全预制拼装技术在城市高架桥中的应用分析.pdf

在我国，上部结构预制拼装技术已经非常成熟，然而下部结构预制拼装技术受到构件连接、抗震性能、施工精度等问题的制约，近几年才开始有了较快发展。文中对国内外高架桥全预制拼装技术进行简要概述，希望能够推动城市高架桥全预制拼装技术在国内的发展，并给广大桥梁工程师提供一定参考。关键词：预制；拼装；高架桥；应用中图分类号：TU74文献标识码：B文章编号：10 0 6-2 8 9 0（2 0 2 3）0 4-0 152-0 3Application Analysis of Fully Prefabricated Assembly Technology inUrbanElevated BridgesMa WeikangShanghai Municipal Engineering Design and Research Institute Group Xinjiang Co.Ltd.,Urumqi,Xinjiang 830000Abstract:The prefabrication and assembly technology of upper structures in China has become very mature.However,the prefabrication andassembly technology of lower structures is limited by issues such as component connection,seismic performance,and construction accuracy,and has only begun to develop rapidly in recent years.This article provides a brief overview of the full prefabrication and assembly technologyof domestic and foreign elevated bridges,hoping to promote the development of the full prefabrication and assembly technology of urbanelevated bridges in China and provide certain reference for bridge engineers.Key words:Prefabrication;Assembly;Viaduct;Application0引言桥梁的全预制拼装是指桥梁中的各部分均采用工厂预制的生产方式，然后运输至施工现场进行拼装成型的施工技术。工厂通常拥有先进的施工设备、高素质的施工人员和良好的生产条件，故桥梁的部件质量有较好的保障。其可以在基础施工过程中同时进行立柱、盖梁和上部结构的预制，改变了传统方式自下而上的施工顺序，可以大幅缩短工程工期。各桥梁部件可以在现场安装，有利于减少施工期间的围蔽范围和现场施工人数，缩短混凝土养生时间，缩减支架的架设，降低施工噪声和现场扬尘等。在日益注重环保和文化建设的今天，桥梁全预制拼装技术特别适合城市快速路高架、城市轨道交通高架的建设。预制拼装上部结构当前，上部结构的预制拼装技术已经相当成熟，按照梁体结构特点可分为T梁、空心板、小箱梁、大箱梁、桁架梁等；按照梁体材料可分为钢筋混凝土梁、预应力混凝土梁、钢梁、钢砼组合梁等；按照施工方式可分为整孔预制、分片预制、分段预制等；按照受力形式可分为简支梁、连续梁、简支变连续梁等。1.1T梁、小箱梁、空心板T梁、小箱梁、空心板的预制拼装技术较为成熟，多采用预应力混凝土材料，受力形式以简支为主，也可做成简支变连续形式。其特点是成本较低、设计施工工艺成熟，适合城市高架一作者简介：马维康（19 9 1-），男，新疆乌鲁木齐人，硕士，工程师，主要研究方向为桥梁设计。般地段。装配式预应力砼空心板经济跨径为13 2 2 m，板高1/161/23L（L 为计算跨径）。其造价较低，但跨径较小，下部结构立柱密集，一定程度上影响美观。小铰缝空心板相邻空心板之间的协同受力性能较低，小铰缝的耐久性较差，防水性能不佳。装配式T梁经济跨径为2 5 40 m，梁高1/12 1/2 0 L。其优点是跨越能力较强，受力良好，各主梁之间协同工作能力较好。缺点是从桥面往下看，梁底纵肋与横隔板纵横交错，影响桥下景观美观。装配式预应力砼小箱梁也是常见的城市桥梁结构形式。小箱梁多以等高简支变连续梁为主，也可做成带牛腿的等高简支梁。其经济跨径为2 5 3 5m，梁高1/15 1/2 5L。小箱梁跨越能力较好，桥下景观美观。1.2钢梁及钢一砼组合梁钢梁或钢砼组合梁因其较大的跨越能力和独特的施工方法，适用于跨越一些重要的高架节点，如道路交叉口、渠道、河流、铁路、高速公路等。等高钢梁实用跨径为3 5 6 0 m，梁高1/151/25L。钢桥通常采用正交异性桥面板，环氧沥青砼铺装。制作精度、焊接技术要求较高，同时，桥面铺装的疲劳开裂问题也是近几年研究的重点。钢一砼组合梁是在钢桥面板上铺设混凝土板并与顶板协同受力工作的结构形式，其用钢量比钢梁要低约10%2 0%，跨越较大。缺点在于工序较多，顶板需要焊接剪力键，钢梁完成吊1532023年4月工程技术与应用江西建材装后，还需要砼桥面板的浇筑和养生，多用于简支梁。如果做成连续梁形式，顶板需要张拉额外的负弯矩束。1.3连续预应力砼大箱梁预应力混凝土连续大箱梁是一种景观效果较佳的结构形式，按断面形式可分为直腹板、斜腹板、鱼腹式、飞燕式等。现浇箱梁按照施工方法可分为满堂支架现浇施工、悬臂浇筑施工、节段预制拼装施工等。与其他分片预制拼装施工不同，大箱梁通常采用横向划分节段，每个节段断面上设置剪力键传力，预制完成后运输至现场安装，是一种比较新颖的施工方法。预制箱梁按照预制节段之间的接缝形式可分为湿接缝、干接缝、胶接缝；按照预制模板形式可分为长线法预制和短线法预制；按照安装形式可分为逐跨拼装法和平衡悬臂法。2预制拼装点连接技术桥梁下部结构包括基础（常见的为桩基础及扩大基础）、墩柱、盖梁、桥台等，其作用是将上部结构传递来的荷载分散至地基，同时，在地震作用下维持结构稳定，不至于倾覆或者倒塌。传统下部结构均为现浇结构，城市高架桥下部结构施工时间往往占总工期的6 0%以上。下部结构的预制拼装技术可以大幅缩短墩柱、盖梁的施工时间，进而缩短总工期。下部结构中，桩基础和承台、扩大基础等地下部分通常采用现浇施工。具有实际效益和可操作性的预制拼装技术主要适用于墩柱、盖梁、桥台等。其中，墩柱和基础的连接、盖梁和墩柱的连接方式是近年来研究的主流方向 2 。目前，下部结构构件之间的连接方式主要有以下几种。2.1湿接缝连接这是最常用的一种连接方法，技术也较简单，即将桥墩阶段吊装就位，放置在临时支撑上，在相邻构件之间搭接或焊接钢筋，接缝采用后浇混凝土连接。该方式施工较简单，耐久性好，与现浇桥墩力学性能相近。缺点是时间较长，后浇混凝土养生时间长。2.2灌浆套筒连接灌浆套筒连接是用高强度的专用套筒，将相邻构件的主要受力钢筋进行头对头的连接，相邻构件分别伸出钢筋和预留套筒。每个套筒预留灌浆管与出浆管，在钢筋与套筒缝隙中间灌注高强度无收缩水泥灌浆料。相邻的混凝土接缝采用高强砂浆或环氧胶坐浆连接 3 。该连接方式对套筒质量和施工精度有很高要求，钢筋与套筒定位误差要求不大于2 mm。故预制构件时，必须采用定制胎架与定制的钢筋定位板。套筒材料为优质结构钢，一般要求套筒强度大于母材50%以上，抗拉试验试件要求断于母材，保证节点连接效果不低于母材。根据JG/T398一2 0 19 钢筋连接用灌浆套筒要求，钢筋接头实测抗拉强度应大于钢筋抗拉强度标准值的1.15倍。然而，该连接方式不适用于束筋连接，高烈度区下的应用效果需进一步研究。2.3灌浆波纹管连接灌浆波纹管连接在预制立柱、预制盖梁中预埋金属波纹管，节段间敷设高强砂浆，吊装就位后，向波纹管中灌注高强灌浆料完成钢筋连接。特点是施工误差相比灌浆套筒可稍微放宽，误差控制在5 10 mm。2.4后张预应力筋连接后张预应力筋连接是在预制构件预留预应力穿束孔道，在阶段之间采用坐浆连接，拼装完成后，张拉预应力筋并锚固，最后压浆封锚。其下端一般提前在承台或基础中锚固，上端张拉后，锚固在立柱顶部或盖梁中。立柱中钢束布置可采用U形或直线形钢绞线。2.5承插式连接承插式连接是指将预制桥墩整体插人预留插槽的基础或现浇基础，通过预留槽口注浆，或通过后期现浇将立柱下端与基础整体连接起来。其特点是立柱下端深人基础或承台的部分没有钢筋通过，对施工精度要求低。立柱与基础承台连接部分的抗震性能有待于进一步研究。2.6超高性能混凝土（UHPC）连接超高性能混凝土是一种近年来快速发展的新型复合材料，其特点是强度较高，抗压强度可达150 18 0 MPa，抗折强度可达1016MPa，是一种介于钢材和混凝土之间的高强混凝土材料。超高性能混凝土不使用粗骨料，而应用细骨料、高强水泥浆、高性能外加剂，并按比例掺入钢纤维达到优异的力学性能，还具有早强、免蒸养、自密实、无须振捣等良好的施工性能，可用于桥梁加固、承受疲劳荷载、维修抢险、构件接缝等多个场合；缺点是价格较高，超高性能混凝土价格在6 0 0 0 10 0 0 0 元/m，是常规混凝土价格的2 0 倍左右。下部结构预制拼装采用这种方式连接时，相邻构件均伸出主筋互相搭接，搭接长度不小于10 d（d 为被连接钢筋的直径）。同时，立柱做空心扩大头，扩头侧面预留灌注UHPC的孔道，底面坐浆连接。立柱吊装就位后，通过预留孔道注人UHPC，待UHPC强度达到3 0%（不低于40 MPa）后，吊装盖梁，就位后通过盖梁上预留的孔道灌注UHPC,完成构件的拼装4。该方法施工预制精度要求低，灌浆质量便于检查，速度也较快，力学性能接近甚至优于现浇接头，已经应用于乌鲁木齐市城北主干道工程平行匝道试验段。3预制拼装林性能分析目前，预制桥墩拼装技术主要应用于施工难度较大的跨越大河及海洋的大桥中，可加快施工进度，降低施工难度。我国预制桥墩研究起步较晚，对桥墩与基础连接部位的耗能能力、地震情况下的损伤机理、地震作用下结构计算的方法的探索等还处于起步阶段。相关国家性、行业性规范尚未出台，一定程度上限制了预制拼装下部结构的发展。4预制拼装附属结构预制拼装附属结构主要包括预制防撞墙、预制中央隔离墩。对于小箱梁、空心板等分片预制结构，防撞墙可与边梁作为整体同时生产，运输至现场吊装。吊装就位后，采用临时措施如花篮螺栓进行临时加固，防止防撞墙自重导致主梁倾覆。中央隔离墩可提前预制，现场吊装摆放成型，可根据实际路面线型灵活调整。预制节段长度2 3 m，节段之间使用定制钢插销将各节段连成整体，提高防撞性能。底部设置槽口，用于桥面横向排水 55综合效益预制拼装技术的核心思想是“化整为零”和“化零为整”，即把各部件拆开成为零散部件分别预制，运输至现场再将各部件拼接为整体。核心目标是尽量降低现场作业的资源投人和对周边环境的影响。具体表现为现场施工人员减少、工期和现场围蔽时间大幅缩短、对周边交通和环境负面影响降低、施工成本减少、工程质量提高等。构件在工厂提前预制完成后，由运输设备运至现场，再由吊装设备起吊安装，减少了工地现场作业和施工支架等繁复工（下转第156 页）156上接第153 页）2023年4月江西建材工程技术与应用与上部弦筋和下部弦筋均用电阻焊接，焊接接头应符合JG/T368-2012钢筋桁架楼承板的规定。下弦筋的间隔为固定数值，由生产单位提供。最后，需考虑到加筋桁架的高度与加筋位置关系，加筋桁架的层厚和加工机的性能密切相关 6 。由于加工设备使用及加工空间限制，加工时，钢筋桁架高度通常在7 5 2 7 0 mm之间。从钢筋桁架顶端到叠合板顶端，会产生1 2 个钢筋的保护层，其也可用作吊索。在桁架叠层高度较高情况下，钢筋桁架高度可适当降低，插人层间的深度应为穿水管间隙与弦筋直径的总和，且不应小于3 0 mm。3.4预制构件吊重分析3.4.1塔式起重机选型主要考虑因素（1）起重重量。吊装荷载=吊杆荷载+吊索重量。（2）起重能力。既要保证最大振幅部件的吊装能力，又要保证最大振幅范围内所有部件的吊装能力。（3）起重高度。塔吊应在塔吊自立和附连高度上进行计算，使吊件能够平行于建筑物外框架并高出2 m；高程计算应综合考虑吊索、吊具、构件高度之和以及安全间距。（4）起升速度。提升速度直接影响到PC施工安装效率，因此，应尽量选用提升速度较快的提升设备，保证其安全性。（5）控制精度。PC构件在安装过程中，必须进行对位和调试，吊装过程中对精度和稳定性的控制十分重要。当然，吊车的自重越大，其精确度及稳定性越好。3.4.2叠合板吊装叠合板吊装不得选择小于QTZ63型号的塔吊，在项目前期，应对预制构件荷载进行复核，然后对塔吊进行选型。而且，作。传统工艺需要的钢筋加工、支架搭设、模板安装、混凝土浇筑养生等工序，均提前简化在预制厂完成 6 。6结语综上所述，预制拼装技术作为一种新型集约环保的桥梁建造技术，在我国的推广发展刚刚起步。这种技术相比传统施工方法拥有巨大优势，值得大力推广，适合城市高架桥的建设，应从以下几个方面加强研究。（1）国家及相关行业应组织相关研究机构和专家，尽快研究形成一套实用性强、施工简便、技术体系成熟的设计、施工技术规范及规程，用于指导预制拼装技术在全国的推广应用。（2）地方政府应建立健全相应的城市预制拼装技术鼓励措施和相关法规，如优先考虑预制拼装工程、装配化率达到目标后给予奖励等，推动当地预制拼装技术落地。（3）优先在工程体量大、线型简单、断面单一的城市高架路工程项目上推广该技术。（4）对有资质、有能力、有水平的，掌握预制拼装设计与施塔吊服务范围一定要将装配式楼栋及叠合板堆放区全覆盖。（1）将叠合板吊起，在距离地面50 cm处停止吊起，检查钢丝绳、吊钩的受力情况，使叠合板保持水平，然后吊至作业层上空。（2）起吊时，吊索水平角度不得低于6 0，也就是层压板件的钢缆长度不能低于3 m。当风力超过5级时，不可进行吊装作业。4结语综上所述，叠合板施工技术能够提高施工效率，降低施工成本，已广泛应用于装配式建筑结构施工中。在工程实践中，应积极开展相关技术研究和创新，为实现绿色建筑可持续发展的目标作出贡献。参考文献【1甘正正.装配式建筑结构中叠合板施工技术研究【J.中国高新科技，2 0 2 2（2 1）：6 8-7 0.2赵祝祥，王炜贵，侯凌云。简析装配式建筑结构中的叠合板施工技术J.四川建材，2 0 2 2，48（7）：17 0-17 1.3杨海涛.装配式建筑结构中的叠合板施工技术分析【J】.房地产世界，2 0 2 2（7）：12 5-12 7.4任晓斌.装配式施工技术在建筑施工中的应用【J】.工程建设与设计，2 0 2 1（2 0）：16 0-16 2.【5丁国治，于海滨，赵青羽，等.装配式建筑结构中的叠合板施工技术分析J】.工程建设与设计，2 0 2 1（19）：2 0 4-2 0 6.6 苗青。简析装配式建筑结构中的叠合板施工技术J.建筑与预算，2 0 2 0（11）：7 0-7 2.工技术的相关企业给予政策倾斜，安排有生产能力的大型预制厂落地，分担预制拼装工程前期的资源投人。参考文献【1】刘专.分析大跨度公路桥梁中的钢箱梁施工技术J】.四川水泥，2021（5）:2 54-2 55.2赵志刚.预制拼装技术在市政公路桥梁中的应用J】.成都工业学院学报，2 0 19，2 2（3）：50-53.3岳翔峰.市政桥梁墩柱、盖梁预制拼装技术研究【J.居业，2022（12）:2 0 7-2 0 9.4金国海.城市桥梁预制拼装快速化施工关键技术【J.城市道桥与防洪，2 0 2 3（2）：146-148，153，2 0.5黄绪强.城市高架桥预制拼装施工要点及效益分析【J.散装水泥，2 0 2 3（1）：13 7-13 9.【6 王磊.全预制拼装技术在市政高架工程上的应用及思索【J】.城市道桥与防洪，2 0 2 0（6）：151-153，2 0-2 1.