裝配式混凝土橋梁的設計要點分析

周鍵煒 岑曉鵬

（貴州省交通規劃勘察設計研究院股份有限公司，貴州 貴陽 550081）

為切實落實《國務院辦公廳關于大力發展裝配式建筑的指導意見》 （國辦發［2016］71號）和《國務院辦公廳關于促進建筑業持續健康發展的意見》 （國辦發［2017］19號），全面推進裝配式建筑發展，住房和城鄉建設部制定了《裝配式建筑示范城市管理辦法》、《裝配式建筑產業基地管理辦法》等一系列文件，大力推廣裝配式建筑。

我國于上世紀90年代初，開始預制拼裝橋墩的研究。目前全預制拼裝混凝土橋梁建造技術日趨成熟，它將混凝土橋梁上部和下部結構的主要構件在預制工場預先制作，現場進行拼裝的橋梁建造技術。裝配式橋梁上部結構在工程實踐中已有大量的應用，包括預制逐跨預制梁板安裝、預制節段拼裝、鋼箱梁、預制橋面板等，均可以進行裝配式設計與施工［1］。

1 裝配式橋梁主要特點

裝配式橋梁利用預制節段拼裝技術，施工機械成本和預制生產成本可以得到充分的攤銷，工廠化生產的橋梁構件質量優于現場澆筑的構件；由專用設備進行現場拼裝的施工方法，可以最大限度降低施工對社會交通車道的擠占、縮短施工時間，減輕對周圍環境的影響；工廠化的生產便于質量管控，規范作業，確保質量和安全等，基于此現在越來越多的橋梁工程采用裝配式橋梁。

預制節段拼裝工藝是將梁體分為若干節段，在工廠預制后運至橋位進行組拼，通過施加預應力將節段整體拼裝成橋的施工工藝。根據現有的工程經驗，節段拼裝工法的施作跨徑一般以中、長跨徑為宜，采用節段法不但施工方便社會效益明顯而且在經濟方面也有一定的優勢，具有很好的應用發展前景［2］。

2 設計實例

某特大橋為城市道路交叉口三層菱形互通的頂層，全橋按整幅設計，橋全寬18.5m，全長為1052m，其中19跨為40m跨徑，采用跨徑布置為（5+3+3+3+5） ×40m的預應力混凝土連續箱梁。

1）主梁：墩頂0號塊及合攏段現澆外，其余為預制節段拼裝混凝土箱梁，共380個節段，單節段最大吊重不超過90t。

2）橋墩：墩柱采用雙柱式方形鋼筋砼墩柱，柱間距3.5m，單柱橫向寬1.5m，順橋長1.6m，柱高為3—11.5m，單個墩柱整體一次預制，單柱最大重量達71.8t。一個橋墩處有2個墩柱，有20個橋墩，共40個墩柱；

3）蓋梁：采用雙柱式預應力砼蓋梁，全長17.2m，分兩節段預制，單節長8.1m，重約73.9t，兩節段間預留1m長的現澆段。一個橋墩處有1個蓋梁，一個蓋梁分兩個節段預制（安裝時兩節段間濕接），有20個蓋梁，共40個節段。

4）連接方式：預制墩柱頂與蓋梁底、預制墩柱底與現澆承臺間的連接采用采用灌漿套筒連接，套筒分別預埋于蓋梁、承臺內。蓋梁與墩柱、墩柱與承臺間采用灌漿套筒連接，蓋梁節段間采用濕接。

3 裝配式橋梁設計一般規定

在預制拼裝橋墩設計階段，應協調和加強設計、預制、運輸、拼裝等單位間的關系和配合，根據實際工程情況確定合理的橋墩尺寸和形狀，并應遵循少規格的原則。由于構件的預制方案主要受限于運輸條件，因此建議預制構件的運輸重量控制在200t以內。

預制拼裝橋墩混凝土宜采用高性能混凝土，強度等級不宜低于C40，灌漿連接套筒宜采用高強球墨鑄鐵制作，金屬波紋管應為圓形不銹鋼波紋管。

采用灌漿套筒連接或灌漿金屬波紋管連接的預制拼裝混凝土橋墩的設計和施工，適用于非抗震設計地區及基本動峰值加速度不大于0.15g的地區。

預制拼裝立柱縱向鋼筋宜采用大直徑鋼筋，縱向鋼筋之間的中心距宜小于200mm，且至少每隔一根宜用箍筋或拉筋固定。

預制拼裝橋墩中的連接套筒和主筋凈保護層厚度不宜小于30mm，套筒間距不宜小于下面三個條件中的大值：25.4mm、骨料最大粒徑的1.33倍、被連接縱向鋼筋的直徑ds。

預制拼裝橋墩中的圓形金屬波紋管凈距不應小于50mm，且不應小于管道直徑的1倍。

預制拼裝蓋梁采用上下分層建造時，下層預制構件與上層現澆之間可不使用剪力鍵；預制拼裝蓋梁采用豎向分段預制拼裝建造時，預制構件的拼接面宜采用剪力鍵方式［3］。

4 裝配式蓋梁設計要點

1）確定混凝土強度等級，目前國內既有工程案列中預制構件的混凝土等級大多高于現澆結構，一般強度等級不宜低于C40，常用的為C50。

2）根據擬定的中間現澆段寬度確定預制節段寬度，中間現澆段采用微膨脹混凝土澆筑。由于現澆段在澆筑前要進行縱向受力鋼筋的連接處理，因此設計時建議縱向普通鋼筋只設一排，若不滿足受力要求時，通過加大截面高度和增加預應力的方法解決。

3）預制節段設計時，注意節段劃分，需結合當地實際施工能力確定，起吊重量不宜過大。

4）注意吊點的設置應使節段在自重情況下兩個吊點受力大小大致相同，減少或避免蓋梁預制節段在拼裝過程中發生較大的傾斜甚至于翻轉，與此同時要對吊點周圍的混凝土進行局部應力計算，并在吊點附近加強配筋，以避免發生吊點周圍混凝土局部破壞。

5）套筒設在蓋梁內部，目的是為了橋梁墩柱斷面保持統一，不致于因墩頂埋設連接套筒而加大墩頂套筒范圍的斷面尺寸。

6）計算要點

a）蓋梁按A類預應力混凝土受彎構件設計，同梁底墩柱一起按剛架計算。

b）墩柱設計計算按照《公路橋涵設計通用規范》（JTG D60-2015）、《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范》（JTG3362-2018）進行驗算［4，5］。

c）特別注意施工階段各個環節的驗算。吊裝、運輸過程中，應按《公路橋涵設計通用規范》 （JTGD60-2015）4.1.10條的要求考慮1.2（對結構不利時）或0.85（對結構有利時）的動力系數。

d）考慮到設計中存在相對薄弱的現澆段和預制段間的連接面，參考《節段預制拼裝混凝土橋梁技術標準》內在承載力計算時將強度進行0.95的折減，建議將接縫面結構抗力的安全儲備在現澆的基礎上提高10%。

5 裝配式墩柱設計要點

1）墩柱宜整節預制，盡量避免墩身節段間現場拼裝而加大現場安裝難度，安裝精度難以調整、保證；墩高不宜過高，斷面尺寸不宜過大，以便整節吊裝。

2）灌漿套筒設計時，為使墩柱斷面不因埋設套筒而加大尺寸，可將套筒埋于蓋梁和承臺內。

3）注意吊點的設置，使得構件在吊裝過程中不至于產生過大傾斜甚或翻轉，吊點周圍應進行局部計算，并對吊點影響范圍進行加強配筋。

4）計算要點

a）參考上海市《預制拼裝橋墩技術規程》5.0.1—5.0.3條及條文說明，當滿足該規程對灌漿連接套筒、金屬波紋管、高強無收縮水泥灌漿料以及砂漿墊層等連接材料和構造要求時，預制拼裝橋墩可按普通現澆鋼筋混凝土橋墩進行驗算。

b）墩柱按普通鋼筋混凝土壓彎構件進行設計。

c）墩柱設計計算按照《公路橋涵設計通用規范》（JTG D60-2015）、《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范》（JTG3362-2018）進行驗算。

d）各施工階段的驗算要求同蓋梁。

6 結語

本文以預制節段拼裝混凝土橋梁為例，分析闡述了裝配式橋梁上部結構和下部結構的設計要點，下一階段應進一步研究橋梁附屬設施的裝配式設計，如考慮人行道板下支撐梁的預制吊裝（兼顧橫向排水），優化預制人行道板設計（如帶鋪裝的人行道板，板間縫隙快捷填縫），優化裝配式防撞護欄、人行道欄桿設計（考慮美觀、標準化，主要解決連接安全可靠、耐久及安裝易捷等），進一步提高橋梁結構構件的裝配化率，充分發揮裝配式橋梁的優點。