欽北改擴建試水裝配式橋梁“樁柱一體化”

文 廣西北部灣投資集團(tuán)有限公司欽北高速公路改擴建工程建設(shè)指揮部 李瑞嬌 韋港榮 廣西交科集團(tuán)有限公司 黃凱楠

蘭州至海口高速公路廣西欽州至北海段改擴建工程（以下簡稱“欽北改擴建工程”）應(yīng)用的裝配式橋梁“樁柱一體化”建造工藝技術(shù)，是國內(nèi)首創(chuàng)的裝配式橋梁建造技術(shù)，解決了常規(guī)技術(shù)工藝存在持續(xù)時間長、場地要求大、施工質(zhì)量難以保證的難題。目前，該技術(shù)已被列入交通運輸部“科技示范工程”。本文主要分析了裝配式橋梁“樁柱一體化”的研究背景、安全性及應(yīng)用等方面。

常用橋梁下部結(jié)構(gòu)施工痛點

在公路改擴建工程中，如何在盡量減少施工對既有交通影響的前提下，既保障施工質(zhì)量又保證建設(shè)速度，是十分棘手的問題。作為公路改擴建工程中的重要一環(huán)，橋梁施工對施工場地、工程質(zhì)量、建設(shè)效率等提出了更高要求。

目前，常用的橋梁下部結(jié)構(gòu)形式分為現(xiàn)澆式和裝配式。其中，現(xiàn)澆式橋梁下部結(jié)構(gòu)建設(shè)過程中需要現(xiàn)場支模，其工藝特性也會導(dǎo)致施工臨時場地占用大、現(xiàn)場整潔性較差，而且在澆筑完成后橋梁下部結(jié)構(gòu)需要持續(xù)多天養(yǎng)護(hù)，工程耗時較長。

常規(guī)裝配式橋梁下部結(jié)構(gòu)建設(shè)多采用預(yù)制群樁的形式，現(xiàn)澆承臺，通過承臺將預(yù)制墩柱連接。但群樁施工多采用錘擊打入，存在施工臨時場地占用時間長、施工噪音大等問題，同時承臺建設(shè)也加大了永久場地的占用面積。

綜上可見，已有的施工工藝并不能滿足改擴建工程中對橋梁下部結(jié)構(gòu)施工迅速、場地占用小的要求。針對這些問題，形成一種施工速度快、占地小、無需養(yǎng)護(hù)的橋梁下部結(jié)構(gòu)創(chuàng)新施工工藝十分必要。

“樁柱一體化”的研發(fā)

欽北改擴建工程的建設(shè)對完善沿海港口的高速公路網(wǎng)，增強沿海港口集疏運能力意義重大。在充分調(diào)研的基礎(chǔ)上，項目團(tuán)隊發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有橋梁存在樁基不深、墩柱不高等問題，同時項目存在施工場地有限、施工時間短等情況。為此，項目團(tuán)隊創(chuàng)新性地提出了裝配式橋梁“樁柱一體化”建造技術(shù)。

“樁柱一體化”工藝結(jié)構(gòu)示意圖

該技術(shù)是一種對預(yù)制樁基礎(chǔ)及墩柱進(jìn)行有效連接的橋梁下部結(jié)構(gòu)建造技術(shù)。項目團(tuán)隊首創(chuàng)了包含設(shè)計、制造、施工、檢測在內(nèi)的“樁柱一體化”工藝，通過在樁柱間采用法蘭盤連接代替?zhèn)鹘y(tǒng)的承臺連接，不但能夠減少現(xiàn)場澆筑承臺的環(huán)節(jié)，縮短建造時間，還解決了樁基處于中央分隔帶時的場地占用難題，起到緩解改擴建工程交通組織壓力、縮短施工周期的作用。

試驗操作流程

在實際案例中，“樁柱一體化”工藝可供參考的經(jīng)驗并不多。本著項目安全建設(shè)目標(biāo)，為進(jìn)一步檢驗“樁柱一體化”工藝的可行性，項目團(tuán)隊通過在欽北改擴建項目開展工藝試驗，模擬了裝配式橋梁“樁柱一體化”建造的全過程。

欽北改擴建“樁柱一體化”工藝試驗蓋梁安裝

首先，樁基、樁柱及蓋梁全部采用工廠化預(yù)制生產(chǎn)；然后，樁基旋挖成孔后植入大直徑預(yù)制樁，再通過與樁柱等直徑的法蘭盤連接預(yù)制樁柱；接著，樁周采用反循環(huán)填充改良的水泥攪拌土，樁底下導(dǎo)管灌入水泥墊層，再通過坐漿法將樁柱下放至孔底；最后，安裝預(yù)制蓋梁，完成下部結(jié)構(gòu)施工。

精度嚴(yán)格可控

試驗過程中，項目團(tuán)隊發(fā)現(xiàn)，蓋梁安裝對樁柱的垂直度等施工精度的控制要求十分嚴(yán)格。為此，在欽北改擴建工程中，項目團(tuán)隊針對預(yù)制構(gòu)件拼裝過程中空間姿態(tài)定位控制效率低、精度差及缺乏配套監(jiān)測控制手段的問題，研發(fā)了一整套實時、高精度、可視化空間姿態(tài)控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)解決了全拼裝樁柱垂直度控制和水平位置控制的難題，實現(xiàn)了預(yù)制拼裝空間姿態(tài)位置控制反應(yīng)時間達(dá)毫秒級、方位精度達(dá)0.05度、坐標(biāo)定位精度達(dá)0.1毫米，可實現(xiàn)安裝構(gòu)件姿態(tài)的三維可視化展示，滿足了裝配式橋梁“樁柱一體化”建造技術(shù)對安裝精度的要求。

符合國家標(biāo)準(zhǔn)

裝配式管樁吊裝

在充分進(jìn)行理論論證的基礎(chǔ)上，“樁柱一體化”工藝試驗取得了良好的效果，驗證了包含設(shè)計、制造、施工、檢測在內(nèi)的全過程工藝的可行性，并由具有相應(yīng)檢測資質(zhì)的企業(yè)出具試驗檢測報告。檢測試驗結(jié)果表明：使用“樁柱一體化”工藝建造樁柱的豎向承載力、水平承載力，以及法蘭盤連接可靠性均滿足設(shè)計及國家相關(guān)規(guī)范要求。

這為指導(dǎo)裝配式橋梁“樁柱一體化”建造技術(shù)在工程實體中的運用提供了充分的保障。

技術(shù)實際應(yīng)用

實際建設(shè)中，項目團(tuán)隊選擇欽北改擴建工程K2197+592.367天橋、K2199+621.215天橋進(jìn)行示范性運用，并在工藝試驗成功經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，優(yōu)化法蘭盤設(shè)計及鋼筋與端板的連接工藝。其中，法蘭盤采用的三重防腐技術(shù)措施，保證了連接部位的耐久性能，進(jìn)一步加強了連接性能的可靠性。

欽北改擴建“樁柱一體化”天橋

從兩座天橋施工資源消耗對比結(jié)果看，“樁柱一體化”技術(shù)在消耗的時間和場地要求方面，相比于常規(guī)方式具有明顯的優(yōu)勢。

“樁柱一體化”待研究與完善的問題

新技術(shù)的運用不僅能夠確保裝配式橋梁施工順利進(jìn)行，有利于提高施工效率，改善交通環(huán)境，還有利于推動行業(yè)技術(shù)的創(chuàng)新和施工經(jīng)驗的總結(jié)。然而，在具體實施中，限于目前技術(shù)水平，尚有一些問題有待研究完善。

目前，裝配式橋梁“樁柱一體化”建造技術(shù)還處在初步應(yīng)用階段，對建成橋梁的運行數(shù)據(jù)及長期性能的研究還未有足夠的數(shù)據(jù)支撐。為此，下一步還需結(jié)合健康監(jiān)測的數(shù)據(jù)結(jié)果，進(jìn)一步優(yōu)化結(jié)構(gòu)體系，研究裝配式橋梁“樁柱一體化”結(jié)構(gòu)的耐久性能及長期運營性能，建立相應(yīng)的長期性能效果評價機制。

此外，相關(guān)單位制定出臺相應(yīng)的施工及驗收規(guī)范勢在必行。目前，針對裝配式橋梁“樁柱一體化”建造技術(shù)還未有標(biāo)準(zhǔn)化的施工及驗收規(guī)范，需要繼續(xù)細(xì)化該項工藝各建造過程的標(biāo)準(zhǔn)及要求，注意總結(jié)后續(xù)項目應(yīng)用成果，逐步完善相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范體系。