装配式桥梁预制钢筋笼现浇墩柱施工技术浅析

寇忠安 张 雷 高 涛 赵连启 任承斌

（1.山东省公路桥梁建设集团有限公司，山东 济南 250014；2.山东农业大学，山东 泰安 271018）

0 引言

我国的桥梁施工大多采用现浇混凝土施工方法，现浇式混凝土桥墩与装配式桥墩相比虽然具有更好的整体性、更自由的空间造型等优点，但存在施工周期长、环境污染严重、成本较高等缺点。因此建筑工业化的必由之路是发展研究预制装配式桥梁结构，预制装配式桥梁可以让能耗更低、建造过程排放更低，响应了国家号召，符合交通运输业绿色发展、协调发展的要求。

装配式桥梁下部结构安装施工具有缩短工期、提高工程质量、降低成本、提升安全系数等优点。本文主要结合工程实例，改进现浇式桥梁施工技术，使其操作难度大大下降，显著提高工程质量。

1 现浇式桥梁施工的缺点

（1）施工周期长。我国桥梁施工过多地使用人工操作，设备机械化程度和构件预制程度低，大多就地现浇，此外我国北方冬季气温较低和南方夏季湿润多雨都对施工进度造成了一定的影响。

（2）施工质量差。在传统桥梁工程现场施工过程中，由于建材质量达不到国标现象比较普遍、农民工对桥梁常识及生产技能匮乏以及工程管理不科学等因素，使桥梁工程的质量很难得到保证。在实际工程中，经常出现桥墩混凝土保护层太小或露筋、桥墩表面不平整、精度差、混凝土强度不够、均匀性差等现象，常出现蜂窝麻面、桥墩漏水等质量问题“。豆腐渣”工程层出不穷，桥梁施工的质量问题不断地引起社会各界的关注[1]。

（3）劳动成本过高。传统桥梁施工是劳动密集型行业，带动了就业率，这一特征使桥梁施工成为接纳农村劳动力的重点行业。近年来，由于农民工工资的逐年增长，这势必造成桥梁施工的成本过高。

（4）资源浪费大。现浇施工中要使用大量的临时支撑、脚手架模版等，这将造成大量钢材、木材的消耗。

（5）环境污染严重。传统施工现场的作业量较大、施工现场脏乱差、环境污染和扰民现象普遍。此外，随着我国桥梁数量的增加，建筑垃圾的排放量巨大。

（6）施工安全性差。由于施工现场多为城市交通要道，对施工人员的生命安全造成很大的威胁。

2 装配式桥墩的研究现状

自20世纪90年代开始，美国联邦公路局推动了桥梁快速施工技术的研发和工程应用，装配式桥墩是其中的重要组成部分。我国装配式桥墩技术研究起步较晚，通过借鉴吸收国外研究成果，基本实现了体系化和规模化。公路桥梁装配式桥墩的预制构件运输距离长、施工条件差，所以预制构件应满足常规化运输和常规化吊装设备完成现场拼装的基本需求；且同时应考虑到全国范围内施工单位技术水平的不均衡，所以在快速建造工程中应选择大容差、易施工的连接方案。目前，国内外针对桥梁下部结构预制构件发展了灌浆套筒连接、灌浆波纹管连接、预应力连接和承插式连接等多种连接方式，其中，灌浆套筒和灌浆波纹管连接方式对施工精度要求较高，在我国上海、长沙、石家庄和郑州等多个城市应用推广。预应力连接桥墩在强震作用下的耗能能力较现浇桥墩差，一般需要辅加内部耗能钢筋或外部耗能装置提高预制桥墩结构的耗能能力。承插式连接是将预制墩柱插入基础或盖梁的预留孔内，墩柱与基础或盖梁之间没有钢筋连接，仅通过预制墩柱与基础或盖梁之间的空隙填充混凝土或高强低收缩材料进行固定连接；基础或盖梁可以是现浇或预制构件，该连接构造在施工上较其他构造简单，但需要一定的现场湿作业工程量，其力学性能取决于桥墩承插深度和灌浆料黏结性能。

从20世纪中期开始，我国就逐渐将装配式桥梁技术应用于桥梁的下部构造中，从预制钢筋笼开始，逐渐将装配式技术运用到桥梁建造中。我国装配式桥梁分阶段前进，一开始，我国交通运输业不发达，经济水平发展较低，所以桥梁较为注重实用性来保证通行的需求，逐渐过渡到现在，装配式桥梁全面发展。我国先开始的是装配式桥梁下部构造的研究与应用。由于预制装配式桥梁下部墩柱的抗震性能未能在学术界形成统一的意见，所以在早期应用的时候，仅在工期比较紧张、运输比较简单的情况下应用。随着材料质量不断提高、新技术新构造段被研发，再加上传统建造模式的不足日益明显以及国家不断倡导发展绿色环保建筑，我国开始广泛应用装配式桥梁技术。

3 工程概况

正在建设的济南至微山公路济宁新机场至枣菏高速段是国家高速公路网的骨架部分和山东省高速公路网布局规划“九纵、五横、一环、七连”中的重要组成部分。济南至微山公路济宁段济宁新机场至枣菏高速段项目第二合同段兖州高架桥、丰兖路分离立交、高新区高架桥、兖矿铁路分离立交等桥梁下部结构采用预制拼装。该工程存在大量的装配式桥梁，其中运用最多的就是预制钢筋笼现浇墩柱，不同工艺浇筑墩柱数量对比见图1。本文从实际工程出发探讨装配式桥梁下部结构安装施工技术。

图1 不同工艺浇筑墩柱数量对比

4 施工工艺流程

4.1 施工前的准备工作

（1）由工程现场的技术人员校核验算该桥梁的设计图纸，校核过程包括复核桩的中心桩位，验算装配式桩基的高程和坐标等。校核无误后，平整好并压实墩柱外部的施工场地，指导堆放各种材料和工程机具以确保有足够的空间停放起重机、运输车、泵车等大型机械。

（2）材料准备：工程材料砂、碎石、水泥、钢筋经检验合格，满足墩柱施工需求，严格控制原材料的质量。试验室做好混凝土配合比和各种原材料试验工作，并报监理工程师批复；

（3）对拌和站性能进行检查，并经试运行，确保处于良好状态；

（4）对机具设备调试检查和试运转，确保机械正常工作，配备足够的备件；

（5）试验人员及时对原材料进行抽检，检测砂、碎石的含水量，根据理论配合比调整施工配合比；

（6）对进场定型钢模按照有关验收细则进行验收，对尺寸进行检验、磨光刨光、试拼装。

4.2 施工过程

该工程采用装配式桥梁预制钢筋笼现浇墩柱技术，施工过程见图2。

图2 现浇墩柱施工工艺流程

（1）清理墩台下部承台混凝土的表面并进行凿毛处理，保持承台预留钢筋垂直，通过水准仪准确定墩柱的中心位置的标高、中轴线、四周外围的边线及立柱模板外围边线；定位后设置防护桩，便于后期墩柱中心复位。根据水准仪测出的墩柱周线，再一次测量墩柱底标高，在墩柱外边线周围使用高标号水泥砂浆抹带，方便后期架设模具。

（2）架设脚手架。通常情况下一般采用扣件式钢管搭设脚手架，脚手板可以由多种材料制作，包括钢材、木材、竹等材料。每根立杆的底部都应该包括可以调节的支托底座，使立杆高度可以在5～15cm之间调节，安装螺杆时，螺杆外径与立杆内径的间隙必须不大于30mm，并且要保证上下的螺杆和立杆同心。脚手架架设钢管要求为横平竖直，整齐明了，上下连贯，连接扣牢固，受到荷载保证安全，整体不变形、上下不发生摇晃。立杆采用一字型扣件对接，两个相邻立杆接头不能设置在同步同跨范围内，两根相邻的立杆在垂直方向的接头距离小于步距的1/3，立杆的垂直偏差不大于架高的1/400，立杆在离地脚20cm处设置扫地杆。脚手架搭设顺序为：先进行画线放样，在底部放置木制垫块接着架设纵向扫地杆，然后架设立杆（加临时抛杆），再放置横向扫地杆，然后放置第一步纵向水平杆接着放置第一步横向水平杆，之后架设第二步纵向水平杆，最后放置第二步横向水平杆，以此类推，完成脚手架纵横向搭设，然后铺设脚手片。

（3）模板拼装。要注意合理布置吊装模板时的吊装点，为了避免因为碰撞引起的剧烈变形，在吊车吊装到指定地点时，下落速度一定要尽量放慢。吊装时需要现场施工人员专门指挥，按之前对模板进行的编号逐块起吊模板并进行组装。圆柱形墩柱模板为两个半圆形，安装时先安放一侧半圆，再安放另一侧半圆，螺栓连接成圆，再与下节螺栓连接。之后浇筑混凝土，立柱浇注时应设减速漏斗和串筒，混凝土面与串筒底口距离必须小于2m，在整个浇筑过程中都应该用全站仪测量墩柱模板的垂直度，防止其发生倾斜，若发生倾斜应马上停止浇筑将其回正。墩柱浇筑完成后应检查其高度是否超出5cm，该距离便于后期连接盖梁和立柱。用振捣棒振捣混凝土，避免混凝土发生分层现象。插入振捣棒的速度应较快，提出时的速度稍慢，并且在提出振捣棒的过程中应该边提边振捣，避免振捣棒在混凝土中留下孔洞。为保证上下两层混凝土之间的结合质量，混凝土浇注后立即进行振捣，振捣时间一般需要控制在30s以上，使用振捣棒时一定要适度，必须避免漏捣和贴着墩柱模板振捣的情况出现。

（4）养护拆模。必须保证相应的养护条件和养护时间。

5 装配式桥梁中现浇墩柱施工要点

5.1 墩柱钢筋笼制作

随着公路工程标准化施工的逐步推广，公路工程施工标准化要求桩基、墩柱钢筋笼采用全自动滚焊机加工，全自动滚焊机占地体积较大，在山区、丘陵地带不适合进行施工[2]。因此野外作业大多选择在钢筋加工棚中绑扎、制作墩柱钢筋笼。

钢筋的绑扎顺序：首先绑扎钢筋笼的长轴，长轴绑扎固定好后再绑扎钢筋笼的短轴，按照一定方向绑扎钢筋笼，然后按照设计图纸绑扎箍筋。绑扎钢筋笼的钢筋时，应先查看墩柱本身预埋的钢筋笼，确保墩柱本身预埋钢筋的准确性，在承台表面，放置钢筋笼时应通过模板支架进行定位，确保墩柱钢筋的准确性。

因钢筋本身材质的原因，钢筋笼具有一定的支撑效果，但是为了保证钢筋笼的垂直性，防止二次调直，因此在吊装过程中应保证垂直起吊。钢筋笼吊装过程需要两边工人熟练配合，由工人手扶构件缓慢下落以保证墩柱预留钢筋与钢筋笼对接[3]。

5.2 浇筑墩柱

该工程在浇筑墩柱（图3）前先进行承台混凝土浇筑。承台有两个作用：（1）荷载传递。承受上部柱（或墩）之荷载并传递给桩基础。（2）荷载分配。向桩基础分布荷载。当承台下有多个桩基时，承台可以将荷载较均匀地分布各个桩体。

图3 墩柱

墩柱模板采用定型钢模板，分段分节安装，安装钢模板前需要对承台表面凿毛，见图4。

图4 安装墩柱模板

在底节模板安装前需要拆除钢筋笼加固揽风绳，并在承台表面设置砂浆调平层，水泥砂浆调平层在配置模板时全部控制在5cm以内，以保证墩柱模板底面水平，模板安装完成后检查其平面位置、顶部标高、垂直度、节点连接及纵横稳定性，确认合格后在模板四周设缆风绳加固，模板拼接缝处用止浆带密封，防止漏浆。模板拼装从承台顶面起2/3高度范围内安装双螺帽。

该工程使用混凝土泵车浇筑混凝土，为防止混凝土离析，串管底口距墩底不应大于2m。墩柱混凝土强度大于2.5MPa后即可拆除模板。

采用汽车吊及人工配合，按照“先上的后拆，后上的先拆”原则，由上而下逐节分块拆除。

6 应用效果分析

装配式桥梁技术不仅有更加可靠的质量，还有更加智能的钢筋加工，通过在工厂内部进行预制构件，采用按照规范的标准施工。结合灌浆套筒、灌浆金属波纹管等实现了构件的连接，保证了桥梁的安全可靠。

施工工期短是装配式桥梁的主要优点之一。桥梁的各个构件可以同时施工，例如在进行桩基础施工的同时，还可以进行墩柱、桥台及梁板的预制，边施工边安装。充分利用夜间交通干扰小的时间段，封锁一至两个车道，即可进行桥梁构件拼装作业[4]。

安全系数较高，建造过程中取消了大型支架的使用，减少了高空作业的工人数量，降低了安全隐患，大大降低了现场工作人员高空坠落的风险，安全生产得到了进一步保障。同时，对连接材料和结构模型进行的多次模拟试验和验证，也确保了桥梁结构自身的安全。

造价方面，性价比高。由于装配式桥梁还处在局部范围内的小规模生产，造价会比普通的桥梁增加5%～10%，但在规模化生产之后，将会进一步降低，甚至持平。而另一方面，装配式桥梁在节约交通疏解费，安全文明措施费，以及时间成本的同时，还进一步节约了大量人工成本和工期减少的管理成本，带来了减少交通堵塞、粉尘污染、噪音污染和木材消耗等方面的社会效益。

7 结束语

在桥梁施工过程中，现场绑扎钢筋笼施工周期比较长，成本比较高。该项目的现浇墩柱施工采用预制构件（钢筋笼），现浇墩柱，在承台钢筋绑扎同时利用现有的MEP钢筋加工设备、钢筋胎架、龙门吊等进行加工、绑扎，控制精准、绑扎成型质量高，现场施工采用“模架一体化”（无落地脚手架）工艺，节省了现场脚手架搭设、钢筋绑扎、架体材料的周转时间及设备人员的投入，提高了工作效率，使工期大大缩短，大幅度减少了工程造价，大大提高了施工质量。

装配式桥梁技术的优点是施工速度快、现场污染大幅度减少，安全系数高，符合国家节能减排的号召，装配式桥梁结构在各类工程中虽已得到了部分应用，但还远未完全推广。在国家向更高能效、更低能耗、更低排放的号召下，装配式桥梁技术发展的潜力巨大，必定迈向新的阶段，向跨度更长、质量更高前进。