預制拼裝城市高架橋施工控制要點與效益分析

楊榮青

（上海公路投資建設發(fā)展有限公司，上海200335）

0 引言

隨著我國城市化建設進程的不斷推進，城市交通體系的復雜度也隨之提升。技術人員在對城市路網進行深入分析后發(fā)現(xiàn)，高架橋在城市路網體系中具備更強的經濟性及安全性優(yōu)勢。預裝拼裝技術自誕生以來，得到了建筑行業(yè)內的廣泛認可與應用，我國也出現(xiàn)諸多工程實例。然而需要注意的是，高架橋工程在實際建設過程中，受周邊環(huán)境及交通的影響極大，因此施工難度也相對較高。為此，技術人員在實際發(fā)展過程中，結合自身經驗及相關理論知識提出了預制拼接技術。同時，行業(yè)技術人員也在不斷加強對相關技術的研究力度，力求為我國的高架橋工程建設質量提供有力保障。

1 預制拼裝橋梁的優(yōu)勢概述

近年來，在科學技術高速發(fā)展及城市建設要求的影響下，道路工程建設技術不斷進步，以預制拼接技術為代表的一系列高新技術得到了廣泛認可，并被應用于上海嘉閔高架、S7 公路等項目中，并充分顯示出了該技術的優(yōu)勢。通過對已有工程實例進行梳理，可以分析出該技術具備以下優(yōu)勢：

第一，橋梁構件主要由工廠生產，相較于現(xiàn)場澆筑構件，其質量更高。

第二，現(xiàn)場施工過程中需要利用專業(yè)設備進行現(xiàn)場拼接，施工效率較高，顯著降低了施工對周邊自然環(huán)境、交通效率的影響。

第三，大部分施工流程均可在地面或低空完成，高空作業(yè)量較少，可以有效提升施工的安全性。

第四，現(xiàn)場施工作業(yè)所需的人力資源量較少，可以有效降低成本。

第五，在橋梁工程規(guī)模較大的情況下，施工機械成本及預制生產成本可以得到攤銷，實現(xiàn)經濟性目標。

從當前的實際發(fā)展情況分析，我國人工費呈現(xiàn)逐年提升的趨勢，這使得如何在施工過程中降低人力成本成為實現(xiàn)經濟性目標的重要因素，也使得預制拼裝技術在城市橋梁建設工程中的應用率不斷提升。

2 工程概況

為深入探究預制拼接技術在城市橋梁工程中的應用要點，選取了實際案例進行詳細說明。案例工程為某地區(qū)道路節(jié)點提升工程，工程全長2156.268m。該工程建設過程中，需要對現(xiàn)有高架橋的13 跨共325m 進行拆除作業(yè)，隨后向北繼續(xù)延伸建設并與地面道路相連接。該工程中某段的高架立柱、蓋梁部分采用了預制拼接工藝。考慮到該技術在實際應用過程中對構件精度提出了極高的要求，因此，技術人員與工廠進行了充分溝通，確保將預制立柱、蓋梁鋼筋等構件的安裝精度嚴格控制在±2mm 的范圍內。

3 裝配式結構的設計要點

案例工程中，技術人員依照工程標準及應用需求，將預制立柱及承臺分別設計為直立柱和雙立柱形式。在工程設計中，承臺部分預計采用現(xiàn)澆工藝進行施工，立柱下部的鋼筋需要在承臺部分混凝土澆筑前完成預埋，并利用灌漿套筒連接上部立柱。技術人員利用預埋金屬波紋管將立柱及蓋梁部分連接起來，結合面部分，需要利用厚度為2cm 的60MPa 高強砂漿進行找平作業(yè)。技術人員依據規(guī)范及應用要求，設定采用強度等級為C40 的混凝土制作預制立柱，并利用高性能混凝土一次性完成澆筑作業(yè)。

案例工程中，蓋梁的單體重量達到500t 以上，在實際施工過程中，對吊裝機械額定載重提出了明確要求。因此，技術人員決定采用水平方向和垂直方向分段進行蓋梁預制及吊裝作業(yè)。表1 為案例工程中技術人員在綜合考慮預制程度、結構受力性能等因素的前提下，提出的橫向、豎向方案比選情況，技術人員最終決定采用豎向分段方式進行蓋梁預制。

表1 蓋梁預制方案比選

案例工程中，技術人員在綜合相關規(guī)范及實際應用要求的前提下，將立柱蓋梁設計為倒T 形式，長、寬、高分別為18.8m、3.5m、3m，蓋梁施工分兩次完成，下部結構采用工廠預制件，墩頂部分設計凸出0.5m，為后續(xù)金屬波紋管預埋作業(yè)提供有利的環(huán)境支持。工程中，脊骨梁部分采用現(xiàn)場澆筑作業(yè)，蓋梁部分采用高性能混凝土，強度設計為C50。

4 預制節(jié)段拼接施工要點

4.1 預制立柱下部鋼筋定位要點

案例工程中，技術人員設計將預制立柱下部鋼筋預埋在承臺部分中，因此實際施工時需要避免鋼筋在澆筑作業(yè)過程中受混凝土沖擊、流動等因素影響，出現(xiàn)位置偏離的問題，這也是此次工程施工的重點環(huán)節(jié)。

施工單位在實際作業(yè)過程中，利用數控等離子切割技術制作了立柱下部鋼筋籠鋼箍，并依照設計圖紙預留出相應的孔洞，將鋼筋定位誤差控制在±2mm 范圍內。隨后，施工人員開展鋼筋籠綁扎作業(yè)，并將其設置在預定位置中，再利用吊裝設備將鋼箍設置在鋼筋籠位置，在完成此環(huán)節(jié)后，施工人員依照預留孔開展鋼筋插入作業(yè)[1]。在實際作業(yè)過程中，施工單位利用鋼管橫撐形式，將托架兩頭分別定在鋼箍及承臺鋼模上，并在4 個方向上將其對稱鎖死，以避免立柱鋼筋出現(xiàn)位置偏離，具體如圖1所示。

圖1 鋼箍的設計要點

4.2 鋼筋骨架定位綁扎要點

案例工程采用預制節(jié)段拼接技術，立柱、蓋梁等部分均采用工程預制件，并在現(xiàn)場完成拼接作業(yè)，因此工廠生產的預制件精度直接影響著橋梁工程的質量，主要原因是橋梁連接部分的接合程度將隨著預制件加工精度的提升而提升，而連接件的接合程度將直接影響預制橋梁運行的可靠性。

在該工程施工作業(yè)之中，技術人員利用BIM 技術對預制件進行了深化設計，并利用BIM 軟件對節(jié)點鋼筋、預應力管道、灌漿套筒等重點開展碰撞試驗，并依托檢測結果對相關部件進行優(yōu)化。繪制鋼筋籠加工圖，依照BIM 模型對鋼筋籠加工支架進行設計，以確保加工精度可以控制在±2mm 范圍內。技術人員在完成圖紙設計后，將數據傳輸給工程部分，以確保骨架預制件的加工質量滿足實際需求[2]。

4.3 接縫處理要點

案例工程中，技術人員設計采用高強無收縮水泥砂漿對承臺-立柱、立柱-蓋梁部分的接縫位置進行了處理。實際施工過程中，為確保構件位置的精調作業(yè)有序完成，技術人員將高強砂漿的初凝時間控制在2h 以上，28d 抗壓強度超過60MPa 為合格。在接縫處理作業(yè)正式開展過程中，施工單位依照工藝要求，首先對結合面部分進行了鑿毛處理，并清潔灰塵及雜物，在工程準備完成后開展高墻砂漿鋪設作業(yè)。

4.4 預制構件運輸要點

城市高架橋工程的建設環(huán)境較為復雜，限制條件較多，橋梁預制構件在運輸過程中經常出現(xiàn)質量問題、外觀受損等情況。因此，施工技術人員在實際工作過程中，為確保預制件成品的運輸平穩(wěn)、有序，在運輸工作開始前，對運距、運輸成本等進行了深入分析，并對運輸路線的道路環(huán)境進行了實地勘察，規(guī)避顛簸路段，切實提升了運輸路線的合理性。同時，考慮到部分構件體積較大，技術人員對道路寬度及轉彎半徑進行了綜合考量，并要求駕駛員在運輸過程中嚴格控制車速，同時保證起步及剎車時的平穩(wěn)性。

在構件運輸過程中，工作人員需要在發(fā)車前對捆綁的牢固度進行檢查，確保運輸過程中構件不會松動。此外，工作人員還應利用織物、海綿等柔軟物包裹住混凝土構件，最大限度地降低構件在運輸過程中因意外碰撞、滑移等情況受損。

工作人員在實際工作中，應充分考慮到城市道路運輸環(huán)境中大型車輛無法掉頭的情況，在編制運輸計劃時，應充分依照施工現(xiàn)場的實際環(huán)境、工序要求等對構件的裝運順序及方向進行調整，確保卸車的便捷性，切實提升運輸效率。

5 預制拼裝技術的應用效益

5.1 技術的優(yōu)缺點評定

依照所研究的案例工程的實踐經驗，可梳理出如表2所示的技術優(yōu)缺點。

表2 預制拼裝技術優(yōu)缺點評定

5.2 施工效益分析

依據所研究案例工程的實踐情況進行分析，主要施工內容涵蓋預制拼裝及現(xiàn)場澆筑兩方面內容。通過對各工序進行梳理，可得出如下結論：

第一，精細化管理目標得以實現(xiàn)。案例工程施工中，工廠化生產模式使得大量重復性作業(yè)由施工現(xiàn)場轉移至工廠內完成，依托于機械化、數字化技術，在具備專業(yè)素質的技術人員操控下，完成構件的制作，有效提升了構件質量以及污染物排放的管理成效。在精細化管理模式下，對施工資源調配進行統(tǒng)一規(guī)劃，有效實現(xiàn)了工程管理精細化的發(fā)展目標。

第二，生產效率得到顯著提升。在案例工程施工過程中，構件生產、運輸及安裝所需的時間分別占70%、20%及10%，耗時最長的生產環(huán)節(jié)主要集中在工廠內，加工圖紙繪制完成后，工廠即可安排生產，其他工序對構件生產流程的影響極小，施工效率也得以提升。

第三，施工的安全性得到顯著提升。通過采用預制節(jié)段拼裝技術，案例工程施工過程中可以省去支架搭建的流程，有效規(guī)避支架倒塌引發(fā)的安全風險。除此以外，由于構件吊裝環(huán)節(jié)要求工作人員具備相關資質，因此吊裝作業(yè)人員對流程及要點的熟悉度較高，可以有效應對施工中出現(xiàn)的各種突發(fā)情況。

第四，經濟效益及社會效益高。通過對案例工程資源消耗程度及現(xiàn)澆工藝進行對比可知，工程的材料成本及機械成本基本持平，而預制節(jié)段拼裝工藝對勞動力的需求較少，可節(jié)約60%的人力成本，在當前勞動力成本不斷提升的背景下，預制拼裝工藝取得了較好的經濟效益。同時，該技術在實際應用過程中對周邊環(huán)境的要求較低，且施工效率高，可以最大限度地降低對周邊居民日常生活及交通運營的影響，因而該工藝取得了較好的社會效益。

6 結語

綜上所述，在新時代背景下，以預制拼裝工藝為代表的一系列新技術，逐漸得到了行業(yè)內的廣泛認可與應用。本文所研究的案例，在應用預制拼裝工藝后取得了較為顯著的成效，工期及成本控制方案均達到預期目標，同時，橋梁的施工質量完全滿足設計及使用需求。由此可見，該技術具備較高的應用及推廣價值。