预制拼装桥墩关键技术研究进展

李木松

（天津市政工程设计研究总院有限公司，天津 300392）

随着我国城市道路建设的推进，在交通繁忙区域进行施工成为常态。为缓解因桥梁施工对周围交通的干扰，迫切需要施工速度快、绿色低碳的建造方式。基于此，预制拼装桥梁技术得到了应用和发展。

预制拼装在安全、质量、工期、环保等方面有显著优势，具有快速化、标准化、工厂化等工业化特点，是一种可复制推广的绿色建造技术，已成为桥梁工程设计的主要发展趋势之一。

我国对桥梁预制拼装技术的研究和应用大部分集中在上部结构且已相当成熟；近几年随着城市快速路及跨海大桥建设的需要，在借鉴国外经验和研究成果的基础上，逐步开始了桥梁下部结构预制拼装技术的研究和应用，取得了一些成果，但还存在一些不足。

本文对预制拼装桥墩关键技术的研究进展进行总结并指出存在的不足和进一步研究方向，为实现和完善可复制推广的绿色化、工业化、信息化、集约化和产业化的建造技术体系、管理体系、实施体系提供参考。

1 盖梁预制拼装连接技术

预制盖梁主要分实心整体式、空心整体式、横向分块式、竖向分层式。从外观、质量、工期、环保等方面考虑，在条件允许的情况下尽量采用整体式；但限于运输条件、吊装能力等，需对盖梁进行轻量化处理，因此发展出了空心整体式、横向分块式、竖向分层式。

1.1 实心整体式

目前国内外主要采用的形式，不存在拼接缝，外观、受力性能等各方面均优于传统现浇盖梁。

1.2 空心整体式

国内研究和应用均较少；在美国佛罗里达州麦尔兹堡的Edison桥中应用。

1.3 横向分块式

国外研究和应用较少，国内在上海、浙江、内蒙古等地均有试验研究和工程应用。目前采用的拼接方式主要有两种。

1）干接。剪力键+环氧黏结剂+预应力，工程应用中剪力键做法有多种：素混凝土小剪力键、预埋钢结构剪力键、类似牛腿的钢筋混凝土剪力键。沙丽新等[1]对盖梁进行横向分块，采用剪力键+环氧树脂胶结接缝的拼接方式，利用有限元软件进行了线性弹性和非线性分析，验证了方案的可行性。闫兴非等[2]对横向分块预应力混凝土盖梁的抗弯性能进行了正常使用极限状态和地震工况试验研究，试验结果表明：盖梁的拼接缝是薄弱环节，偏心荷载作用下，素混凝土剪力键彻底剪坏，盖梁的极限承载力降低11%，开裂荷载安全系数为1.1，极限承载力安全系数为1.8。

干接方式现场工作量少、施工快捷、工期短、对周围环境影响小，但干接缝处容易进入空气和水，对预应力耐久性较为不利且不易养护检修，造成的事故后果也是比较严重的。下一步应对接缝处耐久性进行进一步研究。

2）湿接。预留后浇带，钢筋连接，吊装就位后浇筑混凝土形成整体。湿接方式受力性能、耐久性等较好；但外观有色差，现场需要浇筑混凝土，施工较为繁琐，工期稍长，需要搭设支架，对周围环境影响稍大。陆元春等[3]提出横向分段预制装配预应力混凝土盖梁构造，设置较小的湿接缝并通过预埋的上下型钢搭接构造，实现快速、准确就位，湿接缝内浇筑UHPC提高受力性能，避免现场搭设支架、缩短了工期，是一种较好的拼接方式；但外观上还存在色差。

下一步可通过对构造进一步优化避免色差，例如将侧面、底面的表面一定厚度混凝土对接，采用环氧黏结剂连接，只保留顶面湿接宽度用于浇筑UHPC。

1.4 竖向分层式

下层预制、上层现浇，这种方式受力性、耐久性等较好，避免了现浇需要搭设的支架；但外观有色差、现场需要浇筑大量混凝土、施工较为繁琐、工期稍长。国内外研究和应用较少。

2 墩柱预制拼装连接技术

常用的墩柱拼装连接方式有现浇湿接头、承插式、插槽式、预应力连接、灌浆套筒、金属波纹管、UHPC等。

2.1 现浇湿接头连接

性能最接近整体现浇结构，同时也继承了传统现浇结构的缺点，早期在跨海大桥中应用较多，近年很少采用。

2.2 承插式连接

主要用于墩柱与承台连接，施工精度要求低、工序简单、现场作业量少，是一种有竞争力的连接方式。最小承插深度0.7D～1.0D（D为桥墩横截面尺寸）[4～6]；破坏模式与传统现浇方式相同，墩柱发生弯曲破坏，而耗能及延性性能小于传统现浇方式；通过合理的嵌入深度和灌浆料强度，可以使抗震性能接近于传统现浇方式。见图1。

图1 承插式连接

2.3 插槽式连接

主要用于盖梁与墩柱的连接，虽然现场浇筑混凝土需要一定的养护时间；但施工精度要求较低、工序简单、立柱钢筋伸入盖梁，盖梁钢筋可以不截断，盖梁的整体性好、造价低且施工质量容易控制、外观佳且接缝处的力学性能与传统现浇方式基本相同，是一种有竞争力的连接方式。

2.4 预应力连接

一般用于墩柱节段连接，具有一定的复位能力，模块化、标准化程度较高。但传统预应力施工方式工艺较复杂且抗震延性和耗能能力差；自锁式预应力锚固体系，能够大大提高施工便捷性；通过增加耗能钢筋来改善其延性和耗能能力。在运输、吊装能力有限的情况下，高墩需分节段，可采用本连接方式。

2.5 灌浆套筒连接

可用于立柱与盖梁、承台及立柱节段之间的连接，具有安装方便、现场工作量小等优点；但施工精度要求高、灌浆检测困难、造价相对较高；其正常使用极限状态，与传统现浇方式的力学性能相近；预埋于墩柱中的套筒对塑性铰区有影响；套筒预埋于承台中，预制墩柱具有与传统现浇墩柱相近的抗震性能；双主墩纵桥向受力性能与传统现浇双柱接近，甚至略好，横桥向由于接缝降低了框架节点的刚性，承载力和刚度小于传统现浇双柱；采用带芯片或压力传感器的智能套筒可以解决检测难题[7～8]。

以往研究较多的是接缝的受力性能，对耐久性的研究较少，尤其与承台的接缝，长期处于干湿交替区，接缝面仅由一层很薄的无收缩水泥基砂浆连接，是整个墩柱的薄弱环节，一旦产生裂缝，很容易造成墩柱主筋锈蚀等耐久性问题，今后应加强该处耐久性的研究。

2.6 金属波纹管连接

常用在立柱与盖梁、承台的连接，具有现场工作量小、造价低等优点；但施工精度要求高、钢筋锚固长度大、安装略有不便、灌浆检测困难。波纹管采用钢筋锚固，力学性能与现浇结构相近，在我国长三角地区高架桥项目上应用较多且使用效果较好；但也存在类似灌浆套筒的耐久性问题。

2.7 UHPC连接

可用于立柱与盖梁、承台及立柱节段之间的连接。利用UHPC灌浆料大大缩短钢筋搭接长度，仅需10d（d为钢筋直径），具有构造简单、施工方便快捷的特点，已在上海地区有实际工程应用。理论和试验研究结果表明，UHPC连接结构几乎只在非接缝区破坏，整个结构具有较好的延性和耗能能力，能够满足抗震性能需求，是较好的拼接方式。见图2。

图2 UHPC连接

3 连接材料

近几年涌现的用于桥墩装配的连接材料主要有灌浆套筒和灌浆料。

3.1 灌浆套筒

灌浆套筒是连接两个构件受力主筋的关键材料之一，钢筋通过高强灌浆料实现在套筒内锚固的要求。宜采用高强球墨铸铁、优质碳素结构钢、低合金高强度结构钢或合金结构钢制作，可以融合芯片或压力传感器成为智能套筒，实现灌浆检测，目前用于桥梁的灌浆套筒产品已相当成熟。

3.2 灌浆料

灌浆料是连接两个构件受力主筋的关键材料之一，钢筋通过高强灌浆料大大缩短锚固长度且其1 d内抗压强度就能达到35 MPa，3 d内达到60 MPa，可以大大缩短工期，实现快速拼装。

4 结语

预制构件连接追求的目标是施工快捷高效、质量稳定可控、造价合理、耐久性好、静力和抗震性能与现浇结构接近。目前工程中应用较多的连接方式为承插式、灌浆套筒和金属波纹管，这些技术克服了大部分现浇施工的缺点，基本实现了可复制推广的绿色化建造；但在实现工业化、信息化、集约化和产业化方面上还有很长的路要走。在实际应用中根据不同的工程建设条件、结构形式、连接部位，不断改进和研发新的连接技术，满足不断发展的预制装配桥梁技术的需要。