上海地區(qū)裝配式橋梁的發(fā)展與展望

車風(fēng)

摘 要：上海作為城市化進(jìn)程推進(jìn)較快的城市，其對于橋梁等基礎(chǔ)設(shè)施的需求也較高，而伴隨著工程量的逐漸增加，傳統(tǒng)的橋梁建造方式已然無法跟上上海城市化的步伐，將橋梁施工裝配化能有效解決傳統(tǒng)橋梁施工中存在的問題，裝配式橋梁已成為上海橋梁建設(shè)的發(fā)展方向。文中列舉了上海地區(qū)裝配式橋梁的發(fā)展，總結(jié)了裝配式橋梁的連接方式的選擇，并依據(jù)上海地區(qū)發(fā)展現(xiàn)狀提出了展望。

關(guān)鍵詞：裝配式橋梁;灌漿套筒;發(fā)展趨勢;主要項(xiàng)目;連接方式

中圖分類號(hào)：U445.57 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

0 引言

傳統(tǒng)的現(xiàn)澆式橋梁結(jié)構(gòu)伴隨著上海地區(qū)城市高速的發(fā)展，已經(jīng)顯露出了效率低、耗能高等一系列弊端，隨著對橋梁等基礎(chǔ)設(shè)施的需求增高，傳統(tǒng)橋梁已無法跟上上海城市化的步伐，將橋梁施工裝配化能有效解決傳統(tǒng)橋梁施工中存在的問題。裝配式橋梁是一種現(xiàn)場對預(yù)制構(gòu)件進(jìn)行裝配施工的一種橋梁結(jié)構(gòu)，能顯著的提高橋梁施工效率，減少耗能以及對環(huán)境的污染。隨著上海地區(qū)一座又一座裝配式橋梁的建成，該項(xiàng)技術(shù)對上海城市化進(jìn)程的推進(jìn)起到了至關(guān)重要的作用。

1 裝配式橋梁的發(fā)展

裝配式橋梁的技術(shù)于上世紀(jì)五十年代發(fā)源于法國，隨后這種優(yōu)秀的施工工藝逐漸受到國外橋梁設(shè)計(jì)師們的青睞，隨后美國、德國以及日本等國家對該橋梁技術(shù)也開始了研究。

我國裝配式橋梁技術(shù)起步較晚[1]，上世紀(jì)60年代起已經(jīng)在橋梁上部結(jié)構(gòu)中采用裝配式建造方式，由于橋梁用途簡單，結(jié)構(gòu)形式較為單一，橋梁上部結(jié)構(gòu)的裝配式施工已能滿足交通需求。60年代的橋梁裝配式工藝集中于上部結(jié)構(gòu)，裝配式橋梁建造技術(shù)大致為T型梁、空心板與箱梁的預(yù)制與拼裝。

上世紀(jì)60年代末，逐漸出現(xiàn)了在橋梁下部結(jié)構(gòu)中采用裝配式的建造方式。下部結(jié)構(gòu)主要分為樁基礎(chǔ)以及橋墩，60年代末第一根預(yù)應(yīng)力混凝土管樁被應(yīng)用于鐵路橋梁的基礎(chǔ)施工，而因?yàn)榭拐鹦阅苎芯康南拗疲瑯蚨罩钡?012年才首次應(yīng)用于城市橋梁的裝配式建造中。在一些早期的跨海大橋中，由于技術(shù)條件與現(xiàn)場條件的限制，預(yù)制墩柱連接方式一般采用現(xiàn)澆濕接縫。

早期的預(yù)制拼裝橋梁均處于低烈度地震帶[2]，而后逐漸采用加裝減震支座、樁基承臺(tái)與橋墩連接等方式將該技術(shù)拓展至地震帶地區(qū)的預(yù)制橋梁建設(shè)。隨著工程師們的不斷研究以及施工技術(shù)的發(fā)展，如今裝配式橋梁的裝配部件愈加齊全，包含了基礎(chǔ)的樁基、墩柱、蓋梁以及橋臺(tái)等結(jié)構(gòu)，也涵蓋了擋土墻、主梁、防撞護(hù)欄等其他結(jié)構(gòu)。伴隨上海地區(qū)的城市化進(jìn)程的推進(jìn)，地方政府以及企業(yè)不斷投入，促使上海成為市政高架橋梁預(yù)制裝配項(xiàng)目的先行者。隨著裝配式建造方式成為上海地區(qū)城市橋梁的主流建造方式后，該思路得到了越來越廣的應(yīng)用，取得了極高的效益。在熟練掌握裝配式橋梁上部結(jié)構(gòu)技術(shù)的同時(shí)，不斷地挖掘下部結(jié)構(gòu)的拼接方式，促使裝配式結(jié)構(gòu)城市橋梁下部拼接技術(shù)不斷創(chuàng)新。

隨著吊裝條件的優(yōu)化，裝配式橋梁建設(shè)發(fā)展進(jìn)程也逐漸顯現(xiàn)出節(jié)段加大的趨勢，即現(xiàn)場預(yù)制構(gòu)件為整體大節(jié)段，以期減少拼接縫數(shù)量。橋梁建設(shè)方式的優(yōu)化，有利于將構(gòu)件預(yù)制比例顯著提高，在規(guī)避工序繁瑣、材料浪費(fèi)嚴(yán)重以及施工周期較長等缺點(diǎn)同時(shí)，可以將裝配式橋梁預(yù)制構(gòu)件制作重心轉(zhuǎn)移到工廠，進(jìn)一步減少了現(xiàn)場施工難度，提高了裝配式比例與效率。

2 上海地區(qū)裝配式橋梁主要項(xiàng)目

從2005年至2017年，從東海大橋項(xiàng)目到S7公路項(xiàng)目預(yù)制橋梁的建設(shè)，裝配式橋梁的內(nèi)容以及主要的技術(shù)在不斷進(jìn)步。

預(yù)制構(gòu)件之間的不同連接方式，根據(jù)相鄰預(yù)制梁段之間填充內(nèi)容的差異，可分為干接縫、濕接縫以及膠結(jié)縫等接縫形式。第一種接縫以榫頭的連接形式完成，施加預(yù)應(yīng)力來保持連接的可靠性，后兩種接縫形式以注入混凝土、水泥砂漿或者環(huán)氧樹脂的方式完成填充。東海大橋建成于2005年，其雖然采用了裝配式的預(yù)制墩柱，但其與承臺(tái)的連接方式采用濕接縫[3]，實(shí)際施工時(shí)當(dāng)混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)值時(shí)才可以將支撐拆除，在后續(xù)的預(yù)制橋梁建設(shè)中濕接縫等連接方式逐漸變成了灌漿套筒。

上海S6滬翔高速公路建成于2012年，該項(xiàng)目將灌漿套筒首次應(yīng)用在國內(nèi)橋梁，灌漿套筒主要用于承臺(tái)與預(yù)制橋墩的連接[4]，并預(yù)制橋梁結(jié)構(gòu)的小箱梁，將墩柱、小蓋梁以及防撞護(hù)欄進(jìn)行裝配，為國內(nèi)裝配式橋梁下部結(jié)構(gòu)的優(yōu)化拉開了帷幕。

嘉閔高架路（G2—S6）建成于2016年，該項(xiàng)目在S6滬翔高速公路的基礎(chǔ)上將蓋梁也進(jìn)行了預(yù)制并分段進(jìn)行，其連接方式采用濕接縫連接，其他結(jié)構(gòu)依然采用灌漿套筒進(jìn)行連接，提前預(yù)制橋梁結(jié)構(gòu)的小箱梁，將墩柱、小蓋梁、蓋梁以及防撞護(hù)欄進(jìn)行裝配。同年建成的國定路下匝道在裝配式基礎(chǔ)上，在國內(nèi)創(chuàng)新性地在橋梁承臺(tái)中預(yù)埋灌漿金屬波紋管，用其進(jìn)行裝配式橋梁的連接。

S3公路先期段建成于2017年，提前預(yù)制橋梁結(jié)構(gòu)的蓋梁，將小箱梁、墩柱、蓋梁以及防撞護(hù)欄進(jìn)行裝配，結(jié)構(gòu)采用灌漿套筒進(jìn)行連接。S26公路入城段建成于2018年，與S3公路先期段相比預(yù)制與裝配方式均類似，但其蓋梁的預(yù)制分三段進(jìn)行。

近期建造的S7公路新建工程在預(yù)制橋臺(tái)與蓋梁的拼接技術(shù)上進(jìn)行了創(chuàng)新，裝配式橋梁的橋臺(tái)與基礎(chǔ)連接方式為插槽式，蓋梁的連接方式為牛腿式垂直拼縫，其余預(yù)制構(gòu)件的拼接方式采用灌漿套筒。

3 裝配式橋梁的連接方式選擇

裝配式橋梁的技術(shù)關(guān)鍵在于各個(gè)構(gòu)件的拼接，上海地區(qū)裝配式橋梁建造的連接方式不斷優(yōu)化，從濕接縫連接不斷變成插槽式或承插式接縫連接、灌漿套筒連接、波紋管連接等連接方式。預(yù)制裝配式橋梁施工中如何確定預(yù)制構(gòu)件的尺寸，并依據(jù)橋梁現(xiàn)場的實(shí)際情況選擇合適的節(jié)點(diǎn)連接方式，是裝配式橋梁施工中的重點(diǎn)[5]，其連接方式大致分為承臺(tái)與基礎(chǔ)、承臺(tái)與墩柱、節(jié)段墩柱及墩柱與蓋梁之間的連接。

裝配式橋梁的構(gòu)件通常在工廠或現(xiàn)場集中預(yù)制，再運(yùn)送到現(xiàn)場裝配成整體，現(xiàn)場情況包含構(gòu)件運(yùn)輸?shù)南拗茥l件，在滿足使用要求的情況下盡可能地減少拼接點(diǎn)的數(shù)量，并簡化預(yù)制構(gòu)件的類型，使拼裝施工能夠更方便地進(jìn)行。連接方式的選擇除了由結(jié)構(gòu)類型決定以外，還與結(jié)構(gòu)抗震的設(shè)防烈度以及預(yù)制構(gòu)件的運(yùn)輸與拼裝因素有關(guān)。

上海地區(qū)東海大橋涉及的濕接縫連接方式多用于蓋梁間的連接以及預(yù)制墩柱與承臺(tái)的連接，其缺點(diǎn)為增加了混凝土澆筑的工作量以及鋼筋量，但因其施工簡便、力學(xué)性能穩(wěn)定等特性應(yīng)用較為廣泛[6]。

上海地區(qū)的裝配式橋梁施工中，多使用灌漿套筒進(jìn)行連接，通常將橋臺(tái)與橋墩結(jié)構(gòu)中每個(gè)預(yù)制構(gòu)件進(jìn)行豎向連接，其施工方便速度較快且效力與傳統(tǒng)混凝土構(gòu)件相差無幾，但施工時(shí)所要求的精度較高，誤差需要控制在2毫米范圍內(nèi)，且需要保證灌漿套筒使用時(shí)的灌漿密實(shí)度。實(shí)際現(xiàn)場施工中由于現(xiàn)場條件限制，往往精密度達(dá)不到相關(guān)要求，無法保證密實(shí)度，因此目前廣泛應(yīng)用于上海等低抗震設(shè)防烈度地區(qū)，在高抗震設(shè)防烈度地區(qū)的應(yīng)用還有待研究。

在上海地區(qū)嘉閔高架路（G2—S6）項(xiàng)目中涉及的灌漿金屬波紋管連接也是一種有效的連接方式，通常用于預(yù)制墩柱、臺(tái)身與承臺(tái)、蓋梁的連接，是一種錨固類的連接手段。灌漿金屬波紋管與灌漿套筒一樣，效力與傳統(tǒng)混凝土構(gòu)件相差無幾，且誤差要求較灌漿套筒連接方式稍小，需控制在5毫米范圍內(nèi)，但其由于施工時(shí)因鋼筋埋入深度限制，導(dǎo)致鋼筋外露極大地增加了運(yùn)輸過程中的不確定性。

承插式連接方式因其抗震性能較差，是一種目前應(yīng)用范圍較小的連接方式，一般應(yīng)用于抗震設(shè)防烈度小于等于6的地區(qū)。承插式連接一般應(yīng)用于樁基與承臺(tái)連接以及墩柱與承臺(tái)連接，在上世紀(jì)末的北京積水潭橋工程中有應(yīng)用。

后張預(yù)應(yīng)力筋連接是一種應(yīng)用于預(yù)制墩柱與承臺(tái)、蓋梁連接以及蓋梁、墩柱節(jié)段連接的連接手段，其在國內(nèi)已經(jīng)有比較成熟的應(yīng)用，該連接方式采用剪力槽與環(huán)氧樹脂膠接縫對節(jié)段進(jìn)行連接，受到工程師的青睞[7]。

上海地區(qū)的S7公路所采用的插槽式連接方式是一種較優(yōu)良的連接方式，一般用于樁基與承臺(tái)、橋臺(tái)連接，現(xiàn)場施工時(shí)需澆筑較少量的混凝土，采用該方法連接的構(gòu)件之間的錨固性能良好且延展性較優(yōu)秀。

4 結(jié)論

裝配式橋梁是上海地區(qū)城市化進(jìn)程不斷推進(jìn)的產(chǎn)物，除了關(guān)鍵技術(shù)的不斷發(fā)展與革新以外，需要對所有技術(shù)進(jìn)行思考，以期在現(xiàn)場施工中選擇最合適的施工方法;此外在施工的管理流程上，還需要上海政府針對上海地區(qū)橋梁現(xiàn)狀進(jìn)行研究并制定對應(yīng)的政策。

（1）加強(qiáng)上海地區(qū)裝配式橋梁的分類研究工作，按工程類別以及連接方式分別總結(jié)歸納出相應(yīng)的技術(shù)心得，舉一反三在后續(xù)工作中根據(jù)相應(yīng)工程的特性選擇合理的施工方法。

（2）加強(qiáng)同技術(shù)領(lǐng)域的交流合作，統(tǒng)一行業(yè)內(nèi)的標(biāo)準(zhǔn)，逐步完善從設(shè)計(jì)到施工以及驗(yàn)收維護(hù)的一系列裝配式橋梁技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系。

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