山区高速公路装配式桥梁构件预制拼装技术

摘要：文章结合工程实例，介绍了山区高速公路装配式桥梁构件中墩柱预制拼装技术的工艺原理，重点研究了钢筋、模板、混凝土浇筑各分项工程的关键施工方法，在采取科学的构件预制拼装技术后，可以大幅度提高施工效率，缩短工期，保证施工质量，从而为山区高速公路建设提供可靠的技术支持。

关键词：高速公路；装配式桥梁墩柱；预制拼装

中图分类号：U445.47   文献标识码：A

文意编号：1673-4874（2024）04-0192-03

0 引言

随着我国高速公路网络的持续完善，山区公路建设活动逐渐增多。然而，由于山区地形复杂且交通条件困难，传统的桥梁施工方式在山区建设中面临很多挑战。在此背景下，工程技术人员持续探索更具可行性的技术，其中装配式构件预制拼装技术则颇具代表性。该技术通过将桥梁构件预制并进行拼装，可以大大缩短施工周期，提高施工效率和质量。而装配式桥梁构件预制拼装施工细节多，尤其是在山区建设高速公路时，施工环境复杂，施工要求高，深入研究该项技术具有重要意义。

1 工程概况

广西荔浦至玉林高速公路№14分部起讫桩号K158+900～K175+050，全长16.166 km，路基长15.05 km，桥梁1115.5 m/7座。桥梁属于该标段的重点建设内容，其中蟠龙大桥桥梁的下部结构桥墩采用预制拼装技术，上部采用25 m预制箱梁，采用半灌浆套筒的方法连接预制墩柱与系梁、盖梁。

2 装配式桥梁墩柱预制拼装技术特点

装配式桥梁构件是指在工厂预制好的构件，装配式墩柱作为桥梁的主要承重构件，是装配式桥梁构件中的重要组成部分。

基本工艺流程为：在台车上支设模板；制作墩柱的钢筋笼，吊装到位，封模，翻转至竖直状态；检验模板、钢筋笼的位置及稳定性，确认无误后进行混凝土施工、拆模养护。

（1）提高施工效率：预制墩柱不受现场环境限制，可以在工厂内进行生产，减少施工现场对施工条件的要求，提高施工效率。

（2）保证质量稳定：预制墩柱在工厂内进行生产，可以通过严格的质量控制措施，确保墩柱的质量稳定和一致性，减少施工现场的质量风险。

（3）减少施工噪声和污染：预制墩柱的生产过程相较于现场施工，产生的噪声和污染较小，可以减少对周边环境的影响，提高施工的环境友好性。

（4）缩短施工周期：由于预制墩柱在工厂内生产，可以与其他施工工序同时进行，减少施工周期，提前完成工程。

（5）减少人力投入：采用机械化模式生产预制墩柱，无须过多的人力资源，节约人力成本［1］。

3 墩柱预制拼装施工工艺

3.1 墩柱钢筋施工

3.1.1 灌浆套筒

通过半灌浆套筒连接墩柱与系梁、盖梁，一端以灌浆方式连接，另一端用滚轧直螺纹连接。灌浆作业在安装墩柱盖梁时进行，采用28 d抗压强度超过100 MPa的高强无收缩水泥灌浆料；套筒以高强球墨铸铁为原材料加工而成，按照《钢筋连接用灌浆套筒》（JG/T 398-2012）的相关规定控制各项性能指标。

3.1.2 钢筋胎架设计

实施钢筋模块化精加工模式，在专用胎架上制作预制墩柱的钢筋骨架，根据图纸要求严格控制各钢筋的位置，规范连接，要求受力主筋保持稳定，不可变形。提前在工厂精加工钢板，将其布置在胎架端头作为定位钢板，有助于提高预制墩柱的拼装精度。

专用胎架如图1所示，包含支架、定位板、定位架、定位底座等。支架作为主体框架，用于固定各部件；用螺栓连接支架与各部件，既保证连接的稳定性，又方便装拆；以最高墩柱钢筋绑扎要求为准，控制胎架的长度。

定位板由手持式箍筋定位板和上下侧、左右侧的主筋定位板组成，其中箍筋定位板有两种形式，以适应不同钢筋间距的控制要求。

定位架采用钢管粗定位，用螺栓进行精确调节。在设置定位架后，便于控制主筋，保证其位置和垂直度均达标。

定位底座用于半灌浆套筒定位，与钢筋骨架共同吊装入模。根据系梁预埋件定位架的尺寸匹配定位底座，以便准确安装墩柱。

胎架进场后，检查外观，判断是否存在变形、受损、形态异常等问题，详细验收各部件，管理各项细节，例如底座、定位架的开孔开槽位置、尺寸均要符合要求。按图纸要求拼装，底座保持水平。拼装成型后，检查顺直度。

3.1.3 墩柱钢筋骨架绑扎

在胎架上绑扎墩柱钢筋，按照流程依次施工，每结束一道工序的施工后及时检验和控制。墩柱钢筋骨架绑扎的基本流程为：

（1）组装墩柱胎架，安装主筋定位板及套筒端定位底座。

（2）安装套筒及套筒箍筋，套筒底塞与定位底板通过螺栓连接。注浆孔朝向外侧。

（3）安装上排主筋，将其连接至灌浆套筒，再将外箍筋和竖向箍筋安装到位。

（4）将剩余主筋沿纵向穿入箍筋中，将主筋与半灌浆套筒进行连接，根据主筋长度控制要求，以直螺纹套筒连接的方式接长主筋，用扭力扳手抽检接头，要求接头准确连接且维持稳定。

（5）安装横向箍筋，将其与主筋绑扎至一体，局部可点焊，提升钢筋连接的稳定性。

（6）安装顶部主筋定位筋，拧定位螺丝。

3.1.4 套筒止浆塞安装

通过止浆塞封堵半灌浆套筒的压浆出入口，止浆塞背面与墩柱混凝土表面齐平，防止水泥浆流入灌浆套筒内。考虑到灌浆口处保护层厚度的控制要求，设置的止浆塞应有一定的厚度。安装到位的止浆塞必须严密，不可形成供浆液流动的缝隙。

3.1.5 柱顶吊点安装

墩柱顶部有2个吊点，预埋的是长1.22 m、宽0.24 m、高3 cm的Q345B钢板，埋深0.9 m，露出混凝土表面32 cm。在预制墩柱距底部0.6 m的位置预设垂直于吊装钢板的12 cm吊装孔，位于墩柱顺桥向侧面，并在预埋钢板末端设置锚板。

3.1.6 钢筋骨架吊装

墩柱钢筋骨架成型且通过质量检验后，进行吊装。吊具为多点吊具，采用桁吊的吊装方法，避免钢筋骨架在吊装过程中变形。墩柱钢筋重量约为0.40 t/m，墩柱较高时，吊装难度大，需要采用2台10 t的龙门吊配合抬吊，实现安全吊装。对于吊点周边钢筋交叉点，必须充分焊接，维持稳定。

3.2 墩柱模板设计及安装

3.2.1 模板设计

墩柱模板体系由底模、侧模、拼装台、吊架及翻转架组成。

（1）侧模：侧模环向分为4块，其中2块带倒角，2块为平板。

（2）底模：底模兼做套筒定位底座，与台座底架之间采用螺栓连接。

（3）吊架：吊架为钢筋及模板翻转起吊吊点，吊架与模板顶口采用螺栓连接。

（4）拼装台及翻转架：模板拼装及钢筋入模均在拼装台上完成。拼装平台上设置操作平台，便于工人紧固上部模板螺栓。模板拼装完成后，纵移后与翻转架对接。

3.2.2 模板安装

墩柱模板安装采用桁吊吊装的方法，基本流程为：

（1）安装底面模板。底面模板采用带倒角的侧模。根据墩柱高度配置模板高度，模板在拼装台上准确对接，连接好横断面法兰。模板与翻转架之间预留底模安装空间。

（2）安装侧面模板。分块加工侧面模板，逐块依次吊装，调整好每块模板的位置后，连接法兰。安装侧面模板时，做好临时支撑。侧面模板的吊装遵循两端对称的原则，避免倾倒。

（3）安装钢筋骨架。由专人指挥，用两台桁吊共同吊装钢筋骨架，先将架体吊装至模板上方，调整位置后，平缓下放入模，而后进行纵向调整，连接底模与侧模螺栓。安装钢筋骨架时应防止保护层垫块被挤破，如有破损，及时更换。

（4）安装顶面模板。吊装顶面模板，连接底板螺栓及模板间横断面法兰。调节侧面模板，与顶面模板精确对位后，连接纵向法兰，此时墩柱顶部主筋定位架与模板紧密贴合，保证在翻转及浇筑过程中主筋位置准确。经过检查确认无误后，拧紧角拉杆，纵移模板并将其推送至翻转架，用螺栓连接模板与架体。

（5）安装翻转吊架。布设位置为模板顶端，采用螺栓将其与模板连接至一体。

（6）模板翻转。翻转装置采用龙门吊，固定其中的一端，缓慢翻转直至呈竖直状态为止。翻转期间加强检查，判断是否存在焊缝脱焊、模板及连接件受损等问题，一旦发现异常需随即处理，恢复正常后继续起吊。

（7）拆除底座与翻转架间的螺栓，将模板吊装至预制台座，用螺栓连接底模与台座；检测墩柱的垂直度，根据实测结果确定偏差并纠正，拆除顶板吊架，设置施工平台，检验平台的稳定性，若无误则浇筑混凝土。

（8）拆模，养护，墩柱成型后，若尺寸、强度各方面均符合要求，吊装至台座上。

3.3 墩柱混凝土浇筑及养护

3.3.1 墩柱混凝土浇筑

采用立式浇筑工艺浇筑墩柱C40混凝土，遵循连续性施工的原则，单根墩柱一次浇筑成型。通过导管将混凝土输送至墩柱底部，充分浇筑各部位。导管采用的是20 cm软管，由多节组装而成，相邻两节采用丝扣连接。混凝土自由倾落高度不超过2 m，否则将离析。分层浇筑，及时用插入式振捣器捣固混凝土，完成一层的浇捣作业后，施工后一层，以此类推。为了保证施工人员安全，振捣过程中人员不进入模板。振捣器伸入墩柱底部进行振捣，随着浇筑方量的持续增加，混凝土面有所上升，应适时、适量地提升振捣器，使振捣和浇筑密切配合。在分层施工方式下，每层的振捣时间约为20 s，加强振捣墩柱底部半灌浆套筒周边的混凝土，振捣设备不可碰触定位架和主筋。

3.3.2 墩柱养护

混凝土强度提升至2.5 MPa后，施工人员用登高车上下墩柱，拆除模板。模板拆除后，检查混凝土表面是否存在外观质量问题，若有则按照规范要求的方法进行处理。在墩柱顶板配置智能喷淋系统管道及喷头，进行智能养护。墩柱混凝土的养护时间至少为7 d。

3.4 厂内转运及存放

3.4.1 转运及存放要求

墩柱的转运条件是其实际强度达到设计强度的80%以后，用龙门吊转至台座处。墩柱吊点钢绞线上涂黄油进行防锈，施工过程中禁止对钢绞线进行焊接敲击。先试吊，检验钢绞线是否存在扭曲、受损等问题，确认无误后正式起吊。存放时间较长时，柱顶露出钢筋采用塑料软管罩住，管口采用绑扎带扎紧，安装时采用钢丝刷除锈。分别为各墩柱编号，在侧面喷涂编号，并标记每根墩柱的安装方向。墩柱存放采用竖向存放，存放台座采用下放式台座，台座底部低于地面1.1 m。台座框格尺寸比墩柱尺寸大8 cm，采用木楔进行支撑。为了防止墩柱吊入台座时发生磕碰损伤，在存放台座伤口边角处安装橡胶条，墩柱底部垫好橡胶垫。

3.4.2 墩柱台座受力验算

通过木楔固定墩柱与台座，每侧均设置2个木楔，单个作用力为302.2 kN，台座按集中荷载下抗冲切进行验算，若要保证台座的稳定性，抗冲切承载力需满足如下要求：

γ0Fld≤0.35βhftdUmh0+0.75fsvAsvu（1）

式中：γ0——结构重要性系数，取0.9；

Fld——集中力，取302.2 kN；

βh——截面高度尺寸有效系数，取0.97；

ftd——混凝土轴心抗拉强度，取1.39 MPa；

Um——破坏椎体截面面积的周长（距集中力作用面h0/2的部分截面），取1 440 mm；

h0——板的有效高度，取300 mm；

fsv——箍筋抗拉强度设计值，取330 MPa；

Asvu——箍筋截面面积（与冲切破坏椎体斜截面相交的部分），取452 mm2。

0.35βhftdUmh0+0.75fsvAsvu=0.35×0.97×1.39×1 440×300+0.75×330×452=315.7 kN＞0.9Fld=272 kN

台座受力满足要求。

4 结语

综上所述，本研究通过对山区高速公路装配式桥梁构件预制拼装技术的研究和应用，取得了一定的进展。根据工程建设条件，深入优化钢筋、模板、混凝土各分项工程的施工工艺，规范施工，加强质量检验和控制，顺利进行装配式桥梁构件预制拼装作业。该工程采用的预制装配式技术综合应用效果良好，在保障安全、提高质量、加快效率、降低成本多个方面均有突出的优势，有一定的参考价值。未来的研究可以进一步优化和改进预制拼装技术，推动山区高速公路建设的发展。

参考文献

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［2］曾湘黔.公路桥梁装配式墩柱、盖梁施工技术［J］.工程建设与设计，2023（13）：257-259.

［3］杨晓飞.装配式桥梁预制化构件施工安装关键技术［J］.安装，2023（4）：63-65.

［4］高剑容.市政桥梁预制墩柱拼装关键技术应用研究［J］.福建建设科技，2022（5）：104-106.

作者简介：黄哲隽（1989—），工程师，主要从事路桥施工与技术管理工作。