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预制拼装技术在公路桥梁建造技术中的应用

发表时间：2021/6/4 来源：《基层建设》2021年第2期作者：李光均

[导读] 摘要：预制拼装技术是将桥梁分为若干部件，工厂内集中管理进行工厂化预制生产，充分采用先进的半自动或自动化的施工技术，大规模工业化制造，在工厂预制完成后运至桥位进行组拼，通过现场连接将部件整体拼装成桥的施工工艺。本文通过对上海S3公路和S7公路工程桥梁桥台、墩柱、盖梁、小箱梁、防撞墙预制拼装方案的介绍，重点说明采用工厂化预制桥台、墩柱、盖梁、箱梁，现场利用大型吊机吊装安装成桥的方法，为类似工程提供借鉴

        中铁上海工程局集团第一工程有限公司
        摘要：预制拼装技术是将桥梁分为若干部件，工厂内集中管理进行工厂化预制生产，充分采用先进的半自动或自动化的施工技术，大规模工业化制造，在工厂预制完成后运至桥位进行组拼，通过现场连接将部件整体拼装成桥的施工工艺。本文通过对上海S3公路和S7公路工程桥梁桥台、墩柱、盖梁、小箱梁、防撞墙预制拼装方案的介绍，重点说明采用工厂化预制桥台、墩柱、盖梁、箱梁，现场利用大型吊机吊装安装成桥的方法，为类似工程提供借鉴。
        关键词：桥梁；预制拼装；工厂化预制；吊装
        引言
        传统城市高架的建设方式以现场现浇混凝土为主的施工方法，势必会将桥址地面作为施工现场，施工占地大，速度慢，阻碍交通，现浇混凝土多，粉尘、泥浆、灯光等污染严重，无法有效控制施工噪声，施工进度受气候影响大，现场劳动力投入大，机械化程度低，劳动力成本高。
        随着社会经济的发展，技术工艺也不断的创新改进，上海S3公路工程和S7公路工程均采用公路桥梁全预制拼装施工。桥梁下部结构、小箱梁以及边梁防撞墙施工均采用预制拼装施工，即桥墩桥台、立柱、盖梁、小箱梁以及边梁防撞墙均采用工厂制作，现场拼装施工。公路桥梁全预制拼装施工技术具有现场的施工工效高，交通管理费降低，利于控制环境污染，事故发生风险较少，建设费用降低，劳动力减少，施工质量易保证等优点。
        1 工程概况
        S3公路先期实施段是上海市浦东新区通往奉贤、临港新城及杭州湾沿海城市带的跨省快速通道，它起于上海浦东罗山路立交（S20公路），止于S4公路，全长约42.28公路。S3公路先期实施段全长3.12km，始于罗山路跳水台，止于周邓公路南侧，是为上海迪士尼国际旅游度假区的重要配套工程，为度假区的极端客流高峰提供必要的疏散通道。本工程252个桥墩立柱、126片盖梁、696片小箱梁全部采用预制拼装法进行施工。
        S7公路（S20～月罗公路）工程起于主线收费站前，沿界河杨泾北上经嘉定区马陆镇、宝山区罗店镇，止于月罗公路，路线全长约4.16km。本工程共新建地面桥2座，桥台、盖梁各34片，均采用预制拼装法进行施工。
        2 桥梁墩柱、桥台、盖梁、小箱梁构件工厂化预制
        2.1.立柱工厂化预制
        （1）钢筋加工安装
        预制立柱钢筋笼的加工采用钢筋模块化精加工的理念，采用专用胎架上制作加工成型，为保证钢筋笼支撑稳定，定位体系布置保证主要受力钢筋不变形，钢筋笼制作偏差为允许+2mm。拼装过程要求胎架底座安装水平，精度控制在+2mm内。胎架安装完成后对各支架整体进行测量，保证每个支架在同一条线上，防止主筋安装时产生弯扭。立柱钢筋笼吊装采用专用吊架及吊索具。

        图1 立柱钢筋笼胎架图
        （2）立柱模板设计及安装
        根据设计要求钢模板的加工精度很高，为确保模板的整体内外质量，要求模板拆拼方便、组合合理，尽量减小模板分节的数量，确保每一步加工的精度得到控制。

        图2 立柱模板示意图
        （3）砼浇筑及养护
        预制立柱混凝土采用立式浇筑工艺，高性能混凝土一次性浇筑完成。立柱拆模后采用喷淋养护装置进行养护作业，养护时间为7天。
        2.2桥台、盖梁工厂化预制
        （1）桥台、盖梁钢筋笼制作
        预制盖梁钢筋笼的加工在专用胎架上制作加工成型，为保证预制拼装的灌浆连接套筒的定位精度，在胎架下部增加套筒定位钢板，精度可控制在±1mm内。拼装过程要求胎架底座安装水平，精度控制在+2mm内。在胎架外制作套筒模块，包括套筒、主筋及箍筋全部制作完成后，再吊入钢筋笼胎架安装成型，钢筋笼吊装入模采用专用吊架及吊索具。

        图3 盖梁钢筋笼胎架实际效果图
        （2）盖梁模板设计及安装
        盖梁模板采用定型组合钢模，模板加工要求精度高，模板拆拼方便、组合合理。
        （3）砼浇筑及养护
        预制盖梁混凝土等级C60，高性能混凝土一次性浇筑完成。混凝土浇筑结束后，一般24小时即可安排拆除模板。模板拆除后，及时对盖梁混凝土进行喷淋养护工作。
        （4）张拉压浆
        盖梁混凝土强度达到100%后且混凝土的龄期不得小于10天，进行分批张拉。钢束张拉工艺为：0→初应力（0.1σcon）→1.03σcon→（持荷3min）（锚固），бcon为张拉控制应力。水泥浆采用高速拌浆机拌制，使浆体质量均匀，呈悬浮状。
        2.3.小箱梁及防撞墙工厂化预制
        （1）钢筋加工胎具设计
        采用型钢及抽拉杆根据设计图纸的小箱梁外形尺寸制作钢筋加工胎具，抽拉杆设计为活动式，保证通过调整胎具能达到通用性；侧面根据主筋间距采用抽拉杆等间距布设，胎具的尺寸必须精确。钢筋切割、弯配等要求在钢筋集中加工车间采用数控设备进行，预制梁钢筋骨架要求采用定型胎架辅助完成。所有钢筋交叉点均须点焊焊牢。钢筋绑扎、安装时应准确定位。
        （2）高性能自密实混凝土浇筑
        混凝土浇筑时，混凝土浇筑点的选择非常重要，根据研制出来的混凝土的特性以及经过现场的实践，研制的自密实混凝土自密实范围可达10m，即在小箱梁浇筑过程中仅仅选择一个点进行固定浇筑，在浇筑过程中采用振捣棒进行辅助式振捣，加快混凝土的流动，小箱梁的浇筑时间也由传统混凝土的4个小时缩短到40分钟以内，大大提高了施工效率和工作强度。
        （3）智能张拉施工
        为了提高预应力施工的质量，预应力张拉采用了新型的自动智能张拉设备SPB-A型全自动智能张拉设备。使用智能张拉设备预应力筋张拉时，数据将自动收集生成，智能张拉技术由于智能系统的高精度和稳定性，能完全排除人为因素干扰，因而可以有效确保预应力张拉施工质量。
        （4）大循环压浆施工
        利用连接管将预制小箱梁的8条孔道连成一个整体，一次灌浆即可完成整片箱梁压浆工作。循环压浆工艺通过浆液满管路持续循环，能够保证完全排出管道内的空气，从而保证压浆过程中管道浆液内无气室、气仓，管道内浆液完全密实。
        3 预制构件拼装
        3.1.预制构件拼装施工基本原则
        大型构件吊装，根据现场工况条件，明确构件吊装顺序和进场方向，并确定构件出厂装车的方向。立柱吊装施工范围应在施工围挡范围内，基本不占用道路，可全天施工作业。盖梁吊装需占用道路，构件均安排夜间进场和吊装，现场配合做好交通协管工作。所有构件原则上现场卸车不落地，直接吊装就位。
        3.2.预制构件吊装工况
        （1）立柱拼装
        立柱与承台之间采用灌浆套筒连接，见图5所示，立柱吊装作业区域范围位于施工隔离区，不影响社会交通通行，可全天施工作业。立柱吊装过程履带吊停车作业时履带范围需铺设厚钢板。立柱通过1台250t履带吊及1台100t履带吊辅助吊卸运下车，250t履带吊采用卸扣连接吊点，辅吊采用尼龙吊装带捆绑立柱的形式，通过两台吊机完成立柱空中翻转竖立，立柱竖直后100t履带吊脱离，由250t履带吊将立柱吊装至承台位置，立柱套筒对准承台插筋，将立柱吊装精准就位。

图4 立柱吊装工况图
立柱基本对位后，安放调节垫块，调整立柱安装标高。调节垫块采用200*200*21mm橡胶支座，垫块下方设置多块钢板调节高度。承台凿毛面应进行清理，清理步骤为：先采用高压水枪将承台凿毛面进行清尘及湿润；再采用高压气管将表面多余水清除。在承台面上弹出立柱边线，根据边线位置安装挡浆模板。挡浆模板采用5cm槽钢制作，挡浆模板与承台接触面采用双面胶止浆，承台与立柱间的砂浆垫层采用C60砂浆。

        图5 立柱与承台拼装示意图
        铺浆完成后，进行同一承台的首根立柱的安装。立柱垂直度控制，由二台经纬仪在两个方向同时监测校核立柱中心标记。立柱就位后，采用四台手动顶升液压杆，来校正立柱的垂直度，垂直度校正误差为±1mm。
        （2）桥台拼装
        桥台与PHC管桩基之间采用工字钢配合直径600mm的金属波纹管灌浆连接，见图6所示，地面桥桥台在桩基（PHC管桩）检测完成后，安装填芯钢筋笼及工字型钢构件并浇筑填芯混凝土。精确测量管桩顶标高，确定桥台支垫高度，在垫层安放泡沫板防止漏浆。预制桥台由牵引平板车运输至安装现场，配置1台350t履带吊吊运安装见图7所示。

图6 桩基与桥台连接构造示意图
桥台标高、线型满足设计要求后在预留灌浆孔进行灌浆作业。

        图7 地面桥桥台安装示意图
        （3）盖梁拼装
        高架桥梁当立柱安装完毕后，对立柱进行垂直度及相对距离的测量，当测量结果以及注浆料强度达到设计要求后，方可进行立柱和盖梁的拼装作业。盖梁与立柱之间的连接仍采用灌浆套筒连接，在此不做阐述。
        预制盖梁由牵引平板车运输至现场，配置2台250t履带吊吊运安装见图8所示。

        图8 盖梁安装示意图
        （4）小箱梁安装施工
        小箱梁运入场内，选用两台300t履带吊双机抬吊，其中一台吊机设置在跨内，另外一台布置在跨外。两台吊机同步起吊，将小箱梁提升至高于盖梁，然后跨内一台吊机逆时针回转，跨外一台吊机打开回转跟随旋转。通过吊机主臂吊装角度的缓缓调整，将小箱梁吊装就位见图9所示。

        图9 预制箱梁现场吊装图
        小箱梁吊装搁置在混凝土临时钢支墩上，钢支墩的间距为0.9m，钢支墩高度为200mm，与永久橡胶支座高度相同。边梁就位后在边翼缘板内侧设置拉杆花篮螺栓，将边梁临时固定在盖梁上。
        4 结语
        城市公路桥梁全预制拼装技术与传统高架桥梁施工方法比较，具有现场的施工时间缩短，交通管理费降低，利于控制环境污染，事故发生风险较少，建设费用降低，劳动力减少的优点，具有广阔推广应用前景。
        参考文献：
        [1]公路桥涵设计通用规范（JTG D60-2015）
        [2]钢结构设计标准（GB 50017-2017）
        [3]公路桥涵施工技术规范（JTG/T 3650-2020）
        [4]公路工程质量检验评定标准（JTGF80/1-2017）
        [5]公路桥涵地基与基础设计规范（JTG3363-2019）
        [6]公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范（JTG 3362-2018）
        [7]城市桥梁工程施工与质量验收规范（CJJ2-2008）