装配式混凝土桥梁的设计要点分析

周键炜 岑晓鹏

（贵州省交通规划勘察设计研究院股份有限公司，贵州 贵阳 550081）

为切实落实《国务院办公厅关于大力发展装配式建筑的指导意见》 （国办发［2016］71号）和《国务院办公厅关于促进建筑业持续健康发展的意见》 （国办发［2017］19号），全面推进装配式建筑发展，住房和城乡建设部制定了《装配式建筑示范城市管理办法》、《装配式建筑产业基地管理办法》等一系列文件，大力推广装配式建筑。

我国于上世纪90年代初，开始预制拼装桥墩的研究。目前全预制拼装混凝土桥梁建造技术日趋成熟，它将混凝土桥梁上部和下部结构的主要构件在预制工场预先制作，现场进行拼装的桥梁建造技术。装配式桥梁上部结构在工程实践中已有大量的应用，包括预制逐跨预制梁板安装、预制节段拼装、钢箱梁、预制桥面板等，均可以进行装配式设计与施工［1］。

1 装配式桥梁主要特点

装配式桥梁利用预制节段拼装技术，施工机械成本和预制生产成本可以得到充分的摊销，工厂化生产的桥梁构件质量优于现场浇筑的构件；由专用设备进行现场拼装的施工方法，可以最大限度降低施工对社会交通车道的挤占、缩短施工时间，减轻对周围环境的影响；工厂化的生产便于质量管控，规范作业，确保质量和安全等，基于此现在越来越多的桥梁工程采用装配式桥梁。

预制节段拼装工艺是将梁体分为若干节段，在工厂预制后运至桥位进行组拼，通过施加预应力将节段整体拼装成桥的施工工艺。根据现有的工程经验，节段拼装工法的施作跨径一般以中、长跨径为宜，采用节段法不但施工方便社会效益明显而且在经济方面也有一定的优势，具有很好的应用发展前景［2］。

2 设计实例

某特大桥为城市道路交叉口三层菱形互通的顶层，全桥按整幅设计，桥全宽18.5m，全长为1052m，其中19跨为40m跨径，采用跨径布置为（5+3+3+3+5） ×40m的预应力混凝土连续箱梁。

1）主梁：墩顶0号块及合拢段现浇外，其余为预制节段拼装混凝土箱梁，共380个节段，单节段最大吊重不超过90t。

2）桥墩：墩柱采用双柱式方形钢筋砼墩柱，柱间距3.5m，单柱横向宽1.5m，顺桥长1.6m，柱高为3—11.5m，单个墩柱整体一次预制，单柱最大重量达71.8t。一个桥墩处有2个墩柱，有20个桥墩，共40个墩柱；

3）盖梁：采用双柱式预应力砼盖梁，全长17.2m，分两节段预制，单节长8.1m，重约73.9t，两节段间预留1m长的现浇段。一个桥墩处有1个盖梁，一个盖梁分两个节段预制（安装时两节段间湿接），有20个盖梁，共40个节段。

4）连接方式：预制墩柱顶与盖梁底、预制墩柱底与现浇承台间的连接采用采用灌浆套筒连接，套筒分别预埋于盖梁、承台内。盖梁与墩柱、墩柱与承台间采用灌浆套筒连接，盖梁节段间采用湿接。

3 装配式桥梁设计一般规定

在预制拼装桥墩设计阶段，应协调和加强设计、预制、运输、拼装等单位间的关系和配合，根据实际工程情况确定合理的桥墩尺寸和形状，并应遵循少规格的原则。由于构件的预制方案主要受限于运输条件，因此建议预制构件的运输重量控制在200t以内。

预制拼装桥墩混凝土宜采用高性能混凝土，强度等级不宜低于C40，灌浆连接套筒宜采用高强球墨铸铁制作，金属波纹管应为圆形不锈钢波纹管。

采用灌浆套筒连接或灌浆金属波纹管连接的预制拼装混凝土桥墩的设计和施工，适用于非抗震设计地区及基本动峰值加速度不大于0.15g的地区。

预制拼装立柱纵向钢筋宜采用大直径钢筋，纵向钢筋之间的中心距宜小于200mm，且至少每隔一根宜用箍筋或拉筋固定。

预制拼装桥墩中的连接套筒和主筋净保护层厚度不宜小于30mm，套筒间距不宜小于下面三个条件中的大值：25.4mm、骨料最大粒径的1.33倍、被连接纵向钢筋的直径ds。

预制拼装桥墩中的圆形金属波纹管净距不应小于50mm，且不应小于管道直径的1倍。

预制拼装盖梁采用上下分层建造时，下层预制构件与上层现浇之间可不使用剪力键；预制拼装盖梁采用竖向分段预制拼装建造时，预制构件的拼接面宜采用剪力键方式［3］。

4 装配式盖梁设计要点

1）确定混凝土强度等级，目前国内既有工程案列中预制构件的混凝土等级大多高于现浇结构，一般强度等级不宜低于C40，常用的为C50。

2）根据拟定的中间现浇段宽度确定预制节段宽度，中间现浇段采用微膨胀混凝土浇筑。由于现浇段在浇筑前要进行纵向受力钢筋的连接处理，因此设计时建议纵向普通钢筋只设一排，若不满足受力要求时，通过加大截面高度和增加预应力的方法解决。

3）预制节段设计时，注意节段划分，需结合当地实际施工能力确定，起吊重量不宜过大。

4）注意吊点的设置应使节段在自重情况下两个吊点受力大小大致相同，减少或避免盖梁预制节段在拼装过程中发生较大的倾斜甚至于翻转，与此同时要对吊点周围的混凝土进行局部应力计算，并在吊点附近加强配筋，以避免发生吊点周围混凝土局部破坏。

5）套筒设在盖梁内部，目的是为了桥梁墩柱断面保持统一，不致于因墩顶埋设连接套筒而加大墩顶套筒范围的断面尺寸。

6）计算要点

a）盖梁按A类预应力混凝土受弯构件设计，同梁底墩柱一起按刚架计算。

b）墩柱设计计算按照《公路桥涵设计通用规范》（JTG D60-2015）、《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTG3362-2018）进行验算［4，5］。

c）特别注意施工阶段各个环节的验算。吊装、运输过程中，应按《公路桥涵设计通用规范》 （JTGD60-2015）4.1.10条的要求考虑1.2（对结构不利时）或0.85（对结构有利时）的动力系数。

d）考虑到设计中存在相对薄弱的现浇段和预制段间的连接面，参考《节段预制拼装混凝土桥梁技术标准》内在承载力计算时将强度进行0.95的折减，建议将接缝面结构抗力的安全储备在现浇的基础上提高10%。

5 装配式墩柱设计要点

1）墩柱宜整节预制，尽量避免墩身节段间现场拼装而加大现场安装难度，安装精度难以调整、保证；墩高不宜过高，断面尺寸不宜过大，以便整节吊装。

2）灌浆套筒设计时，为使墩柱断面不因埋设套筒而加大尺寸，可将套筒埋于盖梁和承台内。

3）注意吊点的设置，使得构件在吊装过程中不至于产生过大倾斜甚或翻转，吊点周围应进行局部计算，并对吊点影响范围进行加强配筋。

4）计算要点

a）参考上海市《预制拼装桥墩技术规程》5.0.1—5.0.3条及条文说明，当满足该规程对灌浆连接套筒、金属波纹管、高强无收缩水泥灌浆料以及砂浆垫层等连接材料和构造要求时，预制拼装桥墩可按普通现浇钢筋混凝土桥墩进行验算。

b）墩柱按普通钢筋混凝土压弯构件进行设计。

c）墩柱设计计算按照《公路桥涵设计通用规范》（JTG D60-2015）、《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTG3362-2018）进行验算。

d）各施工阶段的验算要求同盖梁。

6 结语

本文以预制节段拼装混凝土桥梁为例，分析阐述了装配式桥梁上部结构和下部结构的设计要点，下一阶段应进一步研究桥梁附属设施的装配式设计，如考虑人行道板下支撑梁的预制吊装（兼顾横向排水），优化预制人行道板设计（如带铺装的人行道板，板间缝隙快捷填缝），优化装配式防撞护栏、人行道栏杆设计（考虑美观、标准化，主要解决连接安全可靠、耐久及安装易捷等），进一步提高桥梁结构构件的装配化率，充分发挥装配式桥梁的优点。