預制拼裝式橋梁設計與施工技術要點

宣波灣，周登峰

（浙江西城工程設計有限公司，杭州 310023）

1 國內城市高架橋梁預制拼裝技術現狀

上海是較早開展高架橋梁預制拼裝技術研究和應用的城市，其中，上海嘉閔高架北二期工程高架段采用全預制拼裝工法；成都三環路擴能提升工程羊犀立交改造工程、長沙湘府路主線高架也均采用了預制拼裝技術。

2 橋梁預制拼裝的優缺點

橋梁預制拼裝技術優點有：節約大量的臨時性施工場地、節約現場作業勞動力、現場不需搭設大量支架和模板、施工周期短、對既有道路交通影響小、粉塵、泥漿、噪聲、燈光等環境因素干擾小、工程容易監管，質量有保障等[1]。

橋梁預制拼裝技術缺點有：對吊裝設備的要求較高、對運輸路徑的限制要求較高、對施工精度、機械以及專業工人技術要求較高、目前費用略高于現澆結構、設計規范、施工及驗收標準空缺(僅部分城市有地方標準)。

3 預制拼裝橋梁設計關鍵技術

預制拼裝橋梁連接節點的連接方式一般采用灌漿金屬波紋管和灌漿套筒2 種連接方式，設計重點為連接套管、灌漿材料和墊層設計。

3.1 灌漿金屬波紋管

金屬波紋管應為圓形不銹鋼波紋管，需滿足JG/T 225—2020《預應力混凝土用金屬波紋管》中的有關要求，且波紋管長度應≥40ds（縱筋直徑），且不能出現拼接；金屬波紋管的內徑=ds+50 mm，且應控制偏差滿足±0.5 mm。那些內徑≤10 cm的波紋管，其管壁厚度需≥0.45 mm，且肋高需≥3.1 mm。此外，壓漿口應設置在金屬波紋管下方，并于壓漿管相連；波紋管上方設出漿口，并與出漿管相連，或者是直接從端部出漿。壓漿口到端部的凈間距需＞2 cm。此外，運輸及存儲金屬波紋管的時候，必須要做好防雨、防銹、防污等防護措施，以免波紋管質量受損。

3.2 灌漿連接套筒

連接用的套筒采取的是一端預制安裝、一端現場拼裝的設計，并在套筒內設有鋼筋限位擋板。不管是預制安裝端還是現場拼裝段的鋼筋伸入長度都要≥10ds。將壓漿口及出漿口分別設于套筒的下端及上端，且壓漿口下端距離套筒端部的凈距需＞20 mm。制作套筒過程中的允許偏差是±2 mm，套筒安裝過程中需嚴格控制精確度。連接灌漿套筒的過程中，必須要根據JGJ 107—2016《鋼筋機械連接技術規程》Ⅰ級要求嚴控接頭質量。同時，接頭試件的實際測試抗拉強度應高于或等于被連接鋼筋的拉斷強度。此外，也需要由質檢部門對灌漿連接套筒及高強無收縮水泥灌漿組合體系進行嚴格的試驗及質量檢查，并制成相關質量報告，待其均檢驗合格后再進行預制及拼裝施工，并且購置的灌漿連接套筒必須是配齊壓漿管、出漿管、止漿塞及定位銷等配件，以確保套筒安裝高質量完成。

3.3 灌漿材料

不管是套筒灌漿還是波紋管灌漿所用的高強度無收縮水泥灌漿料都要嚴格控制其技術指標，具體指標見表1。

表1 高強無收縮水泥灌漿料技術要求

檢驗過程中，必須要對灌漿材料的初始流動度、30 min流動度、1 d 抗壓強度、3 d 抗壓強度、28 d 抗壓強度、豎向自由膨脹率、氯離子含量及泌水率等進行細致的檢測，同時，也需要檢測用于連接灌漿套筒的接頭的拉伸強度。對于高強無收縮水泥灌漿材料而言，需在拼裝施工的前一天對漿料的流動度和1 d 抗壓強度進行檢測。拌制高強無收縮水泥灌漿料期間，應制取試件，對應每個拼接部位應制取不少于3 組，分別測試1 d、3 d、28 d 抗壓強度。高強無收縮水泥灌漿料宜采用配套灌漿摻和料，為確保高強無收縮水泥灌漿料具有優質的質量，必須與生產資質達標的廠家進行合作，確保材料質量，同時，每袋的質量不宜大于25 kg，包裝袋上應標識詳盡的使用說明,這樣便于運輸及投料。若儲存條件比較干燥，那些沒有打開包裝的材料存放時間也不能超過3 個月，而打開包裝的材料必須及時使用掉，若剩下了就要做廢料進行處理，不可再次使用[2]。

3.4 拼接縫間砂漿墊層

用于構件拼接縫之間砂漿墊層施工的材料要選擇使用高強無收縮砂漿，且砂漿的28 d 抗壓強度需≥60 MPa，也要比構件強度高一個等級（即7 MPa），控制28 d 豎向膨脹率在0.02%～0.1%范圍內。砂漿墊層施工中用的砂最好是中砂，且中砂質地要堅硬、級配要良好，細度模數≥2.6，含泥量≤1%，且不能含有泥塊。砂漿墊層施工中需控制初凝時間達到2 h 以上。另外，在立柱與承臺、立柱與蓋梁等不同類型構件施工中，必須對拼接縫施工時間及強度進行嚴格控制，且最好選用有效施工時間比較長的高強砂漿進行施工。

3.5 同類構件間連接黏結劑

連接黏結劑采用環氧黏結劑，初步固化時間≥1 h，1 d 抗壓強度≥40 MPa，7 d 抗壓強度≥60 MPa，7 d 抗拉強度≥9 MPa，7 d 抗剪強度≥21 MPa，且應有防老化、防碳化、防強腐蝕性的功能。黏結過程中，需對構件兩面均勻涂刷黏結劑，并確保涂刷的黏結劑只有滴掛而沒有流淌現象。

4 試驗研究

4.1 試驗目的

為了確定預制裝配連接件在不同養護時間下的力學性能，從而確定其在預制拼裝橋墩中的適用性進行了一系列試驗。該試驗分別考慮連接件在養護期為7 d、14 d、21 d、28 d 下連接件母材（包括鋼筋及灌漿料）及連接件的強度發展情況，為設計、施工提供參考依據。

4.2 試驗結果

所測試的灌漿料（砂漿）7 d、14 d、21 d 和28 d 養護抗折強度分別為9.3 MPa、15.2 MPa、17.1 MPa 和17.6 MPa，抗壓強度分別為98.6 MPa、106.9 MPa、110.7 MPa、118.4 MPa。直徑40 mm 的HRB400 帶肋普通鋼筋拉伸結果顯示：鋼筋平均屈服荷載505 kN；7 d 養護條件下灌漿套筒連接件屈服荷載為500～600 kN，此時鋼筋和套筒之間的滑移量約0.5 mm，顯示7 d 養護條件下灌漿套筒連接件強度超過HRB400 鋼筋屈服強度,試驗結果說明連接部位強度已超過鋼筋屈服強度，連接部位不是整體構件中的薄弱位置，設計是合理可靠的。

5 施工關鍵技術

施工的關鍵在于立柱、蓋梁預制和安裝，立柱、蓋梁混凝土材料分別采用C40 高性能混凝土和C50 高性能混凝土。

5.1 立柱預制

針對預制立柱鋼筋籠采取鋼筋模塊化精加工方式進行加工制造。為提高鋼筋籠的穩定性及支撐性，設置專用胎架進行立柱鋼筋籠，并一次加工成型，控制偏差在±2 mm。同時，為防止鋼筋收錄變形，也設置了定位體系。安好立柱胎架之后，就安裝用于固定立柱鋼筋的定位板和套筒固定件，接著再一次性將灌漿套筒及箍筋、掛鉤等安裝到位；待安設好鋼筋之后，便用二氧化碳保護焊把箍筋、拉鉤和主筋焊接牢固；最后對套筒止漿塞、保護層墊塊、千斤頂預埋螺栓套及防雷接地板等輔助裝置進行安裝到位[3]。

5.2 蓋梁預制

預制蓋梁鋼筋籠的加工要求：蓋梁鋼筋籠胎架由4 部分組成：底座、支架、掛片及定位平臺組成。為確保灌漿連接套筒能精確地進行拼裝定位，所以，針對套筒設計了定位鋼板。同時，先是在胎架外制造套筒、主筋和箍筋等套筒模塊，做好后再把其吊進鋼筋籠胎架中。除了套筒模塊之外，蓋梁鋼筋籠的其他配套設施都是在胎架上進行加工及綁扎，并分為10 個步驟進行，且不可跳步驟進行加工，加工過程中要做好測量工作，保障蓋梁預制的精度及質量。

5.3 預制件運輸安裝

在對預制件進行裝運的過程中，要注意結合現場的工況條件來確定好構件的裝車出廠方向及吊裝施工的順序。同時，要提前對運輸車輛進場路線上的場地進行平整壓實處理，確保場地有足夠承載力支持預制件快速運輸到位。此外，運輸構件的時間最好是晚上運輸，并做好交通協管工作，以避免對附近居民正常生活造成不良影響。

5.4 預制橋墩連接施工順序

1）立柱、蓋梁預制件必須經檢驗合格后，方可進行安裝。

2）預制立柱、蓋梁應確保尺寸精準，并在工廠預拼裝后，方可出廠；承臺、立柱、蓋梁之間采用匹配式施工。

3）先完成鉆孔灌注樁與承臺的現澆工作，并把立柱下端預埋的套筒套到承臺頂部預埋好的伸出鋼筋上，接著往套筒中灌注灌漿材料，完成立柱與承臺的連接；將預埋波紋管的蓋梁套入立柱上端的伸出鋼筋，并向波紋管內灌注灌漿材料，完成蓋梁與立柱的連接，立柱與承臺、立柱與蓋梁的結合面采用高強無收縮砂漿連接，砂漿澆筑前，需設置擋漿模板[4]。

4）預制件架設完成后，灌漿料達到設計強度要求前，需采用臨時措施固定預制件，防止預制件錯動及傾覆。

5.5 灌漿連接工藝

1）灌漿前應再次檢查套筒或金屬波紋管，確保內腔通暢。

2）灌漿連接應嚴格遵循以下工藝流程：灌漿料倒入攪拌設備→計算水量并精確稱重，水灰初拌（不得少于30 s）→專用設備高速攪拌（不得少于5 min）→漿料倒入儲漿裝置→漿料倒入灌漿設備并連接壓漿口壓漿→出漿口出漿或端部出漿→持續出漿后（不得少于2 s）停止壓漿并塞入止漿塞→下一個套筒或金屬波紋管壓漿。

3）灌漿設備宜采用高壓灌漿泵，壓力應不小于3 MPa，排量應不小于4 L/min。拌制高強無收縮水泥灌漿料的過程中，需取樣品進行試驗，且每個連接部位應3 組甚至更多組的樣品，并根據相關試驗流程來檢測灌漿料的1 d 抗壓強度、3 d 抗壓強度及28 d 抗壓強度。

4）灌漿必須連續施工，不可中斷。需在現場配備應急發電設備，以防灌漿過程中發生停電等突發情況。

5）做完灌漿作業之后，需對構件上的漿液殘留進行及時清理。

6 結語

預制拼裝技術可縮短施工周期，降低對環境的影響，是綠色建筑的發展方向。通過嚴格的理論計算和試驗把關，連接部位的強度不再是整體構件的薄弱部位，但在施工環節必須要嚴格按設計要求進行控制，保證連接部位的施工質量，使其強度和剛度等技術指標能達到設計要求，隨著工廠化預制技術的發展，預制拼裝橋梁在城市高架中的應用必將越來越多，展望未來研究的重點主要是連接方式與材料、抗震性能和耐久性，技術的真正成熟還需要大量的工程實踐和理論研究支撐。