装配式混凝土桥梁设计施工技术要点研究

2020-03-08张旭昌

工程技术研究 2020年16期

张旭昌

（新疆交通建设集团股份有限公司，新疆乌鲁木齐 830000）

我国拥有广阔的国土面积及复杂的地形地质环境，故铁路、公路的发展需要高质量桥梁建设来支撑。装配式混凝土桥梁以模块化构件架构整个桥梁的主体结构。目前，装配式桥梁已经成为我国桥梁建设的主要方式，具备质量整体可控、施工周期短、受不可抗力影响小等特点。随着市场需求的扩大，我国装配式混凝土桥梁构架的生产规模和生产质量不断提升。整体而言，我国装配式混凝土桥梁的构建还存在诸多有待完善的地方。

1 装配式混凝土桥梁的特点

1.1 有效节约资源

众所周知，传统桥梁建筑施工建设不仅需要投入大量的人力资源、机械设备，还需要大量的基础原材料。预制装配式桥梁构件采用统一化的工厂生产工艺，集约化批量生产，在单一模块构件的用料比例上更加统一、规范，桥梁上部结构（板梁、T梁、组合箱梁）、下部结构（桥墩、承台）的生产均能够按照市场标准进行严格执行。这种集约化生产模式能够有效减少现场浇筑过程中钢筋、混凝土的浪费。现场施工环节，混凝土建筑作业之前必须使用大量的木方、模板等耗材，采用预制装配式桥梁构件大大减少了现场混凝土工程的建筑数量，能够有效控制耗材浪费。同时，工厂统一生产有助于进一步提升机械化率，降低人力成本的投入。

1.2 桥梁建设更加高效

装配式混凝土桥梁全称为预制装配式混凝土桥梁，其重点突出预制和装配两个方面。预制即在桥梁通过审批流程后，即可预先批量生产。桥梁模块构件的生产与选址、地面平整等准备工作同步进行，能够节省大量的施工时间，打破了传统建筑施工的先选址后建造的施工流程。预制结构能够节省大量的工程骨干建设时间，同时装配式结构具备安装简便的优势。配合现场的起吊安装设备，能够实现桥梁上部结构的快速安装，且安装完成后即可投入使用。而混凝土建筑桥梁则需要待整个桥体完全硬化后方可进行下一阶段的建筑作业。由此可见，预制装配式桥梁构造能够大幅度缩短施工时间。尤其是中小型桥梁，使用整体装配技术能够缩短80%以上的施工时间。

1.3 有效减少对环境的影响

现场装配工艺对环境的影响相对较小，而铁路桥、公路桥的大规模建设会严重破坏生态环境。传统的混凝土现场浇筑工艺会用到大量大型运输、搅拌、起吊设备，严重破坏了地表植被。此外，工程施工还会造成严重的水污染以及空气污染。由于施工初期，排污系统尚未建成，大量建筑污水直接排放。而预装结构能够从源头上控制污染，降低排放量。此外，单纯的安装焊接作业更加清洁环保，大量降低了水资源的使用率，有助于推动我国建筑事业的现代化发展。

1.4 保障桥梁质量

传统桥梁建设过程中，存在众多影响桥梁质量的因素。例如，天气、温度、湿度等，都会影响混凝土的硬化情况。此外，人为施工因素也会增加桥梁的施工风险，危害我国整体桥梁施工质量，给居民的日常生活带来严重的未知隐患。不同承建单位施工能力、施工标准各不相同，桥梁的综合质量难以得到有效保证。装配式桥梁结构采用集约化工厂生产模式，在严格的层层质检把控下，单个构建质量得到有效保障。相比于现场施工工艺而言，装配式结构能有效控制各种自然因素和人为因素带来的不利影响。不断提升我国桥梁建设的安全性、可靠性，推动桥梁建筑行业的高质量发展。

1.5 现场施工程序更简便

装配式混凝土结构采用整体运输、整体吊装、人工焊接的施工工艺，施工流程简明扼要，所需要的设备更加精简。装配式混凝土结构的使用打破了传统工程建设现场混乱不堪的局面，以简约的工作内容带来更加高效的施工回报。同时，也方便了承建单位的现场管理，提升了项目建设的总体水平。

2 装配式混凝土桥梁上部结构设计施工

目前我国桥梁主体主要分为混凝土桥梁和钢结构桥梁两种。而桥梁又可以根据结构划分为桥梁和承重结构两部分。上部结构主要有装配式板梁、装配式T型梁、装配式组合箱梁等形式。以下，分别对这三种桥梁结构进行详细论述。

2.1 装配式板梁

装配式板梁作为中小型桥梁施工建设的主要结构，应用十分广泛。然而，我国当前使用的空心板梁整体质量有待提升，相对于国外板梁质量而言还有一定的差距。在使用过程中，这种板梁很容易在重压之下发生整体性崩塌。这与空心板梁的整体承受力度有关，当超过桥体承受限度时，板梁处就会发生断裂。因此，这类板梁难以承受超载和大负荷车辆。将I型钢管放置在混凝土中，整体建筑行程钢骨结构。将一个钢骨接受设定为一个单元，每3到4个单元划分为一个预制单元作为单独的预制构件。单元之间又有I型钢管作为连接，提升了单元之间的强度。以单元化的预制板梁作为基础单位，从而实现板梁之间的整体衔接。故对单个单元的规范化程度要求更高，板梁之间的连接应当控制在合理范围内，从而有助于施工，也是出于安全角度考虑。因此，相关厂家应不断提升模具的精确程度和可靠性。规范化地使用钢管结构，提升板梁单元的强度。

2.2 装配式T型梁

T型梁采用上部为混凝土下部为钢结构的复合型结构，有助于增强桥梁的综合承重能力。上部为混凝土预制上翼缘板，下部采用I型钢结构，二者之间形成剪力，整个桥体受力相对均匀，桥梁承重效果好。

2.3 装配式组合箱梁

预制组合箱形梁采用复合型结构，即两侧及底部采用钢结构而路面采用混凝土结构。在桥面未完成整体结合时，U型梁承受整个桥梁主体以及自身的重力。当桥面同U型梁闭合形成整体受力框架时，整个结构才会以组合箱梁的形式参与受力。在现场施工过程中，采用预制的U型结构能够便利运输、装吊各个环节，然后在安装过程中，应注意内外侧受力差异造成的梁体偏移影响后期安装，甚至会使U型结构在受力不均下发生扭曲。由此可见，组合箱梁结构应重点关注桥面与U型梁的契合程度。在施工工艺上主要采用节段梁整跨施工，在施工过程中应重点关注桥板面的施工问题，通过现代化工艺提升整体桥梁强度，也可采用预制U型梁同预制混凝土桥面连成整体。

3 装配式混凝土桥梁下部结构设计施工

装配式混凝土桥梁以装配式混凝土桥基作为主要承重结构，承担桥自身的重量以及来自路面的压力。就其结构形式而言，主要采用矩形结构或梯形结构。整个下部结构桥墩、桩基和承台自身工艺难度不大，施工重点在于以上三个装配式构建的稳定连接。

3.1 桥墩及其连接

桥墩整体采用一体化装配式建筑构件，整体结构强度大，稳定性高，支撑能力良好。采用钢筋加固上下连接，以钢筋作为定位基准，在钢筋准确插入预留孔隙后，采用混凝土加固。而桥墩与上部桥体主要采用柱桩结构，柱桩插入上部桥体，完成对接工作，然后使用混凝土建筑连接部位。钢筋在整个连接结构中发挥着决定性作用。

3.2 承台与桩基之间连接

采用炮筒连接方式，桩基顶部应当预留足够长度的钢筋，通过钢筋结构式承台与桩基之间形成人为整体。提升承台与桩基之间的承重结构强度。根据具体的受力情况，设置受拉钢筋，避免在重力情况下，承台与桩基之间发生压缩或结构不牢的现象。

4 预制装配式建筑施工技术要点

4.1 专业化构件设计

在进行装配式构建的整体生产时，应对桥梁施工设计图纸进行严格分析，结合具体的地形地质以及相关地理要素，综合考量每一个部分结构的综合受力情况。桥梁架设过程中，模块化建筑不同于传统混凝土建筑，二者的受力点会发生偏移，因此，生产厂家应合理调整钢筋的直径和分布，从受力和应力两个方面考虑构件的综合情况。同时，根据桥梁的长度、地质的稳定程度、预设最大承重等因素分段规划桥梁的受力情况。重新调整整个设计工艺中的细微结构，从而实现整个桥梁整体的受力稳定。

4.2 规范桥梁构件制作流程

在整体浇筑过程中，模块构件的整体质量受到众多因素的影响。首先，应规范设计模具，对模具的质量和各项指标进行检查，尽最大可能减少模具之间的误差，这也是工厂化生产的基本要求。其次，正式量产之前，应进行试产，随后对试产品进行质量检测、承重检测。在调整好模具后，在浇筑过程中应密切留意模具形状变化，确保模块外观符合生产要求。最后，应严格按照施工顺序进行，当出现工序存在问题时应立即停止，规范每一个步骤。另外，在生产过程中，应使用来源正当、质量合格的建筑材料，确保生产原料的质量可靠。

4.3 科学管理与运输

成品桥梁构件应严格按照标准进行堆放，避免成品受潮、淋雨、反碱。模具必须堆放在平整的地面上，利用支垫将成品垫高，避免受潮。成品堆放应在可承受的范围内，支垫应合理摆放，避免受力不合理完成模块断裂。在进行运输时，应做好防撞、防滑工作。使用专业的橡胶垫或木垫做好支撑防护工作，采用定型保护垫块做好加强保护。起吊、运输过程中尽量做到轻拿轻放，严格做好模块的保护工作，避免边角等脆弱部分在运输过程中遭到破坏。