張 一 諾

(西安交通工程學(xué)院，陜西 西安 710300)

1 工程概況

自2016年以來，國務(wù)院和住建部大力推行裝配式建筑截至到現(xiàn)在，已經(jīng)歷時五年多，裝配式施工以其無法替代的優(yōu)勢在建筑工程領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，但在鐵路橋梁工程領(lǐng)域結(jié)構(gòu)施工目前還大多采用現(xiàn)澆混凝土傳統(tǒng)施工工藝,這與國家倡導(dǎo)尚有一定距離。新疆和若鐵路S3標(biāo)地處塔克拉瑪干沙漠南緣，自然條件極為惡劣，風(fēng)沙大，施工用水困難，建設(shè)指揮部以橋墩預(yù)制裝配式施工技術(shù)應(yīng)用作為技術(shù)創(chuàng)新目標(biāo)，決定以S3標(biāo)管段范圍內(nèi)尼雅河特大橋、若克雅特大橋、亞通古孜民洛高速特大橋作為試點(diǎn)單位工程，采用預(yù)制裝配式橋墩結(jié)構(gòu)；3座特大橋共計434個墩身，其中墩柱預(yù)制1 154節(jié)、蓋梁預(yù)制434個。預(yù)制裝配式橋墩所在墩位的橋梁跨徑均為32 m,上部結(jié)構(gòu)為簡支T梁。具備規(guī)?；a(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)。

加之鐵路途徑地區(qū)屬于溫帶荒漠性氣候，年降水量30.5 mm，年蒸發(fā)量2 756 mm，氣候異常干旱、多風(fēng)少雨，晝夜溫差大。尤其在戈壁沙漠中風(fēng)的頻率高，風(fēng)力強(qiáng)，一經(jīng)起風(fēng)，便飛沙漫天，遮天蔽日，能見度極低，確有實(shí)施預(yù)制裝配式橋墩結(jié)構(gòu)之必要。

2 設(shè)計情況

橋墩設(shè)計均采用薄壁空心雙柱式橋墩，各部位均采用C50高性能混凝土，根據(jù)墩身的高度分為兩種類型：

1)墩高H≤12 m時，墩柱外徑為1.8 m，壁厚0.4 m，墩柱橫向中心距2.8 m，墩身整節(jié)預(yù)制；最大吊重53 t。

2)墩高12 m

墩柱與承臺結(jié)合部的抗剪性能差，是結(jié)構(gòu)受力的薄弱部位,承臺與墩柱的接縫采用灌漿濕接縫；墩柱與承臺之間的連接，采用墩柱內(nèi)底部設(shè)C50后澆實(shí)體段混凝土，φ1.8 m墩柱澆筑高度1.2 m，φ2.0 m墩柱澆筑高度3.2 m，后澆段內(nèi)設(shè)連接鋼筋，連接鋼筋預(yù)埋在承臺內(nèi)，φ2.0 m的墩柱與墩柱之間連接位置設(shè)置有定位高10 cm、寬19.5 cm的定位榫；蓋梁與墩柱之間連接位置設(shè)置有高15 cm、直徑119 cm(99 cm)的定位榫，見圖1。

單個墩柱均勻設(shè)置6個豎向預(yù)應(yīng)力鋼束，每個墩位12束，將橋墩錨固在承臺上，采用自沉式P錨體系將鋼束固定端錨固在承臺錨穴內(nèi)。使用時，按需要預(yù)埋埋入承臺深度1.6 m位置，待混凝士凝固到設(shè)計強(qiáng)度后，再進(jìn)行張拉。張拉端設(shè)置于蓋梁頂部(見圖2)。

墩柱鋼筋采用雙層環(huán)形鋼筋籠，主筋采用HRB400直徑12 mm的鋼筋，箍筋采用HPB300直徑10 mm的鋼筋。

3 施工過程

3.1 預(yù)制場建設(shè)

預(yù)制場結(jié)合梁場建設(shè)，統(tǒng)籌考慮，擴(kuò)大了梁場征地和建設(shè)面積，對預(yù)制場地按要求進(jìn)行了地基處理，地面采用混凝土進(jìn)行了硬化，并設(shè)置了必要的排水設(shè)施，預(yù)制場設(shè)置蓋梁預(yù)制區(qū)、立柱預(yù)制區(qū)、箱梁預(yù)制區(qū)、鋼筋配送中心及生活辦公區(qū)；每個預(yù)制區(qū)分為澆筑區(qū)、存放區(qū)、鋼筋綁扎區(qū)，加工中心配送好的半成品鋼筋配送至各分區(qū)綁扎區(qū)，實(shí)現(xiàn)了流水化作業(yè)。

3.2 墩身、蓋梁工廠化預(yù)制

墩柱和蓋梁在預(yù)制場內(nèi)預(yù)制，為了節(jié)省場地和起吊方便墩柱采用豎向澆筑的方式。為了保證在嚴(yán)寒、風(fēng)沙、鹽漬環(huán)境混凝土橋墩耐久性，混凝土宜選用較小水膠比和較小的坍落度，混凝土連續(xù)供應(yīng)，加強(qiáng)振搗，插入式振搗棒快插慢拔，遠(yuǎn)離模板和不觸動鋼筋，盡量縮短澆筑時間。在澆筑地點(diǎn)制作同養(yǎng)試件不少于2組。作為養(yǎng)護(hù)、拆模、承受荷載(吊裝)之需。

混凝土澆筑完畢后帶模正溫養(yǎng)護(hù)2 d～3 d，養(yǎng)護(hù)期間要確保混凝土與環(huán)境溫差不得大于15 ℃，待墩柱混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計強(qiáng)度的75%以上時方可拆模，模板拆除時混凝土內(nèi)外溫差以及與外部氣溫之間的溫差亦不得大于15 ℃，拆除模板后隨即采用“一布一膜”包裹，夏期頂部不間斷噴淋養(yǎng)護(hù)，冬期施工采用蒸汽養(yǎng)護(hù)，提高了墩身耐久性。待達(dá)到設(shè)計強(qiáng)度的90%以上時吊離澆筑臺座，墩柱在預(yù)制場存放區(qū)為立式存放。

3.3 裝配式墩身、蓋梁運(yùn)輸

橋墩、蓋梁預(yù)制件一般基本上屬于長大構(gòu)件，加之其自身結(jié)構(gòu)受力形式的特殊情況，對裝運(yùn)有著更高的要求，操作不慎，會造成構(gòu)件損毀。

在裝運(yùn)過程中要注意以下幾個方面：

1)蓋梁在工廠內(nèi)的起吊裝車，由起重行車配合進(jìn)行。為了克服運(yùn)輸過程中蓋梁受力存在結(jié)構(gòu)安全的風(fēng)險，采用運(yùn)梁托架，將擱置點(diǎn)受力由承載梁轉(zhuǎn)換至平板車。

2)構(gòu)件裝車后，兩側(cè)前后用鋼絲繩進(jìn)行捆綁，鋼絲繩與構(gòu)件棱角接觸部位采用橡膠襯墊后利用手拉葫蘆收緊繩索。

3)考慮到裝載穩(wěn)定性以及運(yùn)輸?shù)缆废薷叩纫蛩?，采用橫臥兩端擱置，擱置點(diǎn)常規(guī)采用木方或橡膠墊塊，確保墩身外觀不受損。

4)運(yùn)輸?shù)缆芬ＷC堅實(shí)平整；運(yùn)輸過程中，平板車不超過5 km/h的時速。

5)構(gòu)件運(yùn)至指定位置后，按既定卸車方案要求操作、卸車。

3.4 裝配式墩身安裝

1)橋墩承臺施工。

按設(shè)計圖紙和已經(jīng)施工完成的樁基位置放出承臺位置；然后進(jìn)行承臺基坑開挖，開挖至承臺底標(biāo)高后施作承臺底墊層混凝土，再對墩柱中心點(diǎn)精確放樣，精確定位預(yù)留直筒錨穴孔、墩身實(shí)體段鋼筋籠位置。支立承臺模板并同時綁扎承臺鋼筋，經(jīng)監(jiān)理工程師驗(yàn)收合格后，澆筑承臺混凝土(見圖3)。

2)承臺施工完成后，安裝鋼絞線束，澆筑錨穴內(nèi)自流平混凝土進(jìn)行錨固；再將承臺頂面雜物清掃，將墩身實(shí)體段鋼筋籠底面浮漿鑿除，并沖洗干凈，對頂面標(biāo)高進(jìn)行復(fù)測，對墩柱中心點(diǎn)精確定位，調(diào)整墩身實(shí)體段鋼筋籠(連接鋼筋)，彈出十字線并延長至承臺邊緣(如圖4，圖5所示)。

3)預(yù)制墩身吊裝就位。

待承臺混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計強(qiáng)度后吊運(yùn)、安裝預(yù)制墩。根據(jù)吊重和作業(yè)現(xiàn)場條件，選用了徐工RT150越野輪胎式汽車吊，構(gòu)架捆綁采用鋼絲繩加橡膠襯墊方式，吊裝過程中要保護(hù)墩身側(cè)壁混凝土不受損傷。將墩柱第一節(jié)吊起，用牽引繩牽引鋼絞線束入孔道，墩柱底套在墩身實(shí)體段鋼筋籠上，將墩柱吊裝到位，安裝墩柱調(diào)節(jié)牛腿及千斤頂，再根據(jù)劃出的外部圈線進(jìn)行精確調(diào)整平面位置和垂直度，灌注接縫灌漿料。

4)第一節(jié)墩身實(shí)體段混凝土澆筑。

預(yù)制墩吊裝就位，待接縫灌漿料強(qiáng)度達(dá)到20 MPa后，從墩柱頂面通過串筒澆筑第一節(jié)墩身實(shí)體段混凝土澆筑。

5)待實(shí)體段混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計值75%后，安裝第二節(jié)墩柱；安裝好第二節(jié)墩柱后，安裝墩柱與墩柱的臨時固結(jié)鋼桿件。

6)待接縫膠固化后安裝蓋梁→待鋼絞線束錨固混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計值100%后，張拉預(yù)應(yīng)力束，拆除臨時固定裝置→完成后續(xù)張拉、壓漿工序。

7)安裝過程中的偏差控制。

吊裝、拼裝過程中，要從以下幾個方面進(jìn)行偏差控制：

a.預(yù)制墩柱軸線偏位不得大于10 mm；

b.預(yù)制墩柱高度偏差控制在-10 mm～+15 mm范圍內(nèi)，預(yù)制墩柱頂面高程偏差應(yīng)控制在±10 mm；

c.柱內(nèi)、外截面輪廓偏離設(shè)計線形應(yīng)控制在±20 mm內(nèi)；

d.預(yù)制墩柱拼裝垂直度0.5%。

4 工藝總結(jié)

裝配式橋墩包含預(yù)制的墩身和蓋梁,墩身內(nèi)設(shè)有若干束豎向的鋼絞線,蓋梁內(nèi)設(shè)有若干個豎向的通孔,每個通孔的位置、大小和每一束鋼絞線的位置一一對應(yīng),每一束鋼絞線的一端位于墩身底部、另一端位于蓋梁頂部,鋼絞線為后張拉鋼絞線，能夠?qū)⒍丈砗蜕w梁連接形成整體，提高連接質(zhì)量,提升結(jié)構(gòu)的整體性能和抗震性。

1)在預(yù)制場批量化生產(chǎn)混凝土構(gòu)件，基本不受外界條件的限制；

2)采用自沉式P錨施工工藝，預(yù)應(yīng)力鋼束錨固端可以直接埋入承臺，提高了墩底截面受力并同時發(fā)揮預(yù)應(yīng)力鋼束抗彎能力強(qiáng)的性能；

3)大件運(yùn)輸，對裝吊設(shè)備、運(yùn)輸設(shè)備以及操作人員熟練程度、操作水平要求較高；要對操作人員進(jìn)行培訓(xùn)，其施作的每個環(huán)節(jié)必須按照技術(shù)交底操作到位；

4)預(yù)制裝配式橋梁下部結(jié)構(gòu)系將橋墩分解成承臺、墩身、蓋梁(墩帽)等，其關(guān)鍵工序是構(gòu)件預(yù)制、運(yùn)輸、吊裝就位連接、預(yù)應(yīng)力張拉、混凝土填縫。尤其是承臺與墩身連接工序處理至為關(guān)鍵；

5)裝配式墩臺的連接方式主要依賴于預(yù)應(yīng)力鋼束。采用的預(yù)應(yīng)力鋼材主要有高強(qiáng)度低松弛鋼絲。張拉位置一般采用墩帽頂(蓋梁)上張拉，操作較為方便，但張拉操作人員及設(shè)備均處于高空作業(yè)。

5 取得的效果

1)預(yù)制、裝配式施工工藝提高了專業(yè)化、機(jī)械化施工水平，在預(yù)制場內(nèi)，通過先進(jìn)的工裝設(shè)備，實(shí)現(xiàn)了高精度胎架鋼筋加工、測量放樣、大塊模板安裝、混凝土澆筑質(zhì)量控制，齡期養(yǎng)護(hù)，提高了墩身、蓋梁、箱梁標(biāo)準(zhǔn)化、精細(xì)化專業(yè)施工水平；

2)變常規(guī)依次施工為平行流水施工，緊密銜接了各道施工工序，大大縮短了工期；改變了傳統(tǒng)條件下先地下樁基礎(chǔ)、承臺、墩身等依次施工的弊端；在鉆孔樁、承臺在現(xiàn)場施工的同時，在預(yù)制場同時生產(chǎn)墩身、蓋梁、箱梁，減少了不必要的立模板、等強(qiáng)、工序驗(yàn)收環(huán)節(jié)；經(jīng)與傳統(tǒng)施工對比，縮短了40%以上工期；

3)在顯著提升工程質(zhì)量同時，大大改善了作業(yè)人員工作條件，減少了作業(yè)人員露天作業(yè)時間；

4)由于構(gòu)件在預(yù)制場專業(yè)化生產(chǎn)，從而改善了勞動環(huán)境，尤其是大大減少了作業(yè)人員在風(fēng)沙地區(qū)露天作業(yè)時間；

5)明顯減少了在現(xiàn)場的臨時設(shè)施投入和占地面積，減少了對橋址區(qū)的施工污染。