張浩，楊洋 ，方正東

（1.安徽省交通規(guī)劃設(shè)計研究總院股份有限公司，安徽 合肥 230088 2.交通節(jié)能環(huán)保技術(shù)交通運輸行業(yè)研發(fā)中心，安徽 合肥 230088）

1 項目背景

預(yù)制裝配式橋梁，是將混凝土橋梁上、下部主要構(gòu)件在預(yù)制場或工廠預(yù)制，然后現(xiàn)場拼裝的一種橋梁。相對傳統(tǒng)施工工藝，裝配式橋梁的優(yōu)點是可以降低施工干擾、縮短工期、降低成本、提高工程質(zhì)量。相對于橋梁上部結(jié)構(gòu)工業(yè)化，安徽省高速公路下部結(jié)構(gòu)工業(yè)化預(yù)制技術(shù)尚處實踐階段。

G3W德州至上饒高速公路合肥至樅陽段裝配化橋梁上部結(jié)構(gòu)初步設(shè)計方案采用15m、20m、25m跨徑簡支預(yù)制工字梁橋和4x35m跨徑連續(xù)鋼板組合梁橋。本文以上部結(jié)構(gòu)采用25m跨徑簡支預(yù)制工字梁橋為研究對象，提出相應(yīng)的預(yù)制裝配式橋梁下部結(jié)構(gòu)設(shè)計方案。

圖1 跨中橫斷面圖（mm）

2 裝配式橋梁下部結(jié)構(gòu)國內(nèi)外調(diào)研情況

2.1 預(yù)制裝配式蓋梁

橋梁墩臺蓋梁的預(yù)制拼裝是整體預(yù)制的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，也起著承上啟下的關(guān)鍵作用。

國內(nèi)目前主要在市政工程中應(yīng)用了預(yù)制蓋梁技術(shù)，如上海S6、虹梅南路、北橫通道及嘉閔高架（北段）等工程。上海S6公路上部30m先簡支后連續(xù)小箱梁，墩柱與蓋梁間連接方式采用灌漿金屬波紋管，墩身與蓋梁接觸面采用砂漿墊層。

美國加州（Ca）對預(yù)制蓋梁體系的不同連接方式的結(jié)構(gòu)性能和長期性能進行了研究。影響預(yù)制蓋梁體系性能和安全的關(guān)鍵因素是連接型式。對預(yù)制蓋梁體系，目前研究的重點主要集中在連接型式的結(jié)構(gòu)性能和長期性能以及施工研究等。常用的連接型式包括：①灌漿槽（grouted pocket）；②灌漿管 (groutduct)；③灌漿套筒聯(lián)軸器(grouted sleeve coupler)；④螺栓連接 (bolted connection)。

2.2 預(yù)制裝配式橋墩

裝配式橋墩施工方便，施工周期短，同時降低了橋梁施工對周圍居民生活和環(huán)境影響等諸多有利因素，在歐美、日本等發(fā)達國家被廣泛使用，并形成了設(shè)計和施工相應(yīng)的準則。

國外對裝配式預(yù)制橋墩進行過很多試驗研究，如在1997年Mander和Chen試驗和研究了節(jié)段裝配式橋墩。節(jié)段間的連接方式采用干接縫，研究的結(jié)果顯示：在強震作用下橋墩，能夠迅速地恢復(fù)變形，但在地震后采用該連接方式的橋墩應(yīng)檢查墩中預(yù)應(yīng)力筋的預(yù)應(yīng)力大小，根據(jù)需要對預(yù)應(yīng)力進行更換或重新張拉。

我國裝配式橋墩研究和使用較晚，近年來裝配式橋墩得到了廣泛的研究和使用。國內(nèi)主要針對大橋及特大橋進行過研究，但主要是進行靜力研究，抗震方面的研究較少。蘇強等 (2013)從研究背景、材料性能、連接構(gòu)造、粘結(jié)應(yīng)力研究及預(yù)制拼裝立柱抗震試驗等方面介紹了在預(yù)制橋墩中灌漿套筒式鋼筋連接技術(shù)的試驗研究情況。我國首次采用預(yù)制承臺和橋墩連接的項目-新澳凼大橋。杭州灣跨海大橋首次使用預(yù)制矩形空心墩，分為墩帽和墩身兩部分進行預(yù)制。

2.3 預(yù)制裝配式承臺

預(yù)制裝配式承臺能夠?qū)F(xiàn)場大量的水上澆筑工作改為工廠預(yù)制，減小了施工難度，加快施工進度同時可以提高基礎(chǔ)的耐久性。國外對于預(yù)制基礎(chǔ)的研究主要用于跨海大橋中，日本、加拿大、挪威等國家的跨海大橋項目中均得到了應(yīng)用。其中加拿大1993年動工，1997年完工通車的諾森伯蘭海峽大橋，支承在巖層的重力式基礎(chǔ)，墩身及預(yù)應(yīng)力混凝土主梁均采用預(yù)制構(gòu)件施工?；A(chǔ)及橋墩分為開預(yù)制，吊裝重量在3000～5500t之間，為便于基礎(chǔ)和墩身密合，基礎(chǔ)頂制作成錐形平臺。墩身與墩座間的連接部分設(shè)置剪力鍵、U形預(yù)應(yīng)力鋼索及高強度壓漿。美國紐約The NEW NY Bridge大橋大量采用預(yù)制構(gòu)件，引橋采用長跨鋼板梁，主橋采用組合結(jié)構(gòu)斜拉橋，采用預(yù)制承臺，樁基礎(chǔ)選用鋼開口樁。

確定最佳瀝青用量。取目標配合比設(shè)計的最佳瀝青用量OAC和OAC±0.3%，取以上計算的礦質(zhì)混合料，用試驗室的小型拌和機拌制瀝青混合料進行旋轉(zhuǎn)壓實試驗，檢驗瀝青混合料體積性質(zhì)，確定最佳瀝青用量。由生產(chǎn)配合比確定的最佳瀝青使用量與由目標配合比確定的最佳瀝青使用量，兩者之間的差異應(yīng)在0.2個百分點以內(nèi)。

2.4 預(yù)制管樁

混凝土樁的研究、生產(chǎn)及使用較多的國家主要有美國、德國、俄羅斯、英國、日本、加拿大、荷蘭、新西蘭等國家。從80年代末起，中國、馬來西亞、菲律賓等發(fā)展中國家對預(yù)應(yīng)力混凝土管樁的應(yīng)用也開始普及。

廣東省是我國管樁廠最多、使用管樁最多也最為普遍的省份，廣東省建委早在1991年便組織制定了省標并將預(yù)應(yīng)力混凝土管樁編入在《建筑地基基礎(chǔ)施工及驗收規(guī)程》（DBJ15-201-91）內(nèi)。我國安徽省PHC管樁在高速公路上已有了較為廣泛的應(yīng)用，從徐明高速開始進行了PHC管樁的試驗性應(yīng)用，并開展了《橋梁預(yù)制管樁基礎(chǔ)設(shè)計理論及應(yīng)用技術(shù)研究》的研究。濟祁高速淮南至合肥段淮河特大橋引橋鋼板組合梁結(jié)構(gòu)，下部結(jié)構(gòu)均采用了打入式PHC管樁，管樁總長度約84000m。

3 裝配式橋梁下部結(jié)構(gòu)設(shè)計方案

根據(jù)上部結(jié)構(gòu)設(shè)計方案，提出兩種針對不同橋墩高度的裝配式橋梁下部結(jié)構(gòu)設(shè)計方案。本文所提出的裝配式橋梁下部結(jié)構(gòu)設(shè)計方案核心關(guān)鍵技術(shù)在于：

①預(yù)制橋墩與預(yù)制蓋梁連接裝置受力安全性和考慮施工的冗余度；

②預(yù)制橋墩和預(yù)制承臺連接裝置受力安全性和考慮施工的冗余度；

③對于墩高大于15m的預(yù)制橋墩，需要通過特有連接裝置拼接，拼接裝置的靜力性能和抗震性能尤為關(guān)鍵；

3.1 方案介紹

方案一：該方案適用于采用預(yù)制承臺、墩高小于14m，上部結(jié)構(gòu)為25m簡支工字梁的下部結(jié)構(gòu)。

方案二：該方案適用于采用預(yù)制承臺、墩高為14m～25m，上部結(jié)構(gòu)為25m簡支工字梁的下部結(jié)構(gòu)。

方案一與方案二所采用預(yù)制結(jié)構(gòu)尺寸及適用范圍見表1。

裝配式橋梁下部結(jié)構(gòu)參數(shù) 表1

方案一與方案二結(jié)構(gòu)采用主要材料見表2。

結(jié)構(gòu)主要材料參數(shù) 表2

3.2 關(guān)鍵連接設(shè)計

3.2.1 預(yù)制墩與蓋梁之間連接

在預(yù)制蓋梁內(nèi)鍍鋅波紋管，直徑為60mm，橋墩主筋伸入預(yù)埋波紋管內(nèi)55cm，波紋管內(nèi)灌注高強砂漿形成連接。

3.2.2 預(yù)制墩之間連接

預(yù)制墩之間通過法蘭連接（如圖2所示）。

圖2 法蘭裝置示意圖

3.2.3 預(yù)制墩與承臺之間連接

完成預(yù)制管樁施工后，澆筑C30混凝土墊層，完成承臺預(yù)制部分與預(yù)制管樁精確對孔安裝后，將預(yù)制橋墩準確安放在預(yù)制承臺上，在澆筑C40混凝土完成連接。

3.2.4 預(yù)制墩之間橫向連接

預(yù)制墩橫向通過直徑為30cm，壁厚為10mm的鋼管連接。

4 結(jié)構(gòu)靜力驗算

針對方案一進行靜力驗算，計算荷載主要考慮了自重、二期鋪裝、溫度荷載作用以及汽車荷載等作用。其中，整體升、降溫按±20℃考慮；梯度溫度及制動力根據(jù)《公路橋涵設(shè)計通用規(guī)范》（JTG D60-2015）規(guī)定取值；汽車荷載則考慮3車道下的車道荷載。計算結(jié)果見表3。

方案一靜力驗算 表3

5 結(jié)論

本文對目前國內(nèi)外裝配式橋梁下部結(jié)構(gòu)研究情況進行了總結(jié)，結(jié)合G3W德州至上饒高速公路合肥至樅陽段裝配化橋梁上部結(jié)構(gòu)初步設(shè)計方案，提出適應(yīng)于不同墩高的兩種預(yù)制裝配式橋梁下部結(jié)構(gòu)設(shè)計方案，并對結(jié)構(gòu)進行了相關(guān)結(jié)構(gòu)驗算分析。