宋勇強 趙小強 熊超

中交第二航務工程局有限公司第六工程分公司 湖北 武漢 430014

1 引言

橋梁作為交通基礎設施的重要組成部分和關鍵控制工程，“十四五”期間乃至2030年仍有巨大的市場需求，當前我國混凝土梁橋施工仍以現(xiàn)澆為主，存在質量控制難、環(huán)境影響大、勞動力消耗高等不足，不能適應新時代中國高質量發(fā)展需要，我國公路橋梁裝配化率有待進一步提高，隨著高質量發(fā)展的需求越來越迫切，發(fā)展裝配式結構、鋼結構橋梁成為國家政策導向[1]，裝配式橋梁將大量的預制塊由車間生產(chǎn)加工完成，主要包括分塊預制的主梁、墩柱、蓋梁等，然后通過現(xiàn)場吊裝作業(yè)將預制構件拼接。在現(xiàn)場作業(yè)方面，裝配式建造方法施工機械化程度高，需要的人力資源較少，受氣候影響小。相較于傳統(tǒng)的現(xiàn)澆法，作業(yè)量大幅減少，可以大大縮短工期。在環(huán)保方面，裝配式橋梁對節(jié)能環(huán)保大有益處，可以大量減少建筑垃圾和廢水排放[1]，降低建筑噪音與有害粉塵的排放，更加符合新形勢政策下的“綠色建筑”要求。中交二航局自2004年在國內(nèi)首次大規(guī)模引入短線匹配預制工藝，完成箱梁節(jié)段預制約3.1萬榀，占國內(nèi)總數(shù)約50%。以蘇通大橋為起點，攻克從設計到施工、控制、材料、裝備等成套技術難題，取得豐碩成果。

2 裝配式橋梁工藝及發(fā)展歷程

2.1 裝配式組合梁分類發(fā)展歷程

由于海上建設條件惡劣，對預制墩柱需求高；且具備大重量構件運輸、起吊作業(yè)條件，預制墩柱技術最早應用于海上橋梁；且海上橋梁預制墩柱多采用整體或大節(jié)段。由于運輸、吊裝不便，國外陸上預制墩身多采用小節(jié)段，美國預制墩柱節(jié)段多采用預應力鋼絞線/粗鋼筋+膠接縫的連接方式，國內(nèi)預制墩柱發(fā)展也始于海上橋梁，且多為整節(jié)段預制；預制墩柱連接形式從現(xiàn)澆濕接縫，發(fā)展到墩身節(jié)段預制、膠接縫連接，我國上海率先開始在市政橋梁、公路橋梁中大規(guī)模應用預制墩柱，目前我國市政、公路橋梁多采用整節(jié)段預制墩柱，且連接形式多采用灌漿套筒。由于預制蓋梁、墩柱技術相似，預制蓋梁與預制墩柱同步發(fā)展，蓋梁由于體量

較大，運輸?shù)跹b不便，通常采用分節(jié)段預制安裝進行輕量化，經(jīng)過多年技術發(fā)展，發(fā)展出了多種預制墩柱、蓋梁連接構造，能滿足不同工程需求。

2.2 裝配式組組合梁分類

根據(jù)主梁形式不同，裝配式組合梁有多種類型：鋼箱組合梁、節(jié)段鋼桁腹板組合梁、節(jié)段鋼波腹板組合梁、鋼板組合梁、鋼桁組合梁[3]。

2.3 裝配式組合梁安裝工藝

裝配式組合梁由預制混凝土板與鋼主梁在現(xiàn)場或場內(nèi)組合而成。組合梁預制完成后，可通過整跨吊裝、頂推、架橋機安裝、吊車散件拼裝等裝配式組合梁安裝工藝進行安裝。其中架橋機安裝法具有施工效率高、占地面積少的優(yōu)點。頂推施工不影響橋下交通，不需要大型起重設備，也沒有高空作業(yè)，特別適合于城市橋梁、特大跨度橋梁、長線引橋和立體交叉的施工[4]。汽車吊散件拼裝具有制作簡單，裝拆方便，受地形限制小的優(yōu)點。整垮吊裝具有施工快速，起重量大的優(yōu)點。

3 裝配式橋梁產(chǎn)品工業(yè)化建造實踐

3.1 裝配式橋梁介紹

將整跨箱梁設計成若干個節(jié)段，在預制臺座上利用專用模板系統(tǒng)逐榀匹配、流水預制，運至橋位，由架橋機等工具進行現(xiàn)場組拼成橋，混凝土節(jié)段梁是一種典型的預制構件[3]，由整跨箱梁按照一定吊重尺寸沿順橋向劃分而來。節(jié)段在預制臺座上利用專用模板系統(tǒng)逐榀匹配、流水預制，運至橋位，由架橋機等工具進行現(xiàn)場組拼成橋[2]。目前混凝土節(jié)段梁已廣泛應用于我國跨江跨海大橋、市政高架橋中?；炷凉?jié)段梁預制包括鋼筋骨架綁扎安裝、模板調位與合模、匹配澆筑以及轉運堆存等幾個環(huán)節(jié)，節(jié)段預制周期達到2d/節(jié)，節(jié)段梁存放期滿后可采用模塊車、駁船運輸至橋位，由架橋機、橋面吊機進行安裝，節(jié)段間通常需涂抹結構膠并張拉預應力。

3.2 裝配式節(jié)段梁預制

混凝土節(jié)段梁是一種典型的預制構件，由整跨箱梁按照一定吊重尺寸沿順橋向劃分而來。節(jié)段在預制臺座上利用專用模板系統(tǒng)逐榀匹配、流水預制，運至橋位，由架橋機等工具進行現(xiàn)場組拼成橋[2]。目前混凝土節(jié)段梁已廣泛應用于我國跨江跨海大橋、市政高架橋中混凝土節(jié)段梁預制包括鋼筋骨架綁扎安裝、模板調位與合模、匹配澆筑以及轉運堆存等幾個環(huán)節(jié)，節(jié)段預制周期達到2d/節(jié)，節(jié)段梁存放期滿后可采用模塊車、駁船運輸至橋位，由架橋機、橋面吊機進行安裝，節(jié)段間通常需涂抹結構膠并張拉預應力。

3.2.1 大跨墩頂塊預制

前期研發(fā)的關鍵技術，港珠澳香港段節(jié)段梁跨徑180米，墩丁塊尺寸為9米長，10米高，重約幾百噸。采用大型浮吊施工造價較高，為此研發(fā)了全預制分段殼體結構，單重小于220t，采用架橋機來回踩位的方法安裝。墩丁塊預制采用A+B+A(A梁預制（見圖1）+B梁夾心預制（見圖3）+A梁內(nèi)隔墻澆筑（見圖2）+B梁橫板澆筑（見圖4）)的夾心預制技術，隔墻及橫板：可作為二次澆筑模板，內(nèi)壁剪力鍵：無需預留連接鋼筋。解決了墩頂塊預制難題，大幅提高了預制效率和施工質量,大跨墩頂塊預制全預制分段殼體結構，減少了后澆量；研發(fā)了夾心預制技術，解決了墩頂塊預制難題，大幅提高了預制效率和施工質量。技術優(yōu)勢：減少匹配次數(shù)提高效率,二次澆筑，模板設計及拆裝難度小。

圖4 B梁橫板澆筑

3.2.2 大跨徑變截面節(jié)段匹配預制

針對大跨徑變截面節(jié)段梁尺寸變化大的特點，從鋼筋綁扎、模板、堆存等方面進行了全面創(chuàng)新：

高大腹板鋼筋綁扎：分離式可調鋼筋綁扎胎架，可實現(xiàn)腹板鋼筋整體翻轉安裝。

自動化液壓模板系統(tǒng)：調節(jié)塊適應變截面、大塊鋼模方便拆裝、局部柔性適應三維扭曲。

3.3 節(jié)段梁安裝

不斷創(chuàng)新梁段安裝工藝，提升架橋機安裝的適用性，對于小曲率半徑節(jié)段梁，架橋機需適應曲率半徑的變化。研發(fā)出一種可彎折架橋機，通過主梁間的偏轉鉸實現(xiàn)導梁彎折，確保支腿均支立于墩頂塊上。對于大跨節(jié)段梁，節(jié)段重量及跨度的增長對架設裝備及工藝提出了更高的要求，當跨徑大于70米后，架橋機主梁鋼結構為了承擔自重和節(jié)段梁荷載需要做得足夠強大，基本上就不經(jīng)濟了。所以，對于大跨節(jié)段的吊裝基本采用橋面吊機。為解決鋼齒坎安裝麻煩、預留孔洞多的問題，提出一種安拆便利、結構輕巧的剪力錐構造，永久預應力張拉之前，要用臨時預應力拉緊節(jié)段保證節(jié)段間0.3～0.5MPa的壓應力，臨時預應力的鋼赤坎安裝麻煩、而且很笨重，轉換時抬不動。同時預留孔洞多，后期不好修補也容易滲水。在某段開發(fā)了一種新型的剪力錐構造，結構輕巧，安拆方便，孔洞少，修補易，預埋精度要求低。

節(jié)段梁安裝要精細化施工控制，研究并提出成套控制方法及配套軟件，達到毫米級的精度控制目標，將橋梁施工全過程納入施工控制系統(tǒng)，包括模型計算與預測、誤差分析與修正、預制放樣與拼裝測量等[3]。另外就是節(jié)段梁的線形控制。我們研發(fā)了成套控制方法及配套軟件，達到毫米級的精度控制目標。因為匹配預制，需要在預制場還原兩兩匹配節(jié)段的相對關系，需要對線形進行精確測控。研發(fā)的線控軟件將橋梁施工全過程納入施工控制系統(tǒng)，包括模型計算與預測、誤差分析與修正、預制放樣與拼裝測量等子系統(tǒng)。精度與國外同類軟件比經(jīng)工程驗證滿足要求，同時徹底將費用打下來。

3.4 組合結構與預制拼裝技術

將組合結構與預制拼裝技術相結合，可實現(xiàn)節(jié)段梁的輕型化。

結構優(yōu)點：自重降低25%，跨越能力強、充分發(fā)揮材料性能、解決接縫抗剪問題、造型美觀、裝配化建造。

技術難點：連接構造需適應預制拼裝、接縫對組合梁受力性能影響鋼混節(jié)段梁施工期受力、波腹板入模及定位、全過程施工控制。

3.5 技術研究

3.5.1 連接構造研究

①在節(jié)段梁的研究基礎上，結合波腹板組合梁的特點，比選出便于施工、受力可靠的連接構造（見圖5）。首先是比選便于施工、受力可靠的連接構造，包括波腹板間接縫和混凝土是同縫還是錯縫布置，波腹板之間是栓接還是焊接，又或者栓焊組合（見圖6）。

圖5 接縫方案比選

圖6 連接構造

②為便于波腹板定位及鋼筋籠下放，提出一種新型連接件，開展四組對比試驗，驗證了其受力性能，特點是：翼緣板兼做底模，便于波腹板定位，無需貫穿連接鋼筋鋼，便于筋籠整體下放。連接構造的主要問題就是解決頂?shù)装邃摻罨\整體預制與波腹板的連接。常規(guī)剪力鍵都需要后穿鋼筋（見圖7），無法保證頂?shù)装邃摻罨\的整體安裝，影響施工效率。提出一種新型連接件，翼緣板兼做底模，便于波腹板定位，無需貫穿連接鋼筋鋼，便于筋籠整體下放。開展了四組對比力學試驗，驗證了其受力性能滿足要求。

圖7 剪力鍵布置

3.5.2 整體受力性能研究

開展了波形鋼腹板節(jié)段梁縮尺模型試驗，研究了接縫、連接、預應力對整體受力性能的影響規(guī)律，接縫帶來的抗彎折減系數(shù)為0.80~0.9之間；偏載下位移、剪應力分別放大15%/25%左右。這些都為波腹板節(jié)段梁的設計提供了理論基礎。足尺模型試驗，掌握了新型節(jié)段箱梁抗扭、橫向彎曲受力性能及其計算方法。

3.6 工程應用

3.6.1 節(jié)段預制--鋼筋骨架入模及波腹板定位

鋼筋骨架采用分部入模工藝，通過三向調位裝置實現(xiàn)波腹板精確定位,其中采用分部還是整體入模工藝也是我們工藝試驗的一個重點。所謂分部、整體，試驗中發(fā)現(xiàn)整體入模，波腹板在模板中需要二次定位，反倒更花時間，最后決定采用分別綁扎好頂?shù)装邃摻罨\，和波腹板在模板系統(tǒng)里分部安裝的工藝。

3.6.2 節(jié)段預制--梁段吊裝及存放

開展梁段吊裝及存放計算分析，確定吊點以及支點布置，并提出交叉型鋼截面變形控制措施。從足尺模型試驗也可看出，因剛度低，橫向變形較常規(guī)節(jié)段梁大4~5倍，研發(fā)了x形交叉型斜撐控制橫向變形能減少至0.8mm，抗扭性能得到明顯加強。另外，從8吊點優(yōu)化至12吊點，頂?shù)装鍩o開裂風險。

3.6.3 節(jié)段預制--節(jié)段安裝

0號塊現(xiàn)澆、1~2號塊支架拼裝，標準節(jié)段采用架橋機進行懸拼安裝。

3.6.4 節(jié)段預制--匹配預制施工控制

為實現(xiàn)精細化控制，將施工控制延伸至準備階段和波形鋼腹板制造階段，并提出波腹板定位標準見下表1。

表1 波腹板定位標準

3.6.5 節(jié)段預制-推廣

作為國內(nèi)乃至國際首創(chuàng)，成套技術豐富了裝配式橋梁類型，可改善常規(guī)節(jié)段梁橋接縫性能，顯著降低結構自重，增強觀賞性，具有良好的應用前景。

4 預制橋面板

4.1 預制橋面板施工工藝

4.2 新型橋面板結構

通過高性能材料（UHPC）的應用，增強預制橋面板力學性能、耐久性、耐磨性，提升產(chǎn)品質量。優(yōu)化預制橋面板連接構造，提升接縫力學性能及現(xiàn)場安裝工效。在常規(guī)UHPC組分中，加入粒徑不大于8mm的粗骨料和細度模數(shù)為2.6~3.0的細骨料，在保證結構的超高強度、耐久及耐磨的基礎上，節(jié)約原材料成本。通過智能化生產(chǎn)線降低生產(chǎn)中的人為因素干擾，提升橋面板預制質量。

5 結束語

裝配式橋梁將大量的預制塊由車間生產(chǎn)加工完成，主要包括分塊預制的主梁、墩柱、蓋梁等，然后通過現(xiàn)場吊裝作業(yè)將預制構件拼接。在現(xiàn)場作業(yè)方面，裝配式建造方法施工機械化程度高，需要的人力資源較少，受氣候影響小。相較于傳統(tǒng)的現(xiàn)澆法，作業(yè)量大幅減少，可以大大縮短工期。在環(huán)保方面，裝配式橋梁對節(jié)能環(huán)保大有益處，可以大量減少建筑垃圾和廢水排放，降低建筑噪音與有害粉塵的排放，更加符合新形勢政策下的“綠色建筑”要求。

在質量提升方面，降低制造過程人為因素干擾，大幅提升質量與效率。