全预制装配式桥墩的设计与施工要点

2020-03-09叶海强

工程技术研究 2020年12期

叶海强

（上海市政工程设计研究总院（集团）有限公司武汉分公司，湖北武汉 430077）

简言之，全预制装配式桥墩就是指通过全预制式构件进行组装的桥墩桥梁结构。全预制式构件指的是通过工厂制作进行基本加工的构件单位，这种构件单位的优势在于整个操作和制作流程全在预制厂里完成，如果对构件有任何不满意的地方，可以及时通过工厂操作人员进行调整，这样就避免了原材料的浪费，也避免了返工所造成的时间浪费和工作效率降低。同一批次的构件和零件的质量基本上是相同的，所以产品的质量也是可控的。在进行现场施工的时候，只需要对已经做好的成品构件进行安装即可，极大程度地降低了现场桥墩制作施工过程中质量的不确定性。

1 全预制装配式桥墩存在的意义

纵观桥墩设计与施工技术的发展史，国内外针对桥墩的设计技术都有各自的设计理念。传统桥墩设计技术局限性体现在构件组成上。传统桥墩施工一般采用现场浇筑，没有经过工厂的统一加工，质量问题参差不齐，甚至需要专门的检测单位来检验施工过程中所有构件的质量。一旦遇到质量问题就要马上联系施工方进行整改，若有严重的质量问题则会责令返工。整个过程十分麻烦，会拖延施工的进度。而且传统现浇工艺的工厂没有办法对构建或零件进行统一的生产加工。即使是在对个别零件进行加工时，其加工精度也很难达到工厂加工的程度。因此，在传统的桥墩设计施工技术中一般不会用到工厂加工的方式对构件进行生产和返修，但现场浇筑构件的方式对构件的质量问题又产生了挑战。传统的桥墩设计技术应用的是现场浇筑技术，在实际操作过程中需要应对很多突发的客观事件。从生产技术到原材料再到构件质量的低下，造成了整体建筑工程质量的低下。但优势在于，工程的抗震性能和安全性能，包括日常使用的耐用性基本超过标准水平。在这样的发展背景下，随着社会科学水平的提升，全预制装配式桥墩设计技术的诞生，解决了传统桥墩设计施工技术所面临的困境。全预制装配式桥墩的设计施工技术不仅提升了工程的整体质量，同时也增强了工程的安全性和耐用性，并且有效缩短了施工时间，将繁复的施工流程变得更加简洁。全预制装配式桥墩技术也可以保护周边生态环境，响应了国家提出的可持续发展的号召。

2 全预制装配式桥墩的设计要点

全预制装配式桥梁的技术特点除了上文提到的工程构件是经由工厂流水线式生产，能够保证工程构件质量的这一特点，其还包括以下3个方面的要点。

（1）全预制装配式桥梁技术能够缩短整个施工时间，工期完全掌握在操作人员和设计师的手中。在前期设计环节中就能够完全预设到工程结果，这样的优势在于可以在前期或者施工过程中对工程环节进行修改。

例如，在对高速公路建设进行施工时，缩短工期就显得很有必要，施工时间越短，给交通部门带来的影响就越小，因此全预制装配式桥梁技术十分符合现代社会的需求。

（2）全预制装配式桥梁技术可以保证桥梁或桥墩的质量和耐久性。桥梁是某一段交通工程的关键节点工程，如果桥梁或桥墩部位出了任何质量问题，那么其所属的交通道路将陷入瘫痪，甚至会造成更大的影响。

全预制装配式桥梁技术可以对此难题进行预先把控，工程所使用的构件都是经由工厂同一批次进行制造的，所以在质量审核环节中只需要随机抽取一部分构件对其质量进行检验即可发现构件的整体质量。全预制装配式桥梁技术不会采用现场浇筑施工工艺，这就将各种现场人为及环境客观因素的影响降到最低。将各种随机因素对整个工程的影响程度掌握在工厂标准化生产流程中，避免施工工程会受到其他因素的影响。即使出现了意外，也能够及时提出相应有效的解决方案。

（3）全预制装配式桥梁技术的特点体现于能够最大程度地降低对周边环境的影响，保持绿色施工状态。这是由于全预制装配式桥梁技术在现场操作的环节，只是连接和安装环节。因为对构件进行加工的环节已经在工厂完成了，所以对施工现场的环境影响接近于零。

这项技术特点也符合了我国国家政策所倡导的绿色环保以及可持续发展状态。人类建设从来不应是建立在破坏生态环境之上的，而应是与生态环境和谐共处之后所进行的进一步发展和升级。

3 全预制装配式桥墩的施工要点

3.1 阶段设计与构造连接的升级优化

在装配式桥墩的施工要点中，阶段设计与构造连接的优化升级必不可少。该技术是通过对工业化建造技术的借鉴和学习转化而来，其目的就是为了将桥墩设计技术中的任意一个环节制造成可以单独进行施工设计的标准化产品，减弱各环节之间的关联性，保证在某一环节产生问题之后，对其他环节的影响程度降到最低。

阶段设计与构造连接的优化升级包括对桥墩结构的升级和优化，在保证桥墩结构的受力性达到标准程度之后，就要对桥墩的制造及安装工艺进行简化。实际上，产品标准化的施工方法更能有效保证桥墩施工的质量。施工人员可以完全按照图纸上的操作计划来进行施工，也能够有效保证施工现场的安全状况。

构造连接的优化升级这项施工要点最明显的是作用于钢筋的连接处。全预制装配式桥墩设计技术采用的多是钢筋错位搭接式连接方法。传统的连接方法是需要现场进行焊接工作的，而现场焊接质量通常需要考虑很多客观的不确定因素，如焊工的实操能力、焊接环境的好坏，而且还会提高人工成本，因此这种方法越来越少地被应用于全预制装配式桥墩技术之中。

还有一种螺栓连接方法也经常被应用，但是这种方法的应用范围具有局限性。螺栓连接方法无法应用于用混凝土浇筑的桥墩设计工程中，因为螺栓连接的硬度小于混凝土浇筑的硬度，所以这种方式无法实现连接。

而全预制装配式桥墩设计技术最常应用的钢筋错位搭接式连接方法是从力学的角度出发，在钢筋错位摆放之后，在摆放后的钢筋体外部加入一个套筒使其连接起来，然后灌入浆料使钢筋凝固成型。在灌注浆料之后，浆料与套筒壁产生了相互作用力，使钢筋体更加牢固。

3.2 充分融合BIM信息技术

BIM信息技术是在互联网技术高速发展的现代社会所诞生的一种新型技术手段。该项技术以计算机技术和信息化技术为基础，将工业化的操作手法融入信息化的技术手段，从而实现行业的智能化与数字化。

全预制装配式桥墩设计技术融入BIM信息技术是将这项工业产业推向信息化和智能化的重要一步。BIM信息技术在全预制装配式桥墩设计技术中的应用主要应用于信息建模以及对工程数据的存储和修改环节。工程设计师可以根据图纸设计在计算机中输入三样的参数，从而得到一个三维立体的模型。这个三维模型可以直观反映工程建设的结果，可以供设计人员、操作人员以及甲方来对整个工程效果进行判断和修改。

而这种三维立体模型也可以为施工人员提供更加立体直观的设计方案。所涉及的部门都可以根据这个三维立体图形来协商商讨最有效简洁的施工方法，并且可以根据想要的施工效果对图纸进行修改，这样也减少了工程返工以及商讨过程带来的拖延。在不同职能不同部门进行沟通协商时，可以更加直观地理解对方所表述的意见。

在施工过程中，出现任何一个问题，都可以通过BIM信息技术在线对设计图纸进行修改，并且能直观看到预设的结果，在预设结果通过审核之后就可以直接向现场的施工人员发出指令来修改施工步骤。

很多时候由于现场的客观因素影响，实际施工情况与工程设计情况是不相符的，在这种情况下，要求现场施工人员对现场环境及条件进行勘测之后，将信息返传到操作中心。相关的设计人员根据现场的各项参数对操作步骤和内容进行修改。这原本是一个十分复杂的步骤，但是有了BIM信息技术之后，可以通过互联网同传的方式，使现场的环境条件同步实时传输到操作中心，也可以通过信息交互平台同时对几个部门进行信息传递。而操作人员则可以根据现场传输回来的数据来指令下一个阶段需要增添或者减少哪些构件，以及将原定的操作步骤修改为新的操作步骤。

在设计人员进行修改的同时，BIM信息技术就会根据新的工序和阶段制作出新的三维图纸，经由确定之后会传输到施工现场。当现场施工人员对某项实际环境参数测量不太确定时，可以将已经能确定的参数传输到信息平台上，由BIM信息技术对关键数据进行测算。不仅能够提高测量数据的准确性，还能够有效地提高整个测算流程的效率。