预制装配式铁路桥墩施工技术探讨

张 一 诺

(西安交通工程学院，陕西 西安 710300)

1 工程概况

自2016年以来，国务院和住建部大力推行装配式建筑截至到现在，已经历时五年多，装配式施工以其无法替代的优势在建筑工程领域得到了广泛应用，但在铁路桥梁工程领域结构施工目前还大多采用现浇混凝土传统施工工艺,这与国家倡导尚有一定距离。新疆和若铁路S3标地处塔克拉玛干沙漠南缘，自然条件极为恶劣，风沙大，施工用水困难，建设指挥部以桥墩预制装配式施工技术应用作为技术创新目标，决定以S3标管段范围内尼雅河特大桥、若克雅特大桥、亚通古孜民洛高速特大桥作为试点单位工程，采用预制装配式桥墩结构；3座特大桥共计434个墩身，其中墩柱预制1 154节、盖梁预制434个。预制装配式桥墩所在墩位的桥梁跨径均为32 m,上部结构为简支T梁。具备规模化生产的标准。

加之铁路途径地区属于温带荒漠性气候，年降水量30.5 mm，年蒸发量2 756 mm，气候异常干旱、多风少雨，昼夜温差大。尤其在戈壁沙漠中风的频率高，风力强，一经起风，便飞沙漫天，遮天蔽日，能见度极低，确有实施预制装配式桥墩结构之必要。

2 设计情况

桥墩设计均采用薄壁空心双柱式桥墩，各部位均采用C50高性能混凝土，根据墩身的高度分为两种类型：

1)墩高H≤12 m时，墩柱外径为1.8 m，壁厚0.4 m，墩柱横向中心距2.8 m，墩身整节预制；最大吊重53 t。

2)墩高12 m

墩柱与承台结合部的抗剪性能差，是结构受力的薄弱部位,承台与墩柱的接缝采用灌浆湿接缝；墩柱与承台之间的连接，采用墩柱内底部设C50后浇实体段混凝土，φ1.8 m墩柱浇筑高度1.2 m，φ2.0 m墩柱浇筑高度3.2 m，后浇段内设连接钢筋，连接钢筋预埋在承台内，φ2.0 m的墩柱与墩柱之间连接位置设置有定位高10 cm、宽19.5 cm的定位榫；盖梁与墩柱之间连接位置设置有高15 cm、直径119 cm(99 cm)的定位榫，见图1。

单个墩柱均匀设置6个竖向预应力钢束，每个墩位12束，将桥墩锚固在承台上，采用自沉式P锚体系将钢束固定端锚固在承台锚穴内。使用时，按需要预埋埋入承台深度1.6 m位置，待混凝士凝固到设计强度后，再进行张拉。张拉端设置于盖梁顶部(见图2)。

墩柱钢筋采用双层环形钢筋笼，主筋采用HRB400直径12 mm的钢筋，箍筋采用HPB300直径10 mm的钢筋。

3 施工过程

3.1 预制场建设

预制场结合梁场建设，统筹考虑，扩大了梁场征地和建设面积，对预制场地按要求进行了地基处理，地面采用混凝土进行了硬化，并设置了必要的排水设施，预制场设置盖梁预制区、立柱预制区、箱梁预制区、钢筋配送中心及生活办公区；每个预制区分为浇筑区、存放区、钢筋绑扎区，加工中心配送好的半成品钢筋配送至各分区绑扎区，实现了流水化作业。

3.2 墩身、盖梁工厂化预制

墩柱和盖梁在预制场内预制，为了节省场地和起吊方便墩柱采用竖向浇筑的方式。为了保证在严寒、风沙、盐渍环境混凝土桥墩耐久性，混凝土宜选用较小水胶比和较小的坍落度，混凝土连续供应，加强振捣，插入式振捣棒快插慢拔，远离模板和不触动钢筋，尽量缩短浇筑时间。在浇筑地点制作同养试件不少于2组。作为养护、拆模、承受荷载(吊装)之需。

混凝土浇筑完毕后带模正温养护2 d～3 d，养护期间要确保混凝土与环境温差不得大于15 ℃，待墩柱混凝土强度达到设计强度的75%以上时方可拆模，模板拆除时混凝土内外温差以及与外部气温之间的温差亦不得大于15 ℃，拆除模板后随即采用“一布一膜”包裹，夏期顶部不间断喷淋养护，冬期施工采用蒸汽养护，提高了墩身耐久性。待达到设计强度的90%以上时吊离浇筑台座，墩柱在预制场存放区为立式存放。

3.3 装配式墩身、盖梁运输

桥墩、盖梁预制件一般基本上属于长大构件，加之其自身结构受力形式的特殊情况，对装运有着更高的要求，操作不慎，会造成构件损毁。

在装运过程中要注意以下几个方面：

1)盖梁在工厂内的起吊装车，由起重行车配合进行。为了克服运输过程中盖梁受力存在结构安全的风险，采用运梁托架，将搁置点受力由承载梁转换至平板车。

2)构件装车后，两侧前后用钢丝绳进行捆绑，钢丝绳与构件棱角接触部位采用橡胶衬垫后利用手拉葫芦收紧绳索。

3)考虑到装载稳定性以及运输道路限高等因素，采用横卧两端搁置，搁置点常规采用木方或橡胶垫块，确保墩身外观不受损。

4)运输道路要保证坚实平整；运输过程中，平板车不超过5 km/h的时速。

5)构件运至指定位置后，按既定卸车方案要求操作、卸车。

3.4 装配式墩身安装

1)桥墩承台施工。

按设计图纸和已经施工完成的桩基位置放出承台位置；然后进行承台基坑开挖，开挖至承台底标高后施作承台底垫层混凝土，再对墩柱中心点精确放样，精确定位预留直筒锚穴孔、墩身实体段钢筋笼位置。支立承台模板并同时绑扎承台钢筋，经监理工程师验收合格后，浇筑承台混凝土(见图3)。

2)承台施工完成后，安装钢绞线束，浇筑锚穴内自流平混凝土进行锚固；再将承台顶面杂物清扫，将墩身实体段钢筋笼底面浮浆凿除，并冲洗干净，对顶面标高进行复测，对墩柱中心点精确定位，调整墩身实体段钢筋笼(连接钢筋)，弹出十字线并延长至承台边缘(如图4，图5所示)。

3)预制墩身吊装就位。

待承台混凝土强度达到设计强度后吊运、安装预制墩。根据吊重和作业现场条件，选用了徐工RT150越野轮胎式汽车吊，构架捆绑采用钢丝绳加橡胶衬垫方式，吊装过程中要保护墩身侧壁混凝土不受损伤。将墩柱第一节吊起，用牵引绳牵引钢绞线束入孔道，墩柱底套在墩身实体段钢筋笼上，将墩柱吊装到位，安装墩柱调节牛腿及千斤顶，再根据划出的外部圈线进行精确调整平面位置和垂直度，灌注接缝灌浆料。

4)第一节墩身实体段混凝土浇筑。

预制墩吊装就位，待接缝灌浆料强度达到20 MPa后，从墩柱顶面通过串筒浇筑第一节墩身实体段混凝土浇筑。

5)待实体段混凝土强度达到设计值75%后，安装第二节墩柱；安装好第二节墩柱后，安装墩柱与墩柱的临时固结钢杆件。

6)待接缝胶固化后安装盖梁→待钢绞线束锚固混凝土强度达到设计值100%后，张拉预应力束，拆除临时固定装置→完成后续张拉、压浆工序。

7)安装过程中的偏差控制。

吊装、拼装过程中，要从以下几个方面进行偏差控制：

a.预制墩柱轴线偏位不得大于10 mm；

b.预制墩柱高度偏差控制在-10 mm～+15 mm范围内，预制墩柱顶面高程偏差应控制在±10 mm；

c.柱内、外截面轮廓偏离设计线形应控制在±20 mm内；

d.预制墩柱拼装垂直度0.5%。

4 工艺总结

装配式桥墩包含预制的墩身和盖梁,墩身内设有若干束竖向的钢绞线,盖梁内设有若干个竖向的通孔,每个通孔的位置、大小和每一束钢绞线的位置一一对应,每一束钢绞线的一端位于墩身底部、另一端位于盖梁顶部,钢绞线为后张拉钢绞线，能够将墩身和盖梁连接形成整体，提高连接质量,提升结构的整体性能和抗震性。

1)在预制场批量化生产混凝土构件，基本不受外界条件的限制；

2)采用自沉式P锚施工工艺，预应力钢束锚固端可以直接埋入承台，提高了墩底截面受力并同时发挥预应力钢束抗弯能力强的性能；

3)大件运输，对装吊设备、运输设备以及操作人员熟练程度、操作水平要求较高；要对操作人员进行培训，其施作的每个环节必须按照技术交底操作到位；

4)预制装配式桥梁下部结构系将桥墩分解成承台、墩身、盖梁(墩帽)等，其关键工序是构件预制、运输、吊装就位连接、预应力张拉、混凝土填缝。尤其是承台与墩身连接工序处理至为关键；

5)装配式墩台的连接方式主要依赖于预应力钢束。采用的预应力钢材主要有高强度低松弛钢丝。张拉位置一般采用墩帽顶(盖梁)上张拉，操作较为方便，但张拉操作人员及设备均处于高空作业。

5 取得的效果

1)预制、装配式施工工艺提高了专业化、机械化施工水平，在预制场内，通过先进的工装设备，实现了高精度胎架钢筋加工、测量放样、大块模板安装、混凝土浇筑质量控制，龄期养护，提高了墩身、盖梁、箱梁标准化、精细化专业施工水平；

2)变常规依次施工为平行流水施工，紧密衔接了各道施工工序，大大缩短了工期；改变了传统条件下先地下桩基础、承台、墩身等依次施工的弊端；在钻孔桩、承台在现场施工的同时，在预制场同时生产墩身、盖梁、箱梁，减少了不必要的立模板、等强、工序验收环节；经与传统施工对比，缩短了40%以上工期；

3)在显著提升工程质量同时，大大改善了作业人员工作条件，减少了作业人员露天作业时间；

4)由于构件在预制场专业化生产，从而改善了劳动环境，尤其是大大减少了作业人员在风沙地区露天作业时间；

5)明显减少了在现场的临时设施投入和占地面积，减少了对桥址区的施工污染。