陳玉宏 王博

摘要：中小跨徑橋梁全裝配化有利于節(jié)約資源能源、減少施工污染、提升勞動生產(chǎn)效率以及質(zhì)量安全水平，成為我國橋梁建造模式的主流趨勢。G3京臺高速方興大道至馬堰改擴建項目建設中，以模塊化理念開發(fā)了一種新型裝配式墩柱，提高了墩柱標準化程度，降低墩柱的制造與安裝難度，文章對模塊化墩柱的概念設計方法、技術要點等方法進行研究，為此類結構的裝配化設計提供參考。

關鍵詞：橋梁工程;下部結構;裝配式;預制墩柱;概念設計;結構設計

中圖分類號：U442.5 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2019）12-0065-03

引言

在橋梁工程高速發(fā)展的時代，如何縮短施工周期、減少施工對既有交通的影響、控制現(xiàn)場施工質(zhì)量及減少環(huán)境等因素對施工進度的影響成為主要面臨的難題。橋梁裝配式模塊是解決問題的有效手段，具有降低對交通的干擾、提高施工質(zhì)量、縮短工程工期、綠色環(huán)保等優(yōu)點。

裝配式墩柱應用探索開始的時間較早，1975年建造的蘭西大橋，使用砌塊式拼裝墩臺，節(jié)約了近四分之一的材料，同時加快了橋梁的建設速度。砌塊式墩臺的合理設計能夠具有一定自鎖功能，塊體內(nèi)的鋼筋可以增強結構的抗震性及延性。接縫方面，Kvle P.Steuck等人研究了大直徑錨固鋼筋灌漿孔連接的相關性能，分析了結構的受力性能以及破壞模式。淮河特大引橋下部結構采用預制圓心空心截面墩，馬會天對該橋進行研究分析得出，通過設置定位墩實現(xiàn)預制墩柱準確定位，通過預制墩柱底側的剪力紋，加強了墩柱與承臺的整體連接，提高了墩柱的抗震能力。林信武指出，裝配式橋墩抗震性能的關鍵是連接處的易損性。灌漿套筒連接具有良好的延性破壞性態(tài)，并且可以保證施工精準度，材料強度是鋼筋的1.5倍，可以轉移連接的薄弱環(huán)節(jié)，在地震作用下提供良好的抗彎抗剪能力，但是弊端同樣明顯，抗延性有限，不適用于高地震帶橋墩建造。從應用現(xiàn)狀來看，預制橋墩一般針對某工程進行設計，構型與尺寸并不統(tǒng)一，不利于大規(guī)模建造推廣。

為提高標準化程度，G3京臺高速方興大道至馬堰改擴建項目建設中，以模塊化概念開展新型裝配式墩柱的設計。該墩柱體系可通過更換蓋梁模塊適應不同上部結構，增設橫梁模塊適應不同墩高尺寸，契合橋梁工程的工業(yè)化建造趨勢。本文對其概念設計以及性能分析方法進行研究，為此類結構型式的推廣提供助力，為裝配式墩柱的進一步發(fā)展提供借鑒。

1工程概況

本項目依托G3京臺高速方興大道至馬堰改擴建項目，該工程項目起點順接京臺高速公路方興大道互通立交，起點樁號為K1049+748，向南經(jīng)嚴店、豐樂、杭埠、金牛、萬山至廬江，終點位于京臺高速與合安高速公路交叉的馬堰互通立交，終點樁為號K1102+872，全程53.124公里。

本工程橋梁以中小跨徑為主，由于為改擴建項目，應盡量減少對現(xiàn)狀道路的擾動，因此對建造效率要求較高。經(jīng)研究采用全預制拼裝橋梁體系，上部結構采用了較為成熟的T梁、小箱梁以及雙工字鋼板組合梁，下部結構則開發(fā)一種便利拼裝的模塊化橋墩，該橋墩主體為PHC管樁，管端設置法蘭連接，并輔以預制蓋梁或者承臺等結構。

2概念設計

2.1構件的受力與拆分

樁柱式橋墩由整體式蓋梁、多墩柱體系、整體式承臺以及多樁基體系組成。

蓋梁的主要功能為傳力構件，其上布置支座可承擔主梁上部結構的自重以及各類活載效應;墩柱為主要受力構件，起到傳遞豎向荷載的作用;承臺作為橫向聯(lián)系，起到提高橋墩體系橫向剛度的作用;樁基為基層支撐構件，由土壤的摩擦力以及端部的支承力提供相應的支承力。

由于各構件的形狀差異較大，墩柱的裝配化習慣上將各構件單獨拆解開，采用預埋套筒的方式進行連接，構件拆解如圖1所示。

構件拆解已經(jīng)基本上完成了預制部件的劃分，然而部分寬幅蓋梁、超高墩的預制、運輸與安裝并不便利，在此基礎上需要對構件本身進行切分，對于橫向構件橫向分塊，對于豎向構件豎向分節(jié);分塊或者分節(jié)接縫的設置則遵循受力最小原則，例如蓋梁、承臺在受彎相對較小的位置進行分塊，見圖2。本項目側重于對蓋梁、墩柱以及承臺設計結構的研究。

2.2 T型及方型模塊化橋墩概念設計

T型模塊化橋墩是一種通過提高墩柱本身強度，并采用鋼橫梁進行橫向連接以滿足橫向受力需求，這樣可以將蓋粱以及承臺中間的聯(lián)系節(jié)段予以取消.進一步提高裝配化施工的效率，減少預制種類與數(shù)量，見圖3所示。

對于布置雙主梁的橋梁，對蓋梁的需求并沒有那么顯著，此時可以將蓋梁的橫向尺寸進行削減，得到的方型模塊化橋墩構造，如圖4所示。

作為基本結構的管樁、承臺以及墩柱僅保持兩三種型號即可，對于不同的上部結構可以采用不同的蓋梁模塊，對于不同高度的墩柱，則可以增設鋼構件橫梁加強聯(lián)系。該新型體系具有非常高的標準化程度，無需根據(jù)具體工程更改構型或尺寸設計，在中小跨徑橋梁中具有廣泛的應用空間。

3構造設計

3.1墩柱設計

采用預制橋墩構造時，一方面需要增加墩柱的強度，另一方面需要減輕墩柱的質(zhì)量，以提高裝配化，本研究提出采用高強混凝土大直徑空心墩柱的構造型式。

墩柱設計以PHC管樁為原型，選用管樁型號，材料為C70高強混凝土，標準段長度為8m。墩柱構件之間采用法蘭盤連接，可以顯著提高裝配效率，同時具有可檢、可修，便于更換的優(yōu)勢。

法蘭由兩塊鋼板組成，鋼板之間采用沿徑向布置的加勁肋板焊接進行連接，一塊鋼板與混凝土之間進行連接，另外一塊鋼板則預留螺栓孔，負責與其它墩柱預留鋼板以高強螺栓型式連接，墩柱連接與法蘭構造見圖5所示。

3.2蓋梁設計

蓋梁起到支撐主梁以及傳遞荷載的作用，可盡量減少材料的用量，按照對稱型式進行設計。對于懸挑的裝配式蓋梁，其符合懸臂梁的受力特征，雙邊受力較小，中間受力較大，可采用傳統(tǒng)的削角處理，以進一步減輕結構自重，節(jié)約材料用量。對于支承單片梁的蓋梁來說，主要負責傳遞荷載的作用，需要滿足支座布置以及局部承壓的要求。通過綜合支座的布置需求，受力要求，確定了T型蓋梁與方形蓋梁型式，T型蓋梁接縫處預留孔見圖6所示。

3.3墩柱連接設計

承臺接縫采用了插槽式現(xiàn)澆混凝土接縫連接型式，在承臺內(nèi)預留1m深的槽口，并在墩柱表面刻槽口，以提高墩柱與承臺的整體性。槽口采用梯形槽口，頂口大、底口小，且為了盡可能增加與預制管樁連接強度，在圓心處60cm高的榫頭，承臺連接見圖7所示。

施工時，只需要在底面找平后，將管樁安裝到位，然后采用C50混凝土灌注槽口，充分振搗養(yǎng)護后，完成接縫的施工。

3.4橫向連接設計

模塊化橋墩使用鋼橫梁的橫向連接方式增強了墩柱的自身強度，以滿足抗震和穩(wěn)定性的要求，同時該構造方式非常簡潔，不需要對墩柱進行更改，提高了墩柱體系的標準化程度。

4結束語

提出了模塊化橋墩的概念，并完成了相應的原型設計，通過提高墩柱強度、刪去蓋梁及承臺的橫向聯(lián)系，實現(xiàn)更高程度的標準化。該墩柱型式在背景工程中取得了成功應用，可以為同類型工程提供參考借鑒。