装配式桥梁在城市高架桥中的应用研究

章 凯

(合肥市市政设计研究总院有限公司，安徽 合肥 230041)

随着我国城市化进程的加速，城市基础设施建设如火如荼，城市高架桥、立交桥建设数量日益增多，但市政基础设施建设总体仍然处于劳动密集型水平，机械化程度较低，现场施工作业人员众多，工程质量有待提高，尤其是文明施工备受社会关注。传统的建造模式存在高耗能、高污染、低效率的弊端，随着国家交通强国建设的推进，城乡建设的理念正向高质、高效、节能、环保转变，基础设施传统建造模式向装配化模式转变迫在眉睫。

在桥梁建设方面，装配式桥梁具有工业化、机械化、标准化、信息化等优点，工程质量可控，施工环境友好。

1 国内装配式桥梁的发展

装配式桥梁技术是指在传统施工工艺的基础上，将桥梁构件装配化，实现桥墩墩柱、盖梁、上部梁体等工厂预制、现场拼装的桥梁结构设计、建造技术。

国内上部梁体的装配化发展较早，主要应用于公路及市政中小桥，包括预制空心板、T梁及小箱梁等。桥梁下部结构的装配化起步较晚，但发展迅速，随着国家政策的导向，2015年以后装配式桥梁有了新的突破，积累了一些建设经验，主要是下部结构的预制拼装技术。

2 装配式桥梁的类型及应用案例

国内目前典型的装配式高架桥工程包括上海嘉闵高架北二段工程、无锡凤翔路工程、郑州四环线工程、长沙湘府路工程等。

上海嘉闵高架北二段工程全长3.5 km，采用全预制装配式工艺，上部结构采用小箱梁(图1)，下部结构桥墩及盖梁预制拼装，承台、桩基现场浇筑，施工总工期24个月。本工程是桥墩盖梁预制拼装工艺的第一次规模应用，为住建部装配式桥梁示范工程。无锡凤翔路为高架快速路，全长10.3 km，主线为双向六车道高架桥，采用全预制装配式工艺，上部结构采用小箱梁，下部结构桥墩及盖梁预制拼装，承台、桩基现场浇筑，施工总工期17个月。

图1 预制小箱梁结构效果图

郑州四环线全长93.3 km，其中主线高架67.8 km。上部结构为预制节段梁(图2)，下部结构为现浇结构，建造了8个总面积约2 000亩的现代化预制场，是目前国内最大的单体短线节段预制项目，施工总工期18个月。

图2 预制节段梁结构效果图

长沙湘府路全长约11.5 km，主线高架全长约9 km。高架采用全预制装配式工艺，上部结构采用钢-混组合梁(图3)，下部结构桥墩及盖梁预制拼装，承台、桩基现场浇筑，施工总工期18个月。

图3 钢-混组合梁结构效果图

3 传统现浇梁与装配式结构比选

现浇梁是我国城市高架桥采用的最主要结构形式(图4)，但其建造方式粗放，以现场作业为主，施工环境差。主梁施工时现场搭设满堂支架，对现状交通干扰大，劳动力整体素质偏低，成品质量难以控制。

图4 现浇箱梁结构效果图

装配式结构通过工厂化、标准化、信息化等手段，可较好地控制产品内在质量和外观形态，节约工程造价，上下部同步制作和现场拼装，现场作业量小，施工环境友好，并最大限度减小施工期间对现状交通的干扰。

4 装配式桥梁结构设计

目前装配式桥梁上部结构形式主要有预制小箱梁、预制节段梁、钢-混组合梁；下部结构装配式主要是承台以上部分，包括预制桥墩、预制盖梁，桩基、承台仍采用传统现浇施工工艺。

4.1 上部结构

预制小箱梁结构是装配式桥梁典型上部结构方案，其构造简单，设计施工经验成熟，线形流畅轻盈，经济指标合理，采用汽车吊或架桥机吊装施工，吊装完成后现浇横向湿接缝，形成整体桥面，施工对现状交通干扰小。由于构造特点，小箱梁桥墩需设置盖梁，盖梁阻隔了桥下视线的连续性，景观效果劣于无须设置盖梁的现浇大箱梁。城市高架采用小箱梁方案时，可通过适当加大桥梁净空高度并对盖梁进行造型美化，弱化设置盖梁的不利因素，改善景观效果。

预制节段梁是将梁体分为若干节段，在工厂预制现场拼装，通过张拉预应力将节段连接成整体。梁体一般为等高度预应力混凝土连续箱梁，采用架桥机节段拼装的方式施工，标准跨径30～35 m。预制节段梁具有刚度大、整体性好、行车舒适等特点，其结构断面可以采用各种形式，与下部结构协调匹配，景观性较好。预制节段梁较难适应复杂的道路线形，在桥梁曲线段及变宽段设计施工困难，同时由于上部梁体架设施工需逐跨作业，连续施工，进度受控因素较多。另外，预制节段梁材料指标高，架桥设备要求也高，总体造价偏高。预制节段梁在城市高架中运用范围为交通、环境敏感区，对道路线形指标要求较高，一般适合城市高架大规模使用。

钢-混组合梁桥是通过剪力键将钢梁与混凝土桥面板连接成整体，使两者协同受力。组合梁桥充分发挥钢材和混凝土这两种材料的性能，既克服了钢桥造价高、刚度小、钢桥面铺装性能差的缺点，又克服了混凝土桥梁自重大、易开裂的缺点。钢-混组合梁施工便捷，重量轻，用钢量少，施工周期短，对地面交通影响小，在城市高架建设中颇具优势。

4.2 下部结构

下部结构预制拼装是装配式桥梁的关键技术，主要是桥墩墩柱、盖梁采用装配式，国内发展较晚，主要是受制于预制构件间的连接处理。目前的连接方式主要有套筒连接、金属波纹管连接和预应力筋连接。

套筒连接首先是在预制墩柱中预埋金属套筒，承台预埋的钢筋插入墩柱预埋套筒内并在套筒内灌浆连接成整体。套筒连接施工精度要求高，现场施工时间短，工作量小，且造价适中，符合装配式桥梁快速施工的理念。

金属波纹管连接与套筒连接施工工艺类似，只是连接材料不同，但预埋钢筋锚入波纹管的锚固长度比套筒连接增加较多。

预应力筋连接是指预制构件间接缝处采用环氧胶连接并通过张拉预应力形成整体，应用较多，设计及施工工艺成熟稳定。但造价相对较高，施工工序较为烦琐，且施工时间较长，不符合装配式桥梁快速施工的理念。

通过国内相关单位的试验研究，采用灌浆套筒连接、灌浆波纹管连接的预制桥墩与传统现浇混凝土桥墩的抗震性能类似，可满足抗震的要求，目前采用套筒连接的案例较多。

5 结束语

装配式桥梁通过工厂标准化生产，可培育大量技术熟练的产业工人，工程质量大幅提升，主要施工工序均在工厂内进行，施工环境大为改善，采取大规模机械化生产，可有效减少现场施工人员30%以上，采取预制吊装的施工工艺，最大限度减少了对现状交通的干扰。

目前国内装配式桥梁还处于探索实践阶段，预制梁场的投资建造模式、配套施工机械的研发生产等环节仍需充分研究，装配式桥梁设计、施工、养护技术标准体系亟待完善。装配式桥梁造价经济和施工工期短的优势短期内还未完全发挥，但随着技术的成熟，装配式桥梁必将成为行业的发展方向。