朱儉鋒

（上海林同炎李國(guó)豪土建工程咨詢有限公司，上海市 200437）

1 概述

隨著我國(guó)橋梁建設(shè)的蓬勃發(fā)展，橋梁的施工環(huán)境越來(lái)越受到政府、業(yè)主、設(shè)計(jì)單位和施工單位的重視。常規(guī)施工工藝一般會(huì)對(duì)交通有較長(zhǎng)時(shí)間的阻斷，且施工噪聲無(wú)法有效控制，施工設(shè)備、輔助設(shè)施需要重復(fù)配置，造成資源能源消耗大、財(cái)力物力浪費(fèi)多等問(wèn)題。預(yù)制拼裝技術(shù)可以在保證工程質(zhì)量的前提下，更加快速、高效、低能耗地建成橋梁。

預(yù)制化、工廠化、標(biāo)準(zhǔn)化是預(yù)制拼裝技術(shù)應(yīng)用的主要體現(xiàn)，不僅能很好地控制工程質(zhì)量，而且能加快施工速度、減少現(xiàn)場(chǎng)污染，同時(shí)也符合低碳化、和諧社會(huì)的發(fā)展要求，是一套高效、低碳、環(huán)保的橋梁建造技術(shù)，具有廣闊的應(yīng)用前景。

2 預(yù)制拼裝技術(shù)發(fā)展歷史

我國(guó)從20世紀(jì)60年代開(kāi)始研究上部結(jié)構(gòu)的預(yù)制拼裝技術(shù)，經(jīng)過(guò)50多年的發(fā)展，施工技術(shù)日趨成熟。主要表現(xiàn)為大量采用空心板梁、T梁小箱梁配合濕接縫、主梁整孔架設(shè)施、主梁節(jié)段懸臂拼裝或逐孔整體架設(shè)、預(yù)制橋面板等，施工工藝已相對(duì)比較成熟。

相對(duì)于上部結(jié)構(gòu)，橋梁下部結(jié)構(gòu)預(yù)制拼裝研究緩慢。我國(guó)于20世紀(jì)90年代初才開(kāi)始預(yù)制拼裝橋墩的研究，之后相繼在東海大橋、杭州灣大橋、上海長(zhǎng)江大橋等跨海、跨江長(zhǎng)大橋梁工程中采用了節(jié)段拼裝橋墩的施工方案，墩身采用的是鋼筋焊接或搭接并采用濕接縫連接構(gòu)造的預(yù)制節(jié)段拼裝施工技術(shù)。近年來(lái)隨著灌漿套筒連接[1]、金屬波紋管灌漿連接、超高性能混凝土連接等新型連接技術(shù)的使用，下部結(jié)構(gòu)的預(yù)制拼裝技術(shù)在城市高架橋領(lǐng)域中得到了快速發(fā)展。

3 下部結(jié)構(gòu)預(yù)拼裝技術(shù)介紹

下部結(jié)構(gòu)預(yù)拼裝主要包括橋墩的墩柱與承臺(tái)/蓋梁拼裝、蓋梁分段間的拼接等技術(shù)。這些技術(shù)經(jīng)過(guò)近年來(lái)的探索與研究，已在實(shí)際工程中得到了應(yīng)用。

3.1 橋墩墩柱預(yù)制拼裝

橋墩墩柱與承臺(tái)及蓋梁的連接方式大致可分為常規(guī)濕接縫連接、預(yù)應(yīng)力連接、灌漿套筒連接、灌漿波紋管連接和超高性能混凝土連接等。

3.1.1 常規(guī)濕接縫連接

常規(guī)濕接縫連接是指鋼筋機(jī)械連接或焊接、現(xiàn)澆混凝土濕接頭的連接方式。這種連接方式對(duì)立柱內(nèi)部的操作空間要求較高，現(xiàn)場(chǎng)鋼筋連接工作量較大，施工速度較慢（見(jiàn)圖1）。

3.1.2 預(yù)應(yīng)力連接

預(yù)應(yīng)力連接是預(yù)應(yīng)力+膠接縫（或干接縫）的連接形式。相關(guān)研究表明，該類接縫在地震作用下的耗能水平較弱，結(jié)構(gòu)抗震性能一般，而且要求節(jié)段匹配預(yù)制，施工難度相對(duì)較大（見(jiàn)圖2）。

3.1.3 灌漿套筒連接

圖1 東海大橋橋墩預(yù)制拼裝（常規(guī)濕接縫）

圖2 預(yù)應(yīng)力連接示意圖

灌漿套筒連接將鋼套筒預(yù)埋在構(gòu)件中，通過(guò)灌漿完成構(gòu)件間的連接。這種連接方式整體性較好，套筒與鋼筋的咬合力良好，但這類連接方式對(duì)鋼筋與套筒的定位要求高，橋墩主筋連接套筒直徑較大，非連接段鋼筋的混凝土保護(hù)層厚度較大（見(jiàn)圖 3）。

圖3 灌漿套筒連接圖

3.1.4 灌漿波紋管連接

灌漿波紋管連接將波紋管預(yù)埋在構(gòu)件中，通過(guò)灌漿完成構(gòu)件間的連接。這種連接方式總體上與灌漿套筒相似，但波紋管與鋼筋的咬合力相對(duì)較差，往往需要更長(zhǎng)的錨固長(zhǎng)度（見(jiàn)圖4）。

圖4 灌漿波紋管連接圖

3.1.5 超高性能混凝土連接

超高性能混凝土（UHPC）具有超高的強(qiáng)度、超高的韌性和超高的耐久性，在施工方面還具備免蒸養(yǎng)、自流平的超高應(yīng)用性能，可顯著改善鋼筋混凝土墩柱的承載能力和延性抗震性能。超高性能混凝土連接不需要對(duì)預(yù)制構(gòu)件的預(yù)留鋼筋進(jìn)行連接處理，對(duì)預(yù)制結(jié)構(gòu)的精度要求較低，施工簡(jiǎn)單，施工速度也較快，可更好地縮短工期。但其在高立柱依然存在柱間分段拼接的問(wèn)題，應(yīng)用范圍受限（見(jiàn)圖 5）。

圖5 超高性能混凝土連接模型

綜上所述，墩柱預(yù)制拼裝各種連接方式均有著不同的特點(diǎn)，具體的技術(shù)性能比較見(jiàn)表1。

表1 預(yù)制拼裝橋墩連接方案技術(shù)性能比較

常規(guī)濕接縫連接因現(xiàn)場(chǎng)工作量大、時(shí)間長(zhǎng)，目前已較少使用；預(yù)應(yīng)力連接因抗震性能不足、施工復(fù)雜、造價(jià)高的原因也較少使用；灌漿套筒連接和灌漿波紋管連接由于連接簡(jiǎn)單、施工快捷，是目前應(yīng)用最多的連接方式；超高性能混凝土連接是當(dāng)下研究方向之一，力在解決預(yù)制結(jié)構(gòu)精度高的問(wèn)題，將施工進(jìn)一步簡(jiǎn)單化、快速化。

3.2 橋墩蓋梁預(yù)制拼裝

由于運(yùn)輸條件、吊裝條件等因素的影響，對(duì)于寬度較大、重量較大的蓋梁往往采用分段預(yù)制、運(yùn)輸，在現(xiàn)場(chǎng)分段吊裝后拼接成整體。分段方式及接縫的設(shè)計(jì)是蓋梁預(yù)制拼接的重點(diǎn)和難點(diǎn)，目前大致有以下幾種。

3.2.1 上下分層預(yù)制

倒T蓋梁因能減小橋梁的建筑高度，是高架橋中常用的結(jié)構(gòu)。對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)六車道，其重量一般因超過(guò)300 t而需要上下分層預(yù)制。下部牛腿翼緣部分進(jìn)行工廠預(yù)制，上部肋板待吊裝完成后現(xiàn)場(chǎng)澆筑。這種工藝現(xiàn)場(chǎng)工作量較大、工期較長(zhǎng)（見(jiàn)圖6）。

圖6 上海嘉閔高架蓋梁上下分層預(yù)制

3.2.2 橫向分段預(yù)制

3.2.2 .1 濕接縫

為降低蓋梁吊裝難度，濕接縫是常用的施工工藝，將蓋梁整體橫向分為預(yù)制吊裝節(jié)段和后澆帶兩部分，技術(shù)簡(jiǎn)單，質(zhì)量能夠保證。但由于預(yù)制構(gòu)件拼裝成整體前需臨時(shí)固定措施，現(xiàn)場(chǎng)施工工序較多，臨時(shí)支承結(jié)構(gòu)對(duì)橋下交通有一定影響（見(jiàn)圖 7）。

圖7 上海S26公路橋墩蓋梁濕接縫拼裝

3.2.2 .2 膠接縫

蓋梁膠接節(jié)段拼裝相對(duì)于濕接縫則不需要進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)混凝土澆筑作業(yè)，通過(guò)剪力鍵和預(yù)應(yīng)力可直接將橋墩和蓋梁“扣”在一起。施工速度快于濕接縫法，且無(wú)臨時(shí)支承結(jié)構(gòu)需要，更加綠色環(huán)保。但構(gòu)件空中吊裝時(shí)，須滿足拼裝精度5 mm以內(nèi)的質(zhì)量要求，施工要求較高（見(jiàn)圖8）。

3.3 項(xiàng)目應(yīng)用情況

圖8 上海S26公路入城段蓋梁膠接縫拼裝

表2上海市部分高架橋工程預(yù)拼裝技術(shù)應(yīng)用情況

近年來(lái)在上海市政府的大力支持推廣下及預(yù)制拼裝基礎(chǔ)理論研究不斷推進(jìn)的背景下，上海市的橋梁預(yù)制拼裝技術(shù)得到了迅速發(fā)展。表2列舉了上海市近年來(lái)部分已建、在建及待建高架橋下部結(jié)構(gòu)的預(yù)制拼裝方案。

從近年來(lái)上海預(yù)拼裝技術(shù)應(yīng)用情況來(lái)看，得到以下兩點(diǎn)：

（1）下部結(jié)構(gòu)墩柱連接方式灌漿套筒連接應(yīng)用得最多，波紋管連接在新建匝道工程上小范圍內(nèi)使用，超高性能混凝土連接正式應(yīng)用于實(shí)際工程中。

（2）蓋梁的拼接技術(shù)在不斷改進(jìn)，從上下分段后澆技術(shù)發(fā)展到橫向膠接縫連接，再到寬蓋梁的整體預(yù)制吊裝，大噸位起重設(shè)備施工技術(shù)的日益發(fā)展使整體預(yù)制吊裝得以實(shí)現(xiàn)。

4 下部結(jié)構(gòu)預(yù)制拼裝技術(shù)存在的問(wèn)題

預(yù)制拼裝技術(shù)雖然已經(jīng)取得了一定的成果，但根據(jù)上海已建預(yù)拼裝高架橋設(shè)計(jì)和施工的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，目前的灌漿套筒及波紋管連接、超高性能混凝土連接、蓋梁預(yù)制拼裝等主要技術(shù)中仍舊存在一些問(wèn)題需要進(jìn)一步研究。

4.1 灌漿套筒及波紋管連接

灌漿套筒及波紋管連接目前是墩柱拼裝最常用的方法，其主要還存在以下問(wèn)題：

（1）灌漿套筒連接非連接段主鋼筋的混凝土保護(hù)層厚度較大，一般達(dá)到70～80 mm。保護(hù)層厚度過(guò)大，除在構(gòu)件表面容易出現(xiàn)較大的收縮裂縫和溫度裂縫之外，還會(huì)直接削弱構(gòu)件的承載能力。部分案例在與承臺(tái)的連接處局部增加了立柱的截面尺寸，可以解決底部保護(hù)層問(wèn)題，但對(duì)于分段的立柱，從美觀上考慮，一般不宜增加截面尺寸。

（2）灌漿波紋管連接常埋置于承臺(tái)和蓋梁中，雖然沒(méi)有灌漿套筒連接的主鋼筋混凝土保護(hù)層厚度過(guò)大的問(wèn)題，但為確保波紋管與鋼筋的咬合力，預(yù)留鋼筋長(zhǎng)度要求長(zhǎng)，連接范圍大，立柱的預(yù)制、運(yùn)輸難度較大且對(duì)于分段的立柱同樣存在混凝土保護(hù)層過(guò)大的不足。

（3）目前接頭的灌漿質(zhì)量沒(méi)有可靠的檢測(cè)手段進(jìn)行檢查。

（4）接縫處結(jié)合面采用的黏結(jié)劑易老化，縫隙進(jìn)入水分后易對(duì)套筒鋼筋產(chǎn)生銹蝕，需進(jìn)一步考慮接縫處的耐久性設(shè)計(jì)。

4.2 超高性能混凝土連接

超高性能混凝土目前的劣勢(shì)是其昂貴的價(jià)格且沒(méi)有相應(yīng)的技術(shù)規(guī)范。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)編制是需要積累大量基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的，而目前超高性能混凝土連接的實(shí)際應(yīng)用基本屬于試驗(yàn)性工程，其實(shí)際性能有待考察和檢驗(yàn)；另外，在橋梁高立柱分段方面同樣受構(gòu)造和穩(wěn)定的限制。

4.3 蓋梁預(yù)制拼裝

標(biāo)準(zhǔn)段蓋梁設(shè)計(jì)與施工已經(jīng)向整體預(yù)制拼裝發(fā)展，加寬段蓋梁目前仍舊需要分段預(yù)制施工。分段預(yù)制的蓋梁目前存在的一些問(wèn)題如下：

（1）采用后澆濕接縫的蓋梁一般需要設(shè)置臨時(shí)支承結(jié)構(gòu)，對(duì)橋下交通有一定影響。

（2）對(duì)于橫向分段采用膠接縫的蓋梁，與工程應(yīng)用相比，其地震響應(yīng)等相關(guān)理論研究和試驗(yàn)研究較滯后。

4.4 設(shè)計(jì)理論及施工工藝

預(yù)制拼裝的抗震性能僅為少量模型試驗(yàn)，沒(méi)有經(jīng)歷大量實(shí)際驗(yàn)證，目前的研究仍以定性為主，缺乏定量結(jié)論與設(shè)計(jì)方法。需進(jìn)一步對(duì)各種條件下的預(yù)制橋墩進(jìn)行試驗(yàn)研究，建立合理的非線性力學(xué)模型進(jìn)行參數(shù)敏感性分析[2]。

從施工角度看，預(yù)制構(gòu)件的尺寸、重量越來(lái)越大，所以運(yùn)輸是限制其發(fā)展的主要因素；同時(shí)大型起重設(shè)備吊裝時(shí)對(duì)地基要求較高，對(duì)周邊的管線影響較大，一定程度上阻礙了其在城市中心區(qū)域的應(yīng)用。

5 結(jié) 語(yǔ)

本文調(diào)查了上海市部分已建或在建高架橋下部預(yù)制拼裝技術(shù)的應(yīng)用案例，對(duì)目前采用的下部預(yù)制拼裝技術(shù)進(jìn)行了歸納和總結(jié)，同時(shí)闡述了其在應(yīng)用中尚存在的一些問(wèn)題。建議在實(shí)際項(xiàng)目建設(shè)時(shí)，須根據(jù)項(xiàng)目特點(diǎn)和建設(shè)條件來(lái)制定合適的預(yù)制拼裝方案。