一体化装配式墩柱盖梁组合结构施工技术研究

刘江军，张英海，沈健聪

（1.嘉兴市交通投资集团有限责任公司，浙江 嘉兴 314050；2.嘉兴市快速路建设发展有限公司，浙江 嘉兴 314001）

近年来，我国的交通基础和配套设施建筑业已经进入了一个崭新的发展时期，装配式的出现很好地解决了因环境、交通、施工时间等因素的限制，可以很大程度地提高施工效率，实现快速安装施工，同时有助于增强桥梁结构的耗能能力。装配式桥梁结构可以最大限度地减轻对桥位环境影响和交通干扰，而且易于保证工程质量，降低桥梁生命周期成本，其技术经济优势正日益得到桥梁界的高度认同[1]。因此，为降低施工成本，加快施工进度，桥梁建设在施工工艺上已由现场施工逐步转换到在智慧梁厂中进行标准化预制，再在现场进行拼装的方式。

目前，很多学者已对装配式桥梁结构开展了相关研究工作，主要集中于构件标准化预制、构件强度性能优化、长距离运输调度、现场高质量安装方法与设备、节点性能与病害处治等方面[2-9]。曾春茂[2]针对不同加筋形式的螺栓连接方式的装配式钢管混凝土桥墩，分别研究了螺栓预紧力、预应力度、连接钢管厚度等因素对其水平承载性能的影响。田飞等[3]针对不同装配式下部结构方案，研究分析了预制构件间的连接形式和一体化施工技术，并提出了适用于中小跨径全预制装配式桥梁的高效一体化建造方案。曹紫龙[6]针对装配式桥梁节点病害，通过正交试验系统研究了节点灌浆材料的基本力学性能、抗冻性能和纤维增强性能，并基于预制波纹管灌浆构件的拉拔试验研究了影响钢筋与节点灌浆材料粘结性能的相关因素。

依托某实际工程，针对桥梁下部结构采用装配式墩柱盖梁组合结构，本文对其结构设计和一体化施工工艺进行了系统研究，研究成果有助于为今后类似工程提供借鉴参考。

1 工程概述

1.1 项目概况

S302 平湖至安吉公路平湖平善大道至南湖嘉南公路段改建工程（一期）第2 施工标段主线起于嘉兴市南湖区乡道Y209 与新07 省道交叉处，路线起点桩号K10+095.5。路线沿既有新07 省道向西，跨越新竹线规划Ⅶ级航道、Y209 乡道、风万线规划Ⅶ级航道等，于七沈公路处设菱形互通与规划永叙路进行沟通转换。然后跨越兴业路、规划七大公路、余步路后高架落地，顺接现状07 省道，快速路利用现状道路上跨沪杭高速并下穿沪杭高铁，跨越南郊河规划Ⅵ级航道后再次起坡，跨越规划亚中路、亚太路后落地，并在亚太路西侧设置半菱形互通，之后主线采用地面道路向西顺接既有长水路落地高架匝道，与长水路高架、三环东路高架、规划嘉盐高架共同形成三环东路枢纽互通，终点桩号K20+111.013。如图1 所示，本工程路线全长10.016km，其中K10+095.5-K16+219.5 为连续高架桥，总长6.124km；K16+219.5-K17+393.68 利用现有道路，K17+661.5-K20+110.933 为主路+辅路，总长2.45km(主路含高架桥梁约1.48km)。本工程中的桥梁上部结构形式包括钢混组合梁、窄幅钢箱组合梁和小箱梁、空心板、矮T 梁，上部结构最大跨径75m；下部结构形式包括Y型墩、门架墩、大悬臂的预应力盖梁和一体化装配式墩柱盖梁组合结构。

图1 工程平面位置

1.2 地质水文条件

本工程位于杭嘉湖平原北部，地势平坦，视野开阔，河湖密布，属典型的江南水乡，地面标高在1.2～3.0m之间。水位动态变化受季节、大气降水及河道水位控制，实测地下水位埋深0.6～1.5m。桥址位于冲湖积平原区，自上而下土层分布为：厚度0.8～7.50m 以可塑状粉质黏土为主的耕植土；厚度0.50～4.20m 的全新统上组冲湖积可塑状粉质黏土，工程性质一般；厚度0.90～13.70m 的全新统中组海积软塑～流塑状粉质黏土，局部地段为1.2～9.10m 厚的全新统中组冲海积粉土；厚度2.50～18.50m 的全新统下组冲湖积硬可塑状粉质黏土，工程性质较好，局部地段相变为可塑状粉质粘土、稍密～中密状粉土，其下分布厚约2.40～9.40m的全新统下组海积软塑状粉质黏土，工程性质差，局部为厚约0.7m～19.9m 的相变成软塑状粉质黏土，工程性质较差。

2 结构设计

本工程中的一体化装配式墩柱盖梁组合结构所用钢材型号为Q355D。如图2 所示，墩（立）柱为钢混结构，直径有1.8m 和2.4m 两类。墩柱板厚24mm，底部设底板、加劲板和加强箍筋。加劲板厚20mm，钢筋为5 根C22加强箍筋。焊钉为A22×180 型，焊钉沿钢柱内侧布置，竖向间距20cm，钢柱同截面等间距布设8 个。

图2 装配式钢混立柱构造图

如图3 所示，盖梁为钢箱结构，长×宽×高为8.0m×2.6m×2.4m，顶板、腹板和横隔板的厚度分别为20mm、20mm 和24mm。横隔板间距60cm，横隔板与腹板间距95cm。立柱和盖梁内混凝土采用C30 微膨胀混凝土。

图3 装配式钢混盖梁构造图

3 施工工艺流程

本工程中的装配式墩柱和盖梁均采用场内加工预制，现场拼装，再进行整体化安装流程。立柱采用分节段预制、运输，现场拼装后整体吊装。盖梁结构为场内加工，运输至现场后进行拼装，再分节段吊装。一体化装配式墩柱盖梁组合结构施工工艺流程如图4 所示。

图4 一体化装配式墩柱盖梁施工工艺流程图

4 施工关键技术

4.1 结构场内加工制作

4.1.1 钢板预处理

下料前，应先对钢板的材质、批号进行移植或记录，再利用矫平机矫平后对钢板进行预处理，消除钢板轧制内应力产生的瓢曲变形（尤其是运输吊装过程造成的局部硬弯），保证钢板在制造过程中的平整度，同时采用磁力吊配合上下料，不使用吊钩或虎头卡吊装，避免钢板产生局部塑性变形。随后，再对钢板进行抛丸除锈、喷涂车间底漆、烘干等预处理措施。

4.1.2 钢立柱制作

针对本工程中直径为1.8m 和2.4m 钢立柱，采用厂家标准化分节段定做，进场后进行处理，再进行焊钉焊接。考虑到现场施工和规范要求，钢立柱标准节段划分为10m。

4.1.3 盖梁加工

盖梁主要结构划分为腹板、顶板、横隔板、端板、底板等，加工支座处设置加劲肋，采用Ι级熔透焊进行结构间的焊接成型。其中，顶板尺寸为2600×20×8000（mm），横隔板尺寸为2826×24×2360（mm），腹板尺寸为2585×20×8000（mm）。

4.2 节段运输

钢立柱和盖梁各板块加工完成后，采用平板车运输至安装现场。运输前，对运输道路再一次进行勘察，结构运输时，必须用钢丝绳、倒链把立柱在卡车上固定牢靠，在平常车上安放木楔防止钢柱在运输过程中横向滚动，运输道路需填平、压实。

4.3 现场拼装及吊装

4.3.1 作业场地处理

根据钢立柱节段划分尺寸和作业需求，选取长14m、宽12m 的场地作为拼装作业场地。为保证拼装精度，场地需进行平整压实，并浇筑10cm 厚C20 混凝土作为硬化层。

同时，为了保证吊机作业稳定性，需对吊机活动区域进行平整压实处理，对不满足承载要求的场地进行换填处理。

4.3.2 临时支架搭设

为了分节段吊装钢立柱和盖梁，根据钢立柱吊装高度分层搭设临时支架，布设作业平台。临时支架搭设前需进行结构验算和分析，满足设计要求并报监理单位审核后方可进行现场搭设施工。

4.3.3 首节立柱安装

如图5 所示，根据设计要求，立柱底部嵌入承台深度2m，设置有规格为2900×30×2900（mm）的底板。底板设有型号为200×20×1100（mm）的加劲板和型号为C22 钢筋的加强箍筋，加劲板上均布预留有5 个钢筋孔。

图5 钢立柱底部结构示意图

由于立柱埋深承台顶2m 深处，绑扎承台钢筋时需考虑立柱位置钢筋的加工和布设。因此本工程中装配式钢混组合柱盖梁结构墩位的承台钢筋需分2 次绑扎，首次绑扎至立柱底板标高位置，承台竖向主筋预留与第二次钢筋绑扎，预留钢筋搭接数量应满足同截面搭接数量小于总搭接数量的50%。

首节立柱吊装完成后，立柱管内采用C30 微膨胀混凝土进行浇筑。浇筑前需按照设计要求进行配合比设计，待审核后方可用于现场浇筑施工。为了防止微膨胀混凝土浇筑过程因高度过高而产生离析，本工程选用吊运底部安装有串筒的料斗浇筑。

4.4 其余节段立柱吊装

首节立柱混凝土浇筑完成后，待强度达到要求时，进行第二节段立柱的吊装，吊装工艺与首节相同。第二节立柱吊装至设计位置后，进行节段之间焊接。焊接完成后，吊机配合拆除施工平台，搭设第二层临时支架和作业平台，循环首节立柱施工工艺，直至立柱施工完成（除与盖梁连接的顶节立柱节段）。

4.5 盖梁安装

预先将顶节立柱与盖梁在场地拼装完成，形成一体化装配式墩柱盖梁组合结构。待上述立柱完成后，放样复核确认盖梁中心位置及角度，无误后做好位置标记，再吊装该一体化装配式墩柱盖梁组合结构，与下部立柱焊接形成整体。为了防止吊装过程构件局部受力过大导致结构变形，本工程采用构件整体同步起吊方法，辅助构配合主钩实现构件的空中翻转。

4.6 混凝土浇筑

待盖梁安装完成后，进行盖梁内混凝土和顶节立柱内混凝土的浇筑，浇筑盖梁时可采用灌注预留孔进行灌注，至此完成装配式墩柱盖梁组合结构的全部施工。

5 结论

（1）本工程中的装配式墩（立）柱和盖梁均采用钢混结构，通过工厂标准化预制加工、现场拼装的形式实现了桥梁下部结构的快速高质量施工。

（2）装配式墩（立）柱采用分段焊接接高、分层浇筑混凝土的方法，有效提高了超大直径墩柱的稳定性和施工效率。

（3）通过将顶节立柱与盖梁采用预拼装技术形成一体化装配式墩柱盖梁组合结构，整体吊装后只需焊接立柱界面，不仅降低了高空作业难度，而且保证了墩柱盖梁连接节点的强度。