裝配式橋梁施工關(guān)鍵

文

傳統(tǒng)鋼筋混凝土橋梁結(jié)構(gòu)多采用現(xiàn)澆方式，存在施工周期長、勞動(dòng)強(qiáng)度大、環(huán)境污染大、施工質(zhì)量差等諸多問題，隨著我國建筑工業(yè)化的發(fā)展，裝配式橋梁的研究及應(yīng)用越來越受到業(yè)界關(guān)注。本文重點(diǎn)介紹了橋梁結(jié)構(gòu)從樁基礎(chǔ)、下部結(jié)構(gòu)、上部結(jié)構(gòu)和附屬結(jié)構(gòu)采用工廠化預(yù)制、裝配化施工、輕量化吊裝等施工工藝，并對節(jié)點(diǎn)連接的創(chuàng)新性進(jìn)行了介紹。

社會(huì)對文明施工、綠色施工的要求越來越迫切，要求快速施工、減少對周圍環(huán)境和交通的干擾，特別在城市人口密集區(qū)或交通繁忙等區(qū)域；勞動(dòng)力成本顯著提高，施工人員整體水平低，施工質(zhì)量不高，導(dǎo)致傳統(tǒng)“人?！睉?zhàn)術(shù)已不適應(yīng)，要求減少施工人員并快速施工；環(huán)保形勢下最嚴(yán)停工令、建筑材料價(jià)格飛漲，以及在綠色發(fā)展和高質(zhì)量發(fā)展新理念的影響下，橋梁工業(yè)化成為熱門并受工程師追捧，國內(nèi)裝配式橋梁的形式可謂百花齊放。

裝配式橋梁，是由預(yù)制構(gòu)件或部件通過可靠的方式連接組合成整體的橋梁，包括全裝配式橋梁和部分裝配式橋梁。國內(nèi)傳統(tǒng)的預(yù)制裝配式箱梁、T梁是部分裝配式橋梁，近年來工程師們從樁基礎(chǔ)、下部結(jié)構(gòu)、上部結(jié)構(gòu)和附屬結(jié)構(gòu)開展了全裝配化的理論研究和工程應(yīng)用。

裝配式橋梁和傳統(tǒng)現(xiàn)澆橋梁對比

現(xiàn)澆混凝土橋梁缺點(diǎn)：需要現(xiàn)場搭設(shè)大量支架和模板，以及綁扎鋼筋，工序繁雜；現(xiàn)場需要大量人工，勞動(dòng)強(qiáng)度大且成本高，危險(xiǎn)性高且效率低；現(xiàn)場澆注混凝土困難，噪聲大；施工周期長；對周圍環(huán)境和道路交通影響大；整體耗能大等問題；現(xiàn)澆混凝土的質(zhì)量控制差，病害多。

裝配式橋梁的優(yōu)點(diǎn)：實(shí)現(xiàn)人員少、快速化施工；裝配式橋梁構(gòu)件，工業(yè)化程度高，質(zhì)量遠(yuǎn)高于現(xiàn)場澆筑構(gòu)件；工廠化制造，不受天氣影響，施工效率高；智能化鋼筋加工，工廠化構(gòu)件預(yù)制，標(biāo)準(zhǔn)化程序施工；可以大幅降低施工對交通車道的擠占，縮短施工占用的時(shí)間；減輕對周圍環(huán)境的影響；降低或避免工人長時(shí)間高空作業(yè)，減少施工危險(xiǎn)。如工程具備一定規(guī)模，則預(yù)制拼裝施工的成本可以得到充分?jǐn)備N，綜合成本優(yōu)勢得以發(fā)揮。

裝配式橋梁的主要關(guān)鍵技術(shù)和難點(diǎn)是預(yù)制構(gòu)件的工廠化、標(biāo)準(zhǔn)化、智能化生產(chǎn)；現(xiàn)場拼接節(jié)點(diǎn)的便捷化、可靠性連接；預(yù)制構(gòu)件的輕量化、自動(dòng)化及未來的智能化安裝設(shè)備等方面。

裝配式樁基礎(chǔ)

預(yù)制樁基礎(chǔ)多分為混凝土管樁、土石復(fù)合樁、鋼混組合樁等形式。

混凝土管樁在工廠化預(yù)制，通過流水作業(yè)、整齊養(yǎng)護(hù)，形成成品，其具有預(yù)制快、質(zhì)量高、造價(jià)低等優(yōu)點(diǎn)。預(yù)制管樁采用預(yù)制高韌性混凝土管樁，通過靜力壓樁、振動(dòng)沉樁等工藝將管樁下沉至設(shè)計(jì)標(biāo)高，重點(diǎn)控制設(shè)計(jì)標(biāo)高和沉降量。預(yù)制管樁的應(yīng)用受地質(zhì)條件、作業(yè)環(huán)境的影響，因其管壁光滑在部分軟弱地基應(yīng)用要做好持荷計(jì)算，防止沉降。

土石復(fù)合樁采用管壁開孔的鋼管樁預(yù)沉后注漿的施工方法，兼顧了摩擦樁和端承樁的優(yōu)點(diǎn)，以擴(kuò)大基礎(chǔ)的形式采用擠密樁身周圍土體的作用使樁基具有更好的承載能力，與傳統(tǒng)的鉆孔灌注樁相比，土石復(fù)合樁中的水泥漿液在高壓作用下可滲入地基對其產(chǎn)生擠密和壓實(shí)作用。該類樁成樁快、成本低，但其受土質(zhì)軟硬影響，樁體形態(tài)不規(guī)范，質(zhì)量檢測缺乏科學(xué)的手段，如逐樁進(jìn)行單樁承載力試驗(yàn)，成本高、工期長。

鋼混組合樁是將預(yù)應(yīng)力混凝土管樁和鋼管樁組合在一起的新型樁基，該樁結(jié)合了混凝土管樁造價(jià)低和鋼管樁抗彎性能好的優(yōu)點(diǎn)，該類樁基施工快、組合效應(yīng)更好，但其缺點(diǎn)是鋼管樁的防腐蝕措施和連接部施工要求較高。鋼混組合樁亦可開發(fā)為螺旋樁、薄壁鋼殼樁、根形樁、竹節(jié)樁等多種異形樁基礎(chǔ)。

裝配式下部結(jié)構(gòu)

裝配式下部結(jié)構(gòu)，即墩臺(tái)的主要特點(diǎn)是：可以在預(yù)制場預(yù)制構(gòu)件，受周圍外界干擾少，但相對來說，對運(yùn)輸、起重機(jī)械設(shè)備要求較高。裝配式柱式墩系將橋墩分解成若干構(gòu)件，如承臺(tái)、柱、蓋梁(墩帽)等，在工廠或現(xiàn)場集中預(yù)制，再運(yùn)送到現(xiàn)場裝配成橋墩。其施工工序主要為預(yù)制構(gòu)件、安裝連接與拼接接頭處理。其具有兩個(gè)較為突出的問題，即在較高或較寬的下部結(jié)構(gòu)預(yù)制拼裝時(shí)需要專用的大型構(gòu)件運(yùn)輸和起吊設(shè)備，節(jié)點(diǎn)連接的形式便捷性、安全度和抗震性能有待深入研究。

承臺(tái)的體積大、自重大，而且作為樁基和墩臺(tái)的重要連接構(gòu)造，宜采用現(xiàn)澆形式。當(dāng)采用預(yù)制承臺(tái)時(shí)，要加強(qiáng)與樁基礎(chǔ)和墩臺(tái)連接節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)，無論采用濕接縫連接、預(yù)應(yīng)力連接、灌漿套筒連接等何種形式，均要確保節(jié)點(diǎn)連接可靠和結(jié)構(gòu)的整體性。建議節(jié)點(diǎn)連接采用預(yù)埋型鋼連接件栓接或焊接組合+外包混凝土形式，型鋼、混凝土雙重固結(jié)，既解決了傳統(tǒng)混凝土節(jié)點(diǎn)抗震問題，又有效避免了純鋼節(jié)點(diǎn)的耐久性問題。

裝配式混凝土墩臺(tái)主要分為空心墩臺(tái)和實(shí)心墩臺(tái)。上海、四川、浙江等地在應(yīng)用專業(yè)工廠預(yù)制成型的鋼筋混凝土實(shí)心墩臺(tái)，安徽應(yīng)用旋轉(zhuǎn)離心成型的預(yù)制空心橋墩，河北在中小跨徑橋梁中應(yīng)用預(yù)制鋼筋混凝土圓形墩柱。裝配式混凝土墩臺(tái)的關(guān)鍵控制要點(diǎn)是連接節(jié)點(diǎn)的拼裝精度，墩臺(tái)與蓋梁、承臺(tái)或樁基礎(chǔ)連接部需采用精度匹配的專用定位板，限制截面尺寸和預(yù)埋件位置，以確保安裝能夠順利實(shí)施。在高墩、大跨、寬橋面等工程應(yīng)用中，該預(yù)制墩臺(tái)自重大，預(yù)制難，且運(yùn)輸和安裝設(shè)備和作業(yè)環(huán)境等均受限制，且分段或分塊導(dǎo)致接縫多，對結(jié)構(gòu)的整體性和抗震性能有待研究。

裝配式鋼墩臺(tái)主要包括鋼管墩臺(tái)、方鋼墩臺(tái)、桁架式墩臺(tái)、格構(gòu)墩等多種形式，其加工主要在鋼結(jié)構(gòu)加工廠內(nèi)加工成型，現(xiàn)場采用螺栓連接、焊接連接、栓焊組合或鉚接等多種連接形式，應(yīng)減少現(xiàn)場焊接作業(yè)，確保鋼結(jié)構(gòu)現(xiàn)場施工質(zhì)量，其優(yōu)點(diǎn)是輕量安裝，施工便捷，缺點(diǎn)是鋼墩臺(tái)造價(jià)偏高、防腐維護(hù)和防撞設(shè)計(jì)需要充分考慮。

裝配式鋼混墩臺(tái)有鋼-混凝土墩臺(tái)、型鋼-外包混凝土等多種形式組成。鋼-混凝土墩臺(tái)省去了模板，鋼和混凝土組合既增加了組合墩整體的抗壓強(qiáng)度、抗彎剛度，又解決了現(xiàn)場連接和結(jié)構(gòu)防撞問題，綜合成本較低、施工便捷。河北在京港澳高速公路保定互通匝道橋中應(yīng)用了耐候鋼鋼管-混凝土墩柱，其通過與鋼蓋梁焊接、與混凝土承臺(tái)現(xiàn)澆齒槽混凝土形成可靠連接。型鋼-外包混凝土在工業(yè)和民用建筑領(lǐng)域應(yīng)用較廣，今后在橋梁墩臺(tái)中也可開展研究和應(yīng)用。

由于國內(nèi)城市橋梁和公路橋梁橋?qū)捿^大，混凝土蓋梁幾何尺寸和自重較大，多采用分體預(yù)制，橫向拼裝的方式，其需要專用的運(yùn)輸和起吊設(shè)備。預(yù)制蓋梁與墩臺(tái)連接多采用灌漿金屬波紋管連接、灌漿套筒連接、濕接縫連接等形式。預(yù)制蓋梁安裝前要加強(qiáng)對墩臺(tái)垂直度、平面位置和頂面高程、預(yù)埋件位置等的復(fù)核。

裝配式混凝土墩臺(tái)的整體性和抗震性還有待進(jìn)一步研究

常用的節(jié)點(diǎn)連接方式有6種：預(yù)應(yīng)力鋼筋或鋼束連接，采用鋼絞線或精軋螺紋鋼等高強(qiáng)鋼筋連接，通過預(yù)留墩臺(tái)、蓋梁或承臺(tái)的孔道連接。預(yù)應(yīng)力的引入提高了墩臺(tái)施工成本，增加了預(yù)應(yīng)力張拉和灌漿工序，延長了施工工期。

鋼筋套筒灌漿連接技術(shù)是指帶肋鋼筋插入內(nèi)腔為凹凸表面的灌漿套筒，通過向套筒與鋼筋的間隙灌注專用高強(qiáng)水泥基灌漿料，灌漿料凝固后將鋼筋錨固在套筒內(nèi)實(shí)現(xiàn)針對預(yù)制構(gòu)件的一種鋼筋連接技術(shù)，該連接方式的安裝精度和灌漿質(zhì)量控制較為嚴(yán)格，灌漿質(zhì)量檢測方法和接觸端面間隙構(gòu)造設(shè)計(jì)的穩(wěn)定性尚待研究。

灌漿金屬波紋管連接技術(shù)常用于墩臺(tái)與承臺(tái)或與蓋梁的連接，預(yù)制墩臺(tái)通過預(yù)埋于蓋梁或承臺(tái)內(nèi)的金屬波紋管連接墩身內(nèi)伸出的鋼筋。該連接形式安裝精度要求高，現(xiàn)場工作量小，但在高地震危險(xiǎn)區(qū)域應(yīng)用尚待研究。

鋼筋焊接或搭接并采用濕接縫。預(yù)制拼裝橋墩預(yù)留結(jié)合部鋼筋以便與相鄰構(gòu)件預(yù)留鋼筋搭接完成鋼筋連接后澆筑濕接縫混凝土。該構(gòu)造混凝土施工質(zhì)量不易控制，顯著增加現(xiàn)場鋼筋搭接、混凝土澆筑作業(yè)量，且受混凝土收縮影響亦可能產(chǎn)生收縮裂縫。

承插式接縫連接構(gòu)造是將預(yù)制墩身插入基礎(chǔ)對應(yīng)的預(yù)留孔內(nèi)。其優(yōu)點(diǎn)是工序簡單，現(xiàn)場作業(yè)量少；不足是接縫處的力學(xué)行為，特別是抗震性能如何，尚需進(jìn)一步研究。

鋼混組合連接。預(yù)制混凝土大型構(gòu)件的連接開展創(chuàng)造性的研究，不能照搬國外技術(shù)，要結(jié)合鋼和混凝土的力學(xué)性能和使用特點(diǎn)開發(fā)出鋼混組合連接節(jié)點(diǎn)，充分利用鋼的抗拉、抗壓強(qiáng)度高、連接形式多樣，混凝土的抗壓強(qiáng)度高、抗彎剛度大和耐久性好等優(yōu)勢，對提高節(jié)點(diǎn)連接的穩(wěn)定性和抗震性能具有極大的研究價(jià)值。

裝配式上部結(jié)構(gòu)

上部結(jié)構(gòu)的預(yù)制拼裝技術(shù)主要包括預(yù)制混凝土主梁、鋼混組合梁和鋼梁三種類型。

預(yù)制混凝土主梁。從材料劃分，主要包括鋼筋混凝土、預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土兩種，從截面形狀劃分，主要包括箱梁、T梁、空心板等類型，從預(yù)制工藝上主要分為整孔預(yù)制、分片預(yù)制和節(jié)段預(yù)制3類。在中小跨徑公路、市政橋梁中采用整孔預(yù)制或分片預(yù)制后裝配施工；在大跨徑寬橋面公路、市政橋梁施工中多采用橫橋向分體預(yù)制、順橋向分節(jié)段預(yù)制，整體拼裝成型的工藝；在鐵路橋梁中因橋?qū)捿^窄多采用整孔預(yù)制。

預(yù)制混凝土主梁傳統(tǒng)的建造模式需要臨時(shí)征用大量的場地，建設(shè)大型的鋼筋加工廠、預(yù)制場和存梁廠等，隨著現(xiàn)在環(huán)保形勢、土地政策、高質(zhì)量發(fā)展等諸多因素的新要求，臨時(shí)征地建造梁場的難度越來越大，故預(yù)制混凝土主梁正在向工業(yè)化、專業(yè)化、標(biāo)準(zhǔn)化的預(yù)制構(gòu)件加工廠發(fā)展。特別是智慧梁場的新理念得到了工程和實(shí)踐應(yīng)用：鋼筋焊接機(jī)器人、移動(dòng)式底座、全自動(dòng)液壓模板、自動(dòng)噴淋養(yǎng)生設(shè)備等相繼開發(fā)。

節(jié)段預(yù)制箱梁的應(yīng)用在國內(nèi)正逐步推開，其主梁節(jié)段預(yù)制可以和下部結(jié)構(gòu)同步進(jìn)行，施工效率和產(chǎn)品質(zhì)量高，但預(yù)制節(jié)段梁的存放、運(yùn)輸和現(xiàn)場拼裝需要極為嚴(yán)格的質(zhì)量控制要求，其施工安全風(fēng)險(xiǎn)較高，無論采用滿堂支架、逐段拼裝、懸臂拼裝等哪種工法，都要對其支撐體系的強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性，以及主梁結(jié)構(gòu)的安全性和耐久性加以驗(yàn)算，確保施工和使用安全。

鋼混組合梁。鋼混組合梁由鋼梁和混凝土板連成整體并且在橫截面內(nèi)能夠共同受力的梁，簡稱組合梁。從截面形式上看組合梁主要分為鋼板組合梁、鋼箱組合梁、波形鋼腹板組合梁、鋼桁腹組合梁和鋼桁架組合梁幾類，在此基礎(chǔ)上又衍生了不同形式的組合梁。幾種組合梁的制造工藝主要包括：放樣—號(hào)料—預(yù)處理—部件（單元）加工—節(jié)段梁組裝—焊接—矯正—涂裝—預(yù)拼裝—驗(yàn)收等工序。

預(yù)制混凝土主梁正在向工業(yè)化、專業(yè)化、標(biāo)準(zhǔn)化的預(yù)制構(gòu)件加工方向發(fā)展。

在裝配式橋梁施工中，應(yīng)充分利用鋼混組合梁的承重能力，開發(fā)梁上運(yùn)梁、梁上架設(shè)的吊運(yùn)輕量化、一體化裝備。

其中波形鋼腹板組合梁的加工具有個(gè)性化，需要大型的模壓設(shè)備冷壓成固定的波紋形狀，鋼桁腹組合梁和鋼桁架組合梁需要加強(qiáng)節(jié)點(diǎn)板的質(zhì)量控制；組合梁采用節(jié)段拼裝技術(shù)較混凝土梁具有更為明顯的特點(diǎn)，其自重輕、跨越能力大、架設(shè)高效便捷，自承重等優(yōu)勢，腹板連接采用栓接或焊接，較混凝土節(jié)段梁之間的榫連接、干接或濕接更為安全可靠。此外組合梁的橋面板可采用預(yù)制橋面板，有效降低現(xiàn)場濕作業(yè)和勞動(dòng)強(qiáng)度，設(shè)計(jì)和施工時(shí)要充分利用鋼混組合梁的承重能力，開發(fā)梁上運(yùn)梁、梁上架設(shè)的吊運(yùn)輕量化、一體化裝備。

鋼梁。鋼梁的主梁結(jié)構(gòu)由鋼結(jié)構(gòu)組成，主要為鋼箱梁、鋼桁梁、鋼拱橋幾大類。鋼梁的制造工藝與組合梁大致相同，不再贅述，鋼箱梁的主要特點(diǎn)是橋面板多采用正交異性板，如橋梁跨徑不大，應(yīng)盡量避免在小半徑曲線橋梁中采用純鋼箱梁；鋼桁梁的節(jié)點(diǎn)板連接要重點(diǎn)控制，鋼拱橋的吊桿和錨頭要做好防腐處理和檢查。

裝配式附屬結(jié)構(gòu)

裝配式護(hù)欄。防撞護(hù)欄采用預(yù)制護(hù)欄，可為預(yù)制的鋼筋混凝土、鋼-混凝土護(hù)欄或鋼護(hù)欄等多種形式。

鋼-混凝土護(hù)欄和鋼護(hù)欄的連接形式較為便捷，護(hù)欄間可采用焊接、螺栓連接、護(hù)欄與主梁可采用焊接或抗剪連接件連接。預(yù)制鋼筋混凝土護(hù)欄要做好防撞設(shè)計(jì)，其與主梁翼緣板之間必須形成穩(wěn)定、可靠、安全、耐久的連接，國內(nèi)工程案例中預(yù)制混凝土護(hù)欄與主梁的連接多采用現(xiàn)澆齒槽連接，護(hù)欄與護(hù)欄之間采用接縫后澆、預(yù)應(yīng)力鋼束等多種形式。

鋼-混凝土護(hù)欄和鋼護(hù)欄的連接形式較為便捷

裝配式搭板。裝配式搭板目前在國內(nèi)文獻(xiàn)檢索中尚未發(fā)現(xiàn)，但裝配式水泥混凝土路面已有大量應(yīng)用，預(yù)制搭板的研究可借鑒該施工工藝，可采用超高性能混凝土，減薄結(jié)構(gòu)厚度、降低自重，在工廠內(nèi)集中整板預(yù)制，現(xiàn)場裝配施工，對臺(tái)背施工和安裝精度的要求極高，采取有效措施預(yù)防板底脫空等病害。特別需要指出的是裝配式搭板與輕質(zhì)混凝土臺(tái)背配合使用，將發(fā)揮更加顯著的效果，可極大的加快臺(tái)背施工速度、有效降低橋頭沉降，實(shí)現(xiàn)綠色施工。

我國中小跨徑橋梁分布范圍最廣，應(yīng)用前景最大，跨徑小、構(gòu)件短、自重輕，施工難度小，荷載等級(jí)低，對裝配化施工的運(yùn)輸和安裝設(shè)備的要求低，更便于工廠化制造，裝配化施工，而且我國公路橋梁的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)已逐步由興建向管養(yǎng)方向轉(zhuǎn)移，在交通強(qiáng)國戰(zhàn)略和鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略的驅(qū)動(dòng)下，研究中小跨徑橋梁裝配化改造和養(yǎng)護(hù)意義重大。