采用新型連接套筒安裝預制構件的工藝研究

楊國章

[上海浦東路橋（集團）有限公司，上海市 200135]

0 引 言

在現狀交通復雜情況下的大跨度門式墩安裝定位，如果預制蓋梁與立柱無法精準拼裝，不但造成資源的浪費，延緩施工進度，更對施工企業的名譽及社會形象造成損失。因此，課題組以濟陽路（盧浦大橋—閔行區界） 快速化改建工程1 標段的JYL58#墩為載體，針對性開展了大跨度門式墩預制蓋梁精準定位的研究，以期為該技術領域補充一定的施工應用研究成果。

首先通過合理的構造設計，實現蓋梁的輕量化整體預制，避免橫向分段濕接縫段臨時支架對現狀地面交通的干擾。其次，傳統灌漿套筒或灌漿金屬波紋管連接模式對預制、預埋等精度要求均較高，誤差冗余度較小，新型連接構造在確保門墩受力性能良好，兼具更佳耐久性的同時，給現場安裝提供了誤差適應空間，為預制裝配的現場施工大開“方便之門”。

1 項目概況

濟陽路（盧浦大橋—閔行區界）快速化改建工程1 標主要施工內容為城市高架+ 地面道路。新建高架橋標準寬度橋梁下部結構采用雙立柱橋墩，正T形截面大挑臂蓋梁。變寬度橋梁下部結構采用四立柱式門墩，正T 形截面蓋梁。門式墩的范圍為JYL55# 墩—JYL60# 墩，門墩蓋梁采用預制預應力混凝土結構，立柱與蓋梁的連接采用灌漿連接套筒型式，灌漿連接套筒布置在與立柱對應的蓋梁底部，預制構件拼裝接縫面采用高強無收縮砂漿墊層，厚度為0.02 m。四立柱式門墩蓋梁中間設置一道沉降縫。立柱采用直立柱，標準立柱斷面尺寸為2.0 m（順橋向）×1.5 m（橫橋向）。承臺采用矩形承臺，標準承臺平面尺寸為5.6 m（順橋向）×8.5 m（橫橋向）。門式墩樁基為采用免共振液壓錘入方式施工的φ700 mm 鋼管樁。

2 立柱、蓋梁拼接方案選擇

新建橋梁是在現有川楊河地面橋（圖1 中陰影部分）老橋的基礎上進行建造，川楊河地面橋橋面寬度為41 m，新建高架橋橋面標準寬度為24.5 m。由于JYL60# 墩后為楊思路上下匝道，橋面寬度為47 m，為了不影響川楊河地面橋上的車輛正常通行及后續橋梁上下匝道寬度增加的需要，采用變截面寬度門式墩方式設計，立柱與蓋梁均采用工廠內預制，現場拼接的方式連接。圖1 為門式墩布置圖。

圖1 門式墩布置圖

現以JYL58# 墩為例介紹各立柱之間的相對關系：JYL58# 墩分左、中、右三個承臺，左右兩個承臺為單立柱，中間承臺為雙立柱，立柱尺寸均為1.5 m×2.0 m。蓋梁為左、右兩幅分離式蓋梁，單個蓋梁長度為23.95 m，高度為2.5 m，兩蓋梁間留10 cm 的沉降縫。支撐門式墩的左、右兩立柱中心間距為21.5 m，兩立柱之間的凈距為20 m。圖2 為JYL58# 橫斷面示意圖。

圖2 J YL58# 橫斷面示意圖（單位：mm）

3 新型多點集束鋼筋連接工藝介紹

本項目立柱與承臺的連接、邊墩側立柱與蓋梁的連接均采用常規灌漿套筒連接，該工藝在橋梁預制拼裝方面已趨于成熟，這里暫不做介紹。中墩側立柱與蓋梁連接采用新型多點集束鋼筋連接工藝，該工藝主要用于大跨度雙立柱與蓋梁之間的連接。該連接工藝主要施工過程有：

（1）預制拼裝橋墩立柱時，立柱頂按矩形灌漿金屬波紋管模式精度預留與預制蓋梁的連接鋼筋和鋼筋束；

（2）設置高強無收縮砂漿墊層，吊裝整體預制蓋梁精準就位；

（3）對于需張拉預應力精軋螺紋鋼筋的中墩，通過在蓋梁頂部設置臨時張拉錨固構造措施完成預應力精軋螺紋鋼筋的張拉；

（4）對金屬波紋管進行灌漿，實現橋墩立柱與蓋梁的固結；在灌漿料強度達到設計要求后割除蓋梁頂露出的預應力精軋螺紋鋼筋，并對鋼筋表面進行覆面封閉。

現就該新型多點集束鋼筋連接工藝的施工步驟做詳細說明。

3.1 預制立柱施工

新型多點預應力集束鋼筋是在立柱預制時，將多點集束鋼筋預埋在立柱內，形成錨固筋。每個立柱設有十根集束鋼筋（見圖3），每個集束鋼筋是由四根長度為3.7 m 的Φ40 螺紋鋼筋和一根長度為5.75 m的Φ32 精軋螺紋鋼組成。集束鋼筋在立柱內預埋深度為2.2 m，錨固在蓋梁內的高度為1.5 m。其中，Φ32 的精軋螺紋鋼露出蓋梁頂的高度為1.05 m，為后續豎向力張拉提供工作長度。

圖3 集束鋼筋分布圖（單位mm）

集束鋼筋植入立柱2.2 m 位置處，呈分散狀態（見圖4）。四根Φ40 螺紋鋼筋布置在精軋螺紋鋼的四周，橫橋向螺紋鋼筋的距離為0.25 m，平均分布在精軋螺紋鋼的兩側，縱橋向兩個螺紋鋼筋密貼。Φ32精軋螺紋鋼布置在中間并在底部設置有錨具，錨具上方設有Φ16 長度為0.75 m 的螺旋筋，螺旋筋的直徑為0.1 m。在立柱頂以下2.2m 至0.52 m 范圍是集束鋼筋由分散到密貼的漸變過程，至立柱頂以下0.52 m 處集束鋼筋已成為密貼狀態（見圖5），周圍設置有12 根Φ12 的螺紋鋼鋼筋，目的是對集束鋼筋周邊的鋼筋進行加密，防止混凝土出現裂縫等情況。

我們一下子還沒明白過來這句話的意思，大家似笑非笑地看著林孟，看看萍萍，萍萍就又補充了一句，她說：“當他需要我的時候。”

圖4 底部集束鋼筋斷面圖（單位：mm）

圖5 頂部集束鋼筋斷面圖（單位：mm）

帶集束鋼筋的預制立柱混凝土澆筑工藝同常規預制立柱混凝土澆筑工藝基本相同。常規預制立柱混凝土澆筑時通常會配置預埋鋼筋定位架做固定架，以保證各預埋鋼筋之間的距離保持不變。由于集束鋼筋長度較長且尺寸較大，帶集束鋼筋的預制立柱澆筑無法制作定位架來固定各束筋之間的距離，為了保證混凝土在澆筑時各集束鋼筋間距保持不變，通常在立柱頂模板處焊接定位筋來固定，按照計算出的各束筋間距，焊接縱橫向定位筋來保證集束鋼筋的相對位置（見圖6），并在混凝土澆筑時，振搗器盡量不碰撞束筋。

圖6 澆筑后集束鋼筋相對位置

3.2 立柱安裝

在立柱安裝前，首先對承臺拼接面進行測量及表面處理，鋪設擋漿模板，并在拼接面頂面布置調節墊塊（為避免產生應力集中，墊塊采用剛度與后續灌漿料匹配的構件）。對拼接面表面進行充分濕潤后，清除積水，并鋪設高強無收縮砂漿墊層，砂漿墊層須保證接縫在立柱對接后飽滿密貼。試吊后，安裝千斤頂等調節設備，進行立柱垂直度和標高測量。調節立柱垂直度符合要求后，松鉤并復測立柱垂直度，同一蓋梁下兩立柱吊裝完成后（見圖7），應嚴格檢查立柱之間的間距，特別是要精準控制立柱間的相對位置[1]。待砂漿墊層強度滿足要求后，可對連接套筒進行灌漿，灌漿過程中應全程視頻拍攝，并全程旁站，確保灌漿套筒及灌漿縫飽滿密實，降低滲漏風險。套筒內灌漿料達到強度后，方可進行下一工序的施工。

圖7 立柱安裝完成示意圖

3.3 蓋梁施工

邊墩處立柱與蓋梁采用常規灌漿套筒連接，該工藝在預制立柱及小跨度預制蓋梁拼裝方面已被廣泛應用。中墩處的連接采用集束鋼筋，該工藝在大跨度橋梁拼裝施工中，尚屬首次。 蓋梁內的預留孔洞采用金屬波紋管成孔，金屬波紋管尺寸為210 mm×120 mm，在四角處有半徑為30 mm 的倒角，壁厚不小于2 mm，波高不小于3 mm，波距不大于35 mm，且需采取措施保障施工時孔洞不變形。經計算，采用該型號的金屬波紋管與集束鋼筋的冗余度為：長度方向106 mm，寬度方向36 mm。該冗余度能大大降低施工拼裝難度，也是本文所講大跨度門墩安裝精度控制的關鍵。圖8 為集束鋼筋與金屬波紋管位置圖。

圖8 集束鋼筋與金屬波紋管位置圖（單位：mm）

3.4 蓋梁安裝

蓋梁安裝前，需對立柱頂拼接面進行測量及表面施工縫面處理，鋪設擋漿模板，并在拼接面頂面布置調節墊塊。對拼接面表面進行充分濕潤后，鋪設高強無收縮砂漿墊層，砂漿須保證接縫在立柱對接后飽滿密貼[2]。吊裝前，選定合適的吊裝設備，經計算，蓋梁預制部分連同鋼筋骨架總重量約220 t，本工程采用兩臺320 墩履帶吊雙機抬吊（見圖9）。吊裝時按照“信號統一”的原則先行試吊，過程中檢查設備狀況、起吊情況等，正式吊裝時，緩緩起吊蓋梁至集束鋼筋的上方，從集束鋼筋處開始對孔，緩緩落下直至精準吊裝就位（見圖10）。

圖9 預制蓋梁現場拼裝

圖10 預制立柱、蓋梁精準對接

3.5 張拉豎向預應力

精軋螺紋鋼豎向預應力張拉前，需要在蓋梁金屬波紋管預留孔洞上鋪一塊300 mm×200 mm×30 mm鋼板（見圖11），鋼板上預留三個直徑30 mm 的孔，中心孔為了將精軋螺紋鋼從鋼板內穿過，剩余兩孔為灌漿和出漿的通道。張拉豎向預應力前選取合適的張拉設備，并計算張拉力控制值。經計算，張拉控制應力為465 MPa，張拉力為374 kN，引伸量為每延米3.53 mm。豎向預應力采用二次張拉重復張拉的方法，在第一次張拉完成1 天后進行第二次張拉，每次張拉完成后及時用螺栓進行錨固（見圖12），彌補由于操作和設備等原因造成的預應力損失。

圖11 豎向力張拉

圖12 張拉后錨固

3.6 灌漿

豎向預應力張拉完成后即可進行灌漿作業，常規套筒灌漿采取壓力灌漿法，灌漿口在下方，出漿口在上方，以保證套筒內漿料密實。采用集束鋼筋連接的灌漿與常規灌漿不同之處在于灌漿孔與出漿孔在同一水平面，灌漿過程中無壓力差的控制，全靠金屬波紋管內較大的冗余度及較高的灌漿料流動度來保證漿料的密實。灌漿連接中使用的高強低收縮水泥灌漿料應滿足如下技術指標要求[3]：

（1）流動度：初始流動度≥300 mm，30 min 流動度≥260 mm。

（2）膨脹率：3 小時≥0.02%，24 小時與3 小時的差值在0.02%～0.5%之間。

（3）抗壓強度：1 d 齡期抗壓強度≥35 MPa，3 d 齡期抗壓強度≥60 MPa，28 d 齡期抗壓強度≥100 MPa。

（4）氯離子含量≤0.06%。

（5）施工最低溫度控制值≥5℃，當拼裝時氣溫低于5℃時，應對高強無收縮水泥灌漿料進行保溫，溫度應不低于10℃且不高于40℃；同時應對拌合所需的水進行加熱，溫度應不低于30℃且不高于65℃；拌合灌漿料成品工作溫度應不低于10℃。

（6）有效工作時間宜大于30 min。

套筒內及豎向預應力管道灌漿料達到設計強度后，割除蓋梁頂出露的預應力精軋螺紋鋼筋并對鋼筋表面進行覆面封閉處理。

4 結 語

隨著預制拼裝工藝在橋梁施工的廣泛應用，更多類似大跨度門式墩的項目也將會得到進一步的發展和推廣，本文所介紹的在立柱上預埋新型集束鋼筋與蓋梁上預留金屬波紋管套筒灌漿連接的新型預制拼裝連接工藝，能很好地解決在現有交通繁忙的大跨度門式墩的快速、精準定位，也為后續類似項目的施工提供一定的數據和技術支持。