周 旋

[上海市城市建設設計研究總院（集團）有限公司，上海市200125]

0 引言

隨著我國經(jīng)濟社會的不斷發(fā)展，近二十年來城市高架橋的建設迎來了高潮。傳統(tǒng)的橋梁建設方式采用現(xiàn)澆施工，需要現(xiàn)場搭設大量支架和模板、綁扎鋼筋，施工周期較長，施工的噪聲和場地占用對于周邊影響較大，工程質量控制也有一定的波動。近些年來國內橋梁建設逐步推廣應用的預制拼裝技術，是伴隨著工業(yè)化進程應運而生的一項新技術，即橋梁結構構件在工廠中生產(chǎn)，通過現(xiàn)場安裝“搭積木”的方式組成整體。相比于現(xiàn)澆施工，這種采用標準化設計、工廠化生產(chǎn)和裝配化施工模式的預制拼裝技術主要有以下幾點優(yōu)勢[1-2]：具有更高的構件質量和施工精度；減少場地占用和交通影響，降低對周邊的干擾；顯著減少現(xiàn)場作業(yè)人工，在人工費用日益增長的背景下具有顯著經(jīng)濟優(yōu)勢；各工序并聯(lián)展開，減少工期。

1 工程概況

1.1 工程范圍

二環(huán)北路及東西延伸段智慧快速路是浙江省紹興市“六橫八縱”快速路網(wǎng)的重要組成部分，是一條連接柯橋區(qū)和越城區(qū)市區(qū)的重要通道。工程范圍西起鏡水路，東至越東路，全長約11.6 km，全線采用“高架+ 地面”的敷設形式，高架包含主線高架和越東路互通立交一座。工程線路規(guī)劃里程適中，線形單一，基礎、橋墩以及上部結構型式等變化較少，工程量大，有現(xiàn)狀地面道路作為運輸大型構件的通道，十分適合采用預制拼裝技術。

1.2 建設條件

紹興市位于浙江省中北部、杭州灣南岸，地處亞熱帶季風氣候區(qū)，季風顯著，四季分明，氣候溫和，濕潤多雨。歷年平均氣溫16.4 ℃，極端最高氣溫39.5 ℃，極端最低氣溫-10.1 ℃，相對濕度80%左右，歷年十分鐘平均最大風速2.1 m/s。

1.3 設計標準

（1）道路等級：城市快速路兼顧一級公路標準。

（2）設計使用年限：100 a。

（3）荷載標準：城-A 級，公路-I 級荷載復核驗算。

（4）設計安全等級：一級。

（5）抗震標準：地震基本烈度6 度，抗震措施按7度設防。

1.4 總體設計

本工程是在現(xiàn)有地面道路的基礎上，采用新建高架橋的方式達到快速路標準。主線高架標準橋寬為27 m，雙向六車道，標準斷面如圖1 所示。高架橋梁的上部結構型式主要采用預制小箱梁方案，標準跨徑30 m；跨越路口、河道及航道等跨徑較大位置則采用簡支鋼混組合梁、連續(xù)鋼箱梁方案。下部結構采用預制拼裝工藝，立柱與蓋梁為預制構件。

圖1 高架標準橫斷面（單位：mm）

2 上部結構預制方案

2.1 標準段上部結構

本工程標準段采用市政工程中較為常見的預制小箱梁結構，原因是小箱梁結構設計和施工經(jīng)驗都很成熟，跨徑適中，預制梁重量一般控制在150 t 以內。履帶吊、汽車吊、架橋機等施工機械均適用，施工速度快，對地面交通影響較小。

預制小箱梁的結構體系主要分為兩類：結構簡支橋面連續(xù)和先簡支后結構連續(xù)。簡支變連續(xù)的結構體系在結構的剛度、耐久性及后期維養(yǎng)方面優(yōu)于橋面連續(xù)方案，但在施工復雜程度、施工速度和經(jīng)濟性方面遜于橋面連續(xù)方案。本工程設計方案兼具兩者優(yōu)點：標準寬度段橋梁結構采用先簡支后連續(xù)小箱梁結構，在橋面寬度變化幅度較大，連續(xù)小箱梁無法適應時，采用結構簡支橋面連續(xù)小箱梁，并采取措施優(yōu)化橋面連續(xù)構造，加強橋面連續(xù)剛度，提高耐久性。

小箱梁標準跨徑取30 m，梁高1.6 m。簡支變連續(xù)小箱梁采用窄接縫設計，濕接縫的寬度為30 cm，取消了常規(guī)小箱梁翼緣濕接縫鋼筋的焊接工作，大幅降低現(xiàn)場的工作量，加快施工速度，同時避免了焊接接頭引起的潛在疲勞問題。小箱梁濕接縫采用C80 混凝土，頂板環(huán)形筋伸出梁端27 cm。

2.2 節(jié)點上部結構

當跨徑大于35 m 后小箱梁結構跨徑不能滿足要求，需考慮采用跨越能力更強的結構?？紤]到現(xiàn)場施工的便捷性和快速性，選用鋼混組合梁和鋼箱梁，可分段預制現(xiàn)場安裝。本工程中跨徑在35～60 m 之間，采用簡支鋼混組合梁方案，跨徑大于60 m，采用連續(xù)鋼箱梁方案。

組合梁在梁端梁高1.6 m，和小箱梁保持一致，在跨中位置不同跨徑梁高1.84～2.94 m。鋼結構部分采用全焊接鋼梁。鋼梁由主梁、橫梁組成，主梁為U型槽結構，鋼梁上翼緣板頂面設置剪力鍵，與混凝土橋面板連為整體，剪力鍵采用圓柱頭焊釘?；炷涟搴駷?.22 m，采用現(xiàn)場整體現(xiàn)澆的施工方式。為方便施工降低造價，采用鋼筋桁架樓承板作為澆筑混凝土板時的底模，既方便施工，又能為混凝土板提供足夠的剛度支撐，減少混凝土板內的鋼筋用量。

鋼箱梁一般采用多跨連續(xù)梁，為單箱多室整幅斷面，鋼箱梁采用正交異性橋面板，頂板最小厚度16 mm，設置U 形加勁肋，底板最小厚度16 mm，設置一字肋，腹板最小厚度14 mm，根據(jù)受力情況在受壓區(qū)設置縱向加勁肋。

3 下部結構預制方案

主線標準下部結構采用雙立柱帶大挑臂蓋梁橋墩，立柱間距4.8 m，立柱與蓋梁采用工廠預制、現(xiàn)場安裝，承臺和樁基礎現(xiàn)場澆筑。

3.1 預制蓋梁

3.1.1 設計方案

預制蓋梁目前通常使用的方案有整體式預制方案和分節(jié)段預制方案，其中分節(jié)段預制又根據(jù)連接方式分為現(xiàn)澆混凝土連接和環(huán)氧膠連接方案。對三種方案進行比選見表1。

表1 預制蓋梁設計方案比較

根據(jù)上部橋面寬度及立柱間距需求，蓋梁采用預應力混凝土結構，蓋梁長25.54 m，高2.7 m，寬2.6 m，整個蓋梁的重量達到了362 t。采用整體吊裝方案對于運輸路線設備、吊裝設備要求都非常高，因此不適合在本工程中使用。而三節(jié)段膠接方案，雖然施工周期較短，但對于預制和安裝精度要求高、施工難度大。由于本工程線路長，且具有大量的預制蓋梁，因此對精度和難度要求更低、成本也較低的兩節(jié)段濕接方案較為合適。

蓋梁分兩節(jié)段預制裝配，在立柱之間設置1.5 m的現(xiàn)澆段。預制墩柱和預制蓋梁之間采用灌漿套筒連接，采用直徑40 mm 鋼筋連接，套筒設置在蓋梁內部，長度80 cm，套筒內灌注TZH10 型高強砂漿，28 d齡期抗壓強度大于等于100 MPa。墩柱和蓋梁設置2 cm 厚的砂漿墊層。

3.1.2 施工方案

兩節(jié)段蓋梁的安裝方式主要有少支架法、預設牛腿法、抱箍法、反拉法等[3]。

少支架法是較為常用的施工方法。在蓋梁懸臂端下搭設支架，支架和立柱共同承擔蓋梁自重，在兩段蓋梁連接為整體前保持蓋梁的穩(wěn)定性。支架法不需要在墩柱上設置預埋件，外觀效果好，支架位置和高度靈活，施工方便。雖然這種支架會占據(jù)部分地面道路空間，但考慮現(xiàn)狀道路寬，交通導改難度較小，故本工程中大量應用了這種方法，如圖2 所示。

圖2 少支架法安裝蓋梁示意圖

預設牛腿法是在墩柱預留孔洞，使用銷棒等預埋件將兩段牛腿固定在立柱上，在牛腿上搭設平臺以支撐蓋梁（如圖3 所示）。這種方法最大的優(yōu)勢是因不存在支架，對地面交通影響較小，但其施工難度較大，需兩片蓋梁同時安裝到位，并嚴格控制兩側荷載平衡。本工程由于蓋梁懸臂長度長，平臺高度高，經(jīng)驗算后無法滿足地面道路的通行凈高要求，因此并不適用。

圖3 預設牛腿法安裝蓋梁示意圖

抱箍法主要應用在圓形的立柱中，利用抱箍與立柱的摩擦力來承擔蓋梁的自重。由于本工程中使用的立柱為方形立柱，這種施工方式也不適用。

反拉法是一種較為新穎的施工方法，在承臺和蓋梁內部設置預埋件，通過在蓋梁內側設置高強度的后錨拉桿，用以抵抗蓋梁的傾覆力矩，如圖4 所示。這種施工方法可以最大程度釋放施工空間給地面道路使用，但施工過程中拉桿張拉力需要動態(tài)平衡，控制要求高，在地面道路交通導改壓力大的位置具有較為明顯的社會效益，現(xiàn)場圖片（見圖5）。

圖4 反拉法安裝蓋梁示意圖

圖5 反拉法安裝蓋梁現(xiàn)場施工圖

反拉法的主要施工步驟為：承臺預埋錨桿→蓋梁預制時預埋管道→立柱頂面座漿施工→自調平吊具安裝及調平→對位及初步下落→安裝臨時拉桿→初步張拉拉桿→灌漿套筒內壓漿→相同步驟安裝另一側蓋梁→蓋梁現(xiàn)澆段施工合攏→拆除臨時拉桿系統(tǒng)→預埋管道灌漿。

反拉鋼筋采用大直徑高強精軋螺紋鋼以減少張拉根數(shù)，取3 根PSB 強度不小于930 MPa 的精軋螺紋鋼，直徑50 mm，單根精軋螺紋鋼張拉反力為1 127.7 kN。

3.2 預制立柱

立柱采用預制鋼筋混凝土結構，墩柱為矩形斷面，橫橋向寬2.0 m，順橋向寬2.0 m，高度小于13 m整根預制，高度大于13 m 分兩節(jié)段預制。

預制立柱和承臺之間同樣采用灌漿套筒連接，套筒設置在立柱內部，連接構造和要求與蓋梁連接部位一致。

兩節(jié)預制立柱之間采用環(huán)氧粘結劑連接。考慮連接部位壓應力不小于0.2 MPa，上節(jié)段立柱高度不應小于8 m，可保證連接段壓應力要求。

4 防撞墻預制方案

目前預制防撞墻主要有兩種實現(xiàn)方案：邊梁帶防撞墻一同預制安裝和防撞墻分段單獨預制現(xiàn)場連接。

兩種方式各有利弊。邊梁帶防撞墻一同預制安裝方案無現(xiàn)場連接工作，簡單快捷；同時防撞墻和小箱梁一同預制，可以保證防撞墻的線形平順，外觀效果好。但由于邊梁帶防撞墻預制，不管是制造、存儲、運輸和安裝期間，梁體都存在偏心，需采用有效的固定措施防止梁體傾覆失穩(wěn)；單片梁重量相比正常增加40 t 左右，對運輸?shù)跹b機械設備的要求也會增加。

防撞墻分段單獨預制現(xiàn)場連接方案最大的優(yōu)勢在于運輸?shù)跹b過程靈活簡單方便，梁體穩(wěn)定性好。但現(xiàn)場連接部位需要采用UHPC 或高強度混凝土，現(xiàn)場工作量大，線形保持平順難度大，整體造價也偏高。

綜合各方面考慮，本工程選擇采用邊梁帶防撞墻一同預制安裝方案，并采取措施保證梁體整個過程中的穩(wěn)定性。在運輸過程中，在靠近中梁一側采用花籃螺絲拉住，靠近防撞墻一側則采用支托加以支撐。在吊裝過程中設置橫吊梁，保證吊裝中心與小箱梁質心重合。在小箱梁架設在蓋梁之后采用花籃螺絲將邊梁內側端部的預留鋼筋與蓋梁上的鋼絞線吊耳拉緊，同時在蓋梁擋塊頂部與小箱梁底設置臨時加固措施。

5 結語

預制拼裝技術目前已經(jīng)逐漸大規(guī)模地應用在城市高架橋梁中，而且結構型式也豐富多樣。設計的關鍵點在于應該結合現(xiàn)場施工實際，從結構型式、分段位置、連接件選擇等各個維度進行比較，選擇最合理的設計方案，以達到設計和施工的密切結合，充分發(fā)揮裝配式橋梁的優(yōu)勢。