中心城区高架桥双节预制立柱拼装技术

张学进 石初旭

1. 上海建工集团股份有限公司总承包部 上海 200080；2. 上海市基础工程集团有限公司 上海 200433

传统高架桥梁现浇立柱施工技术涉及脚手架搭设、钢筋绑扎、模板支设、混凝土浇筑等诸多环节，做好一根立柱需要花费7～8 d，施工占地大、交通封交时间长、泥浆噪声等污染严重。然而，现有高架工程大多地处中心城区要道，交通组织复杂，施工沿线居民区与企业较多导致施工环境极其复杂，需要解决施工扰民、运营影响、施工效率和施工安全风险等问题。高架桥梁预制装配工艺运用先进的设计技术，突破现行施工规范，结合现代工业化生产管理模式，通过“工厂预制＋现场机械”的作业模式，实现了由传统现场流水施工方式向现场施工与工厂预制并行施工方式的转变，将现场工作效率提高了7倍，具有现场施工占地小、施工工期短、对现有交通影响小等优点；同时，工厂化预制大幅减少了现场混凝土浇筑造成的环境污染[1]。

基于高架桥梁预制装配施工技术的以上优点，上海地区已在嘉闵高架、S3公路、国定路下匝道等高架桥梁工程中采用了该技术，以上工程中立柱均采用单节预制拼装技术。然而，随着高架桥梁立柱呈现出超长、超重等特点，受限于运输线路、运输限载和现场吊装等因素，超长、超重单节立柱施工已不能适应新的施工需求，施工中必须对高架立柱采取小型化处理，国外甚至已经有多节拼装的成熟技术[2-4]。为此，本文结合北虹路立交超高、超重立柱施工实际需求，在已有预制立柱拼装技术基础上进行再创新，探索双节预制立柱拼装施工技术，不断完善和创新中心城区高架桥梁预制装配生产和施工工艺。

1 工程概况

北虹路立交作为上海北横通道与中环线的全互通立交，其空间结构为4层，预制立柱共72个，超长、超重是其显著特点。立柱高度1.948～19.300 m，质量20.26～ 200.72 t，截面形式分为方形和圆形（图1）。其中，方形截面尺寸包括1.5 m×1.5 m、2.0 m×1.5 m、2.0 m×2.0 m、2.0m×2.5 m、2.5 m×2.5 m；圆形截面直径尺寸包括φ1.5 m和φ2.0 m。立柱均采用C40高性能混凝土。

图1 两种立柱截面示意

2 施工难点与对策

北虹路立交地下与空中管线众多，交通组织复杂且紧邻周边建筑物，导致立柱吊装作业空间十分有限。同时，考虑立柱实际运输线路、车辆载重及起重总量等的限制，因此需要解决超长、超重立柱分节、节段高精度安装定位与拼接及连接难题，保证立柱节段精确拼接和拼装完成后的结构强度满足工程需求[5-6]。

2.1 立柱分节

经测算，北虹路立交立柱单节的高度需控制在10 m以内，质量需控制在120 t以内。为此，立柱分为上下2节预制；综合考虑制作、运输、设备起吊能力，分节长度控制在10 m以内；为保证拼接面压应力及立柱整体稳定性，采取上节长、下节短的原则。双节立柱结构如图2所示。

图2 双节立柱结构示意

2.2 安装及定位技术

2.2.1 平面定位

立柱平面定位通过上下节立柱中分线对中进行控制，鉴于混凝土外观尺寸误差较大，下节立柱以外露钢筋中心设置中央分隔线，上节立柱以灌浆套筒中心设置中央分隔线（图3）。

图3 双向观测点

2.2.2 垂直度控制

双节立柱无法像单节立柱那样利用承台等设置调节装置来调节垂直度，同时拼缝间隙又小。为此，采用垫片微调的方法完成垂直度调节。垫片选用强度高、硬度大的环氧垫片，配备1、2、3 mm三种厚度即可满足调节需要。

2.3 立柱拼接技术

2.3.1 平整度控制

立柱平整度是控制立柱安装精度及对接质量的关键，因此采用匹配法预制技术。下节立柱直接作为上节立柱底模，最后通过高精度水准仪对拼接面复核，平整度偏差控制在3 mm以内。

2.3.2 拼接面施工

上下节立柱拼接面面积小（立柱截面），采用常规砂浆垫层湿接头，存在拼缝间隙大、不密实、不美观等显著缺点。考虑环氧黏结剂具有易成形、强度高、密封性好、干法施工等诸多优点，因此将其作为双节立柱拼接材料。

2.4 灌浆连接技术

灌浆套筒连接代替钢筋连接是整个双节立柱预装拼装技术的核心，而高强无收缩水泥灌浆料的施工则关系到灌浆连接技术的成败。高强无收缩水泥灌浆料施工分为拌制及压浆2个关键工序。

2.4.1 灌浆料拌制

灌浆料以高强度材料作为骨料，以水泥作为结合剂，水灰比仅0.12，因此灌浆料在拌制过程中异常黏稠，阻力很大，采用最高转速425 r/min无级变速搅拌机，慢搅1 min，快搅3 min，保证浆料和易性及流动性（表1）。

表1 高强无收缩水泥灌浆料技术指标

2.4.2 灌浆料压浆

高强灌浆料异常黏稠，对压浆设备要求很高，常规设备很容易产生堵管、压浆不密实、不连续等现象，采用吐浆均匀、连续，最大压力为2.8 MPa的无级变速压浆机，确保浆液的密实性和连续性。

3 施工关键技术

3.1 立柱预制节段高空拼装作业

立柱预制节段拼装操作平台采用定型化附着式钢平台，为适应不同立柱截面，采用可拆卸组合式结构，兼具美观及施工方便诸多优点。平台通过立柱内预留螺栓孔，采用高强螺栓连接在立柱上。

3.2 预制立柱节段安装及质量控制

3.2.1 节段吊装前准备

节段吊装前需对拼接面进行处理，保证拼接面干燥、无明水、无灰尘浮浆、无油污、无固化剂、无其他不利于黏合的污染物。

对节段预埋钢筋露出部分表面进行打磨除锈，测量立柱顶面平整度。

3.2.2 立柱试吊

在摊铺环氧黏结剂前，应先对立柱进行试吊，根据双向测量的垂直度情况来进行垫板调整，边测边调，灌浆料压浆孔道由人工辅助调节，最终平面位置误差控制在1 mm，垂直度控制在0.02%H（H为立柱高度）。

3.3 环氧黏结剂施工

3.3.1 环氧黏结剂选择

环氧黏结剂根据不同的工作温度区间，选择低温、常温、高温三种型号。

3.3.2 环氧黏结剂搅拌

搅拌时先将A、B两种包装混合（A为环氧树脂，B为固化剂），先用搅拌电头人工拌和均匀后，再开启拌头，高速彻底搅拌3 min。

3.3.3 环氧黏结剂摊铺

根据拼缝间隙决定环氧黏结剂摊铺厚度，环氧黏结剂厚度四周比拼缝高，中间比四周高。摊铺时可使用铲子、刷子或戴手套直接用手涂抹，要确保拼接面被环氧黏结剂完全覆盖。在胶体的可操作时间内，将上下节立柱紧密地黏结在一起。挤压结束后尽快清理掉从拼缝处挤出的黏结剂，拼缝处未挤出黏结剂的地方再进行补胶，以达到密封的效果。

3.4 高强灌浆料施工

高强灌浆料施工工艺流程如下：灌浆料倒入搅拌设备→计算水量并精确称重→专业设备高速搅拌→灌浆料倒入储浆设备→灌浆料倒入灌浆设备并连接压浆口压浆→出浆口出浆→持续出浆后停止压浆并塞入止浆塞→下一个套筒。灌浆完成后及时清理残留在立柱上的多余浆体。

4 工程实施应用效果

上海北横通道北虹路立交工程超高双节大型立柱施工成套技术的成功应用，有效解决了现场钢筋加工精度低、模板与混凝土质量易波动等问题，立柱外观质量优，无明显色差，光洁均匀；同时，立柱现场成品化预制拼装，拼缝严密，节段对准误差控制在2 mm之内，灌浆连接接头质量可靠，一体化效果好（图4）。

双节立柱预制拼装使得现场施工的效率呈几何级数提升，节约了现场劳动力2/3以上，整个施工过程在不到1 h内就完成。

图4 双节立柱拼装完成效果

5 结语

双节预制立柱拼装技术在北横通道新建工程Ⅰ标北虹路立交工程中成功应用，属全国首创，标志着我国大型高架桥梁构件预制小型化处理、现场多节段拼装专业技术领域又有新的突破，探索了桥梁预制装配施工技术的发展方向。未来这一先进技术将在北横通道天目路高架、上海S7公路等工程施工中广泛应用。