一體化裝配式墩柱蓋梁組合結(jié)構(gòu)施工技術(shù)研究

劉江軍，張英海，沈健聰

（1.嘉興市交通投資集團有限責任公司，浙江 嘉興 314050；2.嘉興市快速路建設發(fā)展有限公司，浙江 嘉興 314001）

近年來，我國的交通基礎和配套設施建筑業(yè)已經(jīng)進入了一個嶄新的發(fā)展時期，裝配式的出現(xiàn)很好地解決了因環(huán)境、交通、施工時間等因素的限制，可以很大程度地提高施工效率，實現(xiàn)快速安裝施工，同時有助于增強橋梁結(jié)構(gòu)的耗能能力。裝配式橋梁結(jié)構(gòu)可以最大限度地減輕對橋位環(huán)境影響和交通干擾，而且易于保證工程質(zhì)量，降低橋梁生命周期成本，其技術(shù)經(jīng)濟優(yōu)勢正日益得到橋梁界的高度認同[1]。因此，為降低施工成本，加快施工進度，橋梁建設在施工工藝上已由現(xiàn)場施工逐步轉(zhuǎn)換到在智慧梁廠中進行標準化預制，再在現(xiàn)場進行拼裝的方式。

目前，很多學者已對裝配式橋梁結(jié)構(gòu)開展了相關(guān)研究工作，主要集中于構(gòu)件標準化預制、構(gòu)件強度性能優(yōu)化、長距離運輸調(diào)度、現(xiàn)場高質(zhì)量安裝方法與設備、節(jié)點性能與病害處治等方面[2-9]。曾春茂[2]針對不同加筋形式的螺栓連接方式的裝配式鋼管混凝土橋墩，分別研究了螺栓預緊力、預應力度、連接鋼管厚度等因素對其水平承載性能的影響。田飛等[3]針對不同裝配式下部結(jié)構(gòu)方案，研究分析了預制構(gòu)件間的連接形式和一體化施工技術(shù)，并提出了適用于中小跨徑全預制裝配式橋梁的高效一體化建造方案。曹紫龍[6]針對裝配式橋梁節(jié)點病害，通過正交試驗系統(tǒng)研究了節(jié)點灌漿材料的基本力學性能、抗凍性能和纖維增強性能，并基于預制波紋管灌漿構(gòu)件的拉拔試驗研究了影響鋼筋與節(jié)點灌漿材料粘結(jié)性能的相關(guān)因素。

依托某實際工程，針對橋梁下部結(jié)構(gòu)采用裝配式墩柱蓋梁組合結(jié)構(gòu)，本文對其結(jié)構(gòu)設計和一體化施工工藝進行了系統(tǒng)研究，研究成果有助于為今后類似工程提供借鑒參考。

1 工程概述

1.1 項目概況

S302 平湖至安吉公路平湖平善大道至南湖嘉南公路段改建工程（一期）第2 施工標段主線起于嘉興市南湖區(qū)鄉(xiāng)道Y209 與新07 省道交叉處，路線起點樁號K10+095.5。路線沿既有新07 省道向西，跨越新竹線規(guī)劃Ⅶ級航道、Y209 鄉(xiāng)道、風萬線規(guī)劃Ⅶ級航道等，于七沈公路處設菱形互通與規(guī)劃永敘路進行溝通轉(zhuǎn)換。然后跨越興業(yè)路、規(guī)劃七大公路、余步路后高架落地，順接現(xiàn)狀07 省道，快速路利用現(xiàn)狀道路上跨滬杭高速并下穿滬杭高鐵，跨越南郊河規(guī)劃Ⅵ級航道后再次起坡，跨越規(guī)劃亞中路、亞太路后落地，并在亞太路西側(cè)設置半菱形互通，之后主線采用地面道路向西順接既有長水路落地高架匝道，與長水路高架、三環(huán)東路高架、規(guī)劃嘉鹽高架共同形成三環(huán)東路樞紐互通，終點樁號K20+111.013。如圖1 所示，本工程路線全長10.016km，其中K10+095.5-K16+219.5 為連續(xù)高架橋，總長6.124km；K16+219.5-K17+393.68 利用現(xiàn)有道路，K17+661.5-K20+110.933 為主路+輔路，總長2.45km(主路含高架橋梁約1.48km)。本工程中的橋梁上部結(jié)構(gòu)形式包括鋼混組合梁、窄幅鋼箱組合梁和小箱梁、空心板、矮T 梁，上部結(jié)構(gòu)最大跨徑75m；下部結(jié)構(gòu)形式包括Y型墩、門架墩、大懸臂的預應力蓋梁和一體化裝配式墩柱蓋梁組合結(jié)構(gòu)。

圖1 工程平面位置

1.2 地質(zhì)水文條件

本工程位于杭嘉湖平原北部，地勢平坦，視野開闊，河湖密布，屬典型的江南水鄉(xiāng)，地面標高在1.2～3.0m之間。水位動態(tài)變化受季節(jié)、大氣降水及河道水位控制，實測地下水位埋深0.6～1.5m。橋址位于沖湖積平原區(qū)，自上而下土層分布為：厚度0.8～7.50m 以可塑狀粉質(zhì)黏土為主的耕植土；厚度0.50～4.20m 的全新統(tǒng)上組沖湖積可塑狀粉質(zhì)黏土，工程性質(zhì)一般；厚度0.90～13.70m 的全新統(tǒng)中組海積軟塑～流塑狀粉質(zhì)黏土，局部地段為1.2～9.10m 厚的全新統(tǒng)中組沖海積粉土；厚度2.50～18.50m 的全新統(tǒng)下組沖湖積硬可塑狀粉質(zhì)黏土，工程性質(zhì)較好，局部地段相變?yōu)榭伤軤罘圪|(zhì)粘土、稍密～中密狀粉土，其下分布厚約2.40～9.40m的全新統(tǒng)下組海積軟塑狀粉質(zhì)黏土，工程性質(zhì)差，局部為厚約0.7m～19.9m 的相變成軟塑狀粉質(zhì)黏土，工程性質(zhì)較差。

2 結(jié)構(gòu)設計

本工程中的一體化裝配式墩柱蓋梁組合結(jié)構(gòu)所用鋼材型號為Q355D。如圖2 所示，墩（立）柱為鋼混結(jié)構(gòu)，直徑有1.8m 和2.4m 兩類。墩柱板厚24mm，底部設底板、加勁板和加強箍筋。加勁板厚20mm，鋼筋為5 根C22加強箍筋。焊釘為A22×180 型，焊釘沿鋼柱內(nèi)側(cè)布置，豎向間距20cm，鋼柱同截面等間距布設8 個。

圖2 裝配式鋼混立柱構(gòu)造圖

如圖3 所示，蓋梁為鋼箱結(jié)構(gòu)，長×寬×高為8.0m×2.6m×2.4m，頂板、腹板和橫隔板的厚度分別為20mm、20mm 和24mm。橫隔板間距60cm，橫隔板與腹板間距95cm。立柱和蓋梁內(nèi)混凝土采用C30 微膨脹混凝土。

圖3 裝配式鋼混蓋梁構(gòu)造圖

3 施工工藝流程

本工程中的裝配式墩柱和蓋梁均采用場內(nèi)加工預制，現(xiàn)場拼裝，再進行整體化安裝流程。立柱采用分節(jié)段預制、運輸，現(xiàn)場拼裝后整體吊裝。蓋梁結(jié)構(gòu)為場內(nèi)加工，運輸至現(xiàn)場后進行拼裝，再分節(jié)段吊裝。一體化裝配式墩柱蓋梁組合結(jié)構(gòu)施工工藝流程如圖4 所示。

圖4 一體化裝配式墩柱蓋梁施工工藝流程圖

4 施工關(guān)鍵技術(shù)

4.1 結(jié)構(gòu)場內(nèi)加工制作

4.1.1 鋼板預處理

下料前，應先對鋼板的材質(zhì)、批號進行移植或記錄，再利用矯平機矯平后對鋼板進行預處理，消除鋼板軋制內(nèi)應力產(chǎn)生的瓢曲變形（尤其是運輸?shù)跹b過程造成的局部硬彎），保證鋼板在制造過程中的平整度，同時采用磁力吊配合上下料，不使用吊鉤或虎頭卡吊裝，避免鋼板產(chǎn)生局部塑性變形。隨后，再對鋼板進行拋丸除銹、噴涂車間底漆、烘干等預處理措施。

4.1.2 鋼立柱制作

針對本工程中直徑為1.8m 和2.4m 鋼立柱，采用廠家標準化分節(jié)段定做，進場后進行處理，再進行焊釘焊接。考慮到現(xiàn)場施工和規(guī)范要求，鋼立柱標準節(jié)段劃分為10m。

4.1.3 蓋梁加工

蓋梁主要結(jié)構(gòu)劃分為腹板、頂板、橫隔板、端板、底板等，加工支座處設置加勁肋，采用Ι級熔透焊進行結(jié)構(gòu)間的焊接成型。其中，頂板尺寸為2600×20×8000（mm），橫隔板尺寸為2826×24×2360（mm），腹板尺寸為2585×20×8000（mm）。

4.2 節(jié)段運輸

鋼立柱和蓋梁各板塊加工完成后，采用平板車運輸至安裝現(xiàn)場。運輸前，對運輸?shù)缆吩僖淮芜M行勘察，結(jié)構(gòu)運輸時，必須用鋼絲繩、倒鏈把立柱在卡車上固定牢靠，在平常車上安放木楔防止鋼柱在運輸過程中橫向滾動，運輸?shù)缆沸杼钇健簩崱?/p>

4.3 現(xiàn)場拼裝及吊裝

4.3.1 作業(yè)場地處理

根據(jù)鋼立柱節(jié)段劃分尺寸和作業(yè)需求，選取長14m、寬12m 的場地作為拼裝作業(yè)場地。為保證拼裝精度，場地需進行平整壓實，并澆筑10cm 厚C20 混凝土作為硬化層。

同時，為了保證吊機作業(yè)穩(wěn)定性，需對吊機活動區(qū)域進行平整壓實處理，對不滿足承載要求的場地進行換填處理。

4.3.2 臨時支架搭設

為了分節(jié)段吊裝鋼立柱和蓋梁，根據(jù)鋼立柱吊裝高度分層搭設臨時支架，布設作業(yè)平臺。臨時支架搭設前需進行結(jié)構(gòu)驗算和分析，滿足設計要求并報監(jiān)理單位審核后方可進行現(xiàn)場搭設施工。

4.3.3 首節(jié)立柱安裝

如圖5 所示，根據(jù)設計要求，立柱底部嵌入承臺深度2m，設置有規(guī)格為2900×30×2900（mm）的底板。底板設有型號為200×20×1100（mm）的加勁板和型號為C22 鋼筋的加強箍筋，加勁板上均布預留有5 個鋼筋孔。

圖5 鋼立柱底部結(jié)構(gòu)示意圖

由于立柱埋深承臺頂2m 深處，綁扎承臺鋼筋時需考慮立柱位置鋼筋的加工和布設。因此本工程中裝配式鋼混組合柱蓋梁結(jié)構(gòu)墩位的承臺鋼筋需分2 次綁扎，首次綁扎至立柱底板標高位置，承臺豎向主筋預留與第二次鋼筋綁扎，預留鋼筋搭接數(shù)量應滿足同截面搭接數(shù)量小于總搭接數(shù)量的50%。

首節(jié)立柱吊裝完成后，立柱管內(nèi)采用C30 微膨脹混凝土進行澆筑。澆筑前需按照設計要求進行配合比設計，待審核后方可用于現(xiàn)場澆筑施工。為了防止微膨脹混凝土澆筑過程因高度過高而產(chǎn)生離析，本工程選用吊運底部安裝有串筒的料斗澆筑。

4.4 其余節(jié)段立柱吊裝

首節(jié)立柱混凝土澆筑完成后，待強度達到要求時，進行第二節(jié)段立柱的吊裝，吊裝工藝與首節(jié)相同。第二節(jié)立柱吊裝至設計位置后，進行節(jié)段之間焊接。焊接完成后，吊機配合拆除施工平臺，搭設第二層臨時支架和作業(yè)平臺，循環(huán)首節(jié)立柱施工工藝，直至立柱施工完成（除與蓋梁連接的頂節(jié)立柱節(jié)段）。

4.5 蓋梁安裝

預先將頂節(jié)立柱與蓋梁在場地拼裝完成，形成一體化裝配式墩柱蓋梁組合結(jié)構(gòu)。待上述立柱完成后，放樣復核確認蓋梁中心位置及角度，無誤后做好位置標記，再吊裝該一體化裝配式墩柱蓋梁組合結(jié)構(gòu)，與下部立柱焊接形成整體。為了防止吊裝過程構(gòu)件局部受力過大導致結(jié)構(gòu)變形，本工程采用構(gòu)件整體同步起吊方法，輔助構(gòu)配合主鉤實現(xiàn)構(gòu)件的空中翻轉(zhuǎn)。

4.6 混凝土澆筑

待蓋梁安裝完成后，進行蓋梁內(nèi)混凝土和頂節(jié)立柱內(nèi)混凝土的澆筑，澆筑蓋梁時可采用灌注預留孔進行灌注，至此完成裝配式墩柱蓋梁組合結(jié)構(gòu)的全部施工。

5 結(jié)論

（1）本工程中的裝配式墩（立）柱和蓋梁均采用鋼混結(jié)構(gòu)，通過工廠標準化預制加工、現(xiàn)場拼裝的形式實現(xiàn)了橋梁下部結(jié)構(gòu)的快速高質(zhì)量施工。

（2）裝配式墩（立）柱采用分段焊接接高、分層澆筑混凝土的方法，有效提高了超大直徑墩柱的穩(wěn)定性和施工效率。

（3）通過將頂節(jié)立柱與蓋梁采用預拼裝技術(shù)形成一體化裝配式墩柱蓋梁組合結(jié)構(gòu)，整體吊裝后只需焊接立柱界面，不僅降低了高空作業(yè)難度，而且保證了墩柱蓋梁連接節(jié)點的強度。