文城市橋梁預(yù)制裝配式橋墩的接縫構(gòu)造研究

文/劉恒亨

墩結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵部位，影響著結(jié)構(gòu)的耐久性、抗震性能及可施工性等重點環(huán)節(jié)。本文總結(jié)并比選了多種接縫類型和拼接形式，并結(jié)合具體工程案例對接縫構(gòu)造進行分析研究。

1.裝配式橋墩常用連接形式

1）灌漿槽口連接是一種濕接縫形式，通常應(yīng)用于蓋梁與墩柱的連接，及在蓋梁預(yù)制構(gòu)件中預(yù)留后澆槽口，待蓋梁吊裝就位后進行澆筑。槽口大小根據(jù)墩柱鋼筋的布置和錨固長度可采用圓形或矩形截面。灌漿可從蓋梁頂部澆筑，施工便捷，也可從蓋梁與墩柱之間的墊層向上壓漿，密實性好，施工精度要求不高，難度較小。主要依靠新老混凝土的膠結(jié)力傳遞內(nèi)力，力學(xué)性能一般。2）承插式連接施工簡單，施工精度要求不高，常用于墩身與承臺連接處，需要現(xiàn)澆施工，后續(xù)施工等待時間較長。連接處傳力機制與灌漿槽口連接類似，主要依靠新老混凝土之間的膠結(jié)力，力學(xué)性能、新老混凝土之間接縫耐久性缺乏研究，節(jié)段之間主筋不連續(xù)，抗震性能較差，不適用于高地震烈度區(qū)。3）UHPC混凝土連接為現(xiàn)澆濕接形式，通常應(yīng)用于蓋梁與墩柱、墩柱與承臺的連接，是普通現(xiàn)澆混凝土濕接縫的優(yōu)化，通常鋼筋僅需搭接，通過后澆UHPC混凝土對鋼筋進行錨固，將上一節(jié)段的鋼筋內(nèi)力通過UHPC混凝土握裹力傳遞至下一節(jié)段鋼筋，施工精度要求較低。接頭性能取決于后澆混凝土的質(zhì)量，由于鋼筋不連續(xù)，地震下結(jié)構(gòu)耗能性一般，容易造成新老混凝土接縫處開裂。4）灌漿套筒施工技術(shù)經(jīng)驗成熟，工程中較多應(yīng)用于構(gòu)件的豎向連接。在預(yù)制構(gòu)件中埋入套管，與被連接構(gòu)件的鋼筋進行對接，再灌注高強灌漿料。被連接鋼筋的錨固性能及連接件的整體延性較好，在地震作用下構(gòu)件的耗能較好，耐久性基本不受接縫影響；但造價相對較高，施工允許誤差較小，質(zhì)量控制因素多，對工藝的要求較嚴(yán)格。5）灌漿金屬波紋管與灌漿套筒的工作機制相似，造價相對較低，施工允許誤差相對較大，整體延性較好，耗能能力好，常用于構(gòu)件豎向連接，但構(gòu)件震后復(fù)位能力較差，高地震烈度地區(qū)應(yīng)用較少，鋼筋錨固長度較長，灌漿操作較復(fù)雜。6）后張預(yù)應(yīng)力施工技術(shù)有較多工程實際案例，通過預(yù)應(yīng)力鋼束將構(gòu)件串連為整體，接縫配合采用環(huán)氧樹脂粘結(jié)，通常用于3塊以上構(gòu)件的連接。構(gòu)件的變形能力與現(xiàn)澆墩柱相近，震后殘余位移較小，具有較好的自復(fù)位能力，設(shè)計方法較成熟。但造價高，施工精度要求高，需要張拉預(yù)應(yīng)力，工藝較復(fù)雜，無黏結(jié)預(yù)應(yīng)力筋的耐久性能相對較差。7）雙螺紋套筒技術(shù)相對于其他幾種連接形式較新穎，常用于房建預(yù)制結(jié)構(gòu)，目前在國內(nèi)外大體積橋墩構(gòu)件工程中應(yīng)用較少。通過雙螺紋套筒連接主筋，屬于機械連接，傳力途徑明確，連接件易于檢驗、識別，相較與灌漿套筒連接質(zhì)量控制因素少，鋼筋連接無擾動問題，通常配合后澆濕接縫使用。8）鋼法蘭連接屬于機械連接，是一種混凝土構(gòu)件采用鋼結(jié)構(gòu)連接的方法，在混凝土構(gòu)件上預(yù)埋鋼法蘭，采用栓接或焊接方式進行連接。施工簡便，技術(shù)要求較低，方便質(zhì)量控制與評定，但鋼結(jié)構(gòu)造價相對較高，耐久性問題突出，力學(xué)性能及抗震性能尚需進一步研究。

2.接縫構(gòu)造設(shè)計

預(yù)制裝配橋墩技術(shù)發(fā)展日趨成熟，構(gòu)件間的連接形式豐富多樣，建設(shè)者需根據(jù)項目的特點和建設(shè)條件，選擇合適的連接形式。本文就某城市快速路高架項目對接縫構(gòu)造設(shè)計細節(jié)進行研究，項目主要有以下幾大特點：（1）項目所在地區(qū)經(jīng)濟實力和建設(shè)能力相對不足，需要考慮當(dāng)?shù)厥┕に?、材料供給、設(shè)備能力，應(yīng)盡量選擇技術(shù)手段成熟、易于操作、質(zhì)量易控的連接方案。（2）項目位于質(zhì)地斷裂帶附近，屬8度高地震烈度區(qū)，對接頭的抗震性能和安全性能要求較高。（3）項目兩側(cè)現(xiàn)狀道路交通量較大，保通難度大，適合采用施工操作簡單、施工速度快捷的接縫方案。

表1 各預(yù)制構(gòu)件連接方式對比

2.1 蓋梁與蓋梁的橫向連接

受當(dāng)?shù)剡\輸條件和起吊設(shè)備影響，預(yù)制構(gòu)件最大運輸長度不超過12m，最大吊重不超過150t，導(dǎo)致一根蓋梁需要橫向切分為2～3個節(jié)段，可采用雙螺紋套筒+現(xiàn)澆濕接縫法和后張預(yù)應(yīng)力+環(huán)氧黏結(jié)劑法進行橫向連接。

方案一：雙螺紋套筒+現(xiàn)澆濕接縫

單柱懸臂墩的蓋梁橫向劃分為1個墩頂塊和2個懸臂塊，橫向主筋采用雙螺紋套筒連接，為了滿足套筒的施工和調(diào)節(jié)空間，兩節(jié)段之間預(yù)留60cm的現(xiàn)澆段。在懸臂塊接縫端設(shè)置帶剪力鍵的核心定位凸塊，可與墩頂塊剪力鍵對接咬合，一方面可提供吊裝定位功能，另一方面在濕接縫澆筑前可與連接后的鋼筋共同提供支撐作用。待預(yù)制塊對接定位、鋼筋套筒連接后，立?，F(xiàn)澆混凝土濕接縫，強度達到設(shè)計要求后張拉蓋梁預(yù)應(yīng)力束。

方案二：后張預(yù)應(yīng)力

大懸臂蓋梁通常配有預(yù)應(yīng)力，可利蓋梁中的預(yù)應(yīng)力束對預(yù)制塊進行張拉連接。在懸臂塊和墩頂塊的接縫端設(shè)置剪力鍵，并涂抹2mm厚環(huán)氧樹脂黏結(jié)劑。由于單柱懸臂蓋梁的預(yù)應(yīng)力一般靠頂面布置，需要在靠近底面設(shè)置平衡束保證接縫在全斷面受壓，從而使得黏結(jié)劑在這個接縫處發(fā)揮膠結(jié)作用。

方案一蓋梁懸臂塊需設(shè)置定位凸塊，構(gòu)造略復(fù)雜，但施工難度相對較低，雙螺紋套筒施擰速度快，現(xiàn)澆接縫工法成熟，各預(yù)制塊主筋連續(xù)，受力模式明確，可靠度較高。方案二構(gòu)造簡單，定位方便，且無需后澆施工，工效較高，但底部預(yù)應(yīng)力平衡束在一定程度上削弱了頂部預(yù)應(yīng)力承載束的貢獻，造成蓋梁整體預(yù)應(yīng)力含量有所提升，造價相應(yīng)提高，且蓋梁鋼筋不連續(xù)，整體性稍弱?？紤]項目位于高地震烈度區(qū)，對結(jié)構(gòu)整體性和可靠性要求較高，推薦采用方案一。

2.2 蓋梁、墩柱、承臺的豎向連接

高地震烈度區(qū)預(yù)制橋墩連接方式對其抗震性和可靠性要求很高，同時結(jié)合項目的經(jīng)濟性，選擇采用灌漿套筒和雙螺紋套筒+現(xiàn)澆濕接縫兩種方案對蓋梁、墩柱、承臺之間的豎向接縫進行連接。

方案一：灌漿套筒

灌漿套筒連接工藝成熟，本項目采用全灌漿套筒，以減少錨固鋼筋的應(yīng)力集中效應(yīng)，且套筒統(tǒng)一設(shè)置在上方預(yù)制塊中。在蓋梁與墩柱連接處，蓋梁底設(shè)置50cm 的墩柱連接段，避免灌漿套筒深入蓋梁范圍過長對蓋梁橫向主筋產(chǎn)生干擾。接縫面坐漿處理，上下預(yù)制塊定位對接后采用自密實高強混凝土對套筒灌漿。

方案二：雙螺紋套筒+現(xiàn)澆濕接縫

與前述蓋梁接縫構(gòu)造一致，墩柱縱向接縫處預(yù)留60cm 的現(xiàn)澆段為對接調(diào)節(jié)和套筒施擰提供空間，設(shè)置核心定位凸起塊，定位塊的大小根據(jù)承受墩柱自重需要及套筒水平操作空間確定，雙螺套施擰后，立?，F(xiàn)澆濕接縫。方案一接縫構(gòu)造簡潔，施工快捷，技術(shù)成熟應(yīng)用廣泛，抗震性能研究較透徹。方案二定位凸塊構(gòu)造較復(fù)雜，施工精度要求高，且需后澆施工，工效相對較低，考慮項目保通難度較大，盡可能縮減下部結(jié)構(gòu)工期，推薦采用工效更高的方案一。

3.總結(jié)

預(yù)制裝配式橋墩的接縫是結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵部位，構(gòu)件間的連接形式豐富多樣，根據(jù)項目的抗震性、耐久性及可施工性等自身特點和需求制定合理的接縫方案至關(guān)重要，例如高地震烈度區(qū)盡量選擇主筋連續(xù)的接縫形式，沿海橋梁盡可能避免采用鋼接頭等。接縫構(gòu)造不宜設(shè)計的過于繁瑣，造成施工難度增加降低工效。預(yù)制橋墩拼接工序較多，設(shè)計時需充分考慮不同施工階段狀態(tài)下結(jié)構(gòu)受力的合理性，盡可能避免施工過程控制結(jié)構(gòu)設(shè)計。