装配式混凝土便桥在地铁车站中的应用

谢 军 张加春

（苏交科集团股份有限公司，江苏 南京 210019）

0 引言

1971年，我国大陆第一条地铁线在北京开通运营。20世纪末以来，随着国民经济的快速发展，我国的城市轨道交通建设迎来了蓬勃的发展。截至目前，全国陆续有天津、上海、广州、长春等42座城市开通地铁线路。由于地铁主要服务于城市核心区，建设期内对城市交通影响较大，交通疏解问题显著，大陆主要通过暗盖挖法施工、分坑倒边施工、架设贝雷梁钢便桥、现浇混凝土便桥等方法解决交通疏解难题，而日本、新加坡、欧洲等国以及我国的台湾省则主要采用装配式组合便桥建设地铁车站。

2009年，北京9号线首次采用装配式组合便桥在丰台北路站设计应用，标志着我国装配式便桥迎来了发展契机。2017年，苏州5号线枫瑞路站首次采用装配式混凝土便桥作为试点，为解决交通疏解难题打开了新思路。

1 装配式混凝土便桥的结构形式、适用范围

1.1 便桥的结构形式

装配式混凝土便桥主要有3种结构形式，分别是预应力混凝土箱梁（如图1）、预应力混凝土空心板（如图2）及预制混凝土板（如图3）。

图1 预应力混凝土箱梁便桥横断面示意图

图2 预应力混凝土空心板便桥横断面示意图

图3 预制混凝土板便桥横断面示意图

1.2 便桥的适用范围

预应力混凝土箱梁常用跨径为25m、30m、35m、40m，梁高1.0m～1.5m，主要适用于非标准车站基坑及跨河道便桥；预应力混凝土空心板常用跨径为13m、16m、20m、21m、22m，梁高0.7m～1.0m，主要适用于标准车站、附属风亭基坑及跨河道便桥；预制混凝土板常用跨径为6m、8m、10m，板厚0.4m～0.6m，主要适用于出入口、风亭等附属基坑便桥。

2 传统工法及便桥与装配式混凝土便桥的对比

2.1 传统工法及便桥形式的缺点

暗盖挖法、现浇混凝土便桥、装配式组合便桥施工期间均需在基坑中设置立柱桩[1]，工程造价高、土方开挖及运输不便、施工周期长。暗盖挖法施工除以上缺点外，尚存在车站主体结构与围护结构不能完全分离，难以形成全包防水层，现场存在大量二次浇筑作业，施工及防水质量难以保证等问题。

分坑倒边施工须设置封堵墙（桩）[2]，工程造价高，施工周期长。采用架设贝雷梁钢便桥施工，车辆行驶期间便桥挠度大、噪声大，难与城市环境融合，且因车站主体施工期较长，钢便桥租赁费用较高。

2.2 装配式混凝土便桥的优点

装配式混凝土便桥可设置于车站、附属基坑上方，也可横跨河道设置，工程基坑内无须设置立柱桩，施工周期短，对坑底位于软弱土层的车站，基坑清底速度快、垫层浇筑快，可显著控制基坑变形，降低基坑时空效应。便桥由梁厂预制，在施工现场吊装、组装，湿作业少，对周边环境基本无影响。便桥刚度大、挠度小、噪声小，且非重力流管线可从其上方改迁，可同步解决管线改迁问题，且工程造价低。

3 装配式混凝土便桥的应用

3.1 国内主要市场的应用

我国北方城市主要采用暗盖挖法施工、分坑倒边施工、架设贝雷梁钢便桥、现浇混凝土便桥等形式解决交通疏解难题，近年来，北京、长春等城市已陆续将装配式组合便桥应用在地铁工程中。南方也陆续有苏州、上海等城市采用装配式混凝土便桥解决交通疏解难题，装配式便桥已在地铁工程建设中快速发展。

3.2 苏州市场的应用

苏州1～4号线地铁车站及附属基坑主要采用现浇混凝土便桥，该便桥存在造价高、施工不便、工期长等问题，对苏州地区坑底位于5-1粉质黏土、7-1粉质黏土及2-y淤泥质粉质黏土等软弱土层的车站[1]，基坑开挖周期长，基坑变形大，开挖至坑底时不能及时浇筑垫层，经常出现基坑侧斜、沉降等变形发生突变报警的情况。

为解决以上问题，并考虑到贝雷梁钢便桥存在变形大、噪声大、减震防滑效果差[3]、造价高等问题，苏州5号线首次在枫瑞路站[4]采用装配式混凝土便桥作为试点解决交通疏解问题，针对坑底位于软弱土层的枫瑞路站，本站基坑变形控制效果显著，且便桥造价降低约50%，优势较为明显。目前，苏州地铁工程已将装配式混凝土便桥作为解决交通疏解难题的首选便桥形式。

4 装配式混凝土便桥的设计

4.1 装配式混凝土便桥的设计原则

装配式混凝土便桥（如图4）利用车站、附属围护墙（桩）作为便桥基础，冠梁局部下沉作为便桥桥台，第一道混凝土支撑支撑于冠梁上，支撑与便桥完全脱离。便桥可根据车站站位与现场道路情况设置角度，常用角度为5°、10°、15°。便桥汽车荷载等级采用城-A级设计，设计年限为2a，限速20km/h，便桥施工期间须进行交通管制。

图4 便桥纵断面示意图

4.2 装配式混凝土便桥的材料设计

预制便桥、现浇铰缝及桥面现浇层采用C50混凝土，便桥封头及支承垫石采用C40混凝土，防撞护栏、防震挡块及冠梁背墙采用C35混凝土。普通钢筋采用HRB400及HPB300钢筋，纵向预应力钢绞线采用高强低松弛钢绞线。

4.3 装配式混凝土便桥的结构设计

装配式混凝土便桥采用2片边梁（板）+多片中梁（板）拼装而成，每片梁（板）宽约1m，边梁（板）上设置20cm厚防撞墙（如图1～图7），相邻两片梁（板）间设置1cm缝，每片梁（板）两端采用4个圆板橡胶支座简支于冠梁上方[4]，便桥支座中心线距便桥端25cm，距端部50cm范围采用C40混凝土封锚，距便桥端60cm处设置吊装预留孔。

图5 预应力混凝土箱梁便桥节点示意图

图7 预制混凝土板便桥节点示意图

4.4 便桥的附属设施设计

便桥上设置8cm厚C50混凝土现浇层，6cm厚防水沥青铺装层，冠梁上设置防震落措施。桥上设置防水措施，桥面两侧防撞墙起到截水功能，在纵桥向梁（板）端处设置排水管进行集中排水至截水沟。梁（板）上设有支座钢板、伸缩缝、挡水台、防撞墙等预埋件。

图6 预应力混凝土空心板便桥节点示意图

便桥顺桥向两侧设置防撞墙，并布置施工围挡，围挡须安全可靠且高度不小于2m，防止桥上坠物落入基坑。

5 装配式混凝土便桥的施工

5.1 便桥的预制

便桥按照施工围护结构-浇筑冠梁及混凝土支撑-架设梁（板）-施工桥面-开挖基坑-浇筑车站主体-拆除便桥的工序施工。梁厂根据设计单位提供的施工图预制便桥。预制前厂家须仔细核对图纸，保证钢绞线、普通钢筋及各项预埋件位置准确。混凝土骨料最大粒径须不大于2cm，混凝土浇筑时须振捣充分、密实。混凝土须连续浇筑、一次成形，每片预制梁（板）浇筑总时间不超过6 h。预应力便桥须采用成熟的工艺形成空洞，振捣混凝土须防止蕊模左右移动或上浮以及蕊模穿孔。模板拆卸须保证预应力便桥内腔尺寸不改变、易拆除，严格控制钢筋焊接质量。

为防止预应力便桥上拱过大，预制梁（板）与桥面现浇层由于龄期差别而产生过大收缩差，存梁期须不超过60 d，若累计上拱值超过计算值1cm，须采取压载等措施，防止便桥上拱值过大，给安装与受力造成不利影响。

5.2 预应力钢绞线施工

钢绞线采用两端同时张拉和顶锚，钢绞线放松须对称、均匀、分次缓慢完成，不得骤然放松，不得一次将一根松完。放松可采用千斤顶法或砂箱法，放松时混凝土龄期不少于7d。

预应力筋有效长度以便桥跨度中心线对称布置，确保便桥两端的失效长度相等。预应力筋有效长度范围外部分可采用硬塑料管将失效范围的预应力筋套住，以使预应力筋与混凝土不产生握裹作用等措施进行处理。施工时，须保证预应力钢绞线及普通钢筋位置准确，确保预应力钢筋保护层厚度满足设计要求。普通钢筋应在预应力钢筋张拉结束后8 h进行绑扎。

5.3 便桥的现场安装

预制便桥顶面混凝土须按规范要求处理施工缝，并去除混凝土表面水泥砂浆和松弱层（如图8），对铰缝处混凝土表面按施工规范要求进行处理。浇筑铰缝前须全面撤离桥面重型荷载，待铰缝混凝土达到设计强度，方可进行桥面现浇层浇筑。预应力便桥运输时，可采取在预应力便桥外施加产生正弯矩的临时荷载措施，不使预应力产生的负弯矩起破坏作用。

图8 装配式混凝土便桥表面砂浆等处理

5.4 便桥铰缝施工要求

便桥铰缝面须凿毛成凹凸的粗糙面，采用砂浆填底缝后再浇注铰缝混凝土，铰缝混凝土浇注时湿润表面并座浆，保证新老混凝土结合良好。预应力便桥就位后及时连接铰缝钢筋，钢筋绑扎、安装时须定位准确。浇注混凝土须采用振动器振捣，振捣浇注完成后，将便桥顶面抹光，混凝土初凝前再进行二次收浆并拉毛处理。

5.5 桥面铺装及排水要求

桥面铺装的结构形式宜与所衔接的道路路面协调，可采用沥青混凝土（如图9）或水泥混凝土等材料。沥青混凝土铺装层厚度不宜小于8cm，水泥混凝土铺装层厚度不应小于8cm。桥面宜设置纵坡，对道路等级较低的跨河临时便桥等可设置平坡。桥面排水设施须适应便桥结构的变形，细部构造布置须保证便桥结构不受排水设施及泄露水流的侵蚀。排水管道间距及雨水口大小须根据暴雨强度设置，确保桥面范围不积水。

图9 装配式混凝土便桥路面沥青铺装

便桥机动车道与非机动车道（人行道）间须设置硬隔离，机动车道基坑临空侧须设置防撞护栏。桥面伸缩装置须满足梁端自由伸缩、转角变形及使车辆平稳通过等要求，伸缩装置须根据便桥长度、结构形式采用经久耐用、防渗、防滑良好的材料和构造形式。

6 结论

该文对几种便桥形式及其优缺点进行对比分析，总结了装配式混凝土便桥的设计要点、施工要求，得出以下结论：1）装配式混凝土便桥在几种便桥形式中具有施工方便、工期短，无湿作业、对周边环境影响小，刚度大、挠度小、噪声小，造价低，节能、环保等优点，具备较高的市场和社会价值，未来可在更多城市推广使用。2）装配式混凝土便桥尚有优化空间，在取消立柱桩的前提下，后期可考虑采用工字钢梁与混凝土预制结构板相结合的组合结构形式，使其可循环利用，进一步提高价值空间。3）可针对便桥应用场景（河道、车站及附属基坑等）进行总结归纳，开展装配式便桥相关规范及标准编制，为其标准化、工厂化发展提供理论基础及依托。