高架桥双拼花瓶造型立柱的预制装配施工工艺

2020-09-25余伟

建筑施工 2020年5期

余伟

上海市机械施工集团有限公司上海 200070

近年来上海市全面推广高架桥梁的装配式施工工艺，笔者也参与了多项装配式高架的建造，如：南北高架中兴路下匝道、S3高架、北横通道1标北虹立交等项目。这些项目的下部结构装配式施工工艺均采用预制矩形截面混凝土立柱加预制混凝土盖梁形式，上部结构采用预制混凝土小箱梁或钢箱梁的形式[1-6]。

而在北横通道新建二期工程1标（天目路高架）项目中，为了兼顾经济、美观和桥梁轻量化需求，下部结构采用“7”字形花瓶造型立柱，取消了混凝土盖梁，上部结构采用钢混叠合梁形式。主线双拼墩柱采用的“7”字形花瓶立柱薄壁结构后浇模式也是该种模式在国内首次采用，其不仅加工和安装难度大、精度要求高，同时也存在后浇带色差等一系列难题，本文详细阐述了这些问题的解决措施和施工工艺。

1 工程概况

天目路立交是北横通道中的重要组成部分，位于上海火车站沿线繁华的商业、住宅区域。主线高架桥西起长安路，终至乌镇路，横跨南北高架、天目路转盘和恒丰路等5条地面道路以及上海轨道交通1号线，主线桥梁全长1.65 km，除主线外还包含2条辅道（FA/FB）、2条下匝道(ZD/T3D)、2条上匝道(ZC/恒丰路)、4条改建匝道（T1/T2/T3/T4），如图1所示。

图1 工程总体效果

天目路立交地处火车站繁忙区域，交通繁忙，交通饱和度达到0.9，为红色拥堵。施工期间为尽可能减小对周边交通环境的影响，天目路采用了预制拼装的工艺进行桥梁上部结构的施工。

同时，为了提升天目路高架整体的景观形象，本工程主线双拼墩柱结构首次采用预制“7”字形花瓶立柱，其造型为三曲面结构，预制过程中需要保证3个曲面的外观质量，难度非常高。同时由于立柱为双拼结构，需保证立柱就位误差控制在5 mm以内，对安装过程中精度的控制要求非常高。

本工程主线立柱采用花瓶造型双立柱，上部采用钢混叠合梁形式，效果如图2所示。

图2 主线效果图

2 花瓶造型立柱的工厂化预制

2.1 总体技术思路

根据设计要求，上部取消混凝土盖梁，立柱上端部需要刚性连接。按常规工艺需在立柱吊装完成后在立柱顶端设置长约1 m的横向后浇带（图3），这势必会造成预制结构和后浇带部分混凝土存在色差，影响美观度。同时，现场后浇带下部弧形吊模施工难度大、高空作业风险高。经过项目部反复讨论，决定采用双“7”字形花瓶立柱预制拼装，以预制薄壁混凝土结构代替常规模板，解决上述问题（图4）。

图3 常规后浇带工艺

图4 “7”字形立柱及预制薄壁混凝土结构

如图4所示，通过预制薄壁混凝土结构代替模板可以全面解决色差问题，同时也保证了立柱上端的刚性连接。双“7”字形立柱的拼缝非常窄，可以作为造型凹缝处理，完全不影响整体立柱美观。

2.2 定型钢模的设计和制作

侧面弧形钢模摒弃了以直代曲、小块钢模拼接的传统工艺，进而采用数控设备整体成形，有效避免了立柱侧面弧形部分一棱棱的拼缝，确保了立柱侧面弧度造型的自然美观（图5、图6）。

为确保混凝土外表面平整光洁，我们对钢模整体刚度、变形、应力进行验算，从而选取合适经济的壁厚和加劲板尺寸。

图5 定型钢模板3D建模

图6 定型钢模

2.3 钢筋数控加工成形及模块化制作

本工程立柱钢筋均采用MEP数控机剪切弯曲，在专用胎架上模块化制作加工，确保了钢筋加工精度、保护层厚度以及预埋件精度（图7），为后续立柱吊装和外观质量提供了内在保障。

图7 MEP钢筋数控弯曲剪切中心

钢筋模块完成后，利用龙门吊平移合模并整体翻转竖直，随后进行混凝土浇筑。这部分为常规预制工艺，这里不再赘述。

3 立柱现场安装

本工程主线为单承台双拼立柱。为确保立柱顺利安装就位、双拼精准对接、接缝宽度有效控制，必须从下往上采取全方位的保障措施，主要措施如下：

1）承台预留插筋钢筋模块定位必须精准，并且采用定位框架进行固定。该定位框架的插筋预留孔和构件加工厂套筒框架必须完美匹配，以确保每根钢筋精准无误地插入套筒，并且避免在混凝土浇捣过程中插筋移位，造成2个立柱相对位置发生偏差、无法对接。定位框安装时，除了根据单个立柱坐标尺寸精确定位外，尤其要注意2个定位框之间的相对位置要反复校核，确保立柱平面位置和空间位置相匹配。

2）立柱本体造型系不规则构件，重心略有偏移。单侧立柱吊装完成后，另一根立柱安装过程中有可能由于偏移、加工误差、测量误差等多种因素叠加造成根部套筒插入钢筋后端部无法平顺对接，或端部对齐而根部无法插入承台预留插筋。项目部经过反复试验总结，综合加工、测量、吊装，同时兼顾造型美观等因素，确定了双柱接头部位预留5 cm空隙，既确保了双柱顺利就位对接，也不影响外观美观（图8）。

图8 立柱预留接缝

3）立柱安装就位后，双柱对接部位的曲线拼缝应使用用柔性材料（铁皮或橡胶）由下往上密贴，包住接缝，以确保后浇带施工后，接缝部位的弧线平滑、不漏浆，从而获得更好的施工质量。

4）快速安装成套集成灌浆系统。为配合预制装配构件的现场安装，充分整合各项资源，改善现场文明施工水平，提高施工效率，项目部根据预制拼装的工艺特点，配备了专业化的施工设备，并将其整合成一体化作业平台，辅以专业化的操作团队，形成专业化、集成化、高效率的机动作业模式。快速安装成套集成系统包括：随车吊、发电机、定制小型货箱、气动成套设备、自行走套筒式作业平台、拌浆机和灌浆机、多功能高压清洗组合设备。随车吊整合所用设备资源，提高机动性，同时也可以作为钢筋配送车辆。

5）立柱灌浆。本工程立柱采用灌浆套筒连接，套筒内的灌浆料采用OVM生产的C100高强无收缩水泥灌浆料，干料、水配合比为100∶12，需要分别称重干料及水。拌浆设备采用自制搅拌机，搅拌时间为3 min。垫层砂浆达到终凝后，方可进行压浆作业。预先润湿搅拌桶及搅拌头，在搅拌桶中依次放入干料和水。同时开启搅拌机和底座转盘，并开始秒表计时。3 min拌和结束后，关闭搅拌机和底座转盘。如拌浆结束后用搅拌棒搅动感觉浆料仍有固态干料存在，则继续搅拌至完全没有干料为止。静止2 min放出气泡，则高强灌浆料拌浆结束（表1）。将拌制好的浆料倒入压浆机，开始压浆。根据试验，压浆70 s左右浆料升至出浆口L形管管口，待浆料流出，封堵出浆口并停止压浆。待压浆管压力稳定后，拔出压浆枪头封堵注浆口（图9）。压浆口采用橡胶止浆塞封堵。