寇忠安 張 雷 高 濤 趙連啟 任承斌

（1.山東省公路橋梁建設(shè)集團(tuán)有限公司，山東 濟(jì)南 250014；2.山東農(nóng)業(yè)大學(xué)，山東 泰安 271018）

0 引言

我國(guó)的橋梁施工大多采用現(xiàn)澆混凝土施工方法，現(xiàn)澆式混凝土橋墩與裝配式橋墩相比雖然具有更好的整體性、更自由的空間造型等優(yōu)點(diǎn)，但存在施工周期長(zhǎng)、環(huán)境污染嚴(yán)重、成本較高等缺點(diǎn)。因此建筑工業(yè)化的必由之路是發(fā)展研究預(yù)制裝配式橋梁結(jié)構(gòu)，預(yù)制裝配式橋梁可以讓能耗更低、建造過(guò)程排放更低，響應(yīng)了國(guó)家號(hào)召，符合交通運(yùn)輸業(yè)綠色發(fā)展、協(xié)調(diào)發(fā)展的要求。

裝配式橋梁下部結(jié)構(gòu)安裝施工具有縮短工期、提高工程質(zhì)量、降低成本、提升安全系數(shù)等優(yōu)點(diǎn)。本文主要結(jié)合工程實(shí)例，改進(jìn)現(xiàn)澆式橋梁施工技術(shù)，使其操作難度大大下降，顯著提高工程質(zhì)量。

1 現(xiàn)澆式橋梁施工的缺點(diǎn)

（1）施工周期長(zhǎng)。我國(guó)橋梁施工過(guò)多地使用人工操作，設(shè)備機(jī)械化程度和構(gòu)件預(yù)制程度低，大多就地現(xiàn)澆，此外我國(guó)北方冬季氣溫較低和南方夏季濕潤(rùn)多雨都對(duì)施工進(jìn)度造成了一定的影響。

（2）施工質(zhì)量差。在傳統(tǒng)橋梁工程現(xiàn)場(chǎng)施工過(guò)程中，由于建材質(zhì)量達(dá)不到國(guó)標(biāo)現(xiàn)象比較普遍、農(nóng)民工對(duì)橋梁常識(shí)及生產(chǎn)技能匱乏以及工程管理不科學(xué)等因素，使橋梁工程的質(zhì)量很難得到保證。在實(shí)際工程中，經(jīng)常出現(xiàn)橋墩混凝土保護(hù)層太小或露筋、橋墩表面不平整、精度差、混凝土強(qiáng)度不夠、均勻性差等現(xiàn)象，常出現(xiàn)蜂窩麻面、橋墩漏水等質(zhì)量問(wèn)題“。豆腐渣”工程層出不窮，橋梁施工的質(zhì)量問(wèn)題不斷地引起社會(huì)各界的關(guān)注[1]。

（3）勞動(dòng)成本過(guò)高。傳統(tǒng)橋梁施工是勞動(dòng)密集型行業(yè)，帶動(dòng)了就業(yè)率，這一特征使橋梁施工成為接納農(nóng)村勞動(dòng)力的重點(diǎn)行業(yè)。近年來(lái)，由于農(nóng)民工工資的逐年增長(zhǎng)，這勢(shì)必造成橋梁施工的成本過(guò)高。

（4）資源浪費(fèi)大?，F(xiàn)澆施工中要使用大量的臨時(shí)支撐、腳手架模版等，這將造成大量鋼材、木材的消耗。

（5）環(huán)境污染嚴(yán)重。傳統(tǒng)施工現(xiàn)場(chǎng)的作業(yè)量較大、施工現(xiàn)場(chǎng)臟亂差、環(huán)境污染和擾民現(xiàn)象普遍。此外，隨著我國(guó)橋梁數(shù)量的增加，建筑垃圾的排放量巨大。

（6）施工安全性差。由于施工現(xiàn)場(chǎng)多為城市交通要道，對(duì)施工人員的生命安全造成很大的威脅。

2 裝配式橋墩的研究現(xiàn)狀

自20世紀(jì)90年代開(kāi)始，美國(guó)聯(lián)邦公路局推動(dòng)了橋梁快速施工技術(shù)的研發(fā)和工程應(yīng)用，裝配式橋墩是其中的重要組成部分。我國(guó)裝配式橋墩技術(shù)研究起步較晚，通過(guò)借鑒吸收國(guó)外研究成果，基本實(shí)現(xiàn)了體系化和規(guī)?；９窐蛄貉b配式橋墩的預(yù)制構(gòu)件運(yùn)輸距離長(zhǎng)、施工條件差，所以預(yù)制構(gòu)件應(yīng)滿足常規(guī)化運(yùn)輸和常規(guī)化吊裝設(shè)備完成現(xiàn)場(chǎng)拼裝的基本需求；且同時(shí)應(yīng)考慮到全國(guó)范圍內(nèi)施工單位技術(shù)水平的不均衡，所以在快速建造工程中應(yīng)選擇大容差、易施工的連接方案。目前，國(guó)內(nèi)外針對(duì)橋梁下部結(jié)構(gòu)預(yù)制構(gòu)件發(fā)展了灌漿套筒連接、灌漿波紋管連接、預(yù)應(yīng)力連接和承插式連接等多種連接方式，其中，灌漿套筒和灌漿波紋管連接方式對(duì)施工精度要求較高，在我國(guó)上海、長(zhǎng)沙、石家莊和鄭州等多個(gè)城市應(yīng)用推廣。預(yù)應(yīng)力連接橋墩在強(qiáng)震作用下的耗能能力較現(xiàn)澆橋墩差，一般需要輔加內(nèi)部耗能鋼筋或外部耗能裝置提高預(yù)制橋墩結(jié)構(gòu)的耗能能力。承插式連接是將預(yù)制墩柱插入基礎(chǔ)或蓋梁的預(yù)留孔內(nèi)，墩柱與基礎(chǔ)或蓋梁之間沒(méi)有鋼筋連接，僅通過(guò)預(yù)制墩柱與基礎(chǔ)或蓋梁之間的空隙填充混凝土或高強(qiáng)低收縮材料進(jìn)行固定連接；基礎(chǔ)或蓋梁可以是現(xiàn)澆或預(yù)制構(gòu)件，該連接構(gòu)造在施工上較其他構(gòu)造簡(jiǎn)單，但需要一定的現(xiàn)場(chǎng)濕作業(yè)工程量，其力學(xué)性能取決于橋墩承插深度和灌漿料黏結(jié)性能。

從20世紀(jì)中期開(kāi)始，我國(guó)就逐漸將裝配式橋梁技術(shù)應(yīng)用于橋梁的下部構(gòu)造中，從預(yù)制鋼筋籠開(kāi)始，逐漸將裝配式技術(shù)運(yùn)用到橋梁建造中。我國(guó)裝配式橋梁分階段前進(jìn)，一開(kāi)始，我國(guó)交通運(yùn)輸業(yè)不發(fā)達(dá)，經(jīng)濟(jì)水平發(fā)展較低，所以橋梁較為注重實(shí)用性來(lái)保證通行的需求，逐漸過(guò)渡到現(xiàn)在，裝配式橋梁全面發(fā)展。我國(guó)先開(kāi)始的是裝配式橋梁下部構(gòu)造的研究與應(yīng)用。由于預(yù)制裝配式橋梁下部墩柱的抗震性能未能在學(xué)術(shù)界形成統(tǒng)一的意見(jiàn)，所以在早期應(yīng)用的時(shí)候，僅在工期比較緊張、運(yùn)輸比較簡(jiǎn)單的情況下應(yīng)用。隨著材料質(zhì)量不斷提高、新技術(shù)新構(gòu)造段被研發(fā)，再加上傳統(tǒng)建造模式的不足日益明顯以及國(guó)家不斷倡導(dǎo)發(fā)展綠色環(huán)保建筑，我國(guó)開(kāi)始廣泛應(yīng)用裝配式橋梁技術(shù)。

3 工程概況

正在建設(shè)的濟(jì)南至微山公路濟(jì)寧新機(jī)場(chǎng)至棗菏高速段是國(guó)家高速公路網(wǎng)的骨架部分和山東省高速公路網(wǎng)布局規(guī)劃“九縱、五橫、一環(huán)、七連”中的重要組成部分。濟(jì)南至微山公路濟(jì)寧段濟(jì)寧新機(jī)場(chǎng)至棗菏高速段項(xiàng)目第二合同段兗州高架橋、豐兗路分離立交、高新區(qū)高架橋、兗礦鐵路分離立交等橋梁下部結(jié)構(gòu)采用預(yù)制拼裝。該工程存在大量的裝配式橋梁，其中運(yùn)用最多的就是預(yù)制鋼筋籠現(xiàn)澆墩柱，不同工藝澆筑墩柱數(shù)量對(duì)比見(jiàn)圖1。本文從實(shí)際工程出發(fā)探討裝配式橋梁下部結(jié)構(gòu)安裝施工技術(shù)。

圖1 不同工藝澆筑墩柱數(shù)量對(duì)比

4 施工工藝流程

4.1 施工前的準(zhǔn)備工作

（1）由工程現(xiàn)場(chǎng)的技術(shù)人員校核驗(yàn)算該橋梁的設(shè)計(jì)圖紙，校核過(guò)程包括復(fù)核樁的中心樁位，驗(yàn)算裝配式樁基的高程和坐標(biāo)等。校核無(wú)誤后，平整好并壓實(shí)墩柱外部的施工場(chǎng)地，指導(dǎo)堆放各種材料和工程機(jī)具以確保有足夠的空間停放起重機(jī)、運(yùn)輸車、泵車等大型機(jī)械。

（2）材料準(zhǔn)備：工程材料砂、碎石、水泥、鋼筋經(jīng)檢驗(yàn)合格，滿足墩柱施工需求，嚴(yán)格控制原材料的質(zhì)量。試驗(yàn)室做好混凝土配合比和各種原材料試驗(yàn)工作，并報(bào)監(jiān)理工程師批復(fù)；

（3）對(duì)拌和站性能進(jìn)行檢查，并經(jīng)試運(yùn)行，確保處于良好狀態(tài)；

（4）對(duì)機(jī)具設(shè)備調(diào)試檢查和試運(yùn)轉(zhuǎn)，確保機(jī)械正常工作，配備足夠的備件；

（5）試驗(yàn)人員及時(shí)對(duì)原材料進(jìn)行抽檢，檢測(cè)砂、碎石的含水量，根據(jù)理論配合比調(diào)整施工配合比；

（6）對(duì)進(jìn)場(chǎng)定型鋼模按照有關(guān)驗(yàn)收細(xì)則進(jìn)行驗(yàn)收，對(duì)尺寸進(jìn)行檢驗(yàn)、磨光刨光、試拼裝。

4.2 施工過(guò)程

該工程采用裝配式橋梁預(yù)制鋼筋籠現(xiàn)澆墩柱技術(shù)，施工過(guò)程見(jiàn)圖2。

圖2 現(xiàn)澆墩柱施工工藝流程

（1）清理墩臺(tái)下部承臺(tái)混凝土的表面并進(jìn)行鑿毛處理，保持承臺(tái)預(yù)留鋼筋垂直，通過(guò)水準(zhǔn)儀準(zhǔn)確定墩柱的中心位置的標(biāo)高、中軸線、四周外圍的邊線及立柱模板外圍邊線；定位后設(shè)置防護(hù)樁，便于后期墩柱中心復(fù)位。根據(jù)水準(zhǔn)儀測(cè)出的墩柱周線，再一次測(cè)量墩柱底標(biāo)高，在墩柱外邊線周圍使用高標(biāo)號(hào)水泥砂漿抹帶，方便后期架設(shè)模具。

（2）架設(shè)腳手架。通常情況下一般采用扣件式鋼管搭設(shè)腳手架，腳手板可以由多種材料制作，包括鋼材、木材、竹等材料。每根立桿的底部都應(yīng)該包括可以調(diào)節(jié)的支托底座，使立桿高度可以在5～15cm之間調(diào)節(jié)，安裝螺桿時(shí)，螺桿外徑與立桿內(nèi)徑的間隙必須不大于30mm，并且要保證上下的螺桿和立桿同心。腳手架架設(shè)鋼管要求為橫平豎直，整齊明了，上下連貫，連接扣牢固，受到荷載保證安全，整體不變形、上下不發(fā)生搖晃。立桿采用一字型扣件對(duì)接，兩個(gè)相鄰立桿接頭不能設(shè)置在同步同跨范圍內(nèi)，兩根相鄰的立桿在垂直方向的接頭距離小于步距的1/3，立桿的垂直偏差不大于架高的1/400，立桿在離地腳20cm處設(shè)置掃地桿。腳手架搭設(shè)順序?yàn)椋合冗M(jìn)行畫線放樣，在底部放置木制墊塊接著架設(shè)縱向掃地桿，然后架設(shè)立桿（加臨時(shí)拋桿），再放置橫向掃地桿，然后放置第一步縱向水平桿接著放置第一步橫向水平桿，之后架設(shè)第二步縱向水平桿，最后放置第二步橫向水平桿，以此類推，完成腳手架縱橫向搭設(shè)，然后鋪設(shè)腳手片。

（3）模板拼裝。要注意合理布置吊裝模板時(shí)的吊裝點(diǎn)，為了避免因?yàn)榕鲎惨鸬膭×易冃?，在吊車吊裝到指定地點(diǎn)時(shí)，下落速度一定要盡量放慢。吊裝時(shí)需要現(xiàn)場(chǎng)施工人員專門指揮，按之前對(duì)模板進(jìn)行的編號(hào)逐塊起吊模板并進(jìn)行組裝。圓柱形墩柱模板為兩個(gè)半圓形，安裝時(shí)先安放一側(cè)半圓，再安放另一側(cè)半圓，螺栓連接成圓，再與下節(jié)螺栓連接。之后澆筑混凝土，立柱澆注時(shí)應(yīng)設(shè)減速漏斗和串筒，混凝土面與串筒底口距離必須小于2m，在整個(gè)澆筑過(guò)程中都應(yīng)該用全站儀測(cè)量墩柱模板的垂直度，防止其發(fā)生傾斜，若發(fā)生傾斜應(yīng)馬上停止?jié)仓⑵浠卣?。墩柱澆筑完成后?yīng)檢查其高度是否超出5cm，該距離便于后期連接蓋梁和立柱。用振搗棒振搗混凝土，避免混凝土發(fā)生分層現(xiàn)象。插入振搗棒的速度應(yīng)較快，提出時(shí)的速度稍慢，并且在提出振搗棒的過(guò)程中應(yīng)該邊提邊振搗，避免振搗棒在混凝土中留下孔洞。為保證上下兩層混凝土之間的結(jié)合質(zhì)量，混凝土澆注后立即進(jìn)行振搗，振搗時(shí)間一般需要控制在30s以上，使用振搗棒時(shí)一定要適度，必須避免漏搗和貼著墩柱模板振搗的情況出現(xiàn)。

（4）養(yǎng)護(hù)拆模。必須保證相應(yīng)的養(yǎng)護(hù)條件和養(yǎng)護(hù)時(shí)間。

5 裝配式橋梁中現(xiàn)澆墩柱施工要點(diǎn)

5.1 墩柱鋼筋籠制作

隨著公路工程標(biāo)準(zhǔn)化施工的逐步推廣，公路工程施工標(biāo)準(zhǔn)化要求樁基、墩柱鋼筋籠采用全自動(dòng)滾焊機(jī)加工，全自動(dòng)滾焊機(jī)占地體積較大，在山區(qū)、丘陵地帶不適合進(jìn)行施工[2]。因此野外作業(yè)大多選擇在鋼筋加工棚中綁扎、制作墩柱鋼筋籠。

鋼筋的綁扎順序：首先綁扎鋼筋籠的長(zhǎng)軸，長(zhǎng)軸綁扎固定好后再綁扎鋼筋籠的短軸，按照一定方向綁扎鋼筋籠，然后按照設(shè)計(jì)圖紙綁扎箍筋。綁扎鋼筋籠的鋼筋時(shí)，應(yīng)先查看墩柱本身預(yù)埋的鋼筋籠，確保墩柱本身預(yù)埋鋼筋的準(zhǔn)確性，在承臺(tái)表面，放置鋼筋籠時(shí)應(yīng)通過(guò)模板支架進(jìn)行定位，確保墩柱鋼筋的準(zhǔn)確性。

因鋼筋本身材質(zhì)的原因，鋼筋籠具有一定的支撐效果，但是為了保證鋼筋籠的垂直性，防止二次調(diào)直，因此在吊裝過(guò)程中應(yīng)保證垂直起吊。鋼筋籠吊裝過(guò)程需要兩邊工人熟練配合，由工人手扶構(gòu)件緩慢下落以保證墩柱預(yù)留鋼筋與鋼筋籠對(duì)接[3]。

5.2 澆筑墩柱

該工程在澆筑墩柱（圖3）前先進(jìn)行承臺(tái)混凝土澆筑。承臺(tái)有兩個(gè)作用：（1）荷載傳遞。承受上部柱（或墩）之荷載并傳遞給樁基礎(chǔ)。（2）荷載分配。向樁基礎(chǔ)分布荷載。當(dāng)承臺(tái)下有多個(gè)樁基時(shí)，承臺(tái)可以將荷載較均勻地分布各個(gè)樁體。

圖3 墩柱

墩柱模板采用定型鋼模板，分段分節(jié)安裝，安裝鋼模板前需要對(duì)承臺(tái)表面鑿毛，見(jiàn)圖4。

圖4 安裝墩柱模板

在底節(jié)模板安裝前需要拆除鋼筋籠加固攬風(fēng)繩，并在承臺(tái)表面設(shè)置砂漿調(diào)平層，水泥砂漿調(diào)平層在配置模板時(shí)全部控制在5cm以內(nèi)，以保證墩柱模板底面水平，模板安裝完成后檢查其平面位置、頂部標(biāo)高、垂直度、節(jié)點(diǎn)連接及縱橫穩(wěn)定性，確認(rèn)合格后在模板四周設(shè)纜風(fēng)繩加固，模板拼接縫處用止?jié){帶密封，防止漏漿。模板拼裝從承臺(tái)頂面起2/3高度范圍內(nèi)安裝雙螺帽。

該工程使用混凝土泵車澆筑混凝土，為防止混凝土離析，串管底口距墩底不應(yīng)大于2m。墩柱混凝土強(qiáng)度大于2.5MPa后即可拆除模板。

采用汽車吊及人工配合，按照“先上的后拆，后上的先拆”原則，由上而下逐節(jié)分塊拆除。

6 應(yīng)用效果分析

裝配式橋梁技術(shù)不僅有更加可靠的質(zhì)量，還有更加智能的鋼筋加工，通過(guò)在工廠內(nèi)部進(jìn)行預(yù)制構(gòu)件，采用按照規(guī)范的標(biāo)準(zhǔn)施工。結(jié)合灌漿套筒、灌漿金屬波紋管等實(shí)現(xiàn)了構(gòu)件的連接，保證了橋梁的安全可靠。

施工工期短是裝配式橋梁的主要優(yōu)點(diǎn)之一。橋梁的各個(gè)構(gòu)件可以同時(shí)施工，例如在進(jìn)行樁基礎(chǔ)施工的同時(shí)，還可以進(jìn)行墩柱、橋臺(tái)及梁板的預(yù)制，邊施工邊安裝。充分利用夜間交通干擾小的時(shí)間段，封鎖一至兩個(gè)車道，即可進(jìn)行橋梁構(gòu)件拼裝作業(yè)[4]。

安全系數(shù)較高，建造過(guò)程中取消了大型支架的使用，減少了高空作業(yè)的工人數(shù)量，降低了安全隱患，大大降低了現(xiàn)場(chǎng)工作人員高空墜落的風(fēng)險(xiǎn)，安全生產(chǎn)得到了進(jìn)一步保障。同時(shí)，對(duì)連接材料和結(jié)構(gòu)模型進(jìn)行的多次模擬試驗(yàn)和驗(yàn)證，也確保了橋梁結(jié)構(gòu)自身的安全。

造價(jià)方面，性價(jià)比高。由于裝配式橋梁還處在局部范圍內(nèi)的小規(guī)模生產(chǎn)，造價(jià)會(huì)比普通的橋梁增加5%～10%，但在規(guī)模化生產(chǎn)之后，將會(huì)進(jìn)一步降低，甚至持平。而另一方面，裝配式橋梁在節(jié)約交通疏解費(fèi)，安全文明措施費(fèi)，以及時(shí)間成本的同時(shí)，還進(jìn)一步節(jié)約了大量人工成本和工期減少的管理成本，帶來(lái)了減少交通堵塞、粉塵污染、噪音污染和木材消耗等方面的社會(huì)效益。

7 結(jié)束語(yǔ)

在橋梁施工過(guò)程中，現(xiàn)場(chǎng)綁扎鋼筋籠施工周期比較長(zhǎng)，成本比較高。該項(xiàng)目的現(xiàn)澆墩柱施工采用預(yù)制構(gòu)件（鋼筋籠），現(xiàn)澆墩柱，在承臺(tái)鋼筋綁扎同時(shí)利用現(xiàn)有的MEP鋼筋加工設(shè)備、鋼筋胎架、龍門吊等進(jìn)行加工、綁扎，控制精準(zhǔn)、綁扎成型質(zhì)量高，現(xiàn)場(chǎng)施工采用“模架一體化”（無(wú)落地腳手架）工藝，節(jié)省了現(xiàn)場(chǎng)腳手架搭設(shè)、鋼筋綁扎、架體材料的周轉(zhuǎn)時(shí)間及設(shè)備人員的投入，提高了工作效率，使工期大大縮短，大幅度減少了工程造價(jià)，大大提高了施工質(zhì)量。

裝配式橋梁技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是施工速度快、現(xiàn)場(chǎng)污染大幅度減少，安全系數(shù)高，符合國(guó)家節(jié)能減排的號(hào)召，裝配式橋梁結(jié)構(gòu)在各類工程中雖已得到了部分應(yīng)用，但還遠(yuǎn)未完全推廣。在國(guó)家向更高能效、更低能耗、更低排放的號(hào)召下，裝配式橋梁技術(shù)發(fā)展的潛力巨大，必定邁向新的階段，向跨度更長(zhǎng)、質(zhì)量更高前進(jìn)。