上海S7 公路地面中小桥全预制拼装技术

卫张震

（上海城投公路投资（集团）有限公司，上海市200020）

0 引 言

上海地区水系发达，部分地区水网纵横交错，导致在新建或改建地面道路工程当中存在相当比例的跨河中小桥梁。常规的中小桥，上部结构采用预制的铰接空心板，下部结构通常为现浇桩基、承（桥）台、立柱和盖梁等结构形式。

传统空心板梁铰缝连接可靠性差，在重载交通的反复作用下，结构呈现出铰缝连接先破坏失效后，单梁受力引发一系列病害的特点，为此针对性的改进其横向连接方式，将铰接变为刚性连接，可以大大提高中小桥桥跨结构的耐久性，延长桥面大修周期[1]。现浇的下部结构往往施工周期长，对交通影响较大，且不利于水系环境保护。若将小桥下部结构，如桩基、桥台和盖梁等采用工厂预制，现场拼装的方法快速化施工建造，可大幅缩短中小桥施工时间，最大限度减少对周边环境和交通的影响，从根本上改善文明施工，具有显著的社会和经济效益。

1 全预制拼装中小桥梁体系简介

如图1所示，以S7公路地面辅路跨慈沟桥为例，简要介绍全预制拼装梁桥体系的特点。全预制拼装梁桥上部结构全联采用统一高度的预应力刚接空心板梁[2]，减少了梁型和相应的模板配置，虽然材料指标上略有浪费，但是工业化程度更高；下部结构采用桩柱式设计，取消现浇承台和立柱，打入桩直接伸出地面作为桥墩与预制盖梁或桥台连接，减少了构件种类，简化了施工步骤；同时，为适应桩头与预制盖梁（桥台）的插槽式连接构造[3]，打入桩呈单排而非梅花型布置。

图1 S7 公路跨慈沟全预制拼装地面小桥（单位：mm）

桩头与盖梁（桥台）的插槽式连接构造如图2所示，是全预制拼装梁桥体系最显著的特点。常规的立柱与盖梁拼接，立柱一般为单根或两根，立柱外伸主筋数量不多，因而常采用灌浆套筒或波纹管的接头形式，将主筋逐个连接锚固；而中小桥排桩与预制盖梁（桥台）拼接时，一方面桩头外伸钢筋数量繁多，另一方面沉桩精度也达不到2mm的误差级别，难以继续适用套筒或波纹管连接件。插槽式构造，将桩头整个插入预制盖梁（桥台）预留的大型空槽内，再整体灌注高强混凝土形成整体，容错率高，施工速度快，适用于中小桥下部结构桩接柱形式的预制拼装。

2 盖梁（桥台）预制和安装

2.1 桩基施工

图2 桩与桥台（盖梁）的插槽式构造

由于下部结构取消现浇承台，且桩呈单排布置，为提高桩基抗推刚度和抗裂性能，设计采用C型直径800mm的高强预应力管桩，混凝土有效预压应力达到11MPa。管桩采用锤击沉桩，采用钢框限位装置保证沉桩水平误差控制在3 cm之内。桩头高程控制应特别注意预制构件的横坡，且就低不就高。

2.2 盖梁（桥台）预制

盖梁（桥台）钢筋笼加工采用钢筋模块化精加工理念，钢筋笼加工时，采用MEP钢筋数控弯曲剪切中心（Syntax Line 28）进行棒材的剪切及弯曲，采用MEP盘钢全自动钢筋成型弯箍机（Mini Syntax 16 HS）进行线材的调直、剪切及弯曲，精度控制在±2mm。为保证钢筋笼支撑稳定，主要受力钢筋不变形，盖梁（桥台）钢筋笼于专用胎架上制作加工成型，钢筋笼制作偏差为±2mm。盖梁（桥台）预留插槽由内径600mm，壁厚3mm的大直径镀锌金属加工而成，波纹管周边设置螺旋加固筋，顶部设置抗冲切加强筋，某成型桥台模块如图3所示。

图3 预制桥台钢筋模块

桥台预制时，将耳墙先行单独水平预制，再作为端模与构件主体二次浇注为一体，如图4所示，既降低了木模板配置和加固的难度，又保证了桥台端部无浇注缝。这种预制方式的中心思想是将复杂外形的构件简化为简单构造分批次预制后再合成整体。

2.3 盖梁（桥台）现场安装

图4 耳墙单独预制并作为桥台端模使用

盖梁（桥台）预制完成后须及时填写构件身份信息，出场拼装前应复核构造尺寸，弹好构件轴线并在控制点粘贴测量反光标志，为现场安装时的测量和调整工作做好准备。

为加强管桩桩头与预制桥台（盖梁）插槽式连接的接头强度，在对PHC管桩填芯时，插入打有剪力栓钉的工字型钢梁取代传统的桩头八字筋。工字钢的对角斜距为480mm，与内径600mm的波纹管插槽尚有120mm的水平容错空间，接头构造如图5所示。

图5 S7 公路桥台插槽式连接构造

中小桥桩顶标高一般较低，施做垫层并弹好参照线，可以创造整洁、安全和方便的作业空间。构件拼装前，根据复测装顶标高的误差（应为负公差），通过钢板垫片调整至设计值。在桩头的垫层附近设置高压缩性的橡胶条，橡胶条标高应高于盖梁（桥台）底设计标高1 cm以上，以确保插槽波纹管与垫层之间形成的灌浆空间具有足够的压力密闭性能。在使用不同的密封材料时，具体的压缩值应通过试验确定。

沿道路前进方向和垂直道路前进方向这两个方向的轴向测量是核心控制指标。如图6所示，盖梁（桥台）姿态就位时，放置在盖梁横向中心线和端部中轴线的荧光标志位置应符合设计参数，盖梁顶部标高和横向坡度作为辅助测量指标。其中，盖梁端部中轴线直接影响上部小箱梁的制作梁长，是最为关键的测量值。预制盖梁（桥台）拼装就位后，应及时通过顶部预留的孔道灌注自流平C80细石混凝土，并注意检查垫层底部的漏浆情况。

图6 预制桥台装配

3 刚接空心板预制和安装

3.1 新型刚接空心板简介

与传统的上海版铰接空心板相比，如图7所示，S7公路地面小桥采用的新型刚接空心板具有以下几个特点：

（1）铰接空心板的铰缝是结构的薄弱环节。新型刚接空心板结构将板梁预制成两侧带挑臂的形式，板与板之间的连接改进为后浇湿接头的刚性连接；

（2）传统空心板的顶、底板及腹板尺寸较小，容易因为内膜移位导致构造尺寸偏小，结构耐久性、可靠性较差。新型刚接空心板增加了截面构造尺寸，提高了结构的可靠程度；

（3）新型刚接空心板每片梁使用2个支座，避免了由于施工误差造成支座脱空同时在梁端设置端横梁，增加横向刚度和整体性；

（4）采用后张预应力体系，对预制台座和设备要求较低。

（5）新型刚接空心板梁的梁间纵向湿接缝采用挑臂U型钢筋交错搭接的形式[4]，减少了现场焊接工作量，但对预制的精度要求较高。

图7 空心板构造对比（单位：mm）

3.2 刚接空心板预制

传统的空心板预制时，通常一次浇筑成型，内模一般有抽拔胶囊，钢模和一次性芯模三种形式。抽拔胶囊造价低廉应用较广，但是容易上浮偏位，导致顶板和腹板构造尺寸偏薄；一次性芯模（如EPS）造价较高，且抗浮构造复杂，一般较少采用；钢模利用率高，但空心板内腔空间狭小，脱模困难，不利于工业化操作。

为简化预制模板体系，降低产业工人劳动强度，提高空心板施工质量，创新性的采用整体式大模板和重力式芯模，如图8所示，将刚接空心板U型槽和顶板分两次浇筑完成。整体式大模板即侧模整体安装和拆除，避免了节段拼装产生的错台和拼缝等外观缺陷。重力式芯模则跳出了借用压杠等外力形式抵抗内模上浮的定式思维，采用混凝土外包钢板制作实体芯模，利用芯模自重抗浮，此种内模安拆方便，重复率理论上为无限次，造价非常低廉。

图8 空心板模板体系

如图9所示，空心板钢筋笼加工同样采用钢筋模块化精加工理念，板梁U型结构钢筋模块和顶板钢筋模块分别加工，待U型结构成型，重力式芯模移除后，再吊装顶板钢筋模块。除了传统的梁长，端面斜角、倾角，梁体线形等控制参数外，由于梁间采用了U筋交错搭接的纵向湿接缝形式，预制前应先明确顶板钢筋模块与梁体轴线位置的相对坐标关系，并在钢筋模块加工和安装过程中进行严格控制。

图9 S7 公路刚接空心板成品

3.3 板梁安装

板梁预制完成后须及时填写构件身份信息，出场前弹好构件轴线位置，为现场安装工作做好准备。板梁重量较轻，一般采用单机台吊。每片梁设置2个吊点，位于端横隔板中心位置。板梁就位前，先根据理论位置放置梁端橡胶支座，板梁就位后，仔细复核板梁纵向接缝中U型筋的搭接长度是否大于10倍钢筋直径，确认无误后方可松钩，否则继续进行微调，如图10所示。

图10 刚接空心板就位时接缝U 筋搭接状态

4 附属结构预制装配技术

4.1 防撞墙预制装配

梁高1.6m的小箱梁，边梁防撞墙和梁体在预制场同步预制的技术在上海地区已经比较成熟[5]。小箱梁带防撞墙一起预制和安装的最大风险点在于易倾覆。梁高1.6m的小箱梁，箱体重量较大，防撞墙同步预制后重心仍在梁底支撑面以内，具有一定的自稳能力。刚接空心板本身重量较轻，防撞墙同步预制后重心会突破梁底支撑面，给预制、运输和吊装带来很大安全风险和技术难度，同步预制的方案不可行，防撞墙须单独预制装配。

S7公路地面小桥的混凝土防撞墙改变原有配筋模式，将马蹄口位置开槽，通过后浇超高性能混凝土的方式实现预制防撞墙与箱梁翼板的连接，如图11所示。S7公路装配式防撞墙采用倒立姿态预制，空心板挑臂预留门式筋和防撞墙外伸U型筋在预制时应严格控制间距和长度，预制防撞墙成品如图12所示。

图11 装配式防撞墙与现浇配筋形式对比

4.2 挡土墙（防汛墙）预制装配

挡土墙和防汛墙虽然不是中小桥梁的主要结构，但却是桥梁工程发挥完整功能不可缺少的组成部分。现浇悬臂式挡土墙和防汛墙往往混凝土浇筑高度较高，在现场支模有一定困难，加上不受施工单位重视，普遍存在外观质量不佳，工期拖延等问题。

图12 装配式防撞墙成品

S7公路公路地面小桥的悬臂式挡土墙和防汛墙取消了齿榫抗滑构造，采用小型混凝土方桩抵抗侧向土压力，简洁的外形提高了构件预制的工业化程度。预制挡土墙（防汛墙）时，先水平预制墙板，再将墙板吊至水平底板的钢筋模块上，浇筑底板混凝土形成整体。浇筑水平底板时预留与抗滑方桩的结合孔。挡土墙和防汛墙的预制节段长度一般为4~6m，具体应结合施工现场的吊装能力进行选择。S7公路地面小桥防汛墙吊装作业如图13所示。

图13 地面小桥防汛墙装配

5 结 语

总结S7公路地面中小桥全预制拼装体系的技术特点有三个：

（1）功能分离——构件小型化，规则化。S7公路地面小桥直接采用桩柱式，将桩和柱的功能统一，取消了大型的承台构造。将桥台耳墙、边梁防撞墙单独预制，促使预制构件外形规则，体量较小。

（2）构件标准——便于工业化预制生产。S7公路地面小桥桩柱一律采用成品PHC管桩，盖梁和桥台构造简洁，悬臂式挡土墙和防汛墙模数化配置且取消抗剪凸榫，刚接空心板变化段长度固定，都为构件标准化生产创造了有利条件。

（3）拼接快速——现场作业快，容错率高。归功与插槽式构造的创新设计，S7地面小桥只需经过打桩，填芯，吊装桥台（盖梁），接头灌浆即可具备架梁条件，且对接难度很小，容错率高。

采用全预制拼装技术建造地面中小桥，可大幅缩短施工时间，现场仅需少量吊装作业人员，在全部构件预制到位的情况下，可五天之内完工一座传统意义上的小三跨桥梁（长约50m，宽约30m），对地面中小桥新建，尤其是改建工程具有很高的参考价值。