摘要：改革开放四十年，我国交通基础设施得到快速发展。全国公路桥梁数量已到80多万座，年增长约2.7万座，其中近10万座桥梁已为危桥。随着桥梁建设规模的不断增加，其建设模式正由传统建造模式向新型城镇化、工业化、信息化发展。全预制拼装桥梁的研究和推广在城市高架桥梁下部结构的施工中也被重视起来，本文以成都五环路A段的工程实例阐述预制拼装桥墩技术的实际施工中应用。
关键词；交通基础设施；桥梁建设；预制拼装桥墩技术
前言：近年来我国城市发展速度迅猛，城市化水平逐年提高，建设以高架道路为主骨架的城市道路交通网络也越来越多地成为缓解城市交通压力的重要手段。随着全预制化桥梁施工技术的发展，桥梁下部结构采用预制拼装技术也日趋成熟。相对上部结构的预制拼装技术而言，下部结构的预制拼装发展较晚，其难点在于接缝的抗震性能。第一座采用预制拼装桥墩技术建造的典型桥例是美国1978年开始建造的LinnCove高架桥，该桥下部桥墩预制节段采用有粘结后张预应力筋联接，环氧接缝构造，增强耐久性，通过采用预制拼装技术顺利解决了环境制约与工程进度等问题，成为预制拼装技术应用的第一个典型工程范例。上海在全国率先将预制拼装技术运用在城市高架桥立柱、盖梁的施工中，并取得国内的首次成功。新技术的运用在带来良好社会效益的同时也具备经济上的合理性。
1国内外采用的立柱的预制拼装技术。
1.1采用有粘结后张预应力筋联接构造。有粘结后张预应力筋联接构造往往配合砂浆垫层或环氧胶接缝构造实现节段预制桥墩的建造，预应力筋可采用钢绞线或精轧螺纹钢等高强钢筋。该构造预应力筋通过接缝，实际工程应用较多，设计理论和计算分析以及施工技术经验成熟，不足是墩身造价相对传统现浇混凝土桥墩要高许多，同时现场施工需对预应力筋进行张拉、灌浆等操作，施工工艺复杂，施工时间较长。
1.2灌浆套筒连接。预制墩身节段通过灌浆联接套筒连接伸出的钢筋，在墩身与盖梁或承台之间的接触面往往采用砂浆垫层，墩身节段之间采用环氧胶接缝构造。该构造施工精度要求较高，现场施工所需时间短，同时也不需要张拉预应力筋，现场工作量显著减小，其正常使用条件下的力学性能与传统现浇混凝土桥墩类似，因此具有一定的经济优越性。
1.3灌浆金属波纹管连接。常用于墩身与承台或墩身与盖梁的连接，预制墩身通过预埋于盖梁或承台内的灌浆金属波纹管连接墩身内伸出的钢筋，在墩身与盖梁或承台之间的接触面往往采用砂浆垫层，墩身节段之间采用环氧胶接缝构造。该构造现场施工时间短，但需要满足纵筋足够的锚固长度，其力学性能与传统现浇混凝土桥墩类似。目前国外已有少数桥梁使用这种连接构造进行施工，高地震危险区域内应用较少。
1.4钢筋焊接或搭接并采用湿接缝。预制拼装桥墩预先伸出一定数量的钢筋以便与相邻构件预留钢筋搭接，需设临时支撑，钢筋连接部位需通过后浇混凝土（湿接缝）方式连接，这也是目前国内较多采用的节段拼装桥墩的设计思路。采用该构造建造桥墩，力学性能往往与传统现浇混凝土桥墩类似，但湿接缝的存在会增加施工时间和现场钢筋搭接、浇注的作业量，从快速施工角度考虑，该方案存在一定不足。
1.5承插式连接。承插式接缝联接构造是将预制墩身插入基础对应的预留孔内，插入长度一般为墩身截面尺寸的1.2-1.5倍，底部铺设一定厚度的砂浆，周围用半干硬性混凝土填充。优点是施工工序简单，现场作业量少，不足是接缝处的力学行为如何，特别是抗震性能如何，尚需进一步研究，国内北京积水潭桥采用该联接构造建造，美国一些桥梁也采用该连接构造进行建造。
连接构造
类型有连接预应力筋套筒波纹管湿连接插槽式承插式
抗震性稍差稍差相当相当相当相当
耐久性相当相当相当相当相当略好
可检查性相当相当相当相当相当相当
对精度要求高高高低略低低
施工速度较慢非常快非常快慢较慢快
采用灌浆套筒连接和金属波纹管连接构造的桥墩具有类似于传统现浇混凝土桥墩的性能，满足当前桥梁抗震设计的要求施工精度和拼装精度可满足实际工程要求，可用于预制拼装桥墩的建造。2012～2013年上海S6、S26新建公路工程试验性应用成功已竣工通车；上海嘉闵北II段、上海北横通道北虹立交、上海轨道交通5号线、上海s26公路入城段（G15公路-嘉闵高架）等项目成功推广应用。
成都市五环路沿线经过城市建成区需利用多段城市道路进行改扩建，且有多段在老路上新建高架桥，采用预制拼装技术可使施工对交通的影响降到最低。沿线经过新都、龙泉、天府新区、双流、温江、郫都等城市建成区，沿线有大量的居民小区和企事业单位，采用预制拼装技可使施工现场安静整洁，对提升城市环境，获得广大社会群众对本项目建设的支持有重大的意义。本文以成都五环路A段的工程实例，阐述预制拼装桥墩技术的实际施工中应用，供类似工程参考。
2工程概况
2.1工程总体
五环路位于绕城高速、第二绕城高速之间，作为成都市综合运输体系的重要组成部分，全线采用一级公路技术标准，主线设计车速80Km/h，辅道设计车速60Km/h。五环路A段工程为五环路工程的“首件”工程部分，其里程桩号为K32+172.75～K33+022.75，全程0.85Km。线路位于成都市青白江区，主车道采用高架桥通过，跨径布置为4×30+5×31+（3×31+2×30）+（30+2×28.5+2×30）+40+3×30+5×29，共七联，其中第五联跨越万年路，上部结构为1-40m钢混组合梁，其余上部结构采用简支桥面连续小箱梁结构，下部桥墩采用双柱大悬臂预制墩，其中15～22#墩位于变宽段，采用门式桥墩，基础均为承台接群桩，桩型为摩擦桩。现状道路地上交通不得中断，地下管线错综复杂，交通疏导困难，工作面狭窄，施工干扰大。
2.2预制拼装立柱设计
大悬臂预制墩标准段的高架桥桥墩盖梁采用双柱大悬臂墩盖梁，盖梁和桥墩均采用工业化预制，采用C40混凝土，盖梁中部高度2.5m，悬臂端高度1.4m，宽2.4m。桥墩为2×2m矩形墩。全桥68个墩柱全部采用整体预制，现场拼接安装，墩柱形状为矩形墩，截面尺寸为2×2m，高度为6.0～9.8m。20片悬臂盖梁采用分3节段预制，现场拼接安装，3节预制段长度分别为8.95m、9.3m、8.95m，盖梁宽度为2.4m，中间高2.5m，悬臂端高1.4m。
2.3预制拼装桥墩连接构造设计比选
本工程优先选用灌浆套筒连接，灌浆套筒连接构造主要由以下构件组成：连接套筒、螺纹钢筋、高强无收缩灌浆料、配件。
2.4预制拼装桥墩材料设计要求
预制拼装桥墩采用C40高性能自密实混凝土。预制拼装桥墩中钢筋采用HRB400级热轧钢筋。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆灌浆连接套筒中使用的高强无收缩水泥灌浆料的流动度、抗压强度、竖向自由膨胀率、氯离子含量、泌水率等技术指标应符合要求。不同类型构件拼接缝间的砂浆垫层，应采用高强无收缩砂浆，28d抗压强度应不小于60MPa且高出被连接构件强度等级的一个等级（7MPa），28d竖向膨胀率应控制在0.02％～0.10％。同类构件之间环氧粘结剂初步固化时间不应小于1h，粘结时应在规定的两面涂抹厚度条件下，发生均匀的挤出量，并仅有滴挂而无流淌现象。环氧粘结剂1d抗压强度标准值应大于40MPa，7d抗压强度标准值应大于60MPa，7d抗拉强度标准值应不小于9MPa，7d抗剪强度标准值应不小于21MPa。
2.5预制拼装桥墩抗震设计
抗震设防烈度为7度，设计地震基本加速度为0.1g，抗震设防类别为乙类，抗震措施按8度执行。五环路青白江A段高架桥箱梁采用拉索减震球形支座，其技术标准满足《拉索减震支座与应用技术指南》(DB51/2241-2016)的要求。
3.工程施工
3.1工艺流程。
胎架及台座制作→钢筋绑扎→钢筋笼吊运入模→模板安装→混凝土浇筑→模板拆除→养护→吊运存放→运输安装→灌注高强砂浆。
⑴胎架及台座制作。根据桥墩钢筋配置情况，为了使竖向主筋定位准确，方便与承台、盖梁顺利连接，钢筋骨架更加的规整，用角钢和槽钢制作钢筋绑扎胎架。首先根据钢筋骨架尺寸及主筋间距，用槽钢焊接胎架底盘，底盘四周设置供竖向主筋定位的槽口；竖向每1.5m设置1道劲性骨架，主要作用是保证主筋竖直、不变形，另外用来搭设箍筋绑扎操作平台。中间劲性骨架可能根据桥身高度增加或减少，钢筋笼绑扎完成后，将钢筋笼内所有劲性骨架和斜撑拆除，吊运入模。⑵钢筋工艺。墩身钢筋在胎架上绑扎完成后，整体吊运入模，钢筋的加工和绑扎应符合设计及规范要求。在立柱底部预埋套筒，套筒安装时，采用橡胶密封塞将其固定在底模上，套筒与底模应垂直；连接钢筋从套筒预埋端插入，采取措施固定并安装密封环，防止漏浆；与套筒连接的灌浆管也须定位准确，安装稳固，之后浇筑混凝土并养护支拼装所需的强度。⑶模板工艺。模板安装对准墩位纵、横轴线，调平模板，调正垂直度，穿模板连螺栓，待全部螺栓孔均被栓接后，逐个拧紧，测量校模。⑷砼工艺。砼使用商品砼，由砼罐车运输，砼输送泵或吊车提升料斗经串筒入模。砼浇注采用分层法，每层厚度不大于30㎝。⑸拆模、养护。砼浇注完毕，应及时进行洒水养生，拆模后用塑料薄膜将墩柱全部覆盖。
3.2预制拼装桥墩生产前准备
3.2.1预制厂的选择布设
为满足五环路高架桥的工期要求，公司与当地企业合作，租用某梁场部分场地改建，布设预制立柱生产移动工厂。生产基地预制立柱生产区占地约8000m2，分为钢筋加工区、钢筋笼绑扎区、模板拼装翻转区、立柱预制区、立柱存放区和立柱放倒池区。
3.2.2预制立柱墩模具深化
正式生产前，根据设计图纸进行建模深化处理，将所有立柱参数进行数据化、信息化。根据立柱模型设计钢筋绑扎胎架、翻转台等工装设备及定型钢模具。设计制作高精度钢筋绑扎胎架对钢筋和灌浆连接套筒进行精准定位，准确控制保护层。高精度钢筋绑扎胎架设有可调节移动排架，通过更换底座、定位盘和挂片可适用于各种型号的预制立柱。依据设计参数、项目进度和施工工艺要求进行模具设计制作，尽量降低模具摊销措施费用。模具须在保证互换的条件下满足精度要求提高模具的周转率；模具在强度和变形满足要求的情况下尽可能轻量化。
3.3预制立柱墩立柱生产
⑴钢筋笼绑扎，高精度钢筋加工设备和毫米级高精度钢筋笼绑扎胎架保证钢筋钢筋弯配及断料精度更高、钢筋绑扎尺寸更精确。⑵钢筋笼入模，控制钢筋笼入模吊运时变形量，使用定制吊具，通过多点挂钩来维持钢筋笼的整体性。本项目预制节段高度为5.2m-13.0m不等，可通过调节挂钩点位置来适应不同高度、不同型号的立柱。⑶钢筋笼和模具翻转，采用立式浇筑，钢筋笼横向绑扎、入模后，需要翻转立正，在这个过程中需要控制钢筋笼变形、控制四周保护层厚度均匀一致、控制连接注浆套筒位置准确。使用定制翻转设备，很好的控制了各项指标，确保立柱产品满足设计、规范的要求。⑷混凝土浇筑，前期进行混凝土实验，对比配合比、模板处理方法、浇筑工艺、设备选型等来确定最适合本次立柱生产的混凝土施工方案。正式预制立柱生产过程中，严格把关方案执行情况，很好的控制了立柱表面气泡、裂缝、顶部浮浆、颜色、强度成长等质量要点。⑸脱模及养护，立柱成型后及时拆模并覆盖薄膜养护，拆膜和养护过程中严格执行操作规程，做好成品保护工作，严格把关预制立柱表观质量。
3.4预制立柱墩运输
预制立柱分为场内运输和场外运输两大块，在预制场内运输采用150t龙门吊，在场外运输采用专用车辆进行运输。设置专用托架，防止立柱翻转移位，确保运输安全。场外运输采用专业车辆进行立柱的运输工作，根据预制梁重量、外形尺寸和运输道路环境，以确保预制梁运输的安全可靠，详细对牵引能力和有效载荷爬坡度等技术参数进行计算，选用合理经济重型牵引车。
3.5立柱现场安装
安装流程：立柱卸车→立柱翻转→安装临时支撑→承台清理→立柱试吊→承台顶面座浆→立柱安装→拆除临时支撑→套筒压浆→安装完成。根据现场工况及吊装工艺要求，立柱吊装主要机械设备选用吊装机械选用250t履带吊，吊臂长为25.5m，最大作业半径10.0m，额定起重量116.9t。采用单机双吊带兜底起吊卸车、柱底垫设帆布卷，立柱翻转竖立，吊装，旋转、就位。
3.6墩身与承台、盖梁的拼接安装
把墩身运至现场，用吊装设备拼装就位，墩身底部的套筒对准承台上的钢筋。拼装前，清洗立柱的连接面，并确认套筒内无异物。预制墩身安装过程中，可在承台顶面配置薄垫片来调整其垂直度，之后应采用临时措施固定立柱。按照设定配比承重灌浆料，灌浆前应采用满足设计要求的封闭材料对立柱与承台之间的缝隙进行封闭。灌浆由套筒下方注浆孔注入，待其它套筒的出浆孔出浆时，对出浆孔进行封堵。盖梁拼接安装时，先将中间段与桥墩进行连接，连接方法与墩身和承台的连接方法类似。吊装拼接悬臂段，拼接时将剪力键准确定位，并张拉临时预应力固定，待环氧粘结剂达到强度后，张拉第一批钢束。
4拼接安装重点注意事项
立柱与承台、立柱与盖梁等构件拼接缝间设置高强砂浆垫层；施工中需通过垫层厚度调整立柱高度和平整度等的要求，同时考虑到预制立柱受力要求，砂浆垫层厚度不宜过大；预制拼装桥墩中立柱与承台或立柱与盖梁之间的拼接接缝砂浆垫层厚度宜为10mm～30mm；不同类型构件拼接缝间的砂浆垫层，应采用高强无收缩砂浆，28d抗压强度应不小于60MPa且高出被连接构件强度等级的一个等级（7MPa）,28d竖向膨胀率应控制在0.02%～0.1%；为保证钢筋、灌浆料和连接体系的性能可靠，伸入连接套筒及金属波纹管的钢筋锚固长度需满足其受力性能的要求；灌浆连接套筒预制安装端及现场拼装端钢筋伸入长度均不应小于10d；金属波纹管全长应不小于24d（被连接纵筋直径。
结束语：
预制拼装桥墩技术具有安全性提高、质量更可控、对环境影响降低、工期缩短、对既有交通影响降低、用工量减少等的综合效益，在工程中的逐步成熟应用，是对全预制化桥梁施工技术的不断完善升华，不仅能很好的控制工程质量，而且能加快施工速度、减少现场污染，同时也符合低碳化、和谐社会的发展要求，将是一套高效、低碳、环保的桥梁建造技术。在未来的桥梁建设中，在条件允许情况下，城市中的桥梁完全可以用工厂预制，现场拼装的快速施工方法，这样不但确保了结构的质量，而且不影响交通，还不破坏环境，是一种有着很多优点的施工方法，在未来的全国桥梁建设中将会得到进一步的推广。
参考文献：
[1]《预制拼装桥墩造价分析》李朝晖
[2]《一种桥梁的全预制下部结构与施工方法与流程》张宏远
[3]《预制拼装桥墩技术规程》上海市工程建设规范
[4]《成都市预制拼装桥墩设计导则》
[5]《成都市预制拼装桥墩生产、施工与质量验收技术导则》
论文作者:段小林1,, 杨洪渊2
论文发表刊物:《防护工程》2018年第35期
论文发表时间:2019/3/4
标签：立柱论文; 桥墩论文; 钢筋论文; 套筒论文; 桥梁论文; 砂浆论文; 混凝土论文; 《防护工程》2018年第35期论文;