上海S7 公路地面中小橋全預制拼裝技術

衛張震

（上海城投公路投資（集團）有限公司，上海市200020）

0 引 言

上海地區水系發達，部分地區水網縱橫交錯，導致在新建或改建地面道路工程當中存在相當比例的跨河中小橋梁。常規的中小橋，上部結構采用預制的鉸接空心板，下部結構通常為現澆樁基、承（橋）臺、立柱和蓋梁等結構形式。

傳統空心板梁鉸縫連接可靠性差，在重載交通的反復作用下，結構呈現出鉸縫連接先破壞失效后，單梁受力引發一系列病害的特點，為此針對性的改進其橫向連接方式，將鉸接變為剛性連接，可以大大提高中小橋橋跨結構的耐久性，延長橋面大修周期[1]?，F澆的下部結構往往施工周期長，對交通影響較大，且不利于水系環境保護。若將小橋下部結構，如樁基、橋臺和蓋梁等采用工廠預制，現場拼裝的方法快速化施工建造，可大幅縮短中小橋施工時間，最大限度減少對周邊環境和交通的影響，從根本上改善文明施工，具有顯著的社會和經濟效益。

1 全預制拼裝中小橋梁體系簡介

如圖1所示，以S7公路地面輔路跨慈溝橋為例，簡要介紹全預制拼裝梁橋體系的特點。全預制拼裝梁橋上部結構全聯采用統一高度的預應力剛接空心板梁[2]，減少了梁型和相應的模板配置，雖然材料指標上略有浪費，但是工業化程度更高；下部結構采用樁柱式設計，取消現澆承臺和立柱，打入樁直接伸出地面作為橋墩與預制蓋梁或橋臺連接，減少了構件種類，簡化了施工步驟；同時，為適應樁頭與預制蓋梁（橋臺）的插槽式連接構造[3]，打入樁呈單排而非梅花型布置。

圖1 S7 公路跨慈溝全預制拼裝地面小橋（單位：mm）

樁頭與蓋梁（橋臺）的插槽式連接構造如圖2所示，是全預制拼裝梁橋體系最顯著的特點。常規的立柱與蓋梁拼接，立柱一般為單根或兩根，立柱外伸主筋數量不多，因而常采用灌漿套筒或波紋管的接頭形式，將主筋逐個連接錨固；而中小橋排樁與預制蓋梁（橋臺）拼接時，一方面樁頭外伸鋼筋數量繁多，另一方面沉樁精度也達不到2mm的誤差級別，難以繼續適用套筒或波紋管連接件。插槽式構造，將樁頭整個插入預制蓋梁（橋臺）預留的大型空槽內，再整體灌注高強混凝土形成整體，容錯率高，施工速度快，適用于中小橋下部結構樁接柱形式的預制拼裝。

2 蓋梁（橋臺）預制和安裝

2.1 樁基施工

圖2 樁與橋臺（蓋梁）的插槽式構造

由于下部結構取消現澆承臺，且樁呈單排布置，為提高樁基抗推剛度和抗裂性能，設計采用C型直徑800mm的高強預應力管樁，混凝土有效預壓應力達到11MPa。管樁采用錘擊沉樁，采用鋼框限位裝置保證沉樁水平誤差控制在3 cm之內。樁頭高程控制應特別注意預制構件的橫坡，且就低不就高。

2.2 蓋梁（橋臺）預制

蓋梁（橋臺）鋼筋籠加工采用鋼筋模塊化精加工理念，鋼筋籠加工時，采用MEP鋼筋數控彎曲剪切中心（Syntax Line 28）進行棒材的剪切及彎曲，采用MEP盤鋼全自動鋼筋成型彎箍機（Mini Syntax 16 HS）進行線材的調直、剪切及彎曲，精度控制在±2mm。為保證鋼筋籠支撐穩定，主要受力鋼筋不變形，蓋梁（橋臺）鋼筋籠于專用胎架上制作加工成型，鋼筋籠制作偏差為±2mm。蓋梁（橋臺）預留插槽由內徑600mm，壁厚3mm的大直徑鍍鋅金屬加工而成，波紋管周邊設置螺旋加固筋，頂部設置抗沖切加強筋，某成型橋臺模塊如圖3所示。

圖3 預制橋臺鋼筋模塊

橋臺預制時，將耳墻先行單獨水平預制，再作為端模與構件主體二次澆注為一體，如圖4所示，既降低了木模板配置和加固的難度，又保證了橋臺端部無澆注縫。這種預制方式的中心思想是將復雜外形的構件簡化為簡單構造分批次預制后再合成整體。

2.3 蓋梁（橋臺）現場安裝

圖4 耳墻單獨預制并作為橋臺端模使用

蓋梁（橋臺）預制完成后須及時填寫構件身份信息，出場拼裝前應復核構造尺寸，彈好構件軸線并在控制點粘貼測量反光標志，為現場安裝時的測量和調整工作做好準備。

為加強管樁樁頭與預制橋臺（蓋梁）插槽式連接的接頭強度，在對PHC管樁填芯時，插入打有剪力栓釘的工字型鋼梁取代傳統的樁頭八字筋。工字鋼的對角斜距為480mm，與內徑600mm的波紋管插槽尚有120mm的水平容錯空間，接頭構造如圖5所示。

圖5 S7 公路橋臺插槽式連接構造

中小橋樁頂標高一般較低，施做墊層并彈好參照線，可以創造整潔、安全和方便的作業空間。構件拼裝前，根據復測裝頂標高的誤差（應為負公差），通過鋼板墊片調整至設計值。在樁頭的墊層附近設置高壓縮性的橡膠條，橡膠條標高應高于蓋梁（橋臺）底設計標高1 cm以上，以確保插槽波紋管與墊層之間形成的灌漿空間具有足夠的壓力密閉性能。在使用不同的密封材料時，具體的壓縮值應通過試驗確定。

沿道路前進方向和垂直道路前進方向這兩個方向的軸向測量是核心控制指標。如圖6所示，蓋梁（橋臺）姿態就位時，放置在蓋梁橫向中心線和端部中軸線的熒光標志位置應符合設計參數，蓋梁頂部標高和橫向坡度作為輔助測量指標。其中，蓋梁端部中軸線直接影響上部小箱梁的制作梁長，是最為關鍵的測量值。預制蓋梁（橋臺）拼裝就位后，應及時通過頂部預留的孔道灌注自流平C80細石混凝土，并注意檢查墊層底部的漏漿情況。

圖6 預制橋臺裝配

3 剛接空心板預制和安裝

3.1 新型剛接空心板簡介

與傳統的上海版鉸接空心板相比，如圖7所示，S7公路地面小橋采用的新型剛接空心板具有以下幾個特點：

（1）鉸接空心板的鉸縫是結構的薄弱環節。新型剛接空心板結構將板梁預制成兩側帶挑臂的形式，板與板之間的連接改進為后澆濕接頭的剛性連接；

（2）傳統空心板的頂、底板及腹板尺寸較小，容易因為內膜移位導致構造尺寸偏小，結構耐久性、可靠性較差。新型剛接空心板增加了截面構造尺寸，提高了結構的可靠程度；

（3）新型剛接空心板每片梁使用2個支座，避免了由于施工誤差造成支座脫空同時在梁端設置端橫梁，增加橫向剛度和整體性；

（4）采用后張預應力體系，對預制臺座和設備要求較低。

（5）新型剛接空心板梁的梁間縱向濕接縫采用挑臂U型鋼筋交錯搭接的形式[4]，減少了現場焊接工作量，但對預制的精度要求較高。

圖7 空心板構造對比（單位：mm）

3.2 剛接空心板預制

傳統的空心板預制時，通常一次澆筑成型，內模一般有抽拔膠囊，鋼模和一次性芯模三種形式。抽拔膠囊造價低廉應用較廣，但是容易上浮偏位，導致頂板和腹板構造尺寸偏??；一次性芯模（如EPS）造價較高，且抗浮構造復雜，一般較少采用；鋼模利用率高，但空心板內腔空間狹小，脫模困難，不利于工業化操作。

為簡化預制模板體系，降低產業工人勞動強度，提高空心板施工質量，創新性的采用整體式大模板和重力式芯模，如圖8所示，將剛接空心板U型槽和頂板分兩次澆筑完成。整體式大模板即側模整體安裝和拆除，避免了節段拼裝產生的錯臺和拼縫等外觀缺陷。重力式芯模則跳出了借用壓杠等外力形式抵抗內模上浮的定式思維，采用混凝土外包鋼板制作實體芯模，利用芯模自重抗浮，此種內模安拆方便，重復率理論上為無限次，造價非常低廉。

圖8 空心板模板體系

如圖9所示，空心板鋼筋籠加工同樣采用鋼筋模塊化精加工理念，板梁U型結構鋼筋模塊和頂板鋼筋模塊分別加工，待U型結構成型，重力式芯模移除后，再吊裝頂板鋼筋模塊。除了傳統的梁長，端面斜角、傾角，梁體線形等控制參數外，由于梁間采用了U筋交錯搭接的縱向濕接縫形式，預制前應先明確頂板鋼筋模塊與梁體軸線位置的相對坐標關系，并在鋼筋模塊加工和安裝過程中進行嚴格控制。

圖9 S7 公路剛接空心板成品

3.3 板梁安裝

板梁預制完成后須及時填寫構件身份信息，出場前彈好構件軸線位置，為現場安裝工作做好準備。板梁重量較輕，一般采用單機臺吊。每片梁設置2個吊點，位于端橫隔板中心位置。板梁就位前，先根據理論位置放置梁端橡膠支座，板梁就位后，仔細復核板梁縱向接縫中U型筋的搭接長度是否大于10倍鋼筋直徑，確認無誤后方可松鉤，否則繼續進行微調，如圖10所示。

圖10 剛接空心板就位時接縫U 筋搭接狀態

4 附屬結構預制裝配技術

4.1 防撞墻預制裝配

梁高1.6m的小箱梁，邊梁防撞墻和梁體在預制場同步預制的技術在上海地區已經比較成熟[5]。小箱梁帶防撞墻一起預制和安裝的最大風險點在于易傾覆。梁高1.6m的小箱梁，箱體重量較大，防撞墻同步預制后重心仍在梁底支撐面以內，具有一定的自穩能力。剛接空心板本身重量較輕，防撞墻同步預制后重心會突破梁底支撐面，給預制、運輸和吊裝帶來很大安全風險和技術難度，同步預制的方案不可行，防撞墻須單獨預制裝配。

S7公路地面小橋的混凝土防撞墻改變原有配筋模式，將馬蹄口位置開槽，通過后澆超高性能混凝土的方式實現預制防撞墻與箱梁翼板的連接，如圖11所示。S7公路裝配式防撞墻采用倒立姿態預制，空心板挑臂預留門式筋和防撞墻外伸U型筋在預制時應嚴格控制間距和長度，預制防撞墻成品如圖12所示。

圖11 裝配式防撞墻與現澆配筋形式對比

4.2 擋土墻（防汛墻）預制裝配

擋土墻和防汛墻雖然不是中小橋梁的主要結構，但卻是橋梁工程發揮完整功能不可缺少的組成部分?，F澆懸臂式擋土墻和防汛墻往往混凝土澆筑高度較高，在現場支模有一定困難，加上不受施工單位重視，普遍存在外觀質量不佳，工期拖延等問題。

圖12 裝配式防撞墻成品

S7公路公路地面小橋的懸臂式擋土墻和防汛墻取消了齒榫抗滑構造，采用小型混凝土方樁抵抗側向土壓力，簡潔的外形提高了構件預制的工業化程度。預制擋土墻（防汛墻）時，先水平預制墻板，再將墻板吊至水平底板的鋼筋模塊上，澆筑底板混凝土形成整體。澆筑水平底板時預留與抗滑方樁的結合孔。擋土墻和防汛墻的預制節段長度一般為4~6m，具體應結合施工現場的吊裝能力進行選擇。S7公路地面小橋防汛墻吊裝作業如圖13所示。

圖13 地面小橋防汛墻裝配

5 結 語

總結S7公路地面中小橋全預制拼裝體系的技術特點有三個：

（1）功能分離——構件小型化，規則化。S7公路地面小橋直接采用樁柱式，將樁和柱的功能統一，取消了大型的承臺構造。將橋臺耳墻、邊梁防撞墻單獨預制，促使預制構件外形規則，體量較小。

（2）構件標準——便于工業化預制生產。S7公路地面小橋樁柱一律采用成品PHC管樁，蓋梁和橋臺構造簡潔，懸臂式擋土墻和防汛墻模數化配置且取消抗剪凸榫，剛接空心板變化段長度固定，都為構件標準化生產創造了有利條件。

（3）拼接快速——現場作業快，容錯率高。歸功與插槽式構造的創新設計，S7地面小橋只需經過打樁，填芯，吊裝橋臺（蓋梁），接頭灌漿即可具備架梁條件，且對接難度很小，容錯率高。

采用全預制拼裝技術建造地面中小橋，可大幅縮短施工時間，現場僅需少量吊裝作業人員，在全部構件預制到位的情況下，可五天之內完工一座傳統意義上的小三跨橋梁（長約50m，寬約30m），對地面中小橋新建，尤其是改建工程具有很高的參考價值。