預(yù)制拼裝式橋梁設(shè)計(jì)與施工技術(shù)要點(diǎn)

宣波灣，周登峰

（浙江西城工程設(shè)計(jì)有限公司，杭州 310023）

1 國內(nèi)城市高架橋梁預(yù)制拼裝技術(shù)現(xiàn)狀

上海是較早開展高架橋梁預(yù)制拼裝技術(shù)研究和應(yīng)用的城市，其中，上海嘉閔高架北二期工程高架段采用全預(yù)制拼裝工法；成都三環(huán)路擴(kuò)能提升工程羊犀立交改造工程、長沙湘府路主線高架也均采用了預(yù)制拼裝技術(shù)。

2 橋梁預(yù)制拼裝的優(yōu)缺點(diǎn)

橋梁預(yù)制拼裝技術(shù)優(yōu)點(diǎn)有：節(jié)約大量的臨時(shí)性施工場地、節(jié)約現(xiàn)場作業(yè)勞動力、現(xiàn)場不需搭設(shè)大量支架和模板、施工周期短、對既有道路交通影響小、粉塵、泥漿、噪聲、燈光等環(huán)境因素干擾小、工程容易監(jiān)管，質(zhì)量有保障等[1]。

橋梁預(yù)制拼裝技術(shù)缺點(diǎn)有：對吊裝設(shè)備的要求較高、對運(yùn)輸路徑的限制要求較高、對施工精度、機(jī)械以及專業(yè)工人技術(shù)要求較高、目前費(fèi)用略高于現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)、設(shè)計(jì)規(guī)范、施工及驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)空缺(僅部分城市有地方標(biāo)準(zhǔn))。

3 預(yù)制拼裝橋梁設(shè)計(jì)關(guān)鍵技術(shù)

預(yù)制拼裝橋梁連接節(jié)點(diǎn)的連接方式一般采用灌漿金屬波紋管和灌漿套筒2 種連接方式，設(shè)計(jì)重點(diǎn)為連接套管、灌漿材料和墊層設(shè)計(jì)。

3.1 灌漿金屬波紋管

金屬波紋管應(yīng)為圓形不銹鋼波紋管，需滿足JG/T 225—2020《預(yù)應(yīng)力混凝土用金屬波紋管》中的有關(guān)要求，且波紋管長度應(yīng)≥40ds（縱筋直徑），且不能出現(xiàn)拼接；金屬波紋管的內(nèi)徑=ds+50 mm，且應(yīng)控制偏差滿足±0.5 mm。那些內(nèi)徑≤10 cm的波紋管，其管壁厚度需≥0.45 mm，且肋高需≥3.1 mm。此外，壓漿口應(yīng)設(shè)置在金屬波紋管下方，并于壓漿管相連；波紋管上方設(shè)出漿口，并與出漿管相連，或者是直接從端部出漿。壓漿口到端部的凈間距需＞2 cm。此外，運(yùn)輸及存儲金屬波紋管的時(shí)候，必須要做好防雨、防銹、防污等防護(hù)措施，以免波紋管質(zhì)量受損。

3.2 灌漿連接套筒

連接用的套筒采取的是一端預(yù)制安裝、一端現(xiàn)場拼裝的設(shè)計(jì)，并在套筒內(nèi)設(shè)有鋼筋限位擋板。不管是預(yù)制安裝端還是現(xiàn)場拼裝段的鋼筋伸入長度都要≥10ds。將壓漿口及出漿口分別設(shè)于套筒的下端及上端，且壓漿口下端距離套筒端部的凈距需＞20 mm。制作套筒過程中的允許偏差是±2 mm，套筒安裝過程中需嚴(yán)格控制精確度。連接灌漿套筒的過程中，必須要根據(jù)JGJ 107—2016《鋼筋機(jī)械連接技術(shù)規(guī)程》Ⅰ級要求嚴(yán)控接頭質(zhì)量。同時(shí)，接頭試件的實(shí)際測試抗拉強(qiáng)度應(yīng)高于或等于被連接鋼筋的拉斷強(qiáng)度。此外，也需要由質(zhì)檢部門對灌漿連接套筒及高強(qiáng)無收縮水泥灌漿組合體系進(jìn)行嚴(yán)格的試驗(yàn)及質(zhì)量檢查，并制成相關(guān)質(zhì)量報(bào)告，待其均檢驗(yàn)合格后再進(jìn)行預(yù)制及拼裝施工，并且購置的灌漿連接套筒必須是配齊壓漿管、出漿管、止?jié){塞及定位銷等配件，以確保套筒安裝高質(zhì)量完成。

3.3 灌漿材料

不管是套筒灌漿還是波紋管灌漿所用的高強(qiáng)度無收縮水泥灌漿料都要嚴(yán)格控制其技術(shù)指標(biāo)，具體指標(biāo)見表1。

表1 高強(qiáng)無收縮水泥灌漿料技術(shù)要求

檢驗(yàn)過程中，必須要對灌漿材料的初始流動度、30 min流動度、1 d 抗壓強(qiáng)度、3 d 抗壓強(qiáng)度、28 d 抗壓強(qiáng)度、豎向自由膨脹率、氯離子含量及泌水率等進(jìn)行細(xì)致的檢測，同時(shí)，也需要檢測用于連接灌漿套筒的接頭的拉伸強(qiáng)度。對于高強(qiáng)無收縮水泥灌漿材料而言，需在拼裝施工的前一天對漿料的流動度和1 d 抗壓強(qiáng)度進(jìn)行檢測。拌制高強(qiáng)無收縮水泥灌漿料期間，應(yīng)制取試件，對應(yīng)每個(gè)拼接部位應(yīng)制取不少于3 組，分別測試1 d、3 d、28 d 抗壓強(qiáng)度。高強(qiáng)無收縮水泥灌漿料宜采用配套灌漿摻和料，為確保高強(qiáng)無收縮水泥灌漿料具有優(yōu)質(zhì)的質(zhì)量，必須與生產(chǎn)資質(zhì)達(dá)標(biāo)的廠家進(jìn)行合作，確保材料質(zhì)量，同時(shí)，每袋的質(zhì)量不宜大于25 kg，包裝袋上應(yīng)標(biāo)識詳盡的使用說明,這樣便于運(yùn)輸及投料。若儲存條件比較干燥，那些沒有打開包裝的材料存放時(shí)間也不能超過3 個(gè)月，而打開包裝的材料必須及時(shí)使用掉，若剩下了就要做廢料進(jìn)行處理，不可再次使用[2]。

3.4 拼接縫間砂漿墊層

用于構(gòu)件拼接縫之間砂漿墊層施工的材料要選擇使用高強(qiáng)無收縮砂漿，且砂漿的28 d 抗壓強(qiáng)度需≥60 MPa，也要比構(gòu)件強(qiáng)度高一個(gè)等級（即7 MPa），控制28 d 豎向膨脹率在0.02%～0.1%范圍內(nèi)。砂漿墊層施工中用的砂最好是中砂，且中砂質(zhì)地要堅(jiān)硬、級配要良好，細(xì)度模數(shù)≥2.6，含泥量≤1%，且不能含有泥塊。砂漿墊層施工中需控制初凝時(shí)間達(dá)到2 h 以上。另外，在立柱與承臺、立柱與蓋梁等不同類型構(gòu)件施工中，必須對拼接縫施工時(shí)間及強(qiáng)度進(jìn)行嚴(yán)格控制，且最好選用有效施工時(shí)間比較長的高強(qiáng)砂漿進(jìn)行施工。

3.5 同類構(gòu)件間連接黏結(jié)劑

連接黏結(jié)劑采用環(huán)氧黏結(jié)劑，初步固化時(shí)間≥1 h，1 d 抗壓強(qiáng)度≥40 MPa，7 d 抗壓強(qiáng)度≥60 MPa，7 d 抗拉強(qiáng)度≥9 MPa，7 d 抗剪強(qiáng)度≥21 MPa，且應(yīng)有防老化、防碳化、防強(qiáng)腐蝕性的功能。黏結(jié)過程中，需對構(gòu)件兩面均勻涂刷黏結(jié)劑，并確保涂刷的黏結(jié)劑只有滴掛而沒有流淌現(xiàn)象。

4 試驗(yàn)研究

4.1 試驗(yàn)?zāi)康?/h3>

為了確定預(yù)制裝配連接件在不同養(yǎng)護(hù)時(shí)間下的力學(xué)性能，從而確定其在預(yù)制拼裝橋墩中的適用性進(jìn)行了一系列試驗(yàn)。該試驗(yàn)分別考慮連接件在養(yǎng)護(hù)期為7 d、14 d、21 d、28 d 下連接件母材（包括鋼筋及灌漿料）及連接件的強(qiáng)度發(fā)展情況，為設(shè)計(jì)、施工提供參考依據(jù)。

4.2 試驗(yàn)結(jié)果

所測試的灌漿料（砂漿）7 d、14 d、21 d 和28 d 養(yǎng)護(hù)抗折強(qiáng)度分別為9.3 MPa、15.2 MPa、17.1 MPa 和17.6 MPa，抗壓強(qiáng)度分別為98.6 MPa、106.9 MPa、110.7 MPa、118.4 MPa。直徑40 mm 的HRB400 帶肋普通鋼筋拉伸結(jié)果顯示：鋼筋平均屈服荷載505 kN；7 d 養(yǎng)護(hù)條件下灌漿套筒連接件屈服荷載為500～600 kN，此時(shí)鋼筋和套筒之間的滑移量約0.5 mm，顯示7 d 養(yǎng)護(hù)條件下灌漿套筒連接件強(qiáng)度超過HRB400 鋼筋屈服強(qiáng)度,試驗(yàn)結(jié)果說明連接部位強(qiáng)度已超過鋼筋屈服強(qiáng)度，連接部位不是整體構(gòu)件中的薄弱位置，設(shè)計(jì)是合理可靠的。

5 施工關(guān)鍵技術(shù)

施工的關(guān)鍵在于立柱、蓋梁預(yù)制和安裝，立柱、蓋梁混凝土材料分別采用C40 高性能混凝土和C50 高性能混凝土。

5.1 立柱預(yù)制

針對預(yù)制立柱鋼筋籠采取鋼筋模塊化精加工方式進(jìn)行加工制造。為提高鋼筋籠的穩(wěn)定性及支撐性，設(shè)置專用胎架進(jìn)行立柱鋼筋籠，并一次加工成型，控制偏差在±2 mm。同時(shí)，為防止鋼筋收錄變形，也設(shè)置了定位體系。安好立柱胎架之后，就安裝用于固定立柱鋼筋的定位板和套筒固定件，接著再一次性將灌漿套筒及箍筋、掛鉤等安裝到位；待安設(shè)好鋼筋之后，便用二氧化碳保護(hù)焊把箍筋、拉鉤和主筋焊接牢固；最后對套筒止?jié){塞、保護(hù)層墊塊、千斤頂預(yù)埋螺栓套及防雷接地板等輔助裝置進(jìn)行安裝到位[3]。

5.2 蓋梁預(yù)制

預(yù)制蓋梁鋼筋籠的加工要求：蓋梁鋼筋籠胎架由4 部分組成：底座、支架、掛片及定位平臺組成。為確保灌漿連接套筒能精確地進(jìn)行拼裝定位，所以，針對套筒設(shè)計(jì)了定位鋼板。同時(shí)，先是在胎架外制造套筒、主筋和箍筋等套筒模塊，做好后再把其吊進(jìn)鋼筋籠胎架中。除了套筒模塊之外，蓋梁鋼筋籠的其他配套設(shè)施都是在胎架上進(jìn)行加工及綁扎，并分為10 個(gè)步驟進(jìn)行，且不可跳步驟進(jìn)行加工，加工過程中要做好測量工作，保障蓋梁預(yù)制的精度及質(zhì)量。

5.3 預(yù)制件運(yùn)輸安裝

在對預(yù)制件進(jìn)行裝運(yùn)的過程中，要注意結(jié)合現(xiàn)場的工況條件來確定好構(gòu)件的裝車出廠方向及吊裝施工的順序。同時(shí)，要提前對運(yùn)輸車輛進(jìn)場路線上的場地進(jìn)行平整壓實(shí)處理，確保場地有足夠承載力支持預(yù)制件快速運(yùn)輸?shù)轿?。此外，運(yùn)輸構(gòu)件的時(shí)間最好是晚上運(yùn)輸，并做好交通協(xié)管工作，以避免對附近居民正常生活造成不良影響。

5.4 預(yù)制橋墩連接施工順序

1）立柱、蓋梁預(yù)制件必須經(jīng)檢驗(yàn)合格后，方可進(jìn)行安裝。

2）預(yù)制立柱、蓋梁應(yīng)確保尺寸精準(zhǔn)，并在工廠預(yù)拼裝后，方可出廠；承臺、立柱、蓋梁之間采用匹配式施工。

3）先完成鉆孔灌注樁與承臺的現(xiàn)澆工作，并把立柱下端預(yù)埋的套筒套到承臺頂部預(yù)埋好的伸出鋼筋上，接著往套筒中灌注灌漿材料，完成立柱與承臺的連接；將預(yù)埋波紋管的蓋梁套入立柱上端的伸出鋼筋，并向波紋管內(nèi)灌注灌漿材料，完成蓋梁與立柱的連接，立柱與承臺、立柱與蓋梁的結(jié)合面采用高強(qiáng)無收縮砂漿連接，砂漿澆筑前，需設(shè)置擋漿模板[4]。

4）預(yù)制件架設(shè)完成后，灌漿料達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度要求前，需采用臨時(shí)措施固定預(yù)制件，防止預(yù)制件錯(cuò)動及傾覆。

5.5 灌漿連接工藝

1）灌漿前應(yīng)再次檢查套筒或金屬波紋管，確保內(nèi)腔通暢。

2）灌漿連接應(yīng)嚴(yán)格遵循以下工藝流程：灌漿料倒入攪拌設(shè)備→計(jì)算水量并精確稱重，水灰初拌（不得少于30 s）→專用設(shè)備高速攪拌（不得少于5 min）→漿料倒入儲漿裝置→漿料倒入灌漿設(shè)備并連接壓漿口壓漿→出漿口出漿或端部出漿→持續(xù)出漿后（不得少于2 s）停止壓漿并塞入止?jié){塞→下一個(gè)套筒或金屬波紋管壓漿。

3）灌漿設(shè)備宜采用高壓灌漿泵，壓力應(yīng)不小于3 MPa，排量應(yīng)不小于4 L/min。拌制高強(qiáng)無收縮水泥灌漿料的過程中，需取樣品進(jìn)行試驗(yàn)，且每個(gè)連接部位應(yīng)3 組甚至更多組的樣品，并根據(jù)相關(guān)試驗(yàn)流程來檢測灌漿料的1 d 抗壓強(qiáng)度、3 d 抗壓強(qiáng)度及28 d 抗壓強(qiáng)度。

4）灌漿必須連續(xù)施工，不可中斷。需在現(xiàn)場配備應(yīng)急發(fā)電設(shè)備，以防灌漿過程中發(fā)生停電等突發(fā)情況。

5）做完灌漿作業(yè)之后，需對構(gòu)件上的漿液殘留進(jìn)行及時(shí)清理。

6 結(jié)語

預(yù)制拼裝技術(shù)可縮短施工周期，降低對環(huán)境的影響，是綠色建筑的發(fā)展方向。通過嚴(yán)格的理論計(jì)算和試驗(yàn)把關(guān)，連接部位的強(qiáng)度不再是整體構(gòu)件的薄弱部位，但在施工環(huán)節(jié)必須要嚴(yán)格按設(shè)計(jì)要求進(jìn)行控制，保證連接部位的施工質(zhì)量，使其強(qiáng)度和剛度等技術(shù)指標(biāo)能達(dá)到設(shè)計(jì)要求，隨著工廠化預(yù)制技術(shù)的發(fā)展，預(yù)制拼裝橋梁在城市高架中的應(yīng)用必將越來越多，展望未來研究的重點(diǎn)主要是連接方式與材料、抗震性能和耐久性，技術(shù)的真正成熟還需要大量的工程實(shí)踐和理論研究支撐。