装配式防撞墙生产运输工艺的研究及应用_崔猛.pdf

公路 年月第期 基金项目：上海市科学技术委员会支持项目，项目编号 收稿日期：文章编号：（）中图分类号：文献标识码：装配式防撞墙生产运输工艺的研究及应用崔猛，（上海公路桥梁（集团）有限公司上海市 ；上海城市基础设施更新工程技术研究中心上海市 ）摘要：装配式防撞墙预制不以特定边梁为基础，可灵活应用于新建、改建、大修工程中，具有“工厂化、标准化、绿色化”等优点。为提升装配式防撞墙施工质量，推进其定型化生产进程，对预埋件、模板、钢筋、混凝土等分项工程和防撞墙存放、翻身、运输等关键工艺进行了系统介绍及优化；并以上海市 公路昆阳路立交匝道新建工程为背景，对优化后的工艺进行了验证。文章还对节段防撞墙的发展方向进行了展望。关键词：桥梁工程；防撞墙；装配式；预制；定型化生产研究背景防撞墙作为桥梁的重要附属结构，不仅是车辆行驶时的安全防护，也是各类杆件、管线的安装载体，还直接影响了桥梁整体视觉效果。在桥梁工程中，防撞墙的工程量占比较小，现浇施工往往处于赶工收尾阶段；同时，防撞墙施工涉及高空作业，施工难度较大，会影响到防撞墙的施工质量。针对现浇防撞墙施工所存在的问题，业内开展了防撞墙工厂化预制施工研究，主要分为边梁防撞墙一体化预制和装配式防撞墙两种形式。边梁防撞墙一体化预制工艺与现浇工艺基本相同，但在缺少二期恒载的预应力梁上所预制的非预应力防撞墙易出现裂缝。另外，边梁防撞墙一体化预制时，单个构件自重增大，且通常为偏心构件，会使运输和安装的难度加大、风险增高。装配式防撞墙则将防撞墙作为独立的预制单元，在现场将其安装于已完成桥面混凝土铺装的边梁上。由于装配式防撞墙预制时不以特定边梁为基础，可灵活应用于各类新建、升级改造工程，成为了学者关注的热点。目前针对装配式防撞墙的研究主要集中在防撞墙与梁体间的连接方式上。这种连接可分为螺栓连接、后张预应力连接和超高性能混凝土（）连接类，其中，螺栓连接和后张预应力连接由于施工精度要求较高、连接处应力集中、构件耐久性不足等问题在工程实践中应用较少；连接凭借其施工便捷及良好的力学性能，在装配式防撞墙连接中具有广阔的应用前景。在以往的工程实践中，为了降低预制和安装施工难度，装配式防撞墙通常取消滴水檐，如图所示，。但防撞墙与梁体间的拼缝处理较困难，且与周边桥梁外观轮廓不协调，梁体也易受雨水污染。为此，本研究以带滴水檐、采用 连接的装配式防撞墙为研究对象，对其生产和运输工艺进行系统性研究，以期为后续同类工程提供参考。图装配式防撞墙常见简化形式装配式防撞墙生产运输工艺方案选取带阻爬坎的 形防撞墙（级）为研究对象，并且带滴水檐预制。防撞墙根部预留连接槽口及预埋筋，现场采用 同边梁连接，如图所示，以 和钢筋之间的握裹力和黏结力来承担汽车撞击荷载所产生的拉力。钢筋骨架片状化防撞墙与主梁采用 连接时，为适应防撞 年第期崔猛：装配式防撞墙生产运输工艺的研究及应用图防撞墙高性能混凝土连接示意墙节段预制及安装需求，将防撞墙号钢筋（预埋梁体）拆分为号和号钢筋。其中，号钢筋预埋在梁体内，如图所示；预制防撞墙骨架钢筋（号、号、号）采用片状组合结构以便于钢筋自动化加工，如图所示。单位：图防撞墙钢筋调整示意针对新建工程，钢筋骨架按设计间距布置在钢筋胎架相应的卡槽上；水平分布筋、拉筋按钢筋胎架上设定的限位布置并于钢筋骨架完成绑扎。针对既有桥梁防撞墙更换为装配式防撞墙，钢筋骨架片布置需结合原防撞墙在梁内的预埋筋复测数据，以减少装配式防撞墙安装时出现钢筋干涉的情形。构件混凝土倒置浇筑带滴水檐预制时，防撞墙下部为薄壁结构（最薄处约 ），并且预留钢筋较多。预制时若采用正图防撞墙钢筋片状化加工示意向浇筑，则下部滴水檐处混凝土振捣困难、不易密实，且滴水檐为薄壁结构，模板拆除时易造成滴水檐损坏；同时，预留筋处止浆困难，导致构件外观质量较难控制。因此，本研究预制防撞墙时，采用倒置浇筑工艺，即预制时防撞墙滴水檐处于上部，如图所示。单位：图防撞墙混凝土浇筑示意如图所示，混凝土在最上端一次性浇筑到位可以有效避免施工缝。但滴水檐最窄处仅 左右，若仅在此处设置浇筑点，则浇筑耗时较长，滴水檐处模板易被混凝土污染或发生局部凝结，导致滴水檐出现黏模现象。同时，防撞墙内钢筋、预埋管件布置较密，防撞墙预埋管以下部位，尤其是阻爬坎处混凝土振捣质量很难得到保证。为此在混凝土浇筑时采用“二次浇筑”工艺，第一次浇筑时浇筑防撞墙主体部分，浇筑振捣完成后，安装预留筋处的止浆梳子板；在第一次混凝土初凝前浇筑滴水檐部分混凝土（第二次浇筑），并按分层浇筑施工要求进行振捣。两次混凝土浇筑间隔根据试验确定。外包式模板体系设计及安装工艺传统的现浇防撞墙施工时，防撞墙内、外侧模板通常采用螺杆对拉以抵抗混凝土的侧压力，但模板在对拉螺杆开孔处易漏浆影响墙身外观质量。为此，针对带滴水檐的防撞墙结构特点，可采用如图所示的外包式模板体系，混凝土的侧压力通过板外侧支撑体系平衡，避免了模板开孔。外包模板体系主要由内、外侧模，底模和滴水檐侧模组成，底模与内、外侧模间通过螺栓定位销定位，内、外侧模上部通过螺杆定位；滴水檐对应处模板采用吊模工艺，其上、下 部位 采用 设 置在 内、外 模 上 的拉杆 组件定位。单位：图防撞墙外包式模板体系为适应曲线防撞墙生产需求，侧模分段制作，拼装时将中间段侧模板作为基准段，两侧的节段根据防撞墙的曲率进行调整。模板各组件采取“拉、顶、夹、压”的方法拼装，具体拼装流程如下。（）中间段外侧模板采用起重设备初定位后，外模顶拉杆实现定位销对位，打入定位销，底、外侧模间螺栓紧固。（）两端外模初定位后，根据防撞线形采用外模顶拉杆实现精定位，紧固模板间螺栓及顶拉杆。（）胎架上绑扎完成的钢筋笼入模，安装埋件。（）参照（）、（）安装内侧模（合模）。（）安装端模及端模限位；结合桥梁纵横曲率及纵坡，通过限位组件上的顶拉杆调整端模空间姿态，以确保防撞墙安装完成后拼缝齐平、竖直。（）安装滴水檐侧模及上下拉杆组件，调整上拉杆组件两端的螺母实现内、外模上部定位，调整上拉杆组件中间及下拉杆组件螺母定位滴水檐侧模，至此完成模板安装。在设有阻爬坎的防撞墙拆除模板时，待模板和起重设备有效连接后，调整模板底部的顶拉杆使其和混凝土面脱离并保持安全距离后再起吊、拆除模板。模板结构及吊点设计时应确保吊点和模板重心共面，以免模板拆除时损坏防撞墙混凝土面，如图所示。预埋件及吊点优化通常，防撞墙上附着有交安、监控、照明及声屏障等设施。防撞墙预制时，通常在对应位置安装预埋件。在现浇防撞墙及防撞墙边梁一体化预制时通常采用外置螺栓式埋件，如图（）所示。本研究中，预制防撞墙采用倒置浇筑工艺时，防撞墙顶面和底模密贴，采用外置螺栓式埋件需要在底模上预留孔洞。但防撞墙上各种不同的埋件类型和布置形式导致底模的通用性较低，且底模开洞处易漏浆影响防撞墙外观质量。为此，本研究将预埋螺栓改为套筒，且完全置于混凝土内部，如图（）所示。如此优化后，一方面，避免了防撞墙预制时底模开洞，提升了底模的通用性；另一方面，连接螺纹置于套筒内可有效避免连接螺纹锈蚀的问题，为运营检修提供便利。预制防撞墙吊点主要用于防撞墙场内移运以及现场安装两种工况，分别设置在预留筋处及防撞墙顶部。吊点设置精度对预制构件安装及脱模质量至关重要，吊点和构件重心需在同一条竖直线上，以确保起吊、安装过程中处于竖直状态。各种工况下均 公路 年第期 年第期崔猛：装配式防撞墙生产运输工艺的研究及应用图防撞墙埋件形式调整示意采用两个吊点对称吊装，吊点距构件端部均为，以确保各个吊点受力均匀。各工况下吊点设置如图所示。针对含背包的防撞墙，为便于构件起吊，在分段时将背包设置在防撞墙节段中部，此时防撞墙吊点与重心在横向存在偏心距。因此，该类构件采用四点吊装，其中两个主吊点设置同标准段防撞墙，两个辅助吊点设置在背包预埋件上，如图所示。单位：图标准防撞墙吊点设置示意图带背包防撞墙吊点纵向布置示意同螺栓外置式预埋件，采用传统外置式圆钢吊点会导致底模通用性差，并影响构件外观质量；同时，传统外置式圆钢吊点体积大，易与防撞墙内钢筋、预埋管线等位置干涉，吊点定位困难。为此，本研究吊点处预埋直螺纹套筒，吊装时套筒处拧入万向吊环螺栓作为吊点。防撞墙安装时，吊点还可兼作抗倾覆及线形控制杆件的着力点。待防撞墙安装完成后，拧出吊环螺栓，采用和墙身颜色相近的砂浆封堵吊装孔即可，可避免传统吊点割除时对防撞墙顶面的污染和损坏。防撞墙存放、翻身、运输工艺与桥梁的梁、板不同，防撞墙不规整截面及其配筋使其不具备水平叠放的条件，且较大的高厚比使其自身稳定性较差，存放时需要抗倾覆措施辅助。因此，本研究防撞墙存放时采用如图 所示的 形存放架，两节同等规格的防撞墙对称倒置存放于形存放架。形存放架的高度根据防撞墙倒置时的重心高度而定，以确保上支点位于防撞墙重心上方。单个存放架自重仅为 ，且无需与地面特别连接，可根据防撞墙节段长度及场地条件灵活摆放。图 防撞墙存放示意由于防撞墙预制和存放均为倒置状态，在构件出厂前需翻转 ，以便于现场起吊安装防撞墙。若采用长短钢丝绳（吊带）、沙坑等常规工艺翻转时，防撞墙滴水檐易受损，墙身易受污，并且翻身时吊点的预埋套筒在拉、弯、剪耦合作用下易损坏。为此，本研究设计了专用的防撞墙翻身架，在起重设备的配合下可完成防撞墙的无损快速翻身。翻身架构造及其工作流程如图 所示。图 防撞墙翻身架及翻转流程防撞墙翻身后，其自身无法直立，在运输过程中若相应的措施不到位，同样会导致防撞墙滴水檐损坏，墙身出现裂缝。本研究依照运输常用车辆参数设计了防撞墙专用运输支架，如图 所示。支撑点设置在防撞墙主体底面，使滴水檐处于悬空状态，以确保运输过程中滴水檐不损坏；同时，支撑点设置在重心外侧，在倾覆力矩的作用下，防撞墙主动倚在运输架中立柱上。运输时，背靠背的两个防撞墙为一个运输单元，以降低中立柱根部弯矩；同时，在外立柱上设置可快拆的限位块，使限位块作用点高于重心，以确保构件稳定。单个输运架有两个运输单元，可满足节防撞墙同时运输的需要。某工程装配式防撞墙的生产及运输 工程概况该工程为在现状 主线昆阳路东侧增设的一对菱形立交匝道（匝道），新建匝道桥通过对现状高架段拼接接入主线。匝道上部结构为简支刚接空心板梁（跨径为 ），防撞墙与 主线保持一致，为带阻爬坎的形 级混凝土护栏。本项目中，刚接空心板梁不同于常用的小箱梁，其自重较小而防撞墙自重较大，一体化预制时构件偏心严重，如图 所示，运输及安装过程中构件易出现倾覆。为此，防撞墙拟作为独立单元进行预制。根据 公路交通安全设施设计细则（）以及设计文件中梁长、真缝、假缝设置要求，并结合现场吊装工况，防撞墙标准节段长度设单位：图 防撞墙翻身架及翻转流程示意单位：图 边梁防撞墙一体化构件重心示意定为，每跨板梁对应节标准段及节非标段防撞墙。应用效果采用前述的装配式防撞墙成套预制工艺，目前已完成上海市 公路昆阳路立交匝道新建工程 节防撞墙的生产、运输任务，如图 所示。本工艺在提升装配式防撞墙质量的同时，还具有节能增效、助力预制构件绿色发展的社会效益。（）钢筋骨架片状化应用在提升钢筋加工机械 公路 年第期 年第期崔猛：装配式防撞墙生产运输工艺的研究及应用化程度及质量的同时，钢筋焊接接头数量降低了，主筋用量降低了。（）混凝土二次倒置浇筑工艺降低了混凝土振捣难度，确保构件密实及外观质量，有效避免了滴水檐处 混 凝 土 黏 模 的 问 题，混 凝 土 施 工 时 间 缩 短约。（）外包式模板体系及预埋套筒的应用，在简化模板体系、确保模板通用性的同时，大大提升了构件的外观质量及加工精度（误差）。（）形存放架在确保构件安全、灵活存放的同时，与常规斜支撑抗倾覆存放相比可节约占地；与传统沙坑及长短钢丝绳翻身工艺相比，专用翻身架可有效避免翻转时污染、损坏构件，避免了常规工艺翻身时预埋吊点在拉、弯、剪耦合作用下出现的破坏。（）预埋套筒吊点的应用，在不调整钢筋及埋管布置的前提下，吊点安装精度可控制在以内；与传 统 预 埋 圆 钢 吊 点 相 比，可 节 约 用 钢 量 以上。（）专用运输架不仅可以避免防撞墙在运输过程中的损坏，单车次运力还可提升约 ，以常用的 平板输运车为例，单车可运输个 标准防撞墙节段。图 装配式防撞墙成品存放及厂内试拼装结语本研究对装配式防撞墙预制及运输的工艺进行了创新，并在 昆阳路匝道工程中成功应用。与传统现浇防撞墙相比，预制拼装防撞墙具有“工厂化、标准化、绿色化”等优点；与边梁防撞墙一体化预制相比，装配式防撞墙预制不以特定边梁为基础，可灵活应用于新建或改建、大修工程中防撞墙的施工。装配式防撞墙单独作为独立预制构件，其结构标准化程度高、构件尺寸小，有利于生产的机械化、标准化，具有较大的推广价值。为提升防撞墙生产的工厂化、机械化、标准化水平，还可联合各相关单位从以下两个方面进行进一步研究。（）在桥梁单独更换防撞墙工程中，防撞墙与梁体采用在预留槽内浇筑 连接的形式可作为优选的方案。但针对新建及钢结构桥梁，防撞墙与梁体可通过预埋型钢连接，这样既可避免现场立模和浇筑混凝土，还可降低构件预制难度，提高机械化水平。（）防撞墙安装后，纵向拼缝通常采用榫卯结构、栓接等形式，对预制、安装精度要求高；同时梁长变化较大，导致防撞墙难以形成定型产品。在今后的研究中可参考管材等定型产品的思路，将不同等级的防撞墙定型化，预制时仅预制标准段，非标准段通过 标 准 段 切 割 形 成，段 与 段 间 采 用 标 准 连 接头、套。参考文献：周良，闫兴非，等工业化全预制桥梁设计施工关键技术研究及应用建设科技，（）：蒋玉明城市高架桥曲线防撞墙与箱梁整体预制工艺建筑施工，（）：卫张震 上海 公路地面中小桥全预制拼装技术 城市道桥与防洪，（）：王 志 超新型装配式混凝土防撞墙力学性能 研 究 沈阳建筑大学，蒋键锆，王银辉，李志勇，罗征超高性能混凝土节段拼装混凝土护栏受力性能分析科学技术与工程，（）：邵虎，梁亚平，李雷，王新荣装配式组合型桥梁护栏关键技术研究公路，（）：李景丰，贺志昂，樊智勇，李雪松 级装配式护栏纵向连接结构研究公路，（）：李清洋，管涛，苗子臻，魏志松，徐万林，高天骄 预制装配式技术在市政桥梁工程中的应用施工技术：中英文，（）：