山區(qū)高速公路裝配式橋梁構(gòu)件預(yù)制拼裝技術(shù)

摘要：文章結(jié)合工程實(shí)例，介紹了山區(qū)高速公路裝配式橋梁構(gòu)件中墩柱預(yù)制拼裝技術(shù)的工藝原理，重點(diǎn)研究了鋼筋、模板、混凝土澆筑各分項工程的關(guān)鍵施工方法，在采取科學(xué)的構(gòu)件預(yù)制拼裝技術(shù)后，可以大幅度提高施工效率，縮短工期，保證施工質(zhì)量，從而為山區(qū)高速公路建設(shè)提供可靠的技術(shù)支持。

關(guān)鍵詞：高速公路；裝配式橋梁墩柱；預(yù)制拼裝

中圖分類號：U445.47? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文意編號：1673-4874（2024）04-0192-03

0 引言

隨著我國高速公路網(wǎng)絡(luò)的持續(xù)完善，山區(qū)公路建設(shè)活動逐漸增多。然而，由于山區(qū)地形復(fù)雜且交通條件困難，傳統(tǒng)的橋梁施工方式在山區(qū)建設(shè)中面臨很多挑戰(zhàn)。在此背景下，工程技術(shù)人員持續(xù)探索更具可行性的技術(shù)，其中裝配式構(gòu)件預(yù)制拼裝技術(shù)則頗具代表性。該技術(shù)通過將橋梁構(gòu)件預(yù)制并進(jìn)行拼裝，可以大大縮短施工周期，提高施工效率和質(zhì)量。而裝配式橋梁構(gòu)件預(yù)制拼裝施工細(xì)節(jié)多，尤其是在山區(qū)建設(shè)高速公路時，施工環(huán)境復(fù)雜，施工要求高，深入研究該項技術(shù)具有重要意義。

1 工程概況

廣西荔浦至玉林高速公路№14分部起訖樁號K158+900～K175+050，全長16.166 km，路基長15.05 km，橋梁1115.5 m/7座。橋梁屬于該標(biāo)段的重點(diǎn)建設(shè)內(nèi)容，其中蟠龍大橋橋梁的下部結(jié)構(gòu)橋墩采用預(yù)制拼裝技術(shù)，上部采用25 m預(yù)制箱梁，采用半灌漿套筒的方法連接預(yù)制墩柱與系梁、蓋梁。

2 裝配式橋梁墩柱預(yù)制拼裝技術(shù)特點(diǎn)

裝配式橋梁構(gòu)件是指在工廠預(yù)制好的構(gòu)件，裝配式墩柱作為橋梁的主要承重構(gòu)件，是裝配式橋梁構(gòu)件中的重要組成部分。

基本工藝流程為：在臺車上支設(shè)模板；制作墩柱的鋼筋籠，吊裝到位，封模，翻轉(zhuǎn)至豎直狀態(tài)；檢驗(yàn)?zāi)０?、鋼筋籠的位置及穩(wěn)定性，確認(rèn)無誤后進(jìn)行混凝土施工、拆模養(yǎng)護(hù)。

（1）提高施工效率：預(yù)制墩柱不受現(xiàn)場環(huán)境限制，可以在工廠內(nèi)進(jìn)行生產(chǎn)，減少施工現(xiàn)場對施工條件的要求，提高施工效率。

（2）保證質(zhì)量穩(wěn)定：預(yù)制墩柱在工廠內(nèi)進(jìn)行生產(chǎn)，可以通過嚴(yán)格的質(zhì)量控制措施，確保墩柱的質(zhì)量穩(wěn)定和一致性，減少施工現(xiàn)場的質(zhì)量風(fēng)險。

（3）減少施工噪聲和污染：預(yù)制墩柱的生產(chǎn)過程相較于現(xiàn)場施工，產(chǎn)生的噪聲和污染較小，可以減少對周邊環(huán)境的影響，提高施工的環(huán)境友好性。

（4）縮短施工周期：由于預(yù)制墩柱在工廠內(nèi)生產(chǎn)，可以與其他施工工序同時進(jìn)行，減少施工周期，提前完成工程。

（5）減少人力投入：采用機(jī)械化模式生產(chǎn)預(yù)制墩柱，無須過多的人力資源，節(jié)約人力成本［1］。

3 墩柱預(yù)制拼裝施工工藝

3.1 墩柱鋼筋施工

3.1.1 灌漿套筒

通過半灌漿套筒連接墩柱與系梁、蓋梁，一端以灌漿方式連接，另一端用滾軋直螺紋連接。灌漿作業(yè)在安裝墩柱蓋梁時進(jìn)行，采用28 d抗壓強(qiáng)度超過100 MPa的高強(qiáng)無收縮水泥灌漿料；套筒以高強(qiáng)球墨鑄鐵為原材料加工而成，按照《鋼筋連接用灌漿套筒》（JG/T 398-2012）的相關(guān)規(guī)定控制各項性能指標(biāo)。

3.1.2 鋼筋胎架設(shè)計

實(shí)施鋼筋模塊化精加工模式，在專用胎架上制作預(yù)制墩柱的鋼筋骨架，根據(jù)圖紙要求嚴(yán)格控制各鋼筋的位置，規(guī)范連接，要求受力主筋保持穩(wěn)定，不可變形。提前在工廠精加工鋼板，將其布置在胎架端頭作為定位鋼板，有助于提高預(yù)制墩柱的拼裝精度。

專用胎架如圖1所示，包含支架、定位板、定位架、定位底座等。支架作為主體框架，用于固定各部件；用螺栓連接支架與各部件，既保證連接的穩(wěn)定性，又方便裝拆；以最高墩柱鋼筋綁扎要求為準(zhǔn)，控制胎架的長度。

定位板由手持式箍筋定位板和上下側(cè)、左右側(cè)的主筋定位板組成，其中箍筋定位板有兩種形式，以適應(yīng)不同鋼筋間距的控制要求。

定位架采用鋼管粗定位，用螺栓進(jìn)行精確調(diào)節(jié)。在設(shè)置定位架后，便于控制主筋，保證其位置和垂直度均達(dá)標(biāo)。

定位底座用于半灌漿套筒定位，與鋼筋骨架共同吊裝入模。根據(jù)系梁預(yù)埋件定位架的尺寸匹配定位底座，以便準(zhǔn)確安裝墩柱。

胎架進(jìn)場后，檢查外觀，判斷是否存在變形、受損、形態(tài)異常等問題，詳細(xì)驗(yàn)收各部件，管理各項細(xì)節(jié)，例如底座、定位架的開孔開槽位置、尺寸均要符合要求。按圖紙要求拼裝，底座保持水平。拼裝成型后，檢查順直度。

3.1.3 墩柱鋼筋骨架綁扎

在胎架上綁扎墩柱鋼筋，按照流程依次施工，每結(jié)束一道工序的施工后及時檢驗(yàn)和控制。墩柱鋼筋骨架綁扎的基本流程為：

（1）組裝墩柱胎架，安裝主筋定位板及套筒端定位底座。

（2）安裝套筒及套筒箍筋，套筒底塞與定位底板通過螺栓連接。注漿孔朝向外側(cè)。

（3）安裝上排主筋，將其連接至灌漿套筒，再將外箍筋和豎向箍筋安裝到位。

（4）將剩余主筋沿縱向穿入箍筋中，將主筋與半灌漿套筒進(jìn)行連接，根據(jù)主筋長度控制要求，以直螺紋套筒連接的方式接長主筋，用扭力扳手抽檢接頭，要求接頭準(zhǔn)確連接且維持穩(wěn)定。

（5）安裝橫向箍筋，將其與主筋綁扎至一體，局部可點(diǎn)焊，提升鋼筋連接的穩(wěn)定性。

（6）安裝頂部主筋定位筋，擰定位螺絲。

3.1.4 套筒止?jié){塞安裝

通過止?jié){塞封堵半灌漿套筒的壓漿出入口，止?jié){塞背面與墩柱混凝土表面齊平，防止水泥漿流入灌漿套筒內(nèi)?？紤]到灌漿口處保護(hù)層厚度的控制要求，設(shè)置的止?jié){塞應(yīng)有一定的厚度。安裝到位的止?jié){塞必須嚴(yán)密，不可形成供漿液流動的縫隙。

3.1.5 柱頂?shù)觞c(diǎn)安裝

墩柱頂部有2個吊點(diǎn)，預(yù)埋的是長1.22 m、寬0.24 m、高3 cm的Q345B鋼板，埋深0.9 m，露出混凝土表面32 cm。在預(yù)制墩柱距底部0.6 m的位置預(yù)設(shè)垂直于吊裝鋼板的12 cm吊裝孔，位于墩柱順橋向側(cè)面，并在預(yù)埋鋼板末端設(shè)置錨板。

3.1.6 鋼筋骨架吊裝

墩柱鋼筋骨架成型且通過質(zhì)量檢驗(yàn)后，進(jìn)行吊裝。吊具為多點(diǎn)吊具，采用桁吊的吊裝方法，避免鋼筋骨架在吊裝過程中變形。墩柱鋼筋重量約為0.40 t/m，墩柱較高時，吊裝難度大，需要采用2臺10 t的龍門吊配合抬吊，實(shí)現(xiàn)安全吊裝。對于吊點(diǎn)周邊鋼筋交叉點(diǎn)，必須充分焊接，維持穩(wěn)定。

3.2 墩柱模板設(shè)計及安裝

3.2.1 模板設(shè)計

墩柱模板體系由底模、側(cè)模、拼裝臺、吊架及翻轉(zhuǎn)架組成。

（1）側(cè)模：側(cè)模環(huán)向分為4塊，其中2塊帶倒角，2塊為平板。

（2）底模：底模兼做套筒定位底座，與臺座底架之間采用螺栓連接。

（3）吊架：吊架為鋼筋及模板翻轉(zhuǎn)起吊吊點(diǎn)，吊架與模板頂口采用螺栓連接。

（4）拼裝臺及翻轉(zhuǎn)架：模板拼裝及鋼筋入模均在拼裝臺上完成。拼裝平臺上設(shè)置操作平臺，便于工人緊固上部模板螺栓。模板拼裝完成后，縱移后與翻轉(zhuǎn)架對接。

3.2.2 模板安裝

墩柱模板安裝采用桁吊吊裝的方法，基本流程為：

（1）安裝底面模板。底面模板采用帶倒角的側(cè)模。根據(jù)墩柱高度配置模板高度，模板在拼裝臺上準(zhǔn)確對接，連接好橫斷面法蘭。模板與翻轉(zhuǎn)架之間預(yù)留底模安裝空間。

（2）安裝側(cè)面模板。分塊加工側(cè)面模板，逐塊依次吊裝，調(diào)整好每塊模板的位置后，連接法蘭。安裝側(cè)面模板時，做好臨時支撐。側(cè)面模板的吊裝遵循兩端對稱的原則，避免傾倒。

（3）安裝鋼筋骨架。由專人指揮，用兩臺桁吊共同吊裝鋼筋骨架，先將架體吊裝至模板上方，調(diào)整位置后，平緩下放入模，而后進(jìn)行縱向調(diào)整，連接底模與側(cè)模螺栓。安裝鋼筋骨架時應(yīng)防止保護(hù)層墊塊被擠破，如有破損，及時更換。

（4）安裝頂面模板。吊裝頂面模板，連接底板螺栓及模板間橫斷面法蘭。調(diào)節(jié)側(cè)面模板，與頂面模板精確對位后，連接縱向法蘭，此時墩柱頂部主筋定位架與模板緊密貼合，保證在翻轉(zhuǎn)及澆筑過程中主筋位置準(zhǔn)確。經(jīng)過檢查確認(rèn)無誤后，擰緊角拉桿，縱移模板并將其推送至翻轉(zhuǎn)架，用螺栓連接模板與架體。

（5）安裝翻轉(zhuǎn)吊架。布設(shè)位置為模板頂端，采用螺栓將其與模板連接至一體。

（6）模板翻轉(zhuǎn)。翻轉(zhuǎn)裝置采用龍門吊，固定其中的一端，緩慢翻轉(zhuǎn)直至呈豎直狀態(tài)為止。翻轉(zhuǎn)期間加強(qiáng)檢查，判斷是否存在焊縫脫焊、模板及連接件受損等問題，一旦發(fā)現(xiàn)異常需隨即處理，恢復(fù)正常后繼續(xù)起吊。

（7）拆除底座與翻轉(zhuǎn)架間的螺栓，將模板吊裝至預(yù)制臺座，用螺栓連接底模與臺座；檢測墩柱的垂直度，根據(jù)實(shí)測結(jié)果確定偏差并糾正，拆除頂板吊架，設(shè)置施工平臺，檢驗(yàn)平臺的穩(wěn)定性，若無誤則澆筑混凝土。

（8）拆模，養(yǎng)護(hù)，墩柱成型后，若尺寸、強(qiáng)度各方面均符合要求，吊裝至臺座上。

3.3 墩柱混凝土澆筑及養(yǎng)護(hù)

3.3.1 墩柱混凝土澆筑

采用立式澆筑工藝澆筑墩柱C40混凝土，遵循連續(xù)性施工的原則，單根墩柱一次澆筑成型。通過導(dǎo)管將混凝土輸送至墩柱底部，充分澆筑各部位。導(dǎo)管采用的是20 cm軟管，由多節(jié)組裝而成，相鄰兩節(jié)采用絲扣連接?；炷磷杂蓛A落高度不超過2 m，否則將離析。分層澆筑，及時用插入式振搗器搗固混凝土，完成一層的澆搗作業(yè)后，施工后一層，以此類推。為了保證施工人員安全，振搗過程中人員不進(jìn)入模板。振搗器伸入墩柱底部進(jìn)行振搗，隨著澆筑方量的持續(xù)增加，混凝土面有所上升，應(yīng)適時、適量地提升振搗器，使振搗和澆筑密切配合。在分層施工方式下，每層的振搗時間約為20 s，加強(qiáng)振搗墩柱底部半灌漿套筒周邊的混凝土，振搗設(shè)備不可碰觸定位架和主筋。

3.3.2 墩柱養(yǎng)護(hù)

混凝土強(qiáng)度提升至2.5 MPa后，施工人員用登高車上下墩柱，拆除模板。模板拆除后，檢查混凝土表面是否存在外觀質(zhì)量問題，若有則按照規(guī)范要求的方法進(jìn)行處理。在墩柱頂板配置智能噴淋系統(tǒng)管道及噴頭，進(jìn)行智能養(yǎng)護(hù)。墩柱混凝土的養(yǎng)護(hù)時間至少為7 d。

3.4 廠內(nèi)轉(zhuǎn)運(yùn)及存放

3.4.1 轉(zhuǎn)運(yùn)及存放要求

墩柱的轉(zhuǎn)運(yùn)條件是其實(shí)際強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計強(qiáng)度的80%以后，用龍門吊轉(zhuǎn)至臺座處。墩柱吊點(diǎn)鋼絞線上涂黃油進(jìn)行防銹，施工過程中禁止對鋼絞線進(jìn)行焊接敲擊。先試吊，檢驗(yàn)鋼絞線是否存在扭曲、受損等問題，確認(rèn)無誤后正式起吊。存放時間較長時，柱頂露出鋼筋采用塑料軟管罩住，管口采用綁扎帶扎緊，安裝時采用鋼絲刷除銹。分別為各墩柱編號，在側(cè)面噴涂編號，并標(biāo)記每根墩柱的安裝方向。墩柱存放采用豎向存放，存放臺座采用下放式臺座，臺座底部低于地面1.1 m。臺座框格尺寸比墩柱尺寸大8 cm，采用木楔進(jìn)行支撐。為了防止墩柱吊入臺座時發(fā)生磕碰損傷，在存放臺座傷口邊角處安裝橡膠條，墩柱底部墊好橡膠墊。

3.4.2 墩柱臺座受力驗(yàn)算

通過木楔固定墩柱與臺座，每側(cè)均設(shè)置2個木楔，單個作用力為302.2 kN，臺座按集中荷載下抗沖切進(jìn)行驗(yàn)算，若要保證臺座的穩(wěn)定性，抗沖切承載力需滿足如下要求：

γ0Fld≤0.35βhftdUmh0+0.75fsvAsvu（1）

式中：γ0——結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)，取0.9；

Fld——集中力，取302.2 kN；

βh——截面高度尺寸有效系數(shù)，取0.97；

ftd——混凝土軸心抗拉強(qiáng)度，取1.39 MPa；

Um——破壞椎體截面面積的周長（距集中力作用面h0/2的部分截面），取1 440 mm；

h0——板的有效高度，取300 mm；

fsv——箍筋抗拉強(qiáng)度設(shè)計值，取330 MPa；

Asvu——箍筋截面面積（與沖切破壞椎體斜截面相交的部分），取452 mm2。

0.35βhftdUmh0+0.75fsvAsvu=0.35×0.97×1.39×1 440×300+0.75×330×452=315.7 kN＞0.9Fld=272 kN

臺座受力滿足要求。

4 結(jié)語

綜上所述，本研究通過對山區(qū)高速公路裝配式橋梁構(gòu)件預(yù)制拼裝技術(shù)的研究和應(yīng)用，取得了一定的進(jìn)展。根據(jù)工程建設(shè)條件，深入優(yōu)化鋼筋、模板、混凝土各分項工程的施工工藝，規(guī)范施工，加強(qiáng)質(zhì)量檢驗(yàn)和控制，順利進(jìn)行裝配式橋梁構(gòu)件預(yù)制拼裝作業(yè)。該工程采用的預(yù)制裝配式技術(shù)綜合應(yīng)用效果良好，在保障安全、提高質(zhì)量、加快效率、降低成本多個方面均有突出的優(yōu)勢，有一定的參考價值。未來的研究可以進(jìn)一步優(yōu)化和改進(jìn)預(yù)制拼裝技術(shù)，推動山區(qū)高速公路建設(shè)的發(fā)展。

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作者簡介：黃哲雋（1989—），工程師，主要從事路橋施工與技術(shù)管理工作。