王曉峰 程 明

（河南省交通科學(xué)技術(shù)研究院有限公司，河南 鄭州 450000）

城市橋梁墩柱預(yù)制拼裝關(guān)鍵技術(shù)研究

王曉峰 程 明

（河南省交通科學(xué)技術(shù)研究院有限公司，河南 鄭州 450000）

預(yù)制拼裝下部結(jié)構(gòu)技術(shù)廣泛被應(yīng)用于跨海大橋中，但是在城市橋梁的建設(shè)過程中并沒進(jìn)行應(yīng)用，為了對(duì)城市橋梁的建筑問題予以妥善解決，突破當(dāng)前困局，必須對(duì)預(yù)制拼裝技術(shù)進(jìn)行系統(tǒng)研究。

城市橋梁；橋梁墩柱；預(yù)制拼裝

現(xiàn)階段，城市橋梁在我國(guó)建造情況仍然是以現(xiàn)場(chǎng)澆筑和人工綁扎的下部結(jié)構(gòu)為主，其中存在的弊端也逐漸顯現(xiàn)出來，比如施工的時(shí)間較長(zhǎng)、勞動(dòng)力的需求過大，不僅會(huì)影響道路交通，還會(huì)對(duì)社會(huì)產(chǎn)生一定程度地影響，如噪聲、粉塵和燈光等，都會(huì)對(duì)環(huán)境產(chǎn)生較大程度的干擾，因此無法符合文明施工的標(biāo)準(zhǔn)。除此之外，粗放式的施工使得整個(gè)行業(yè)都擁有較高的能耗，對(duì)城市施加了更大的壓力，應(yīng)當(dāng)對(duì)上述的問題進(jìn)行妥善地解決。

一、預(yù)制拼裝技術(shù)

國(guó)內(nèi)外的工程設(shè)計(jì)人員和研究人員根據(jù)工程的施工環(huán)境、條件以及橋梁類型的特點(diǎn)等方面，對(duì)于預(yù)制拼接技術(shù)中連接墩柱的構(gòu)造進(jìn)行了多種類型的提出，其主要的連接結(jié)構(gòu)有以下幾種：后張預(yù)應(yīng)力筋精軋螺紋鋼絞線（有黏結(jié)）、濕接縫連接（焊接鋼筋）、承插和插槽混合連接自己波紋管和灌漿套管連接。通過以上幾種方法連接墩柱、墩身、蓋梁和承臺(tái)，運(yùn)用環(huán)氧膠或砂漿墊層對(duì)接觸面進(jìn)行拼裝。根據(jù)相關(guān)的調(diào)查和試驗(yàn)，對(duì)幾種連接方式進(jìn)行比較，并將國(guó)內(nèi)的接受理念程度和實(shí)際的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)納入考慮范圍，我國(guó)的橋梁連接可以選擇波紋管和灌漿套筒連接進(jìn)行深入研究。

后張預(yù)應(yīng)力筋精軋螺紋鋼絞線（有黏結(jié)）：此結(jié)構(gòu)通常情況下是聯(lián)合環(huán)氧膠或砂漿墊層建造節(jié)段端柱。預(yù)應(yīng)力筋一般采用的是精軋螺紋鋼，此結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是在接縫中通過預(yù)應(yīng)力筋，其力學(xué)特性如強(qiáng)度和剛度具有可靠性，在實(shí)際的工程當(dāng)中廣泛應(yīng)用，其施工的技術(shù)、設(shè)計(jì)和計(jì)算分析都較為成熟。但是其中也存在著不足之處，主要是在配備預(yù)應(yīng)力筋的基礎(chǔ)上還要進(jìn)行構(gòu)造配筋的布置，提高了墩身造價(jià)，工藝較為復(fù)雜且周期長(zhǎng)。

濕接縫連接（焊接鋼筋）：在進(jìn)行墩柱的預(yù)制拼裝時(shí)，需要預(yù)先伸出鋼筋，便于搭接鄰近構(gòu)件的預(yù)留鋼筋，設(shè)置臨時(shí)的支撐結(jié)構(gòu)，需要澆筑混凝土在連接鋼筋的部位進(jìn)行濕接縫連接。我國(guó)在進(jìn)行建筑上海長(zhǎng)江大橋的過程中使用了濕接縫連接，濕接縫構(gòu)造也是當(dāng)前我國(guó)使用較為頻繁的設(shè)計(jì)思路，此結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能類似于現(xiàn)澆混凝土的傳統(tǒng)方式。但是濕接縫會(huì)使得施工周期加長(zhǎng)，并增加作業(yè)量，從施工速度的層面考慮，該結(jié)構(gòu)存在不足之處。

承插和插槽連接：插槽式的連接目前已經(jīng)應(yīng)用于部分橋梁工程，其主要是對(duì)承臺(tái)和樁、墩身和蓋梁進(jìn)行連接，相較于灌漿套筒和波紋管連接，其優(yōu)勢(shì)是施工公差較大，在施工的現(xiàn)場(chǎng)需要進(jìn)行混凝土的澆筑，周期大致為兩天。承插式的連接是將墩身在預(yù)留孔內(nèi)進(jìn)行插入，其長(zhǎng)度通常為1.2～1.5倍的墩身截面，將砂漿在其底部鋪設(shè)，使用混凝土（半干硬）對(duì)其周圍進(jìn)行填充，其優(yōu)勢(shì)是工序簡(jiǎn)單且作業(yè)量少，缺點(diǎn)是其力學(xué)行為不足，且抗震能力仍需研究。

波紋管連接：波紋管連接通常是用于連接墩身與承臺(tái)和蓋梁，通過承臺(tái)和蓋梁內(nèi)的金屬波紋管與墩身的鋼筋進(jìn)行連接，常采用的墩身與承臺(tái)和蓋梁的接觸面是砂漿墊層，而墩身之間的接縫使用的是環(huán)氧膠。此結(jié)構(gòu)類似于灌漿套筒，經(jīng)過一天的現(xiàn)場(chǎng)施工即可進(jìn)行后續(xù)的施工環(huán)節(jié)，但是其伸出的鋼筋要求長(zhǎng)度較長(zhǎng)，必須符合錨固長(zhǎng)度?，F(xiàn)階段，國(guó)外的一部分橋梁采用此結(jié)構(gòu)進(jìn)行施工，由于其抗震的能力仍需研究，因此地震多方區(qū)域很少使用此結(jié)構(gòu)。

灌漿套管連接：預(yù)制的墩身伸出的鋼筋可以使用灌漿套筒進(jìn)行連接，通常采用的墩身與承臺(tái)和蓋梁的接觸面是砂漿墊層，而墩身之間的接縫使用的是環(huán)氧膠。其結(jié)構(gòu)的主要特點(diǎn)是對(duì)施工的精度有較高的要求，現(xiàn)場(chǎng)施工周期短且工作量較小。相較于后張預(yù)應(yīng)力筋的結(jié)構(gòu)，其成本投入較低，略微高于現(xiàn)澆混凝土的傳統(tǒng)方法。在正常的使用過程中，其力學(xué)性能接近現(xiàn)澆混凝土的傳統(tǒng)方法，所以其在經(jīng)濟(jì)方面具有一定的優(yōu)越性，但其抗震的能力仍需進(jìn)一步研究。

二、技術(shù)研究

（一）設(shè)計(jì)連接構(gòu)造

灌漿套筒：在設(shè)計(jì)灌漿套筒的過程中，其理念是利用強(qiáng)度高且不發(fā)生收縮的灌漿料（水泥）在套筒和鋼筋之間縫隙進(jìn)行填充，待其硬化后就是連接的接頭，此結(jié)構(gòu)就是將力在鋼筋之間進(jìn)行傳遞。

波紋管：在設(shè)計(jì)波紋管的過程中，其理念就是利用強(qiáng)度高且不發(fā)生收縮的灌漿料（水泥）在波紋管和鋼筋之間縫隙進(jìn)行填充，帶起硬化后就是錨固構(gòu)造。

（二）構(gòu)造研究及力學(xué)性能研究

力學(xué)指標(biāo)：無論是波紋管還是灌漿套筒都需要符合兩個(gè)力學(xué)指標(biāo)，其一，鋼筋技術(shù)規(guī)程中所提出的最高級(jí)的連接標(biāo)準(zhǔn)，Ⅰ級(jí)接頭的標(biāo)準(zhǔn)，且當(dāng)鋼筋出現(xiàn)斷裂情況時(shí)，其斷裂處都距離連接部位較遠(yuǎn)；其二，在地震災(zāi)害的強(qiáng)烈影響下，盡管構(gòu)件徹底失望承載抗推的能力，其中的鋼筋要不能相對(duì)于周邊灌漿體產(chǎn)生滑移。

強(qiáng)度高的不發(fā)生收縮的灌漿料（水泥）：此灌漿料的集料就是高強(qiáng)度的材料，結(jié)合劑選用的是水泥，選擇的輔助材料具有防離析、微膨脹和高流態(tài)等特點(diǎn)，灌漿料由集料、結(jié)合劑和輔料配制而成。在現(xiàn)場(chǎng)施工的過程中，加入適量的水進(jìn)行均勻地?cái)嚢?，在波紋管或套筒與鋼筋之間的縫隙內(nèi)進(jìn)行填充。根據(jù)力學(xué)指標(biāo)，灌漿料必須滿足相應(yīng)的力學(xué)標(biāo)準(zhǔn)，見表1。

表1　無收縮性且強(qiáng)度高的灌漿料（水泥）相關(guān)指標(biāo)參數(shù)

（三）地震災(zāi)害中的設(shè)計(jì)研究

擬靜力法制作模型：針對(duì)構(gòu)造進(jìn)行了10組加載試驗(yàn)，通過擬靜力循環(huán)試驗(yàn)對(duì)墩柱的抗震能力進(jìn)行研究，并與傳統(tǒng)的橋梁墩柱（現(xiàn)澆混凝土）進(jìn)行抗震能力的比較。模型的選取比例為1∶3，混凝土的型號(hào)選用C30（承臺(tái)）、C40（橋墩）、C50（蓋梁），立柱主筋（縱向）采用鋼筋為HRB400，直徑為40mm。

構(gòu)件加載：加載模型的裝置選用的是豎向載荷，采用100t工作噸位的兩臺(tái)前進(jìn)的進(jìn)行施加，并且通過一個(gè)傳感器對(duì)千斤頂?shù)耐郊虞d進(jìn)行控制，反復(fù)推拉的水平荷載采用作動(dòng)器進(jìn)行施加，作動(dòng)器的噸位為1500千牛，電液伺服其位移行程。試件同時(shí)承擔(dān)了循環(huán)的單軸水平加載和軸壓，直到試件無法承受而損壞，加載制度采用位移控制，加載頻率和采樣頻率分別是0.01Hz和5Hz，當(dāng)每級(jí)位移達(dá)到最大值時(shí)持載，對(duì)損壞的現(xiàn)象進(jìn)行觀察和標(biāo)記，直至試件強(qiáng)度降至最大值的80%時(shí)，停止加載。

結(jié)果分析：對(duì)10組試驗(yàn)的各類指標(biāo)如耗能能力、滯回性能等進(jìn)行對(duì)比和分析，可以得出以下結(jié)果。其一，相較于傳統(tǒng)的鋼筋混凝土，套筒預(yù)制拼裝結(jié)構(gòu)與其在耗能和變形能力以及滯回性能方面較為接近，能夠滿足要求的抗震能力。其二，試驗(yàn)表明，在箍筋約束情況良好時(shí)，試件都為彎剪破壞，且彎曲為主，未見顯著的剪切破壞，其中含有預(yù)應(yīng)力筋矮柱的試件在即將破壞時(shí)，在其接縫處產(chǎn)生了滑移現(xiàn)象，通過對(duì)高墩和矮墩的立柱進(jìn)行試驗(yàn)，結(jié)構(gòu)表明在相同的箍筋和縱筋結(jié)構(gòu)下，高墩立柱不產(chǎn)生剪切脆性破壞。其三，墩身內(nèi)的套筒，相較于普通的橋墩，其塑性鉸區(qū)的破壞存在一定差異，有兩個(gè)破壞面分別在套筒的頂部和底部承臺(tái)交匯處，在其高度的范圍內(nèi)，損傷并不嚴(yán)重。其四，相較于傳統(tǒng)的鋼筋混凝土，波紋管預(yù)制拼裝結(jié)構(gòu)與其在抗震能力方面不存在較大差異，通過比較兩者的試驗(yàn)結(jié)果，其抗震性能接近，能夠滿足要求的抗震能力。

結(jié)語

綜上所述，預(yù)制拼裝是一項(xiàng)能夠進(jìn)行快速施工的系統(tǒng)性工程，為了達(dá)到文明施工和快速施工的標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)當(dāng)對(duì)其設(shè)計(jì)、技術(shù)和管理等方面的水平進(jìn)行提升，尤其要提高設(shè)備的水平和施工隊(duì)伍的專業(yè)素質(zhì)。另外，通過對(duì)灌漿套筒和波紋管連接進(jìn)行評(píng)估，其耐久性能和施工風(fēng)險(xiǎn)都明顯優(yōu)于現(xiàn)澆混凝土，其抗震能力并無差異。

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