公路桥梁下部结构工业化建造技术探讨

王卫宏

（中铁十二局集团有限公司，山西 太原 030012）

在对公路桥梁建设过程进行优化时，预制拼装是非常重要的措施，工厂化预制在国外桥梁建设中运用得比较成熟，采用预制的形式生产构件、衔接拼装过程是公路桥梁建设实现工厂化的关键[1]。在公路桥梁建设领域中，工业化建造技术已成为发展趋势。现阶段我国通过预制的方式能完成大部分桥梁上部结构，同时也制定了相关的国家标准和规范，生产规模已经形成了初步产业化。但是公路桥梁下部结构的预制装配技术还处在实验阶段，下部结构很少选择装配式桥梁[2]。在进行工程建设项目施工时，基本要求包括质量可靠、经济性好、节约工期。除此之外，对环保、节能材料、低噪声的要求也越来越高。因此，在开展公路桥梁建设时，桥梁下部结构的预制装配技术具有非常大的发展潜力。在进行公路桥梁下部结构的建设施工时，采用工业化建造技术能对桥梁工业化系统进行完善，能够促进桥梁产业实现装配化、标准化、工厂化，明显提升建设质量和耐受性，为后期运营养护创造便利条件；除此之外，还能让混凝土用量明显减少，让桥梁结构自重明显减轻，从而获得比较理想的经济效益和社会效益[3]。

1 公路桥梁下部结构工业化建造技术的现状

1.1 桩基工业化建造技术

桥梁桩基很早就开始了采用工业化建造技术，预制桩基础的代表主要为预制PHC管桩。PHC管桩在俄罗斯、新西兰、日本、英国、美国等发达国家得到了非常广泛的应用。菲律宾、马来西亚、中国等发展中国家在20世纪80年代末才开始生产应用PHC管桩，并逐渐普及，起步较晚[4]。PHC管桩的优势比较显著，如提升施工质量、缩短工期、节省造价等，因此最近几年PHC管桩基础开始应用于部分桥梁设计中。特别是在广东、上海等地区，PHC管桩得到了比较广泛的应用。

1.2 桥台工业化建造技术

国外的预制桥台研究起步相对较晚，美国国家交通部门在2001年开始研究预制桥台技术，这为其在全国推广实施创造了条件。预制桥梁构件包括桥台的侧墙、帽梁、桩基等。上部结构构件在美国已经得到了广泛应用，而下部结构构件特别是桥台构建的应用则比较少，下部结构构件主要应用于交通量少、单跨小跨径的桥梁[5]。国内现阶段还缺乏有关预制桥台的相关研究报道和实施先例。

1.3 承台工业化建造技术

采用预制承台能让水上现场作业实现工厂化预制攻坚，明显降低了深水基础施工难度，从而加快施工进度、提高基础结构施工质量。根据不同地质水文条件和桥梁上部结构型式，国外已对预制基础技术进行了大量研究，发展出很多预制基础形式，并且成功应用到大型桥梁工程中[6]。国外在研究预制基础时，主要集中在跨海大桥，如在挪威、加拿大以及日本等跨海大桥项目中，预制基础得到了较为广泛的应用。而跨海大桥建设在我国逐渐兴起的过程中，预制承台套箱、预制墩身的预制技术才开始逐渐出现。我国的港珠澳大桥、广州黄洲大桥均选择了预制承台技术，其中黄洲大桥选择了工字型界面预制承台。

1.4 盖梁工业化建造技术

在对桥梁整体进行预制时，盖梁预制拼装技术是非常关键的环节，盖梁在桥梁工程中的作用主要为承上启下，非常重要。国内外有关预制盖梁的研究基本上与装配式桥墩同步。国内预制盖梁技术主要应用于市政工程，包括上海S6、S26、嘉闵高架（北段）、虹梅南路、北横通道等工程。嘉闵高架的上部结构选择标准为30m的跨径小箱梁，而下部结构则选择双柱式桥墩、倒T型盖梁[7]。因为主线高架所处区域的公路交通比较繁忙，为了让工程建设质量得以保证，减轻施工期间对周围交通的影响，减少施工对周围环境的干扰，该区域桥梁结构选择全预制装配式桥梁方案，且主要采用套筒连接模式，而预制盖梁则选择上下分层的方式。

1.5 墩柱工业化建造技术

装配式桥墩的施工周期相对较短，施工方便，而且能有效降低桥梁施工对周围居民生活和环境的影响，因此装配式桥墩现阶段在发达国家得到了非常广泛的应用，如日本、美国等，同时也形成了相应的施工准则和设计准则[8]。现代桥梁技术在我国的起步时间相对较晚，对桥梁相关的试验和研究也比较有限，现阶段虽然对斜拉桥、悬索桥等的施工、设计和研究取得了一定成就，但是装配式桥墩在我国还处于发展的初级阶段。我国最近几年开始在部分城市高架桥以及跨海大桥的建设中采用装配式桥梁，但是因为缺乏经验，数量较少，所以没有形成系统的指导意见和理论。装配式桥墩在我国的起步时间比较晚，但是最近几年装配式桥墩却得到了较为广泛的使用和研究，发展过程与国外类似，最初我国是在跨海大桥上采用装配式桥墩，之后开始在城市高架桥中应用装配式桥墩。海州湾跨海大桥的桥墩采用墩身预制的方式，选择矩形空心墩的截面形式，并将桥墩分为两部分进行预制，分别为墩身和墩帽，墩身结构为截面相同高度，墩帽选择矩形单喇叭口形状的结构型式。通过现浇混凝土墩座的方式对墩身和承台进行连接，在墩座内对桥墩内的钢筋进行有效锚固。该施工方式选择整体支座内向导定位桥墩的方式，桥墩具有比较理想的整体性，在吊装构件时比较方便，不仅能明显提高施工效率，而且能显著提高控制精度，不需要将桥墩主筋截断，能充分保证工程质量。

2 公路桥梁下部结构工业化建造技术的具体应用

2.1 预制装配桥墩

（1）节点性能与连接工艺：在研究预制装配桥墩时，首先应了解预制墩柱的连接工艺、改进其性能。而相应构造以及连接节点的力学性能则是后续进行预制装配桥墩抗震研究的前提。现阶段应用比较广泛的预制墩柱连接工艺包括法兰盘连接、后张预应力连接、现浇湿接缝连接、插槽式连接、承插式连接、灌浆波纹管连接、灌浆套筒连接等。而套筒灌浆则是现阶段最常用的连接方式之一。

（2）预制拼装桥墩抗震：预制装配桥墩时桥梁的主要抗侧力和承重构件的抗震性能是人们关注的重点。在低烈度区和非抗震区，装配式桥墩得到了非常广泛的应用，然而因为并未充分了解其抗震性能，进而限制了其在中高烈度区的实际应用。从灌浆套筒方面分析发现，在合理和科学的结构设计下，采用套筒预埋在墩身或者基础的预制桥墩，其抗震性能符合相关的标准。与灌浆波纹管、灌浆套筒等拼接构造相比，承插式连接对施工精度要求不高，现场作业较少，操作简便。在保证施工良好的基础上，承插深度并不会明显影响桥墩的总体抗震性能。

（3）高性能新材料：选择高性能新材料能让结构性能明显提高。但是高性能新材料的成本相对较高，这对其大规模应用造成了一定限制。预制装配工艺的施工和设计比较灵活，在预制构件中可以选择传统材料，而在连接构造上则可以选择高性能新材料。应用高性能新材料能对连接节点的性能进行改善，而减少高性能新材料的使用则能获得更加理想的经济效益。现阶段在预制装配式桥墩中，常用的新材料包括形状记忆合金、纤维增强复合材料、超高性能混凝土等。

2.2 预制装配上部结构

（1）连接节点性能：连接节点会直接影响预制装配式桥面板的性能，是预制拼装桥面板的主要研究内容之一。有学者评估了桥面板-盖梁上部UHPC填充连接、桥面板连缝UHPC连接、梁-桥面板灌浆槽口连接、SDCL梁-盖梁连接、灌浆波纹管连接以及钢筋铰槽口连接的抗震性能，并针对评估结构制订了优化对策。有学者通过研究UHPC连接的抗震性能，对中高地震地区选择UHPC连接的预制桥梁适用性进行了评估，通过研究UHPC连接的最大应变、两个连接UHPC的预制应力梁整体相应、预应力梁的动力特性，结果显示当处于高水平地震区时，选择配置有直且短的钢筋的UHPC连接，其抗震性能比较理想。

（2）预制桥面板性能：相关研究表明增加受拉接缝部分的碳化深度，会明显缩短其使用寿命，因此维护期间应对接缝加以关注。有学者采用一种横向上预张、纵向上后张的新型预制混凝土桥面板系统，结果显示该预制桥面板系统的后张比较理想，主梁与桥面板结合比较理想；而且耐久性、承载能力、施工性能均得到了显著提升。

（3）预制装配组合梁：组合梁能让桥梁力学性能显著提高，同时施工性能比较理想。有效结合预制装配和组合梁，减少预制梁长度，能有效保障桥梁工程的质量，让施工进度明显加快。然而现阶段相关研究人员还未充分了解预制装配组合梁的耐久性和受力性能。

3 结束语

在桥梁工程施工中，预制混凝土构件具有比较显著的优势，包括生产效率高、施工方便、质量稳定等，因为桥梁上部结构的工业化建造技术现阶段已比较成熟，积极推行和开展桥梁下部结构的工业化建造技术，能完善并优化桥梁结构的全工业化建造技术。桥梁工业化建造技术作为环保、低碳、高效的桥梁建造技术，能为全行业低碳化的实现和推广创造便利条件。