孫振杰

（上海公路橋梁（集團）有限公司 上海 200433）

隨著經(jīng)濟的快速發(fā)展，推進了建筑工業(yè)化和住宅工業(yè)化，裝配式建筑步入快速發(fā)展的軌道。對于傳統(tǒng)的現(xiàn)澆混凝土橋梁，其施工過程對交通與周邊環(huán)境造成一定的影響，并且施工周期長，施工安全風(fēng)險大［1］。因此，在裝配式建筑中預(yù)制拼接橋墩得到了推廣，一方面機械化水平得以提高，施工進程變快，施工人員的勞動強度減小，環(huán)境得以保護，符合綠色節(jié)能環(huán)保的施工理念［2-3］。

自1960年以來，國外發(fā)達國家已經(jīng)使用預(yù)制橋墩建造橋梁，美國首次采用預(yù)制裝配式技術(shù)建造了德克薩斯州約翰肯尼迪堤道橋［4］。對于橋墩插槽型連接方式的研究，吳平平等人［5］通過橋墩足尺模型擬靜力試驗研究了地震作用下插槽結(jié)構(gòu)高強度裝配式橋墩的受力特性及整體穩(wěn)定性，并分析該橋墩結(jié)構(gòu)受震時的破壞形式、剛度、承載能力及延性系數(shù)。對于預(yù)制橋墩承插式連接方面，孫貴清等人［6］采用MIDAS FEA軟件建立橋墩-承臺-樁基礎(chǔ)有限元模型，分析了公路橋裝配式橋墩承插式連接的樁基承臺的應(yīng)力和破壞點。錢輝［7］基于承插式橋墩與多節(jié)段橋墩的技術(shù)優(yōu)點，提出了一種新型自復(fù)位承插式多節(jié)段預(yù)制橋墩（RSSPP）。歐智菁［8］闡述了裝配式橋墩主要施工工藝、檢測技術(shù)及質(zhì)量控制點，并介紹了傳力可靠的新型裝配式結(jié)構(gòu)連接方式。通過對預(yù)制構(gòu)件的力學(xué)特性研究，可以對合理選用以及施工質(zhì)量控制提供重要參考，并對裝配式橋墩未來的發(fā)展和研究進行展望［9-10］。

對于灌漿套筒橋梁的墩柱節(jié)點，主要有上套筒連接方法和下套筒連接方法。第一種套筒可以預(yù)埋在墩柱的底部，而后與從承臺伸出的鋼筋相連。第二種套筒也可以預(yù)埋在承臺內(nèi)，與從墩柱底部伸出的鋼筋相連，兩種方法各有優(yōu)缺點。對于套筒連接的預(yù)制拼裝橋墩抗剪性能方面，王志強［11］通過擬靜力試驗，得到了灌漿套筒連接構(gòu)造的預(yù)制拼裝橋墩主要表現(xiàn)為彎剪破壞模式，變形能力和耗能能力良好，且與現(xiàn)澆試件抗剪性能相近。對于套筒連接的預(yù)制拼裝橋墩抗震性能方面，徐文靖［12］以灌漿套筒預(yù)埋于墩身的預(yù)制拼裝橋墩為研究對象，分析了地震作用下此類橋墩墩身與承臺接縫處的受力機理和套筒預(yù)埋于塑性鉸區(qū)對橋墩整體受力性能的影響，進行了灌漿套筒預(yù)埋于墩身的預(yù)制拼裝橋墩模型擬靜力試驗。葛繼平［13］設(shè)計了整體現(xiàn)澆試件（RC）、預(yù)應(yīng)力鋼絞線和灌漿套筒連接的預(yù)制拼裝試件（PCSS）與精軋螺紋鋼筋和灌漿套筒連接的預(yù)制拼裝試件（PCTS）橋墩，并采用擬靜力試驗方法分析了各種橋墩的各種擬靜力指標，比較了橋墩的抗震性能。針對套筒灌漿質(zhì)量檢測方面，許國東［14］采用X 射線數(shù)字成像技術(shù)檢測灌漿套筒飽滿程度。李剛［15］采用工業(yè)內(nèi)窺鏡技術(shù)現(xiàn)場檢測灌漿套筒內(nèi)鋼筋錨固長度和灌漿飽滿度。

裝配式橋墩技術(shù)在公路市政橋梁中得到了應(yīng)用，而對于公路橋墩中套筒灌漿施工質(zhì)量問題及控制措施的研究需要進一步的開展。本文擬結(jié)合上海市濟陽路快速化改建工程，從套筒灌漿施工存在的問題以及預(yù)制橋墩拼接等方面詳細總結(jié)了施工質(zhì)量控制措施，以期為預(yù)制裝配式建筑的發(fā)展提供借鑒。

1 項目概況

上海市濟陽路改建工程包括濟陽路主線的快速化改建工程及相關(guān)配套改造工程。濟陽路主線的快速化改建道路走向沿規(guī)劃濟陽路線位，工程北起盧浦大橋，南至新區(qū)與閔行區(qū)區(qū)界，全長約7.1 km，其中盧浦大橋至中環(huán)線段全長3.9 km 中環(huán)至外環(huán)線間全長1.9 km，外環(huán)線以南1.3 km，如圖1 所示。主線及匝道橋梁工程主要包括以下內(nèi)容：改造原中環(huán)線立交濟陽路跨線橋南側(cè)落地段，新建濟陽路主線高架橋，橋長2 885.704 m。外環(huán)以北標準段橋?qū)?4.5 m，外環(huán)以南標準段橋?qū)?5.0 m；新建上浦路一對平行式上、下匝道橋，其中上匝道長226.0 m，下匝道長226.0 m，橋?qū)捑鶠?.5 m。

圖1 濟陽路快速化改造工程規(guī)劃Fig.1 Planning of Rapid Transformation Project of Jiyang Road

主線高架標準段橋?qū)?5.0∕24.5 m，采用結(jié)構(gòu)簡支、橋面連續(xù)、預(yù)制小箱梁結(jié)構(gòu)，一跨～四跨一聯(lián)。承臺采用鋼筋混凝土現(xiàn)澆形式，厚度2.2 m；中墩立柱采用雙柱式，邊墩單柱式，立柱截面尺寸2.0×1.5 m；小箱梁標準跨徑30.0 m，梁長28.8 m，高1.6 m。高架橋橋梁斷面如圖2所示。

圖2 高架橋橋梁斷面Fig.2 Viaduct Bridge Cross Section（m）

蓋梁柱式墩皆為帶四周150 mm 圓角的矩形立柱，混凝土強度等級為C40。橋墩立柱在現(xiàn)場與蓋梁及承臺采用灌漿套筒連接。立柱主筋采用HRB400的φ40 鋼筋，箍筋采用HRB400 的φ12 鋼筋，拉筋采用HRB400 的φ16 鋼筋。立柱拼裝采用φ40 全灌漿套筒連接承臺及蓋梁的形式，立柱柱底布置套筒，柱頂伸出蓋梁連接插筋。高架橋橋梁拼接如圖3所示。

圖3 高架橋橋梁拼接示意圖Fig.3 Schematic Diagram of Viaduct Bridge Splicing

2 工藝流程

灌漿式預(yù)制橋墩拼接的工藝流程如圖4所示。灌漿前應(yīng)檢查所有孔道通孔情況，確認無誤后用霧狀水進行套筒濕潤，濕潤時從出漿孔采用噴壺進行濕潤，濕潤完成后安裝L型管。

圖4 灌漿式預(yù)制橋墩拼接的工藝流程Fig.4 Process of Grouting Prefabricated Bridge Pier Splicing

攪拌設(shè)備為攪拌機，攪拌時間為3 min。墊層砂漿達到終凝后，即可進行灌漿作業(yè)。預(yù)先濕潤攪拌桶和攪拌頭，將干燥的物料和水依次放入攪拌桶中。同時打開攪拌機和底座轉(zhuǎn)盤，啟動秒表。攪拌3 min 后，關(guān)閉攪拌機和底座轉(zhuǎn)盤。如果攪拌后泥漿中仍有固體干物質(zhì)，則繼續(xù)攪拌，直到完全沒有干物質(zhì)為止。靜置2 min 后，氣泡釋放，高強灌漿料攪拌完畢。將混合好的漿液倒入灌漿機，開始灌漿。壓漿過程為漿料從下部注漿孔壓漿上部出漿口出氣，如圖5所示。

圖5 壓漿過程Fig.5 Grouting Process

灌漿約70 s 后，漿液上升至出漿口L 形管口。當(dāng)漿液流出時，堵住出口，停止灌漿。待注漿管壓力穩(wěn)定后，拔出注漿槍頭塞住注漿孔口。壓漿口采用橡膠止?jié){塞或者布條封堵。灌漿料拌和時應(yīng)適量，并且必須30 min 內(nèi)使用完畢，對在規(guī)定時間外未使用完畢的灌漿料應(yīng)作廢棄處理。測試結(jié)果滿足表1后方可用于現(xiàn)場拼裝連接。

表1 性能指標Tab.1 Physical Properties

3 施工質(zhì)量控制措施及改進方案

3.1 存在問題

⑴灌漿套筒接頭的力學(xué)性能會受到套筒質(zhì)量、灌漿材料和施工質(zhì)量等的影響。

⑵由于封堵不到位，連接面黏結(jié)力不夠，或灌漿時流動阻力過大導(dǎo)致封堵砂漿被灌漿料擠垮而漏漿。

⑶密封層、灌漿口、灌漿口和空氣夾層的密封不良都會導(dǎo)致套管頂部或中部出現(xiàn)空腔。預(yù)制構(gòu)件的尺寸偏差會導(dǎo)致構(gòu)件和套筒偏心，泥漿流動不暢。

⑷由于灌漿時跳倉過早、灌裝時發(fā)生漏漿、封堵不及時或未作持壓處理，灌漿結(jié)束漿液回流，會導(dǎo)致灌漿不飽滿的情況。

⑸灌漿混合料后施工時間過長，會導(dǎo)致漿液流動性降低，影響套筒內(nèi)的傳力，導(dǎo)致力學(xué)性能下降。

3.2 施工人員要求

⑴操作人員應(yīng)進行相關(guān)專業(yè)培訓(xùn)，合格后方可作業(yè)。

⑵對于灌漿過程進行監(jiān)督，并保存灌漿過程圖片及視頻影響文件。

3.3 灌漿質(zhì)量檢測要求

⑴套筒和灌漿料必須經(jīng)過檢測合格后才可使用。⑵ 采用現(xiàn)有質(zhì)量檢測方法進行灌漿將質(zhì)量檢測，若發(fā)現(xiàn)存在灌漿缺陷需進行補灌或二次灌漿。

3.4 灌漿腔密封

⑴確保連通灌漿區(qū)域、灌漿套筒、排氣孔通暢，避免封堵材料進入灌漿套筒、排氣孔內(nèi)。

⑵灌漿前應(yīng)確認封堵效果能夠滿足灌漿壓力需求，方可進行灌漿作業(yè)。

⑶封漿料在連通腔的內(nèi)側(cè)面應(yīng)壓實，不得與構(gòu)件底面形成縫隙.

3.5 灌漿作業(yè)質(zhì)量控制措施

3.5.1 控制灌漿料攪拌時長

注漿材料的攪拌時間是控制注漿材料質(zhì)量的一個重要因素，必須嚴格按照產(chǎn)品說明書進行攪拌，控制注漿材料與水的比例，并使用攪拌工具將注漿材料攪拌均勻。為了防止注漿工人故意減少注漿材料的攪拌時間，導(dǎo)致注漿材料攪拌不均勻，從而影響注漿質(zhì)量，在攪拌過程中應(yīng)實時控制注漿材料的攪拌時間。

3.5.2 保證灌漿料攪拌完成后的靜置時間

《鋼筋套筒灌漿連接應(yīng)用技術(shù)規(guī)程：JGJ 355—2015》中指出，灌漿料拌合物攪拌完成后須靜置2 min以排出氣泡。然而，在實際的灌漿施工過程中，往往發(fā)生注漿工人為了節(jié)省時間，將剛剛攪拌好的漿液混合物直接倒入注漿設(shè)備中，使帶有氣泡的漿液注入注漿套中，影響灌漿密實度，造成灌漿節(jié)點整體質(zhì)量問題。因此，在注漿施工中應(yīng)嚴格保證注漿材料的靜置時間。

3.5.3 嚴格控制注漿材料混合物的使用時間

注漿材料應(yīng)在加水后30 min 內(nèi)用完。如果注漿材料使用時間過長，可能會出現(xiàn)流動性差、運行時間短、膨脹強度性能不穩(wěn)定、出漿等現(xiàn)象。施工中使用這種不合格的注漿混合物，可能會出現(xiàn)不流動、過早凝結(jié)、收縮、強度不足等問題，從而導(dǎo)致套筒與構(gòu)件的連接失效。

3.6 優(yōu)化措施

⑴改進灌漿漿料質(zhì)量控制和檢測制度，確保預(yù)制橋墩拼接的可靠性；

⑵利用BIM 技術(shù)對預(yù)制構(gòu)件關(guān)鍵節(jié)點進行深化設(shè)計，提高預(yù)制構(gòu)件的加工精度，如圖6所示；

圖6 BIM技術(shù)優(yōu)化措施Fig.6 BIM Technology Optimization Measures

⑶改進套筒灌漿施工監(jiān)管方法，利用視頻圖像處理、人工智能和監(jiān)控系統(tǒng)相結(jié)合的方案，實現(xiàn)對灌漿過程進行智能化的監(jiān)管。

根據(jù)優(yōu)化措施，大量機械設(shè)備的應(yīng)用，有效地控制了安全文明施工和成本。整個項目施工速度快、建設(shè)質(zhì)量高、勞動用工少，如圖7所示。

圖7 現(xiàn)場施工Fig.7 In-site Construction Process

4 結(jié)語

裝配式橋梁施工是目前城市快速化建設(shè)的主要建造方式，主要采用構(gòu)件工廠預(yù)制化，并通過灌漿套筒連接承臺與橋墩構(gòu)件，實現(xiàn)機械和人工相配合進行安裝完成。以濟陽路快速化建設(shè)項目為例，結(jié)合灌漿套筒式預(yù)制拼接橋墩施工工藝，針對施工質(zhì)量問題提出相對應(yīng)的控制措施及改進方案。該施工方法比傳統(tǒng)現(xiàn)澆式方法在人工費用方面可節(jié)省25%～30%，可降低施工成本的10%～15%，可以縮短工期50%左右。然而其機械使用費用和材料費用卻大大高于整體現(xiàn)澆式施工，那么進行施工經(jīng)濟性的比較也就是一件很有意義的研究。