預(yù)制節(jié)段拼裝橋梁施工關(guān)鍵技術(shù)淺析

王華

（上海浦東城市建設(shè)實(shí)業(yè)發(fā)展有限公司,上海市 200136）

1 概述

隨著我國城市建設(shè)的不斷發(fā)展，生活質(zhì)量的不斷提升，社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，人們對城市生活環(huán)境質(zhì)量更加關(guān)注。結(jié)構(gòu)預(yù)制拼裝技術(shù)是解決在城市建設(shè)的施工過程中實(shí)現(xiàn)零污染、零排放、低噪聲問題的關(guān)鍵技術(shù)。該技術(shù)將工程結(jié)構(gòu)分解為若干個(gè)節(jié)段，像搭積木一樣將結(jié)構(gòu)按序拼裝，從而避免因混凝土現(xiàn)場攪拌、澆注對環(huán)境造成污染，減少了施工人力，現(xiàn)場施工工期短，緩解了交通擁堵，在國內(nèi)外得到大力推廣。在我國，以黨的十八大會(huì)議精神為導(dǎo)向，中共中央國務(wù)院提出：到2020年，全國裝配式建筑占新建建筑的比例20%以上，到2025年裝配式建筑占新建建筑的比例將超過50%。與此同時(shí)，北京、上海、河北、江蘇、浙江等直轄市及省份相繼出臺(tái)關(guān)于推進(jìn)和加快建筑產(chǎn)業(yè)化的相關(guān)實(shí)施意見和條文，并進(jìn)行政策扶持，助力和發(fā)展裝配式結(jié)構(gòu)。

預(yù)制拼裝橋梁結(jié)構(gòu)是裝配式建筑產(chǎn)業(yè)的重要組成部分。采用預(yù)制節(jié)段施工工法的橋梁最早誕生于20世紀(jì)50年代，設(shè)計(jì)師弗萊西奈在巴黎以東約48 km的馬恩河上采用該工法建造了luzancy（魯張西）橋。在同一時(shí)期，德國采用平衡懸臂方法成功地在萊茵河上建造一座橋梁。隨后的十幾年，節(jié)段拼裝方法在歐洲得到大力推廣。隨著體外預(yù)應(yīng)力技術(shù)以及施工監(jiān)控技術(shù)的不斷提升，預(yù)制節(jié)段拼裝橋梁在世界各國橋梁領(lǐng)域均得到較好的應(yīng)用。而且，應(yīng)用的橋梁結(jié)構(gòu)型式多樣，如公路橋、城市高架橋梁、城市軌道交通高架橋梁以及高速鐵路橋等。這些橋中最為典型的當(dāng)數(shù)20世紀(jì)70年代末在美國建造的長礁橋、七里橋以及泰國曼谷的邦納高架橋[1]，其中曼谷的邦納橋?yàn)楫?dāng)時(shí)采用預(yù)制節(jié)段拼裝施工方法建造的最長的橋梁。

在國內(nèi)，上海地區(qū)在預(yù)制節(jié)段拼裝技術(shù)方面走在全國同行前列。上海市政總院、上海城建院、同濟(jì)建筑院等均具備預(yù)制節(jié)段拼裝橋梁設(shè)計(jì)的領(lǐng)先實(shí)力。上海城建院2001年首次采用專用移動(dòng)支架設(shè)計(jì)的嘉瀏高速公路新瀏河大橋[2，3]，由上海城建集團(tuán)實(shí)現(xiàn)預(yù)制節(jié)段的逐跨拼裝施工建造。2003年該院再次將該技術(shù)成功應(yīng)用于上海滬閔高架二期工程。2008年上海市政總院采用預(yù)制節(jié)段拼裝技術(shù)成功完成上海長江大橋淺水區(qū)60 m梁的設(shè)計(jì)；上海S3公路、S7公路以及新近設(shè)計(jì)建造的中環(huán)線國定路下匝道項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)了結(jié)構(gòu)的全預(yù)制節(jié)段拼裝[4]。此外，中國市政工程西北設(shè)計(jì)院在2005年采用預(yù)制節(jié)段逐跨拼裝法完成了上海中環(huán)線軍工路高架橋的設(shè)計(jì)。

預(yù)制節(jié)段拼裝技術(shù)多應(yīng)用于橋梁的上部結(jié)構(gòu)，為實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場施工對周圍環(huán)境的零污染和零排放，實(shí)現(xiàn)全橋的全預(yù)制拼裝，對橋梁下部結(jié)構(gòu)的施工提出了更高要求。下部結(jié)構(gòu)預(yù)制拼裝的重點(diǎn)主要在蓋梁和橋墩。作為直接承受地震荷載的構(gòu)件，橋墩的合理預(yù)制分段和連接方式對其抗震性能的影響也是設(shè)計(jì)和建造者關(guān)心的重要問題。文獻(xiàn)[5，6]對國內(nèi)外預(yù)制節(jié)段橋墩的研究進(jìn)展進(jìn)行了綜述。文獻(xiàn)[7]等分別對預(yù)制拼裝節(jié)段橋墩的抗震性能的國內(nèi)研究情況進(jìn)行了綜述。由于橋墩預(yù)制節(jié)段的連接方式各有不同，而且連接件的材料多樣，需要試驗(yàn)與數(shù)值仿真相結(jié)合，高校等科研機(jī)構(gòu)與設(shè)計(jì)單位聯(lián)合，依托大型結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)室，驗(yàn)證不同連接方式的預(yù)制節(jié)段拼裝橋墩的抗震性能。

隨著橋梁結(jié)構(gòu)預(yù)制拼裝技術(shù)的不斷發(fā)展，相應(yīng)的行業(yè)規(guī)程逐漸形成，如2006年發(fā)布的《預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁預(yù)制節(jié)段逐跨拼裝施工技術(shù)規(guī)程》（CJJ-T111-2006）[8]。由上海市政工程設(shè)計(jì)研究總院（集團(tuán)）有限公司和上海公路橋梁（集團(tuán)）有限公司牽頭起草的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《節(jié)段預(yù)制拼裝混凝土橋梁技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》[9]已進(jìn)入征求意見稿階段。針對下部結(jié)構(gòu)，2015年由上海市城鄉(xiāng)建設(shè)和管理委員會(huì)發(fā)布了《預(yù)制拼裝橋墩技術(shù)規(guī)程》（DG/TJ 08-2160-2015）[10]。

2 節(jié)段預(yù)制

2.1 節(jié)段預(yù)制廠

節(jié)段預(yù)制是預(yù)制節(jié)段拼裝橋梁建造的典型特點(diǎn)，預(yù)制廠建設(shè)和節(jié)段預(yù)制是橋梁建造流程中的重要一環(huán)。在綜合考慮預(yù)制場地位置、地質(zhì)情況和運(yùn)輸路線的前提下，預(yù)制場宜建設(shè)在工地附近，以減少梁段的運(yùn)輸成本。

2.2 節(jié)段預(yù)制

通常,節(jié)段預(yù)制場主要包括扎筋區(qū)、澆筑區(qū)，攪拌站以及堆放區(qū)。其中：扎筋區(qū)主要用來綁扎鋼筋籠以及選取模板（見圖1～圖3）；澆筑區(qū)主要完成模板安置、鋼筋籠布設(shè)和混凝土澆筑；攪拌站主要用來存砂石料、水泥和混凝土攪拌；成品構(gòu)件放置在堆放區(qū)等待運(yùn)輸安裝。圖4為某橋節(jié)段預(yù)制廠堆放區(qū)。

圖1 某橋引橋節(jié)段預(yù)制（鋼筋綁扎）

預(yù)制節(jié)段拼裝橋梁最初主要是上部結(jié)構(gòu)的分段預(yù)制拼裝，對于連續(xù)梁、剛構(gòu)橋采用沿軸線方向的橫縫劃分拼裝，對于小跨徑的高架橋多采用縱縫劃分拼裝或整孔預(yù)制，接縫采用現(xiàn)澆方式連接。對于橫縫劃分拼裝的結(jié)構(gòu)，目前主要長線拼裝法和短線拼裝法兩種施工方法。

圖2 某橋引橋節(jié)段預(yù)制（混凝土澆筑）

圖3 某橋節(jié)段預(yù)制模板

圖4 某橋節(jié)段預(yù)制廠堆放區(qū)

（1）長線法預(yù)制拼裝

長線法預(yù)制拼裝即按照已完成設(shè)計(jì)的制梁線形，在長臺(tái)座上一塊接一塊匹配預(yù)制，使兩塊間形成匹配面。

印度新德里軌道交通BC-7標(biāo)項(xiàng)目，全長約5.2 m，均為高架結(jié)構(gòu)，車站4座。區(qū)間上部結(jié)構(gòu)均采用預(yù)制節(jié)段拼裝箱梁方法施工，共144跨。對箱梁節(jié)段預(yù)制投入6套長線法臺(tái)座用于生產(chǎn)[1]。

上海新瀏河橋?yàn)槿?2 m箱形梁，全部采用預(yù)制節(jié)段拼裝方法施工。主橋橫斷面為單室四箱結(jié)構(gòu)。每跨箱梁劃分為13個(gè)節(jié)段，每節(jié)段重約38 t。節(jié)段采用2套長線法臺(tái)座進(jìn)行預(yù)制[3]。

（2）短線法預(yù)制拼裝

短線法預(yù)制拼裝采用固定的模具澆注。該模具一端為預(yù)先澆注的梁段，另一端為固定模，梁段先由澆注位置移至匹配位置，對新澆注梁段進(jìn)行匹配，然后運(yùn)至存梁場。表1給出兩種方法在占地面積、施工過程控制難易程度等方面的比較。短線法預(yù)制占地面積小，施工速度快，隨著施工技術(shù)和質(zhì)量不斷提升，該方法被不斷采用。

表1 長線法短線法預(yù)制拼裝比較

短線預(yù)制法最初始于法國，并逐漸在歐洲獲得推廣，由于該方法的優(yōu)越性，迅速在世界范圍內(nèi)得到廣泛應(yīng)用。連續(xù)梁橋、剛構(gòu)橋、斜拉橋以及簡支梁橋都有采用短線預(yù)制法施工的案例，并且美國和歐洲都已形成相應(yīng)的施工規(guī)范。美國的Longkey橋（101×36 m）、七里橋（266×41 m）等均采用短線法預(yù)制拼裝方法建造。

虎門二橋引橋主線橋中高墩區(qū)跨徑分布范圍在39～62.5 m，均采用短線匹配法預(yù)制拼裝箱梁節(jié)段，預(yù)制節(jié)段總長約5.7 km。

蘇通大橋北引橋和中引橋75 m跨連續(xù)梁為單箱單室預(yù)應(yīng)力箱梁，25跨，三聯(lián)，左右幅分離。共預(yù)制節(jié)段1 032塊，梁段長度為2.0～4.6 m，最大設(shè)計(jì)重量286 t，最小93.1 t。該項(xiàng)目的預(yù)制節(jié)段在國內(nèi)首次采用短線法預(yù)制，兩條生產(chǎn)線，每生產(chǎn)線設(shè)置3個(gè)預(yù)制臺(tái)座和3個(gè)鋼筋綁扎臺(tái)座[11]。

3 上部結(jié)構(gòu)施工

3.1 拼裝方法

預(yù)制節(jié)段拼裝橋梁上部結(jié)構(gòu)施工的流程主要為：預(yù)制→運(yùn)輸→架橋→拼裝。拼裝方法主要有平衡懸臂法、逐孔拼裝法及懸臂拼裝法。

平衡懸臂法是架橋機(jī)以橋墩為中心，向兩端對稱架設(shè)節(jié)段施工；逐孔拼裝法主要是在架橋機(jī)上按單一方向架設(shè)節(jié)段，拼接，完成后進(jìn)行下一跨的施工；懸臂拼裝是架橋機(jī)按單一方向架設(shè)節(jié)段，拼接，張拉預(yù)應(yīng)力，完成后進(jìn)行下一節(jié)段的施工。平衡懸臂法和懸臂法拼裝的突出優(yōu)點(diǎn)是能夠最大限度地減少腳手架的使用，不占用橋下空間，適合在不能夠中斷交通的城市密集區(qū)以及航道處應(yīng)用。泰國曼納高架、迪拜地鐵一期工程、上海中環(huán)線軍工路高架、上海新瀏河大橋工程、南京四橋引橋工程（見圖5、圖6）等均采用逐孔架設(shè)施工。廣州市軌道交通4號(hào)線蕉門河大橋采用懸臂法拼裝建造。

圖5 某橋引橋逐孔架設(shè)（一）

圖6 某橋引橋逐孔架設(shè)（二）

3.2 節(jié)段連接

在橫橋向劃分的預(yù)制節(jié)段通過在斷面設(shè)置剪力鍵傳遞剪力（見圖7）。節(jié)段的拼接方式有干法拼接和濕法拼接兩種。前者主要在已按設(shè)計(jì)線形布設(shè)好的節(jié)段間涂環(huán)氧膠，節(jié)段黏結(jié)，張拉預(yù)應(yīng)力；后者的做法為節(jié)段就位后，在接縫處現(xiàn)澆混凝土，待混凝土達(dá)到既定強(qiáng)度后，方可進(jìn)行下一孔的架設(shè)。兩種方法相比，干法拼接施工工藝簡單，施工速度快，并且環(huán)氧膠可起到一定的防水作用，被多數(shù)預(yù)制節(jié)段拼裝橋梁工程采用。

圖7 某橋引橋預(yù)制節(jié)段（剪力鍵）

4 下部結(jié)構(gòu)施工

為更好地降低結(jié)構(gòu)現(xiàn)場施工對環(huán)境的影響，減少污染物排放，實(shí)現(xiàn)橋梁結(jié)構(gòu)工業(yè)化裝配建造，對橋墩進(jìn)行預(yù)制拼裝。拼裝橋墩較適合于山區(qū)高墩以及城市密集區(qū)的高架橋梁。由于下部結(jié)構(gòu)是地震荷載作用下的主要耗能構(gòu)件，對于橋墩預(yù)制節(jié)段的劃分、節(jié)段間的連接方式和性能需要深入研究。橋梁下部結(jié)構(gòu)預(yù)制拼裝實(shí)例較少，1996年建造的美國索米爾河高架橋和布朗克斯河高架橋的橋墩均采用節(jié)段施工方法建造。該橋橋墩高6.10～16.76 m，單箱三室構(gòu)造。每節(jié)段長度大于2.44 m。預(yù)制節(jié)段通過預(yù)應(yīng)力筋連接，在連接完畢后，張拉預(yù)應(yīng)力。

預(yù)制節(jié)段拼裝橋墩為豎向拼裝，節(jié)段拼裝難度較高，影響施工進(jìn)度。橋墩節(jié)段如何劃分，節(jié)段間如何連接是推廣預(yù)制節(jié)段拼裝橋墩施工方法需要解決的重要問題。預(yù)制節(jié)段橋墩最初僅在大型跨海橋梁中有所應(yīng)用，如東海大橋。豎向預(yù)應(yīng)力筋穿束難度較高，研究人員嘗試了采用鋼套筒連接、波紋管連接以及高強(qiáng)混凝土連接等多種方式。通過對連接節(jié)點(diǎn)的力學(xué)性能測試以及采用各種連接方式拼接的橋墩擬靜力試驗(yàn)可知，采用這些方法連接的拼裝橋墩的抗震性能與普通現(xiàn)澆橋墩的抗震性能相當(dāng)或優(yōu)于普通現(xiàn)澆橋墩。

在預(yù)制節(jié)段橋墩的工程實(shí)踐中，上海S7公路新建工程中實(shí)現(xiàn)蓋梁的預(yù)制節(jié)段拼裝，蓋梁節(jié)段采用牛腿式垂直拼縫連接，降低了施工風(fēng)險(xiǎn)。

5 結(jié)語

通過對國內(nèi)外預(yù)制節(jié)段拼裝橋梁的建造方法的總結(jié)、分析和比較，對主梁節(jié)段預(yù)制拼裝和橋墩預(yù)制節(jié)段以及連接技術(shù)進(jìn)行了歸納總結(jié)，把握當(dāng)前預(yù)制節(jié)段拼裝橋梁結(jié)構(gòu)的發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢。雖然預(yù)制節(jié)段拼裝橋梁結(jié)構(gòu)具有很多優(yōu)點(diǎn)，但是目前在國內(nèi)的工程實(shí)踐尚未大規(guī)模推廣，設(shè)計(jì)和施工技術(shù)需要進(jìn)一步完善。

[1]蔣海里.橋梁預(yù)制節(jié)段拼裝技術(shù)在城市建設(shè)中的應(yīng)用[J].城市道橋與防洪,2010(9）:48-51.

[2]李堅(jiān),陸元春.預(yù)制節(jié)段混凝土橋梁的設(shè)計(jì)與工程實(shí)踐[J].城市道橋與防洪，2003（6）：35-38.

[3]黃國斌，曹偉杰，葉飛.預(yù)制節(jié)段混凝土橋梁施工方法在嘉瀏公路新瀏河大橋中的運(yùn)用[C]//上海市公路學(xué)會(huì)第五屆年會(huì)學(xué)術(shù)論文集.上海：上海公路學(xué)會(huì)，2003.

[4]沈維芳，盧永成.中環(huán)線國定東路下匝道預(yù)制拼裝橋梁技術(shù)[J].城市道橋與防洪，2017(9）:68-73.

[5]宋凱，張劍英.預(yù)制節(jié)段拼裝橋墩研究進(jìn)展[J].城市道橋與防洪，2014（6）：282-285.

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

[7]王志強(qiáng)，衛(wèi)張震，魏紅一，等.預(yù)制拼裝聯(lián)結(jié)件形式對橋墩抗震性能的影響[J].中國公路學(xué)報(bào)，2017，30（5）：74-80.

[8]CJJ-T111-2006，預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁預(yù)制節(jié)段逐跨拼裝施工技術(shù)規(guī)程[S].

[9]節(jié)段預(yù)制拼裝混凝土橋梁技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)(征求意見稿）[S].

[10]DG/TJ 08-2160-2015，預(yù)制拼裝橋墩技術(shù)規(guī)程[S].

[11]劉亞東，劉景紅，戴書學(xué)，等.蘇通大橋75m跨連續(xù)箱梁節(jié)段預(yù)制高精度控制技術(shù)[J].中國港灣建設(shè)，2005，8（4）：50-53.