu)件進(jìn)行規(guī)模化生產(chǎn)的過程中，可以提高標(biāo)準(zhǔn)化、工廠化生產(chǎn)的水平。預(yù)制裝配式橋梁主要構(gòu)件的生產(chǎn)方式都是統(tǒng)一的工業(yè)化生產(chǎn)，利用各種機(jī)械化設(shè)備進(jìn)行現(xiàn)場拼裝，有助于提高公路橋梁工程建設(shè)的標(biāo)準(zhǔn)化、專業(yè)化、信息化和智能化管理的水平。

在應(yīng)用過程中產(chǎn)生的廢棄物和廢氣不會(huì)對(duì)環(huán)境產(chǎn)生二次污染，同時(shí)可以使各類資源得到充分的利用，降低了能源的消耗，符合目前“節(jié)能減排”的趨勢，也符合節(jié)約環(huán)保的理念以及國家倡導(dǎo)的“工程建設(shè)節(jié)約環(huán)保、減污降耗”的社會(huì)要求。同時(shí)，將已經(jīng)在市政工程及平原區(qū)高速公路中裝配式橋梁下構(gòu)的成功經(jīng)驗(yàn)移植到山區(qū)高速公路的施工中，填補(bǔ)廣西暫無裝配式橋梁下構(gòu)施工空白，極大地提高了廣西公路裝配式橋梁建設(shè)的技術(shù)水平，對(duì)于工期緊、環(huán)保要求高、工程質(zhì)量要求高的項(xiàng)目具有很大的作用，可以促進(jìn)建筑產(chǎn)業(yè)升級(jí)，加快建筑業(yè)技術(shù)進(jìn)步，也符合國家及地區(qū)的可持續(xù)綠色發(fā)展理念。

3 預(yù)制拼裝技術(shù)

經(jīng)過多年的發(fā)展，國內(nèi)目前主要有以下幾種裝配式構(gòu)件預(yù)制拼裝施工技術(shù)。

3.1 后張法預(yù)應(yīng)力筋連接

表1 傳統(tǒng)現(xiàn)澆橋梁施工與預(yù)制拼裝技術(shù)對(duì)比

通過高強(qiáng)砂漿墊層或環(huán)氧樹脂膠接縫的處理實(shí)現(xiàn)預(yù)制構(gòu)件間的拼接，預(yù)應(yīng)力筋或鋼絞線通過接縫，設(shè)計(jì)理論、計(jì)算分析及施工技術(shù)經(jīng)驗(yàn)比較成熟，強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性等力學(xué)特性可靠性高。不足之處在于設(shè)置預(yù)應(yīng)力筋的基礎(chǔ)上還要進(jìn)行各類型構(gòu)造配筋的布置，墩身造價(jià)偏高，預(yù)應(yīng)力筋進(jìn)行穿筋、張拉、壓漿等現(xiàn)場施工工序，工藝較復(fù)雜、周期長。

3.2 濕接縫連接

構(gòu)件預(yù)制時(shí)，需要預(yù)留外露連接鋼筋，便于與其他需要連接部位構(gòu)件的搭接。施工時(shí)，需要對(duì)兩個(gè)擬連接的構(gòu)件設(shè)置穩(wěn)定的臨時(shí)支撐結(jié)構(gòu)，連接后澆筑濕接縫混凝土形成穩(wěn)定體系。濕接縫構(gòu)造連接技術(shù)在國內(nèi)的橋梁中應(yīng)用較多，如上海長江大橋。濕接縫構(gòu)造的力學(xué)性能類似于傳統(tǒng)的現(xiàn)澆混凝土，整體性較好，連接部位的強(qiáng)度和剛度滿足要求。不足之處是濕接縫混凝土的施工及養(yǎng)護(hù)周期較長，現(xiàn)場的鋼筋連接、混凝土澆筑、養(yǎng)生等工作量增加。

3.3 承插和插槽連接

主要采用在底部的現(xiàn)澆構(gòu)件上預(yù)留槽口、預(yù)制構(gòu)件插入、澆筑混凝土的方式進(jìn)行連接，周期較長，構(gòu)件連接時(shí)，預(yù)留槽底部采用高強(qiáng)砂漿座漿處理，使用低流動(dòng)性的混凝土進(jìn)行預(yù)留槽的填充。該連接方式的施工精度要求較其他的連接方式低，便于施工操作，施工工序較其他的連接方式簡單，施工方作業(yè)量少，但是其連接部位的力學(xué)性能不足，抗震能力需進(jìn)一步深入驗(yàn)證、研究，目前國內(nèi)尚無成套的施工技術(shù)研究資料。

3.4 灌漿套管或波紋管連接

在下部的承臺(tái)或系梁、墩身預(yù)留連接鋼筋及連接器，構(gòu)件的連接面采用2～4cm的高強(qiáng)砂漿墊層進(jìn)行填平處理，灌漿連接主要使用高強(qiáng)、無收縮、微膨脹的水泥基灌漿料。該種連接方式與現(xiàn)澆混凝土構(gòu)造類型連接部位的強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性較好。在預(yù)制、運(yùn)輸和安裝過程中，需要充分考慮墩柱和蓋梁的吊裝和轉(zhuǎn)體等工況，保證結(jié)構(gòu)安全，但對(duì)于預(yù)埋件的精度要求較高，預(yù)埋預(yù)設(shè)構(gòu)件不得損傷結(jié)構(gòu)本體和結(jié)構(gòu)內(nèi)鋼筋，并不得成為結(jié)構(gòu)的腐蝕通道，必須保證結(jié)構(gòu)外觀、結(jié)構(gòu)本體質(zhì)量和結(jié)構(gòu)耐久性?，F(xiàn)場施工周期短，僅需進(jìn)行砂漿填平、注漿錨固等較少的工作量，經(jīng)濟(jì)效益具有較大的優(yōu)越性。相較于其他的連接結(jié)構(gòu)方式，其施工成本投入較低，主要用于地震烈度在6度以下的地區(qū)，在國內(nèi)應(yīng)用范圍較廣，技術(shù)也相對(duì)比較成熟。在構(gòu)件預(yù)制需充分考慮預(yù)制存放期間的收縮徐變效應(yīng)，以保證構(gòu)件后期安裝定位的準(zhǔn)確性，其抗震能力仍需進(jìn)一步研究。

半灌漿套筒連接方式與現(xiàn)澆的混凝土構(gòu)造類型及其連接部位的強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性相近。在系梁澆筑及墩柱預(yù)制時(shí)，預(yù)留連接鋼筋，在墩柱及蓋梁預(yù)制時(shí)，底部預(yù)埋半灌漿套筒，安裝時(shí)將半灌漿套筒套入鏈接鋼筋內(nèi)，然后使用高強(qiáng)、無收縮、微膨脹的水泥基灌漿料填塞半灌漿套筒及鏈接鋼筋之間的空隙，既起到錨固作用，又對(duì)連接鋼筋起到了防銹作用。

4 灌漿連接預(yù)制拼裝關(guān)鍵技術(shù)

4.1 設(shè)計(jì)連接構(gòu)造

綜合考慮設(shè)計(jì)理念及施工操作的簡便性，利用高強(qiáng)、高流態(tài)、防離析、無收縮、微膨脹的水泥基灌漿料對(duì)連接套筒或波紋管和鋼筋之間縫隙填充密實(shí)，待其凝固、硬化后形成穩(wěn)固的錨固接頭構(gòu)造，成為螺紋鋼筋、灌漿套筒、高強(qiáng)灌漿料的錨固體系，將力在兩個(gè)連接端的鋼筋之間進(jìn)行傳遞。若墩柱與系梁、墩柱與蓋梁之間采用半灌漿金屬套筒連接方式，則預(yù)埋鋼筋+套筒+灌漿料組合成錨固體系，各個(gè)結(jié)合面采用高強(qiáng)砂漿座漿找平，砂漿終凝后進(jìn)行套筒的灌漿作業(yè)，灌漿后進(jìn)行蓋梁的吊裝作業(yè)。灌漿料具有一定的微膨脹作用，組成的錨固體系抗拉力與鋼筋焊接或機(jī)械連接的拉力類似。

4.2 連接部位力學(xué)性能要求

根據(jù)相關(guān)的機(jī)械連接接頭的規(guī)范要求，形成穩(wěn)固錨固體系后的構(gòu)件出現(xiàn)斷裂時(shí)，要求在連接的范圍內(nèi)不能出現(xiàn)斷裂、破壞現(xiàn)象，連接部位的鋼筋不能相對(duì)灌漿套筒內(nèi)的灌漿體產(chǎn)生水平滑移。在箍筋約束情況良好時(shí)，試件多出現(xiàn)彎剪破壞現(xiàn)象，且以彎曲為主，極少產(chǎn)生剪切脆性破壞。因此，預(yù)制拼裝橋墩立柱破壞現(xiàn)象與傳統(tǒng)現(xiàn)澆混凝土橋墩破壞現(xiàn)象基本相近，預(yù)制構(gòu)件的安全性能與質(zhì)量得到了保證。

5 結(jié)束語

預(yù)制構(gòu)件與傳統(tǒng)的施工方法相比，對(duì)周邊環(huán)境影響小，受天氣條件影響小，采用裝配式能夠降低成本，提高建造效率，降低行業(yè)整體能耗，有利于快速施工，同時(shí)避免或減少了工人的高空作業(yè)時(shí)間，降低了安全風(fēng)險(xiǎn)。工廠內(nèi)規(guī)?；?、程序化的作業(yè)對(duì)施工質(zhì)量更有保障?？s小施工影響范圍，合理降低污染，將綠色城市的發(fā)展理念與裝配式相結(jié)合，在滿足結(jié)構(gòu)方面的要求的同時(shí)也考慮了綠色施工方面的需求。