預制裝配式鐵路橋墩施工技術探討

張 一 諾

(西安交通工程學院，陜西 西安 710300)

1 工程概況

自2016年以來，國務院和住建部大力推行裝配式建筑截至到現(xiàn)在，已經歷時五年多，裝配式施工以其無法替代的優(yōu)勢在建筑工程領域得到了廣泛應用，但在鐵路橋梁工程領域結構施工目前還大多采用現(xiàn)澆混凝土傳統(tǒng)施工工藝,這與國家倡導尚有一定距離。新疆和若鐵路S3標地處塔克拉瑪干沙漠南緣，自然條件極為惡劣，風沙大，施工用水困難，建設指揮部以橋墩預制裝配式施工技術應用作為技術創(chuàng)新目標，決定以S3標管段范圍內尼雅河特大橋、若克雅特大橋、亞通古孜民洛高速特大橋作為試點單位工程，采用預制裝配式橋墩結構；3座特大橋共計434個墩身，其中墩柱預制1 154節(jié)、蓋梁預制434個。預制裝配式橋墩所在墩位的橋梁跨徑均為32 m,上部結構為簡支T梁。具備規(guī)模化生產的標準。

加之鐵路途徑地區(qū)屬于溫帶荒漠性氣候，年降水量30.5 mm，年蒸發(fā)量2 756 mm，氣候異常干旱、多風少雨，晝夜溫差大。尤其在戈壁沙漠中風的頻率高，風力強，一經起風，便飛沙漫天，遮天蔽日，能見度極低，確有實施預制裝配式橋墩結構之必要。

2 設計情況

橋墩設計均采用薄壁空心雙柱式橋墩，各部位均采用C50高性能混凝土，根據(jù)墩身的高度分為兩種類型：

1)墩高H≤12 m時，墩柱外徑為1.8 m，壁厚0.4 m，墩柱橫向中心距2.8 m，墩身整節(jié)預制；最大吊重53 t。

2)墩高12 m

墩柱與承臺結合部的抗剪性能差，是結構受力的薄弱部位,承臺與墩柱的接縫采用灌漿濕接縫；墩柱與承臺之間的連接，采用墩柱內底部設C50后澆實體段混凝土，φ1.8 m墩柱澆筑高度1.2 m，φ2.0 m墩柱澆筑高度3.2 m，后澆段內設連接鋼筋，連接鋼筋預埋在承臺內，φ2.0 m的墩柱與墩柱之間連接位置設置有定位高10 cm、寬19.5 cm的定位榫；蓋梁與墩柱之間連接位置設置有高15 cm、直徑119 cm(99 cm)的定位榫，見圖1。

單個墩柱均勻設置6個豎向預應力鋼束，每個墩位12束，將橋墩錨固在承臺上，采用自沉式P錨體系將鋼束固定端錨固在承臺錨穴內。使用時，按需要預埋埋入承臺深度1.6 m位置，待混凝士凝固到設計強度后，再進行張拉。張拉端設置于蓋梁頂部(見圖2)。

墩柱鋼筋采用雙層環(huán)形鋼筋籠，主筋采用HRB400直徑12 mm的鋼筋，箍筋采用HPB300直徑10 mm的鋼筋。

3 施工過程

3.1 預制場建設

預制場結合梁場建設，統(tǒng)籌考慮，擴大了梁場征地和建設面積，對預制場地按要求進行了地基處理，地面采用混凝土進行了硬化，并設置了必要的排水設施，預制場設置蓋梁預制區(qū)、立柱預制區(qū)、箱梁預制區(qū)、鋼筋配送中心及生活辦公區(qū)；每個預制區(qū)分為澆筑區(qū)、存放區(qū)、鋼筋綁扎區(qū)，加工中心配送好的半成品鋼筋配送至各分區(qū)綁扎區(qū)，實現(xiàn)了流水化作業(yè)。

3.2 墩身、蓋梁工廠化預制

墩柱和蓋梁在預制場內預制，為了節(jié)省場地和起吊方便墩柱采用豎向澆筑的方式。為了保證在嚴寒、風沙、鹽漬環(huán)境混凝土橋墩耐久性，混凝土宜選用較小水膠比和較小的坍落度，混凝土連續(xù)供應，加強振搗，插入式振搗棒快插慢拔，遠離模板和不觸動鋼筋，盡量縮短澆筑時間。在澆筑地點制作同養(yǎng)試件不少于2組。作為養(yǎng)護、拆模、承受荷載(吊裝)之需。

混凝土澆筑完畢后帶模正溫養(yǎng)護2 d～3 d，養(yǎng)護期間要確保混凝土與環(huán)境溫差不得大于15 ℃，待墩柱混凝土強度達到設計強度的75%以上時方可拆模，模板拆除時混凝土內外溫差以及與外部氣溫之間的溫差亦不得大于15 ℃，拆除模板后隨即采用“一布一膜”包裹，夏期頂部不間斷噴淋養(yǎng)護，冬期施工采用蒸汽養(yǎng)護，提高了墩身耐久性。待達到設計強度的90%以上時吊離澆筑臺座，墩柱在預制場存放區(qū)為立式存放。

3.3 裝配式墩身、蓋梁運輸

橋墩、蓋梁預制件一般基本上屬于長大構件，加之其自身結構受力形式的特殊情況，對裝運有著更高的要求，操作不慎，會造成構件損毀。

在裝運過程中要注意以下幾個方面：

1)蓋梁在工廠內的起吊裝車，由起重行車配合進行。為了克服運輸過程中蓋梁受力存在結構安全的風險，采用運梁托架，將擱置點受力由承載梁轉換至平板車。

2)構件裝車后，兩側前后用鋼絲繩進行捆綁，鋼絲繩與構件棱角接觸部位采用橡膠襯墊后利用手拉葫蘆收緊繩索。

3)考慮到裝載穩(wěn)定性以及運輸?shù)缆废薷叩纫蛩兀捎脵M臥兩端擱置，擱置點常規(guī)采用木方或橡膠墊塊，確保墩身外觀不受損。

4)運輸?shù)缆芬ＷC堅實平整；運輸過程中，平板車不超過5 km/h的時速。

5)構件運至指定位置后，按既定卸車方案要求操作、卸車。

3.4 裝配式墩身安裝

1)橋墩承臺施工。

按設計圖紙和已經施工完成的樁基位置放出承臺位置；然后進行承臺基坑開挖，開挖至承臺底標高后施作承臺底墊層混凝土，再對墩柱中心點精確放樣，精確定位預留直筒錨穴孔、墩身實體段鋼筋籠位置。支立承臺模板并同時綁扎承臺鋼筋，經監(jiān)理工程師驗收合格后，澆筑承臺混凝土(見圖3)。

2)承臺施工完成后，安裝鋼絞線束，澆筑錨穴內自流平混凝土進行錨固；再將承臺頂面雜物清掃，將墩身實體段鋼筋籠底面浮漿鑿除，并沖洗干凈，對頂面標高進行復測，對墩柱中心點精確定位，調整墩身實體段鋼筋籠(連接鋼筋)，彈出十字線并延長至承臺邊緣(如圖4，圖5所示)。

3)預制墩身吊裝就位。

待承臺混凝土強度達到設計強度后吊運、安裝預制墩。根據(jù)吊重和作業(yè)現(xiàn)場條件，選用了徐工RT150越野輪胎式汽車吊，構架捆綁采用鋼絲繩加橡膠襯墊方式，吊裝過程中要保護墩身側壁混凝土不受損傷。將墩柱第一節(jié)吊起，用牽引繩牽引鋼絞線束入孔道，墩柱底套在墩身實體段鋼筋籠上，將墩柱吊裝到位，安裝墩柱調節(jié)牛腿及千斤頂，再根據(jù)劃出的外部圈線進行精確調整平面位置和垂直度，灌注接縫灌漿料。

4)第一節(jié)墩身實體段混凝土澆筑。

預制墩吊裝就位，待接縫灌漿料強度達到20 MPa后，從墩柱頂面通過串筒澆筑第一節(jié)墩身實體段混凝土澆筑。

5)待實體段混凝土強度達到設計值75%后，安裝第二節(jié)墩柱；安裝好第二節(jié)墩柱后，安裝墩柱與墩柱的臨時固結鋼桿件。

6)待接縫膠固化后安裝蓋梁→待鋼絞線束錨固混凝土強度達到設計值100%后，張拉預應力束，拆除臨時固定裝置→完成后續(xù)張拉、壓漿工序。

7)安裝過程中的偏差控制。

吊裝、拼裝過程中，要從以下幾個方面進行偏差控制：

a.預制墩柱軸線偏位不得大于10 mm；

b.預制墩柱高度偏差控制在-10 mm～+15 mm范圍內，預制墩柱頂面高程偏差應控制在±10 mm；

c.柱內、外截面輪廓偏離設計線形應控制在±20 mm內；

d.預制墩柱拼裝垂直度0.5%。

4 工藝總結

裝配式橋墩包含預制的墩身和蓋梁,墩身內設有若干束豎向的鋼絞線,蓋梁內設有若干個豎向的通孔,每個通孔的位置、大小和每一束鋼絞線的位置一一對應,每一束鋼絞線的一端位于墩身底部、另一端位于蓋梁頂部,鋼絞線為后張拉鋼絞線，能夠將墩身和蓋梁連接形成整體，提高連接質量,提升結構的整體性能和抗震性。

1)在預制場批量化生產混凝土構件，基本不受外界條件的限制；

2)采用自沉式P錨施工工藝，預應力鋼束錨固端可以直接埋入承臺，提高了墩底截面受力并同時發(fā)揮預應力鋼束抗彎能力強的性能；

3)大件運輸，對裝吊設備、運輸設備以及操作人員熟練程度、操作水平要求較高；要對操作人員進行培訓，其施作的每個環(huán)節(jié)必須按照技術交底操作到位；

4)預制裝配式橋梁下部結構系將橋墩分解成承臺、墩身、蓋梁(墩帽)等，其關鍵工序是構件預制、運輸、吊裝就位連接、預應力張拉、混凝土填縫。尤其是承臺與墩身連接工序處理至為關鍵；

5)裝配式墩臺的連接方式主要依賴于預應力鋼束。采用的預應力鋼材主要有高強度低松弛鋼絲。張拉位置一般采用墩帽頂(蓋梁)上張拉，操作較為方便，但張拉操作人員及設備均處于高空作業(yè)。

5 取得的效果

1)預制、裝配式施工工藝提高了專業(yè)化、機械化施工水平，在預制場內，通過先進的工裝設備，實現(xiàn)了高精度胎架鋼筋加工、測量放樣、大塊模板安裝、混凝土澆筑質量控制，齡期養(yǎng)護，提高了墩身、蓋梁、箱梁標準化、精細化專業(yè)施工水平；

2)變常規(guī)依次施工為平行流水施工，緊密銜接了各道施工工序，大大縮短了工期；改變了傳統(tǒng)條件下先地下樁基礎、承臺、墩身等依次施工的弊端；在鉆孔樁、承臺在現(xiàn)場施工的同時，在預制場同時生產墩身、蓋梁、箱梁，減少了不必要的立模板、等強、工序驗收環(huán)節(jié)；經與傳統(tǒng)施工對比，縮短了40%以上工期；

3)在顯著提升工程質量同時，大大改善了作業(yè)人員工作條件，減少了作業(yè)人員露天作業(yè)時間；

4)由于構件在預制場專業(yè)化生產，從而改善了勞動環(huán)境，尤其是大大減少了作業(yè)人員在風沙地區(qū)露天作業(yè)時間；

5)明顯減少了在現(xiàn)場的臨時設施投入和占地面積，減少了對橋址區(qū)的施工污染。