城市高架橋節段拼裝蓋梁技術研究

陳春雷，鐘弘，徐嶺華

（1.浙江大學，杭州310058；2.杭州市市政公用建設開發有限公司，杭州310016）

1 引言

隨著我國橋梁建設的蓬勃發展，橋梁的施工環境越來越受到政府、業主、設計和施工單位的重視，尤其是在城市建設的橋梁。早期的預制節段拼裝施工技術主要集中應用于橋梁的上部結構施工中，相對上部結構的預制拼裝技術而言，下部結構的預制拼裝發展較晚，其難點在于接縫的結構性能。自20世紀70 年代，歐美等國家在橋墩施工中開始應用該施工技術。第一座采用預制拼裝橋墩技術建造的典型橋例是美國1978 年開始建造的Linn Cove 高架橋，該橋下部橋墩預制節段采用有黏結后張預應力筋連接，環氧接縫構造，增強耐久性，通過采用預制拼裝技術順利解決了環境制約與工程進度等問題，成為預制拼裝技術應用的一個典型工程范例[1]。

20 世紀60 年代起，我國開始嘗試在混凝土橋梁上部結構中采用預制節段拼裝工藝。隨著國外先進技術和設備不斷引進，節段拼裝橋墩技術在東海大橋、杭州灣大橋、北京積水潭橋試驗工程、上海長江大橋、港珠澳大橋等工程中均得到了成功應用，但僅限于大噸位運輸和現澆濕接頭方式，并不適用于城市橋梁下部橋墩的建造[2]。結合國內橋梁建設發展現狀和世界先進的橋梁橋墩建造技術可知，我國的預制拼裝橋墩技術仍比較落后。

2 工程概況

杭州市康橋路至上塘路節點提升工程，在上塘高架拆橋段（ZX5-ZX11）高架蓋梁采用灌漿金屬波紋管連接的預制拼裝施工工藝。由于預制拼裝工藝對于構件精度的要求嚴格，預制蓋梁鋼筋籠及金屬波紋管的安裝精度嚴格控制在±2mm，故蓋梁構件采用全工廠預制生產，后運至工程現場安裝的方式。蓋梁采用倒T 蓋梁，長度18.8m，寬度3.5m，高度3.0m，蓋梁在工廠內預制，脊骨梁部分現場現澆，蓋梁混凝土等級為C50，采用高性能混凝土。

3 節段拼裝蓋梁連接方式

灌漿金屬波紋管連接常用于墩身與蓋梁的連接，預制墩身通過預埋于蓋梁內的灌漿金屬波紋管連接墩身內伸出的鋼筋，在墩身與蓋梁之間的接觸面往往采用砂漿墊層，現場施工時間短，通常在1d 內即可開展后續施工，但需要滿足縱筋足夠的錨固長度，盡管金屬波紋管的運用有一定的局限性，但由于其結構簡單、價格低廉、性能穩定等因素，其被廣泛用于橋梁建設當中[3]。

4 設計原則

1）盡量減少結構尺寸，降低預制結構質量，滿足運輸、吊裝等常規施工機械、設備的要求，以降低設備投入成本。

2）遵循“安全、適用、經濟、美觀、和諧、環保以及便于施工及養護”的基本設計原則，確保預制結構以及其重要連接節點的結構安全、施工便利、材料環保以及耐久性好。

3）滿足抗震和耐久性設計要求，滿足拼裝的預制精度、施工精度要求，充分考慮施工的臨時措施和預埋件的安裝位置。

5 蓋梁設計方案

蓋梁橫橋向寬度18.8m，順橋向寬3.5m，高度3.0m，T形隱式蓋梁腹板寬度1.5m，翼緣厚度為1.0m，整體吊裝質量約為3.2×105kg（見圖1）。為了降低吊裝質量，預制方案通過豎向和橫向2 種分塊方案比較，推薦采用豎向分段方案，即翼緣采用預制，腹板采用現澆，吊裝質量約為1.75×105kg。蓋梁主筋采用HRB400 的φ28mm～32mm 鋼筋，箍筋及拉鉤采用HRB400 的φ10mm～28mm 鋼筋，金屬波紋管內鋼筋采用HRB400 的φ40mm 鋼筋，蓋梁拼裝采用JBZ-80Z 不銹鋼波紋管全灌漿孔道連接形式。

圖1 節段拼裝T 形蓋梁設計示意圖（單位：cm）

6 蓋梁有限元分析

蓋梁采用平面桿系法對橋梁在施工階段的受力情況進行了分析、驗算，計算中考慮了恒載、活載、溫度荷載及混凝土的收縮徐變等。計算分析的荷載工況主要有：第1 階段：架設蓋梁預制部分；第2 階段：澆筑蓋梁上部現澆段；第3 階段：蓋梁現澆段張拉預應力；第4 階段：架梁通車。從計算分析結果可知，第1～第3 施工階段，截面上緣最大拉應力分別為0.67MPa、0.15MPa 和0.01MPa，截面下緣均未出現拉應力，第4施工階段截面上、下緣未出現拉應力，滿足規范要求，具體分析結果如圖2～圖5 所示。

圖2 第1 施工階段：架設蓋梁預制部分（單位：MPa）

圖3 第2 施工階段：澆筑蓋梁上部現澆部分（單位：MPa）

圖4 第3 施工階段：張拉蓋梁現澆部分鋼束（單位：MPa）

圖5 第4 施工階段：架梁成橋（單位：MPa）

7 結語

綜上所述，經過基礎理論和分析計算研究，2018 年9 月，杭州市首座預制節段拼裝蓋梁在康橋路至上塘路節點提升工程中成功實施，共計12 榀預制拼裝蓋梁。通過實際工程的應用，原本計劃需要54d 完成的蓋梁施工工期縮短至36d，工人數量僅為12 人左右，進一步驗證了城市高架橋節段拼裝連接技術的可行性，取得了良好的實際應用效果。