章 凱

(合肥市市政設(shè)計研究總院有限公司，安徽 合肥 230041)

隨著我國城市化進(jìn)程的加速，城市基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)如火如荼，城市高架橋、立交橋建設(shè)數(shù)量日益增多，但市政基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)總體仍然處于勞動密集型水平，機械化程度較低，現(xiàn)場施工作業(yè)人員眾多，工程質(zhì)量有待提高，尤其是文明施工備受社會關(guān)注。傳統(tǒng)的建造模式存在高耗能、高污染、低效率的弊端，隨著國家交通強國建設(shè)的推進(jìn)，城鄉(xiāng)建設(shè)的理念正向高質(zhì)、高效、節(jié)能、環(huán)保轉(zhuǎn)變，基礎(chǔ)設(shè)施傳統(tǒng)建造模式向裝配化模式轉(zhuǎn)變迫在眉睫。

在橋梁建設(shè)方面，裝配式橋梁具有工業(yè)化、機械化、標(biāo)準(zhǔn)化、信息化等優(yōu)點，工程質(zhì)量可控，施工環(huán)境友好。

1 國內(nèi)裝配式橋梁的發(fā)展

裝配式橋梁技術(shù)是指在傳統(tǒng)施工工藝的基礎(chǔ)上，將橋梁構(gòu)件裝配化，實現(xiàn)橋墩墩柱、蓋梁、上部梁體等工廠預(yù)制、現(xiàn)場拼裝的橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計、建造技術(shù)。

國內(nèi)上部梁體的裝配化發(fā)展較早，主要應(yīng)用于公路及市政中小橋，包括預(yù)制空心板、T梁及小箱梁等。橋梁下部結(jié)構(gòu)的裝配化起步較晚，但發(fā)展迅速，隨著國家政策的導(dǎo)向，2015年以后裝配式橋梁有了新的突破，積累了一些建設(shè)經(jīng)驗，主要是下部結(jié)構(gòu)的預(yù)制拼裝技術(shù)。

2 裝配式橋梁的類型及應(yīng)用案例

國內(nèi)目前典型的裝配式高架橋工程包括上海嘉閔高架北二段工程、無錫鳳翔路工程、鄭州四環(huán)線工程、長沙湘府路工程等。

上海嘉閔高架北二段工程全長3.5 km，采用全預(yù)制裝配式工藝，上部結(jié)構(gòu)采用小箱梁(圖1)，下部結(jié)構(gòu)橋墩及蓋梁預(yù)制拼裝，承臺、樁基現(xiàn)場澆筑，施工總工期24個月。本工程是橋墩蓋梁預(yù)制拼裝工藝的第一次規(guī)模應(yīng)用，為住建部裝配式橋梁示范工程。無錫鳳翔路為高架快速路，全長10.3 km，主線為雙向六車道高架橋，采用全預(yù)制裝配式工藝，上部結(jié)構(gòu)采用小箱梁，下部結(jié)構(gòu)橋墩及蓋梁預(yù)制拼裝，承臺、樁基現(xiàn)場澆筑，施工總工期17個月。

圖1 預(yù)制小箱梁結(jié)構(gòu)效果圖

鄭州四環(huán)線全長93.3 km，其中主線高架67.8 km。上部結(jié)構(gòu)為預(yù)制節(jié)段梁(圖2)，下部結(jié)構(gòu)為現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)，建造了8個總面積約2 000畝的現(xiàn)代化預(yù)制場，是目前國內(nèi)最大的單體短線節(jié)段預(yù)制項目，施工總工期18個月。

圖2 預(yù)制節(jié)段梁結(jié)構(gòu)效果圖

長沙湘府路全長約11.5 km，主線高架全長約9 km。高架采用全預(yù)制裝配式工藝，上部結(jié)構(gòu)采用鋼-混組合梁(圖3)，下部結(jié)構(gòu)橋墩及蓋梁預(yù)制拼裝，承臺、樁基現(xiàn)場澆筑，施工總工期18個月。

圖3 鋼-混組合梁結(jié)構(gòu)效果圖

3 傳統(tǒng)現(xiàn)澆梁與裝配式結(jié)構(gòu)比選

現(xiàn)澆梁是我國城市高架橋采用的最主要結(jié)構(gòu)形式(圖4)，但其建造方式粗放，以現(xiàn)場作業(yè)為主，施工環(huán)境差。主梁施工時現(xiàn)場搭設(shè)滿堂支架，對現(xiàn)狀交通干擾大，勞動力整體素質(zhì)偏低，成品質(zhì)量難以控制。

圖4 現(xiàn)澆箱梁結(jié)構(gòu)效果圖

裝配式結(jié)構(gòu)通過工廠化、標(biāo)準(zhǔn)化、信息化等手段，可較好地控制產(chǎn)品內(nèi)在質(zhì)量和外觀形態(tài)，節(jié)約工程造價，上下部同步制作和現(xiàn)場拼裝，現(xiàn)場作業(yè)量小，施工環(huán)境友好，并最大限度減小施工期間對現(xiàn)狀交通的干擾。

4 裝配式橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計

目前裝配式橋梁上部結(jié)構(gòu)形式主要有預(yù)制小箱梁、預(yù)制節(jié)段梁、鋼-混組合梁；下部結(jié)構(gòu)裝配式主要是承臺以上部分，包括預(yù)制橋墩、預(yù)制蓋梁，樁基、承臺仍采用傳統(tǒng)現(xiàn)澆施工工藝。

4.1 上部結(jié)構(gòu)

預(yù)制小箱梁結(jié)構(gòu)是裝配式橋梁典型上部結(jié)構(gòu)方案，其構(gòu)造簡單，設(shè)計施工經(jīng)驗成熟，線形流暢輕盈，經(jīng)濟(jì)指標(biāo)合理，采用汽車吊或架橋機吊裝施工，吊裝完成后現(xiàn)澆橫向濕接縫，形成整體橋面，施工對現(xiàn)狀交通干擾小。由于構(gòu)造特點，小箱梁橋墩需設(shè)置蓋梁，蓋梁阻隔了橋下視線的連續(xù)性，景觀效果劣于無須設(shè)置蓋梁的現(xiàn)澆大箱梁。城市高架采用小箱梁方案時，可通過適當(dāng)加大橋梁凈空高度并對蓋梁進(jìn)行造型美化，弱化設(shè)置蓋梁的不利因素，改善景觀效果。

預(yù)制節(jié)段梁是將梁體分為若干節(jié)段，在工廠預(yù)制現(xiàn)場拼裝，通過張拉預(yù)應(yīng)力將節(jié)段連接成整體。梁體一般為等高度預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁，采用架橋機節(jié)段拼裝的方式施工，標(biāo)準(zhǔn)跨徑30～35 m。預(yù)制節(jié)段梁具有剛度大、整體性好、行車舒適等特點，其結(jié)構(gòu)斷面可以采用各種形式，與下部結(jié)構(gòu)協(xié)調(diào)匹配，景觀性較好。預(yù)制節(jié)段梁較難適應(yīng)復(fù)雜的道路線形，在橋梁曲線段及變寬段設(shè)計施工困難，同時由于上部梁體架設(shè)施工需逐跨作業(yè)，連續(xù)施工，進(jìn)度受控因素較多。另外，預(yù)制節(jié)段梁材料指標(biāo)高，架橋設(shè)備要求也高，總體造價偏高。預(yù)制節(jié)段梁在城市高架中運用范圍為交通、環(huán)境敏感區(qū)，對道路線形指標(biāo)要求較高，一般適合城市高架大規(guī)模使用。

鋼-混組合梁橋是通過剪力鍵將鋼梁與混凝土橋面板連接成整體，使兩者協(xié)同受力。組合梁橋充分發(fā)揮鋼材和混凝土這兩種材料的性能，既克服了鋼橋造價高、剛度小、鋼橋面鋪裝性能差的缺點，又克服了混凝土橋梁自重大、易開裂的缺點。鋼-混組合梁施工便捷，重量輕，用鋼量少，施工周期短，對地面交通影響小，在城市高架建設(shè)中頗具優(yōu)勢。

4.2 下部結(jié)構(gòu)

下部結(jié)構(gòu)預(yù)制拼裝是裝配式橋梁的關(guān)鍵技術(shù)，主要是橋墩墩柱、蓋梁采用裝配式，國內(nèi)發(fā)展較晚，主要是受制于預(yù)制構(gòu)件間的連接處理。目前的連接方式主要有套筒連接、金屬波紋管連接和預(yù)應(yīng)力筋連接。

套筒連接首先是在預(yù)制墩柱中預(yù)埋金屬套筒，承臺預(yù)埋的鋼筋插入墩柱預(yù)埋套筒內(nèi)并在套筒內(nèi)灌漿連接成整體。套筒連接施工精度要求高，現(xiàn)場施工時間短，工作量小，且造價適中，符合裝配式橋梁快速施工的理念。

金屬波紋管連接與套筒連接施工工藝類似，只是連接材料不同，但預(yù)埋鋼筋錨入波紋管的錨固長度比套筒連接增加較多。

預(yù)應(yīng)力筋連接是指預(yù)制構(gòu)件間接縫處采用環(huán)氧膠連接并通過張拉預(yù)應(yīng)力形成整體，應(yīng)用較多，設(shè)計及施工工藝成熟穩(wěn)定。但造價相對較高，施工工序較為煩瑣，且施工時間較長，不符合裝配式橋梁快速施工的理念。

通過國內(nèi)相關(guān)單位的試驗研究，采用灌漿套筒連接、灌漿波紋管連接的預(yù)制橋墩與傳統(tǒng)現(xiàn)澆混凝土橋墩的抗震性能類似，可滿足抗震的要求，目前采用套筒連接的案例較多。

5 結(jié)束語

裝配式橋梁通過工廠標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)，可培育大量技術(shù)熟練的產(chǎn)業(yè)工人，工程質(zhì)量大幅提升，主要施工工序均在工廠內(nèi)進(jìn)行，施工環(huán)境大為改善，采取大規(guī)模機械化生產(chǎn)，可有效減少現(xiàn)場施工人員30%以上，采取預(yù)制吊裝的施工工藝，最大限度減少了對現(xiàn)狀交通的干擾。

目前國內(nèi)裝配式橋梁還處于探索實踐階段，預(yù)制梁場的投資建造模式、配套施工機械的研發(fā)生產(chǎn)等環(huán)節(jié)仍需充分研究，裝配式橋梁設(shè)計、施工、養(yǎng)護(hù)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系亟待完善。裝配式橋梁造價經(jīng)濟(jì)和施工工期短的優(yōu)勢短期內(nèi)還未完全發(fā)揮，但隨著技術(shù)的成熟，裝配式橋梁必將成為行業(yè)的發(fā)展方向。