市政橋梁工程中的裝配式建筑技術

李茂彬

(中國雄安集團基礎建設公司，河北 保定 071000)

隨著城鎮化的不斷發展，與其配套的城市道路交通建設也必須與之匹配。而橋梁作為城市交通的重要組成部分，是不可或缺的。現階段，城市橋梁工程項目在實踐中取得了很大的技術進步，但其安全性、使用壽命和抗震能力層面還存在許多技術難題。在政策導向的指引下，裝配式建筑得到了廣泛的發展空間。而裝配式建筑是指在工廠生產混凝土構件(預制梁、疊合板、預制柱等)后，通過交通工具將其運送至施工現場，通過可靠的方式進行連接安裝的。此類把部分預制件的生產放在工廠生產的建筑就是裝配式建筑。在城市橋梁建設中，裝配式建造技術，以其工作效率高、節能環保、低碳綠色等特點被越來越多的選用[1]。

1 市政橋梁發展趨勢現狀以及存在的不足

截止2022年7月4日，據國家統計局的數據統計，全國各地一共有橋梁73.53萬座，橋梁全長3977.8萬m，比前年底各自提升2.19萬座、315.02萬m。在其中，大橋3075座546.14萬m，立交橋67677座1704.34萬m。在我國，城市人口非常多，橋梁使用率非常高，因此對工程質量的要求也是非常嚴格的。現階段裝配式工程建筑技術在市政橋梁工程項目中的運用是擁有廣闊的發展空間的。市政橋梁工程項目有必要大力推廣裝配式技術的應用。大中型橋梁工程項目的工業化水平不會改變，選用預制構件組裝工程的項目許多。雖然發展速度快、前景廣，但仍然存在許多問題，如領域規范和標準不夠精細、工程項目技術有待提升等。

1.1 施工技術中的結構難題

伴隨著城市體量的擴張，城市的建設要從大局出發。需要兼顧的方面也越來越多。在這種條件下，相關部門對橋梁建設的要求就會越來越嚴格。這就導致了部分新型材料、新技術無法運用，施工加工工藝不健全，給建筑結構造成難題。例如：應用新型材料保護生態環境，具體在工程項目中發現其抗壓強度難以滿足要求；一些技術不符新舉措，碰到極端天氣以及重大壓力的情況下，或出現一定程度的塌陷。甚至有一些新項目存有技術缺陷，橋梁整體的強度使用期限不能得到合理確保。

1.2 城市橋梁建設的管理能力有待提升

要想建設高規格的城市橋梁工程，不僅需要高新技術作為支撐，管理方法也是不可或缺的一部分。不過，截至現在，管理問題常常不會被很多施工企業重視，這就導致工程管理的滯后。市政工程項目一定會用到建筑鋼材。道路橋梁的支撐鋼筋一旦浸蝕到一定程度，便會減少橋梁正常的使用期限，嚴重危害人民的財產和人身安全。

2 裝配式建設方案的優勢

現階段，在我國城市橋梁主要采用傳統預制混凝土施工方式，不僅現場工作強度大、不利于周邊環境，而且資源利用率低、工作進展緩慢。而ABC橋梁的建設定義是從法國最早出現的。E.Freyssinet通過縱向的預制箱梁段(1945)和配對連接頭(1952)的方式建設了預制混凝土橋梁。而美國在20世紀70年代開始推行橋梁的快速建設技術。即在工廠預制構件，如承重梁、臺面、暗板涵等。并運輸到施工現場進行快速拼裝[2]。1979年，在美國佛羅里達州，J.muller設計的Long Key以及Seven Mile兩架橋，就是在預制件與現代機械技術的協作下完成的。從那時起，該技術得到了廣泛的應用。諸如美國、韓國、泰國等在20世紀90年代都通過該技術成功實現了橋梁的建設。與傳統橋梁修建方式對比，裝配式橋梁的優點主要包含。

1)工期和費用可控性增加：裝配式橋梁實現了設計統一、預制生產、現場組裝和智能化建設。零件在工廠加工成型，能用施工機械設備在現場施工和拼裝，能夠大幅提高高效率，降低人力任務量，有效控制施工周期和建設成本。

2)品質安全有保障：規模化制造的零件檢修標準更強，產品質量檢驗比較容易實現，不可控因素越來越少，現場作業施工程序流程越來越少，進而會獲得高效的工程施工質量。

3)低碳綠色：橋梁施工所需要的零部件在工地預制構件，大大減少了廠房的任務量，降低了水、電等能源消耗，節約了工業廠房模版和施工當場所使用的原材料，防止了工廠建筑裝飾材料的消耗和規模性施工所帶來的高耗能、高噪聲等污染環境。

3 裝配式橋梁的建設注意事項

3.1 上部結構的拼裝

3.1.1 預制鋼筋混凝土橋

預制混凝土結構橋梁技術通常是將公路橋梁梁豎向按段，在工地預制，隨后運送去現場公路橋梁開展拼裝，再對整個橋梁增加預應力鋼筋。依據預制階段連接方式的不一樣，可以分為濕接縫、粘接接縫、干接縫等。三個區別在于鄰近預制梁間的填充料不一樣。一般用混凝土、干硬質混合砂漿或環氧樹脂膠等進行填充。干接縫根據凸榫以及預應力鋼筋連接。

3.1.2 拼裝箱梁

珠港澳大橋選用裝配式箱梁，具備重量輕、側風性能穩定、抗震能力好等特點。珠港澳立交橋是世界最大的水上鋼結構橋梁，有大概16km長箱梁和6km長組合梁。

3.1.3 裝配式鋼-混凝土組合構造

1)鋼腹板組合梁：桁架結構預制混凝土組合橋梁結構是組合式橋梁，選用桁架結構腹板替代混凝土腹板，通常用于跨度較大的市政橋梁；2)組裝式箱梁：裝配式箱梁選用銹蝕鋼板、波形鋼腹板等新型材料，與雙鋼箱截面技術融會貫通，使得橋梁的承載力大幅度提升，而且橋梁的自重較小。例如G4高速保定段小半徑彎橋，橋墩、梁板、承重梁都完成了規模化生產與拼裝工程施工；3)波形鋼腹板組合梁：在波形鋼腹板和預制混凝土預制箱梁的組合梁中，混凝土腹板被波形厚鋼板取代；4)波形鋼腹板-鋼管混凝土組合梁：該技術建設的組合橋梁結構構造新奇，由混凝土現澆板、鋼管混凝土下弦桿和波形鋼腹板構成，在其中，該類型組合梁最核心的技術突破點是生產時的斜面焊接技術；5)鋼箱組合梁：混凝土橋面板與半封閉式箱梁合二為一，產生鋼箱組合梁。該類型的梁會使得建筑鋼材以及混凝土抗壓能力得到充分展現；6)厚鋼板組合梁。組合鋼柱是通過露出的H型鋼和混凝土結構平屋面根據剪應力切向鍵而成組合結構。該種類橋型使得建筑鋼材、混凝土本身的性能得到充分發揮。其承載性、抗震性以及加速性都是十分優異的，而且建設過程也較為簡單[3]。

3.1.4 預制路面

預制橋面板通常是全尺寸混凝土橋面板。通常分為鋼架結構橋面、波形管橋面以及華夫板橋面三種類型。三者中，波形管橋面系選用地腳螺栓將波形鋼板固定在鋼梁上，并且用混凝土或瀝青混合料填充地面找平。

3.2 下邊結構組件

3.2.1 裝配式電纜橋架

橋墩一般包含梁板、墩身和樁帽。裝配式橋墩是把橋墩轉化成多個預制構件，如樁承臺、立桿、梁板(墩帽)等。在工地或當場預制，運送到現場拼裝。

有關研究發現，橋墩迅速拼裝的核心在于實用有效的鏈接方案以及結構對策。現在，裝配式暗板涵的探索和設計分析比較多，而對裝配式暗板涵的探索偏少，研究綜述尚需進一步開展。

3.2.2 裝配式橋臺技術

暗板涵一般由梁板、臺身和翼墻構成。構件區劃和聯接與橋墩類似。因為暗板涵總數低于橋墩，有關的探索與應用偏少，典型性方式為承插式預制暗板涵和H型鋼樁。

組裝式鋼管腳手架是將大鋼管腳手架按縱向、前模、垂直方向分為多個預制構件，設在橋址四周的預制澆筑，陸運或海運至當場，進行起吊組裝。裝配式鋼管腳手架的主要特征是能夠預制，對周邊影響小，但要注意以下幾點。

1)對墩、臺、柱預制構件及頂部預埋獨立基礎總數，查驗各墩、臺相對高度及坐標相對高度是否滿足設計要點；基坐與柱端中間間隙不可少于2cm。

2)坐落于墩身里的起吊基杯，要從縱、橫向全面把控，要做到柱身在垂直角度、傾斜程度和水平部位都要滿足要求。針對又重又細橋墩，必須使用風繩或支撐桿固定不動之后才能放進掛鉤。

3)在墩身頂端組裝梁板前，務必查驗梁板預埋槽部位是否滿足設計要點。不然務必先修。

4)待立柱和梁板(墩帽)安裝好，經檢測符合規定后，可在瓶口和梁板槽處澆制薄水泥砂漿。硬底化后，拆卸楔子、支撐架或風繩，并且用水泥砂漿鋪滿楔孔。

伴隨著預應力技術成熟的與發展，預應力鋼筋已用于橋墩，特別是后張預應力筋混凝土裝配式橋墩。其施工工藝與裝配式橋臺類似。除安裝中連接連接頭處理工藝外，預應力鋼束是預制構件之間的主要連接方式[4]。

4 橋梁工程建設對BIM技術的運用

2002年由Autodesk最先通過BIM服務集成工程建筑信息。以期實現一個建筑物從提出到設計，從建設到后期投入使用，直至該建筑物生命周期終結的全過程中，所有的信息都會集成在一個三維模型數據庫內。

BIM的關鍵在于創建工程建筑的虛擬三維模型，并通過數字化技術為建模給予詳細好用的數據庫。該庫不僅含有該建筑的圖形信息、技術專業特性和情況數據，也包含預制構件之外的對象情況信息(如室內空間與運動個人行為)。通過各種包括施工信息的三維模型，施工信息的集成化獲得了很大的發展。為施工工程項目的相關負責人帶來了工程項目信息溝通與互通的服務平臺。

4.1 溝通合作

在橋梁施工建設的過程中，會有眾多企業參與。施工方、設計方、監理方以及甲方等。各個角色應全力配合、互相支持。在作業過程中，經常會出現交叉施工狀況，導致協調溝通艱難，危害工程施工質量，牽制工程進度。通過BIM搭建的項目管理平臺，可以進一步提高各行為主體的協調能力和管理方式。

4.2 仿真模擬

BIM技術性能夠創建各個建設階段的三維數模，進一步提升建設過程的管理效率，使工程管理人員的規劃以及決策更加科學、有效。而且通過BIM技術所建立的三維模型，可以對橋梁工程的過程和進度進行全程模擬仿真，形象化表明具體進展與計劃進度的差別，有利于新項目管理人員依據進度偏差調節當場產業布局。

4.3 施工仿真模擬動漫

一些高危新項目能用三維模型仿真模擬。在公路橋梁施工和模板起吊過程中，模板有時也會產生搖晃。當模板搖晃較大時，會給現場施工人員造成安全障礙。通過BIM的仿真模擬，可以大幅度提升施工人員的安全。對于橋樁的模擬仿真，利用REVIT軟件鑒別項目的施工問題，對于設計中的缺失可以及時起到提醒作用。當作業者工作難度過大，有跌落風險時，可及時糾正。

4.4 視覺效果展示

在橋梁工程中，運用BIM技術性能將全部工程項目以三維模型的方式直接地表現出來，使工作人員在施工時更便捷，企業形象更加深入。結合直接地施工進度計劃方案，仿真動畫和三維效果圖，工程管理者和操作人員可以實現機器設備關鍵部位的三維可視化，避免因對工程圖紙和技術標準掌握不健全而導致的工程施工難點。

4.5 碰撞檢查

在以往設計和施工中，難以發覺二維平面圖的差異對接扣件的沖擊，造成工程變更和返修導致非常大的成本費消耗與時間煙霧。倘若運用BIM新技術，能有效防止這種情況[5]。

4.6 工程量統計

按照實際工程階段對工程開展三維建模，解決了傳統手工制作沒辦法快速精準統計混凝土工程實際工程量難題，以協助新項目工程量管理與財政預算。

5 裝配式橋梁實用價值分析

近些年來城市化的進程加快，橋梁市政建設項目的基建項目規定還在持續提高。在我國大力開展城市更新的過程中，許多老舊的市政橋梁工程項目必須開展檢修和結構加固。在這樣的發展方向條件下，裝配式建筑工程技術發展是橋梁基本建設與維護的關鍵對策。鋼-混凝土組合結構橋梁采用兩種原料的構成，可以充分利用混凝土抗壓強度和鋼材抗拉強度的優勢，避免混凝土拉伸開裂和工程建筑鋼材抗拉強度不穩。

6 結語

未來市政橋梁基建項目能從系統架構、專業性、原料、施工技術等各個方面充分考慮，因時制宜，融合城市園林景觀和地形特點。在挑選建筑裝飾材料時，應關鍵挑選對周圍環境影響小(耗能和CO2廢氣排出)的原材料。與此同時，將來橋梁構造將更加重視工程建筑造型藝術、橋梁藝術美學和景觀規劃、生態效益，追求完美自然景觀和景觀設計的完美結合。裝配式橋梁以與眾不同的技術特點，具有許多傳統橋梁建造方式所不具備的優點，符合在我國節約能源、環境保護的核心理念。