文城市桥梁预制装配式桥墩的接缝构造研究

文/刘恒亨

墩结构的关键部位，影响着结构的耐久性、抗震性能及可施工性等重点环节。本文总结并比选了多种接缝类型和拼接形式，并结合具体工程案例对接缝构造进行分析研究。

1.装配式桥墩常用连接形式

1）灌浆槽口连接是一种湿接缝形式，通常应用于盖梁与墩柱的连接，及在盖梁预制构件中预留后浇槽口，待盖梁吊装就位后进行浇筑。槽口大小根据墩柱钢筋的布置和锚固长度可采用圆形或矩形截面。灌浆可从盖梁顶部浇筑，施工便捷，也可从盖梁与墩柱之间的垫层向上压浆，密实性好，施工精度要求不高，难度较小。主要依靠新老混凝土的胶结力传递内力，力学性能一般。2）承插式连接施工简单，施工精度要求不高，常用于墩身与承台连接处，需要现浇施工，后续施工等待时间较长。连接处传力机制与灌浆槽口连接类似，主要依靠新老混凝土之间的胶结力，力学性能、新老混凝土之间接缝耐久性缺乏研究，节段之间主筋不连续，抗震性能较差，不适用于高地震烈度区。3）UHPC混凝土连接为现浇湿接形式，通常应用于盖梁与墩柱、墩柱与承台的连接，是普通现浇混凝土湿接缝的优化，通常钢筋仅需搭接，通过后浇UHPC混凝土对钢筋进行锚固，将上一节段的钢筋内力通过UHPC混凝土握裹力传递至下一节段钢筋，施工精度要求较低。接头性能取决于后浇混凝土的质量，由于钢筋不连续，地震下结构耗能性一般，容易造成新老混凝土接缝处开裂。4）灌浆套筒施工技术经验成熟，工程中较多应用于构件的竖向连接。在预制构件中埋入套管，与被连接构件的钢筋进行对接，再灌注高强灌浆料。被连接钢筋的锚固性能及连接件的整体延性较好，在地震作用下构件的耗能较好，耐久性基本不受接缝影响；但造价相对较高，施工允许误差较小，质量控制因素多，对工艺的要求较严格。5）灌浆金属波纹管与灌浆套筒的工作机制相似，造价相对较低，施工允许误差相对较大，整体延性较好，耗能能力好，常用于构件竖向连接，但构件震后复位能力较差，高地震烈度地区应用较少，钢筋锚固长度较长，灌浆操作较复杂。6）后张预应力施工技术有较多工程实际案例，通过预应力钢束将构件串连为整体，接缝配合采用环氧树脂粘结，通常用于3块以上构件的连接。构件的变形能力与现浇墩柱相近，震后残余位移较小，具有较好的自复位能力，设计方法较成熟。但造价高，施工精度要求高，需要张拉预应力，工艺较复杂，无黏结预应力筋的耐久性能相对较差。7）双螺纹套筒技术相对于其他几种连接形式较新颖，常用于房建预制结构，目前在国内外大体积桥墩构件工程中应用较少。通过双螺纹套筒连接主筋，属于机械连接，传力途径明确，连接件易于检验、识别，相较与灌浆套筒连接质量控制因素少，钢筋连接无扰动问题，通常配合后浇湿接缝使用。8）钢法兰连接属于机械连接，是一种混凝土构件采用钢结构连接的方法，在混凝土构件上预埋钢法兰，采用栓接或焊接方式进行连接。施工简便，技术要求较低，方便质量控制与评定，但钢结构造价相对较高，耐久性问题突出，力学性能及抗震性能尚需进一步研究。

2.接缝构造设计

预制装配桥墩技术发展日趋成熟，构件间的连接形式丰富多样，建设者需根据项目的特点和建设条件，选择合适的连接形式。本文就某城市快速路高架项目对接缝构造设计细节进行研究，项目主要有以下几大特点：（1）项目所在地区经济实力和建设能力相对不足，需要考虑当地施工水平、材料供给、设备能力，应尽量选择技术手段成熟、易于操作、质量易控的连接方案。（2）项目位于质地断裂带附近，属8度高地震烈度区，对接头的抗震性能和安全性能要求较高。（3）项目两侧现状道路交通量较大，保通难度大，适合采用施工操作简单、施工速度快捷的接缝方案。

表1 各预制构件连接方式对比

2.1 盖梁与盖梁的横向连接

受当地运输条件和起吊设备影响，预制构件最大运输长度不超过12m，最大吊重不超过150t，导致一根盖梁需要横向切分为2～3个节段，可采用双螺纹套筒+现浇湿接缝法和后张预应力+环氧黏结剂法进行横向连接。

方案一：双螺纹套筒+现浇湿接缝

单柱悬臂墩的盖梁横向划分为1个墩顶块和2个悬臂块，横向主筋采用双螺纹套筒连接，为了满足套筒的施工和调节空间，两节段之间预留60cm的现浇段。在悬臂块接缝端设置带剪力键的核心定位凸块，可与墩顶块剪力键对接咬合，一方面可提供吊装定位功能，另一方面在湿接缝浇筑前可与连接后的钢筋共同提供支撑作用。待预制块对接定位、钢筋套筒连接后，立模现浇混凝土湿接缝，强度达到设计要求后张拉盖梁预应力束。

方案二：后张预应力

大悬臂盖梁通常配有预应力，可利盖梁中的预应力束对预制块进行张拉连接。在悬臂块和墩顶块的接缝端设置剪力键，并涂抹2mm厚环氧树脂黏结剂。由于单柱悬臂盖梁的预应力一般靠顶面布置，需要在靠近底面设置平衡束保证接缝在全断面受压，从而使得黏结剂在这个接缝处发挥胶结作用。

方案一盖梁悬臂块需设置定位凸块，构造略复杂，但施工难度相对较低，双螺纹套筒施拧速度快，现浇接缝工法成熟，各预制块主筋连续，受力模式明确，可靠度较高。方案二构造简单，定位方便，且无需后浇施工，工效较高，但底部预应力平衡束在一定程度上削弱了顶部预应力承载束的贡献，造成盖梁整体预应力含量有所提升，造价相应提高，且盖梁钢筋不连续，整体性稍弱。考虑项目位于高地震烈度区，对结构整体性和可靠性要求较高，推荐采用方案一。

2.2 盖梁、墩柱、承台的竖向连接

高地震烈度区预制桥墩连接方式对其抗震性和可靠性要求很高，同时结合项目的经济性，选择采用灌浆套筒和双螺纹套筒+现浇湿接缝两种方案对盖梁、墩柱、承台之间的竖向接缝进行连接。

方案一：灌浆套筒

灌浆套筒连接工艺成熟，本项目采用全灌浆套筒，以减少锚固钢筋的应力集中效应，且套筒统一设置在上方预制块中。在盖梁与墩柱连接处，盖梁底设置50cm 的墩柱连接段，避免灌浆套筒深入盖梁范围过长对盖梁横向主筋产生干扰。接缝面坐浆处理，上下预制块定位对接后采用自密实高强混凝土对套筒灌浆。

方案二：双螺纹套筒+现浇湿接缝

与前述盖梁接缝构造一致，墩柱纵向接缝处预留60cm 的现浇段为对接调节和套筒施拧提供空间，设置核心定位凸起块，定位块的大小根据承受墩柱自重需要及套筒水平操作空间确定，双螺套施拧后，立模现浇湿接缝。方案一接缝构造简洁，施工快捷，技术成熟应用广泛，抗震性能研究较透彻。方案二定位凸块构造较复杂，施工精度要求高，且需后浇施工，工效相对较低，考虑项目保通难度较大，尽可能缩减下部结构工期，推荐采用工效更高的方案一。

3.总结

预制装配式桥墩的接缝是结构的关键部位，构件间的连接形式丰富多样，根据项目的抗震性、耐久性及可施工性等自身特点和需求制定合理的接缝方案至关重要，例如高地震烈度区尽量选择主筋连续的接缝形式，沿海桥梁尽可能避免采用钢接头等。接缝构造不宜设计的过于繁琐，造成施工难度增加降低工效。预制桥墩拼接工序较多，设计时需充分考虑不同施工阶段状态下结构受力的合理性，尽可能避免施工过程控制结构设计。