裝配式橋梁在城市高架橋中的應用研究

章 凱

(合肥市市政設計研究總院有限公司，安徽 合肥 230041)

隨著我國城市化進程的加速，城市基礎設施建設如火如荼，城市高架橋、立交橋建設數量日益增多，但市政基礎設施建設總體仍然處于勞動密集型水平，機械化程度較低，現場施工作業人員眾多，工程質量有待提高，尤其是文明施工備受社會關注。傳統的建造模式存在高耗能、高污染、低效率的弊端，隨著國家交通強國建設的推進，城鄉建設的理念正向高質、高效、節能、環保轉變，基礎設施傳統建造模式向裝配化模式轉變迫在眉睫。

在橋梁建設方面，裝配式橋梁具有工業化、機械化、標準化、信息化等優點，工程質量可控，施工環境友好。

1 國內裝配式橋梁的發展

裝配式橋梁技術是指在傳統施工工藝的基礎上，將橋梁構件裝配化，實現橋墩墩柱、蓋梁、上部梁體等工廠預制、現場拼裝的橋梁結構設計、建造技術。

國內上部梁體的裝配化發展較早，主要應用于公路及市政中小橋，包括預制空心板、T梁及小箱梁等。橋梁下部結構的裝配化起步較晚，但發展迅速，隨著國家政策的導向，2015年以后裝配式橋梁有了新的突破，積累了一些建設經驗，主要是下部結構的預制拼裝技術。

2 裝配式橋梁的類型及應用案例

國內目前典型的裝配式高架橋工程包括上海嘉閔高架北二段工程、無錫鳳翔路工程、鄭州四環線工程、長沙湘府路工程等。

上海嘉閔高架北二段工程全長3.5 km，采用全預制裝配式工藝，上部結構采用小箱梁(圖1)，下部結構橋墩及蓋梁預制拼裝，承臺、樁基現場澆筑，施工總工期24個月。本工程是橋墩蓋梁預制拼裝工藝的第一次規模應用，為住建部裝配式橋梁示范工程。無錫鳳翔路為高架快速路，全長10.3 km，主線為雙向六車道高架橋，采用全預制裝配式工藝，上部結構采用小箱梁，下部結構橋墩及蓋梁預制拼裝，承臺、樁基現場澆筑，施工總工期17個月。

圖1 預制小箱梁結構效果圖

鄭州四環線全長93.3 km，其中主線高架67.8 km。上部結構為預制節段梁(圖2)，下部結構為現澆結構，建造了8個總面積約2 000畝的現代化預制場，是目前國內最大的單體短線節段預制項目，施工總工期18個月。

圖2 預制節段梁結構效果圖

長沙湘府路全長約11.5 km，主線高架全長約9 km。高架采用全預制裝配式工藝，上部結構采用鋼-混組合梁(圖3)，下部結構橋墩及蓋梁預制拼裝，承臺、樁基現場澆筑，施工總工期18個月。

圖3 鋼-混組合梁結構效果圖

3 傳統現澆梁與裝配式結構比選

現澆梁是我國城市高架橋采用的最主要結構形式(圖4)，但其建造方式粗放，以現場作業為主，施工環境差。主梁施工時現場搭設滿堂支架，對現狀交通干擾大，勞動力整體素質偏低，成品質量難以控制。

圖4 現澆箱梁結構效果圖

裝配式結構通過工廠化、標準化、信息化等手段，可較好地控制產品內在質量和外觀形態，節約工程造價，上下部同步制作和現場拼裝，現場作業量小，施工環境友好，并最大限度減小施工期間對現狀交通的干擾。

4 裝配式橋梁結構設計

目前裝配式橋梁上部結構形式主要有預制小箱梁、預制節段梁、鋼-混組合梁；下部結構裝配式主要是承臺以上部分，包括預制橋墩、預制蓋梁，樁基、承臺仍采用傳統現澆施工工藝。

4.1 上部結構

預制小箱梁結構是裝配式橋梁典型上部結構方案，其構造簡單，設計施工經驗成熟，線形流暢輕盈，經濟指標合理，采用汽車吊或架橋機吊裝施工，吊裝完成后現澆橫向濕接縫，形成整體橋面，施工對現狀交通干擾小。由于構造特點，小箱梁橋墩需設置蓋梁，蓋梁阻隔了橋下視線的連續性，景觀效果劣于無須設置蓋梁的現澆大箱梁。城市高架采用小箱梁方案時，可通過適當加大橋梁凈空高度并對蓋梁進行造型美化，弱化設置蓋梁的不利因素，改善景觀效果。

預制節段梁是將梁體分為若干節段，在工廠預制現場拼裝，通過張拉預應力將節段連接成整體。梁體一般為等高度預應力混凝土連續箱梁，采用架橋機節段拼裝的方式施工，標準跨徑30～35 m。預制節段梁具有剛度大、整體性好、行車舒適等特點，其結構斷面可以采用各種形式，與下部結構協調匹配，景觀性較好。預制節段梁較難適應復雜的道路線形，在橋梁曲線段及變寬段設計施工困難，同時由于上部梁體架設施工需逐跨作業，連續施工，進度受控因素較多。另外，預制節段梁材料指標高，架橋設備要求也高，總體造價偏高。預制節段梁在城市高架中運用范圍為交通、環境敏感區，對道路線形指標要求較高，一般適合城市高架大規模使用。

鋼-混組合梁橋是通過剪力鍵將鋼梁與混凝土橋面板連接成整體，使兩者協同受力。組合梁橋充分發揮鋼材和混凝土這兩種材料的性能，既克服了鋼橋造價高、剛度小、鋼橋面鋪裝性能差的缺點，又克服了混凝土橋梁自重大、易開裂的缺點。鋼-混組合梁施工便捷，重量輕，用鋼量少，施工周期短，對地面交通影響小，在城市高架建設中頗具優勢。

4.2 下部結構

下部結構預制拼裝是裝配式橋梁的關鍵技術，主要是橋墩墩柱、蓋梁采用裝配式，國內發展較晚，主要是受制于預制構件間的連接處理。目前的連接方式主要有套筒連接、金屬波紋管連接和預應力筋連接。

套筒連接首先是在預制墩柱中預埋金屬套筒，承臺預埋的鋼筋插入墩柱預埋套筒內并在套筒內灌漿連接成整體。套筒連接施工精度要求高，現場施工時間短，工作量小，且造價適中，符合裝配式橋梁快速施工的理念。

金屬波紋管連接與套筒連接施工工藝類似，只是連接材料不同，但預埋鋼筋錨入波紋管的錨固長度比套筒連接增加較多。

預應力筋連接是指預制構件間接縫處采用環氧膠連接并通過張拉預應力形成整體，應用較多，設計及施工工藝成熟穩定。但造價相對較高，施工工序較為煩瑣，且施工時間較長，不符合裝配式橋梁快速施工的理念。

通過國內相關單位的試驗研究，采用灌漿套筒連接、灌漿波紋管連接的預制橋墩與傳統現澆混凝土橋墩的抗震性能類似，可滿足抗震的要求，目前采用套筒連接的案例較多。

5 結束語

裝配式橋梁通過工廠標準化生產，可培育大量技術熟練的產業工人，工程質量大幅提升，主要施工工序均在工廠內進行，施工環境大為改善，采取大規模機械化生產，可有效減少現場施工人員30%以上，采取預制吊裝的施工工藝，最大限度減少了對現狀交通的干擾。

目前國內裝配式橋梁還處于探索實踐階段，預制梁場的投資建造模式、配套施工機械的研發生產等環節仍需充分研究，裝配式橋梁設計、施工、養護技術標準體系亟待完善。裝配式橋梁造價經濟和施工工期短的優勢短期內還未完全發揮，但隨著技術的成熟，裝配式橋梁必將成為行業的發展方向。