市政桥梁工程中的装配式建筑技术

李茂彬

(中国雄安集团基础建设公司，河北 保定 071000)

随着城镇化的不断发展，与其配套的城市道路交通建设也必须与之匹配。而桥梁作为城市交通的重要组成部分，是不可或缺的。现阶段，城市桥梁工程项目在实践中取得了很大的技术进步，但其安全性、使用寿命和抗震能力层面还存在许多技术难题。在政策导向的指引下，装配式建筑得到了广泛的发展空间。而装配式建筑是指在工厂生产混凝土构件(预制梁、叠合板、预制柱等)后，通过交通工具将其运送至施工现场，通过可靠的方式进行连接安装的。此类把部分预制件的生产放在工厂生产的建筑就是装配式建筑。在城市桥梁建设中，装配式建造技术，以其工作效率高、节能环保、低碳绿色等特点被越来越多的选用[1]。

1 市政桥梁发展趋势现状以及存在的不足

截止2022年7月4日，据国家统计局的数据统计，全国各地一共有桥梁73.53万座，桥梁全长3977.8万m，比前年底各自提升2.19万座、315.02万m。在其中，大桥3075座546.14万m，立交桥67677座1704.34万m。在我国，城市人口非常多，桥梁使用率非常高，因此对工程质量的要求也是非常严格的。现阶段装配式工程建筑技术在市政桥梁工程项目中的运用是拥有广阔的发展空间的。市政桥梁工程项目有必要大力推广装配式技术的应用。大中型桥梁工程项目的工业化水平不会改变，选用预制构件组装工程的项目许多。虽然发展速度快、前景广，但仍然存在许多问题，如领域规范和标准不够精细、工程项目技术有待提升等。

1.1 施工技术中的结构难题

伴随着城市体量的扩张，城市的建设要从大局出发。需要兼顾的方面也越来越多。在这种条件下，相关部门对桥梁建设的要求就会越来越严格。这就导致了部分新型材料、新技术无法运用，施工加工工艺不健全，给建筑结构造成难题。例如：应用新型材料保护生态环境，具体在工程项目中发现其抗压强度难以满足要求；一些技术不符新举措，碰到极端天气以及重大压力的情况下，或出现一定程度的塌陷。甚至有一些新项目存有技术缺陷，桥梁整体的强度使用期限不能得到合理确保。

1.2 城市桥梁建设的管理能力有待提升

要想建设高规格的城市桥梁工程，不仅需要高新技术作为支撑，管理方法也是不可或缺的一部分。不过，截至现在，管理问题常常不会被很多施工企业重视，这就导致工程管理的滞后。市政工程项目一定会用到建筑钢材。道路桥梁的支撑钢筋一旦浸蚀到一定程度，便会减少桥梁正常的使用期限，严重危害人民的财产和人身安全。

2 装配式建设方案的优势

现阶段，在我国城市桥梁主要采用传统预制混凝土施工方式，不仅现场工作强度大、不利于周边环境，而且资源利用率低、工作进展缓慢。而ABC桥梁的建设定义是从法国最早出现的。E.Freyssinet通过纵向的预制箱梁段(1945)和配对连接头(1952)的方式建设了预制混凝土桥梁。而美国在20世纪70年代开始推行桥梁的快速建设技术。即在工厂预制构件，如承重梁、台面、暗板涵等。并运输到施工现场进行快速拼装[2]。1979年，在美国佛罗里达州，J.muller设计的Long Key以及Seven Mile两架桥，就是在预制件与现代机械技术的协作下完成的。从那时起，该技术得到了广泛的应用。诸如美国、韩国、泰国等在20世纪90年代都通过该技术成功实现了桥梁的建设。与传统桥梁修建方式对比，装配式桥梁的优点主要包含。

1)工期和费用可控性增加：装配式桥梁实现了设计统一、预制生产、现场组装和智能化建设。零件在工厂加工成型，能用施工机械设备在现场施工和拼装，能够大幅提高高效率，降低人力任务量，有效控制施工周期和建设成本。

2)品质安全有保障：规模化制造的零件检修标准更强，产品质量检验比较容易实现，不可控因素越来越少，现场作业施工程序流程越来越少，进而会获得高效的工程施工质量。

3)低碳绿色：桥梁施工所需要的零部件在工地预制构件，大大减少了厂房的任务量，降低了水、电等能源消耗，节约了工业厂房模版和施工当场所使用的原材料，防止了工厂建筑装饰材料的消耗和规模性施工所带来的高耗能、高噪声等污染环境。

3 装配式桥梁的建设注意事项

3.1 上部结构的拼装

3.1.1 预制钢筋混凝土桥

预制混凝土结构桥梁技术通常是将公路桥梁梁竖向按段，在工地预制，随后运送去现场公路桥梁开展拼装，再对整个桥梁增加预应力钢筋。依据预制阶段连接方式的不一样，可以分为湿接缝、粘接接缝、干接缝等。三个区别在于邻近预制梁间的填充料不一样。一般用混凝土、干硬质混合砂浆或环氧树脂胶等进行填充。干接缝根据凸榫以及预应力钢筋连接。

3.1.2 拼装箱梁

珠港澳大桥选用装配式箱梁，具备重量轻、侧风性能稳定、抗震能力好等特点。珠港澳立交桥是世界最大的水上钢结构桥梁，有大概16km长箱梁和6km长组合梁。

3.1.3 装配式钢-混凝土组合构造

1)钢腹板组合梁：桁架结构预制混凝土组合桥梁结构是组合式桥梁，选用桁架结构腹板替代混凝土腹板，通常用于跨度较大的市政桥梁；2)组装式箱梁：装配式箱梁选用锈蚀钢板、波形钢腹板等新型材料，与双钢箱截面技术融会贯通，使得桥梁的承载力大幅度提升，而且桥梁的自重较小。例如G4高速保定段小半径弯桥，桥墩、梁板、承重梁都完成了规模化生产与拼装工程施工；3)波形钢腹板组合梁：在波形钢腹板和预制混凝土预制箱梁的组合梁中，混凝土腹板被波形厚钢板取代；4)波形钢腹板-钢管混凝土组合梁：该技术建设的组合桥梁结构构造新奇，由混凝土现浇板、钢管混凝土下弦杆和波形钢腹板构成，在其中，该类型组合梁最核心的技术突破点是生产时的斜面焊接技术；5)钢箱组合梁：混凝土桥面板与半封闭式箱梁合二为一，产生钢箱组合梁。该类型的梁会使得建筑钢材以及混凝土抗压能力得到充分展现；6)厚钢板组合梁。组合钢柱是通过露出的H型钢和混凝土结构平屋面根据剪应力切向键而成组合结构。该种类桥型使得建筑钢材、混凝土本身的性能得到充分发挥。其承载性、抗震性以及加速性都是十分优异的，而且建设过程也较为简单[3]。

3.1.4 预制路面

预制桥面板通常是全尺寸混凝土桥面板。通常分为钢架结构桥面、波形管桥面以及华夫板桥面三种类型。三者中，波形管桥面系选用地脚螺栓将波形钢板固定在钢梁上，并且用混凝土或沥青混合料填充地面找平。

3.2 下边结构组件

3.2.1 装配式电缆桥架

桥墩一般包含梁板、墩身和桩帽。装配式桥墩是把桥墩转化成多个预制构件，如桩承台、立杆、梁板(墩帽)等。在工地或当场预制，运送到现场拼装。

有关研究发现，桥墩迅速拼装的核心在于实用有效的链接方案以及结构对策。现在，装配式暗板涵的探索和设计分析比较多，而对装配式暗板涵的探索偏少，研究综述尚需进一步开展。

3.2.2 装配式桥台技术

暗板涵一般由梁板、台身和翼墙构成。构件区划和联接与桥墩类似。因为暗板涵总数低于桥墩，有关的探索与应用偏少，典型性方式为承插式预制暗板涵和H型钢桩。

组装式钢管脚手架是将大钢管脚手架按纵向、前模、垂直方向分为多个预制构件，设在桥址四周的预制浇筑，陆运或海运至当场，进行起吊组装。装配式钢管脚手架的主要特征是能够预制，对周边影响小，但要注意以下几点。

1)对墩、台、柱预制构件及顶部预埋独立基础总数，查验各墩、台相对高度及坐标相对高度是否满足设计要点；基坐与柱端中间间隙不可少于2cm。

2)坐落于墩身里的起吊基杯，要从纵、横向全面把控，要做到柱身在垂直角度、倾斜程度和水平部位都要满足要求。针对又重又细桥墩，必须使用风绳或支撑杆固定不动之后才能放进挂钩。

3)在墩身顶端组装梁板前，务必查验梁板预埋槽部位是否满足设计要点。不然务必先修。

4)待立柱和梁板(墩帽)安装好，经检测符合规定后，可在瓶口和梁板槽处浇制薄水泥砂浆。硬底化后，拆卸楔子、支撑架或风绳，并且用水泥砂浆铺满楔孔。

伴随着预应力技术成熟的与发展，预应力钢筋已用于桥墩，特别是后张预应力筋混凝土装配式桥墩。其施工工艺与装配式桥台类似。除安装中连接连接头处理工艺外，预应力钢束是预制构件之间的主要连接方式[4]。

4 桥梁工程建设对BIM技术的运用

2002年由Autodesk最先通过BIM服务集成工程建筑信息。以期实现一个建筑物从提出到设计，从建设到后期投入使用，直至该建筑物生命周期终结的全过程中，所有的信息都会集成在一个三维模型数据库内。

BIM的关键在于创建工程建筑的虚拟三维模型，并通过数字化技术为建模给予详细好用的数据库。该库不仅含有该建筑的图形信息、技术专业特性和情况数据，也包含预制构件之外的对象情况信息(如室内空间与运动个人行为)。通过各种包括施工信息的三维模型，施工信息的集成化获得了很大的发展。为施工工程项目的相关负责人带来了工程项目信息沟通与互通的服务平台。

4.1 沟通合作

在桥梁施工建设的过程中，会有众多企业参与。施工方、设计方、监理方以及甲方等。各个角色应全力配合、互相支持。在作业过程中，经常会出现交叉施工状况，导致协调沟通艰难，危害工程施工质量，牵制工程进度。通过BIM搭建的项目管理平台，可以进一步提高各行为主体的协调能力和管理方式。

4.2 仿真模拟

BIM技术性能够创建各个建设阶段的三维数模，进一步提升建设过程的管理效率，使工程管理人员的规划以及决策更加科学、有效。而且通过BIM技术所建立的三维模型，可以对桥梁工程的过程和进度进行全程模拟仿真，形象化表明具体进展与计划进度的差别，有利于新项目管理人员依据进度偏差调节当场产业布局。

4.3 施工仿真模拟动漫

一些高危新项目能用三维模型仿真模拟。在公路桥梁施工和模板起吊过程中，模板有时也会产生摇晃。当模板摇晃较大时，会给现场施工人员造成安全障碍。通过BIM的仿真模拟，可以大幅度提升施工人员的安全。对于桥桩的模拟仿真，利用REVIT软件鉴别项目的施工问题，对于设计中的缺失可以及时起到提醒作用。当作业者工作难度过大，有跌落风险时，可及时纠正。

4.4 视觉效果展示

在桥梁工程中，运用BIM技术性能将全部工程项目以三维模型的方式直接地表现出来，使工作人员在施工时更便捷，企业形象更加深入。结合直接地施工进度计划方案，仿真动画和三维效果图，工程管理者和操作人员可以实现机器设备关键部位的三维可视化，避免因对工程图纸和技术标准掌握不健全而导致的工程施工难点。

4.5 碰撞检查

在以往设计和施工中，难以发觉二维平面图的差异对接扣件的冲击，造成工程变更和返修导致非常大的成本费消耗与时间烟雾。倘若运用BIM新技术，能有效防止这种情况[5]。

4.6 工程量统计

按照实际工程阶段对工程开展三维建模，解决了传统手工制作没办法快速精准统计混凝土工程实际工程量难题，以协助新项目工程量管理与财政预算。

5 装配式桥梁实用价值分析

近些年来城市化的进程加快，桥梁市政建设项目的基建项目规定还在持续提高。在我国大力开展城市更新的过程中，许多老旧的市政桥梁工程项目必须开展检修和结构加固。在这样的发展方向条件下，装配式建筑工程技术发展是桥梁基本建设与维护的关键对策。钢-混凝土组合结构桥梁采用两种原料的构成，可以充分利用混凝土抗压强度和钢材抗拉强度的优势，避免混凝土拉伸开裂和工程建筑钢材抗拉强度不稳。

6 结语

未来市政桥梁基建项目能从系统架构、专业性、原料、施工技术等各个方面充分考虑，因时制宜，融合城市园林景观和地形特点。在挑选建筑装饰材料时，应关键挑选对周围环境影响小(耗能和CO2废气排出)的原材料。与此同时，将来桥梁构造将更加重视工程建筑造型艺术、桥梁艺术美学和景观规划、生态效益，追求完美自然景观和景观设计的完美结合。装配式桥梁以与众不同的技术特点，具有许多传统桥梁建造方式所不具备的优点，符合在我国节约能源、环境保护的核心理念。