全預制裝配式橋梁方案研究

王繼全

（上海市政工程設計研究總院（集團）有限公司，上海市200092）

0 引言

隨著社會的進步及人們環保意識的提高，橋梁的施工環境越來越受到政府與民眾的重視，尤其是城市核心的橋梁。橋梁建設工期、施工噪聲污染、保交壓力等逐漸成為橋梁設計時必須放在首位考慮的因素。

雖然傳統建設方式為我國城鄉建設快速發展發揮了重要作用，但其弊端也十分突出：粗放式，材料浪費嚴重；工地臟亂，對交通環境影響大；質量控制難，質量通病嚴重；勞動力整體素質低、成本高。圖1為傳統建設方式下漫天灰塵、擁擠混亂的施工現場。

圖1 傳統建設方式現場

預制裝配式技術具有構件生產標準、現場安裝快速便捷、施工節能環保等優勢。它可以減少對大氣環境和道路交通的影響，提升工程品質和安全質量、文明施工水平，大規模推廣后能有效降低社會成本（見圖2）。中央及各地政府也先后推出一系列的政策，大力推廣裝配式建筑的發展[1]。

圖2 裝配式橋梁建設效果圖

1 預制裝配式技術發展

橋梁預制安裝技術最早起源于法國。E.弗萊西奈在1945～1948年期間首先對預應力混凝土橋進行了預制拼裝施工。在過去的幾十年間，利用預制安裝工藝來縮短橋梁建造時間的方法在歐美各國已逐漸受到重視。美國有較多關于節段拼裝橋墩的實例。比較著名的有佛羅里達州的的John T.Collision Bridge、德州的183號公路、北卡羅來納州的 Linn Cove Viaduct、德拉維州的 C&D Canal Bridge、弗吉尼亞州的Varina-Enon Bridge、新澤西州的Victory Bridge、內華達州的Colorado Bridgeof Hoover Dan Bypass等，但這些主要處于低烈度地震帶。

中國臺灣地處頻繁地震帶，2010年臺灣臺中生活圈2號線東段、臺中生活圈4號線北段及大里聯絡道工程其中幾段采用預制節段橋墩吊裝工藝，并配合設置減隔震支座以提高其抗震性能。

新澳凼大橋是連接澳門與凼仔島的跨海公路大橋，其主橋橋墩采用多層橫截面為工字型的鋼筋混凝土預制塊體為墩身主體，采用裝配的方式，對穿過墩身及墩頂橫梁的高強預應力鋼筋進行張拉錨固，將墩身與樁基承臺連成一體。

中國大陸的預制拼裝橋墩起步相對較晚，北京積水潭橋試驗工程、東海大橋（見圖3）、杭州灣大橋、上海長江大橋等采用了濕接縫連接的節段拼裝實體橋墩[2]。

圖3 東海大橋裝配式施工

近幾年來，隨著國家政策導向，預制拼裝技術開始推廣開來。比如，上海的S6滬翔高速公路、嘉閔高架北二期、國定路下匝道、S7公路（S20-月羅公路）、S3公路先期實施段、S26等其中全部或部分采用了全預制拼裝技術[3]。圖4為東海大橋裝配式施工效果圖。

圖4 東海大橋裝配式施工效果圖

2 上部結構預制類型

橋梁的預制拼裝是從上部結構開始的。1951年德國工程師Finsterwalder 在Lahn河上建造了第一座懸臂澆筑施工的預應力混凝土橋梁，形成了現代意義上的懸臂澆注施工法[4]。1978年美國佛羅里達州建成的長礁橋101×36 m，是首座采用預制節段拼裝施工的體外預應力橋梁，該工程創造了每周架橋108 m的施工速度[5]。

我國從20世紀60年代開始對預制節段拼裝預應力混凝土橋梁進行研究。1966年竣工的成昆鐵路舊莊河一號橋便采用預制節段懸臂拼裝施工法[6]。隨后隨著研究的深入，于2001年3月在上海瀏河大橋首次采用專用移動支架實現預制節段逐跨拼裝法施工。之后的上海滬閔高架二期工程和蘇通大橋等重大工程都是采用節段拼裝施工技術。

進入21世紀后，上部結構預制拼裝逐漸在我國推廣開來，技術相對成熟，主要分為整孔預制、分片預制、節段預制三類。

受制于吊裝重量的限制，整孔預制主要適用于鐵路橋梁、輕軌橋梁等相對較窄的橋梁，工廠整體預制后整體運輸至現場進行安裝，如圖5所示。

圖5 整孔預制箱梁

城市橋梁為了保證功能使用需要，橋面往往較寬，主線橋梁常規要達到25 m，局部路段甚至達到40 m。為了加快施工進度，橋梁設計人員逐漸研發出了空心板、T梁、小箱梁等分片預制的結構，運至現場架梁后再進行橫向連接，如圖6所示。

圖6 單片預制小箱梁

在懸臂澆筑的基礎上，為了加快施工進度，提高工程質量，逐漸研發出了大箱梁節段預制拼裝技術。該思維方式是橫向切段以達到減小節段重量的目的，如圖7所示。

3 下部結構預制類型

橋梁下部結構的預制拼裝發展較晚，主要是由于接縫的連接處理，抗震安全性能難以保證。橋梁下部結構的預制主要體現為蓋梁與橋墩的工廠預制。

圖7 嘉閔二期大箱梁節段預制拼裝

第一座采用預制拼裝橋墩技術建造的橋梁是美國20世紀80年代開始建造的Linn Cove高架橋。該橋下部橋墩采用有黏結后張預應力筋連接，并采用了環氧接縫處理。該項目通過采用預制拼裝技術順利解決了環境制約和工程進度等問題。該項目也成為預制拼裝技術應用的一個典型工程范例。隨后，在歐美一些地震危險性低的地區，預制拼裝橋墩技術應用逐漸增多。例如，位于美國科羅拉多州的Vail Pass橋梁的下部橋墩也采用了有黏結后張預應力筋的連接方式。

隨著人們對預制拼裝抗震性能的進一步研究，立柱、蓋梁的預制拼裝技術開始推廣，如上海嘉閔二期、S3公路先期實施段（見圖8）、中環國定路下匝道、S7公路新建工程、新疆東進場高架等，并在全國快速發展。

圖8 上海S3公路先期實施段

4 附屬結構預制類型

隨著對工程施工進度的要求越來越高，工程中任何一個環節都會變成拖延工期的關鍵要素，橋梁主體結構完成全預制工廠化生產后，配套附屬設施亦應同步提高生產效率。橋梁附屬設施預制主要分為防撞墻、側平石、交安設施基礎等。附屬設施的工廠化預制生產，能大大提高工程質量及清水混凝土的美觀（見圖9）。

圖9 防撞墻工廠化預制生產

5 預制構件連接方式

預制拼裝技術最核心的問題在于預制節段連接的處理方式。在國際或國內，大多采用后張預應力筋連接、鋼筋焊接或搭接，并采用濕接縫連接、插槽式或承插式接縫連接、灌漿套筒連接、波紋管連接以及UHPC連接等。

從目前已實施的工程來看，灌漿套筒連接（見圖10）、波紋管連接（見圖11）以及UHPC連接（見圖12）更受工程師青睞。研究結果表明：灌漿套筒多預埋于墩身，起鋼筋連接件作用，橋墩塑性鉸區損傷狀況受套筒影響顯著；灌漿波紋管多預埋于承臺或蓋梁內，用于加強伸入鋼筋的錨固效應。這兩類拼接構造橋墩的抗震性能并不弱于現澆的混凝土橋墩，但損傷部位均集中在接縫處。UHPC連接則能更好地適應橋墩與承臺、橋墩與蓋梁的連接，且其施工相對于套筒及波紋管兩種方式更為簡潔。

圖10 灌漿套筒連接

圖11 灌漿波紋管連接

圖12 UHPC連接

6 結語

全預制裝配式橋梁建造技術，不僅能很好地控制工程質量，而且能加快施工速度，減少現場污染，同時也符合低碳化、和諧社會的發展要求。隨著技術的不斷進步，該技術必將引領橋梁建造往高效、低碳、環保的方向發展。

本文通過對全預制裝配式橋梁建造技術的剖析，列舉已經施工完成及正在施工的案例，整理和歸納了橋梁上部、下部、附屬預制類型及連接方式，提出了目前比較適合我國發展的裝配式技術方案，希望能給設計同行以借鑒，更好地促進國內裝配式橋梁的快速發展。

參考文獻：

[1]D G/TJ08-2160—2015,預制拼裝橋墩技術規程[S]．

[2]李國平.全預制混凝土橋梁技術概論[C]//第十八屆全國橋梁學術會議論文集.北京：人民交通出版社，2008.

[3]黃國斌,查義強.上海公路橋梁橋墩預制拼裝建造技術[J].上海公路.2014(4):1-5.

[4]Walter,P.J.and Muller,J.M.,Construction and Design ofPrestressed Concrete Segmental Bridges[M].WileyInterscience publication,1982.

[5]裘伯永,盛興旺.橋梁工程[M].北京:中國鐵道出版社，2001.

[6]成昆鐵路技術總結委員會.成昆鐵路[M].北京:人民鐵道出版社,1980.