全預(yù)制裝配式橋墩的設(shè)計(jì)與施工要點(diǎn)

葉海強(qiáng)

（上海市政工程設(shè)計(jì)研究總院（集團(tuán)）有限公司武漢分公司，湖北 武漢 430077）

簡言之，全預(yù)制裝配式橋墩就是指通過全預(yù)制式構(gòu)件進(jìn)行組裝的橋墩橋梁結(jié)構(gòu)。全預(yù)制式構(gòu)件指的是通過工廠制作進(jìn)行基本加工的構(gòu)件單位，這種構(gòu)件單位的優(yōu)勢在于整個(gè)操作和制作流程全在預(yù)制廠里完成，如果對(duì)構(gòu)件有任何不滿意的地方，可以及時(shí)通過工廠操作人員進(jìn)行調(diào)整，這樣就避免了原材料的浪費(fèi)，也避免了返工所造成的時(shí)間浪費(fèi)和工作效率降低。同一批次的構(gòu)件和零件的質(zhì)量基本上是相同的，所以產(chǎn)品的質(zhì)量也是可控的。在進(jìn)行現(xiàn)場施工的時(shí)候，只需要對(duì)已經(jīng)做好的成品構(gòu)件進(jìn)行安裝即可，極大程度地降低了現(xiàn)場橋墩制作施工過程中質(zhì)量的不確定性。

1 全預(yù)制裝配式橋墩存在的意義

縱觀橋墩設(shè)計(jì)與施工技術(shù)的發(fā)展史，國內(nèi)外針對(duì)橋墩的設(shè)計(jì)技術(shù)都有各自的設(shè)計(jì)理念。傳統(tǒng)橋墩設(shè)計(jì)技術(shù)局限性體現(xiàn)在構(gòu)件組成上。傳統(tǒng)橋墩施工一般采用現(xiàn)場澆筑，沒有經(jīng)過工廠的統(tǒng)一加工，質(zhì)量問題參差不齊，甚至需要專門的檢測單位來檢驗(yàn)施工過程中所有構(gòu)件的質(zhì)量。一旦遇到質(zhì)量問題就要馬上聯(lián)系施工方進(jìn)行整改，若有嚴(yán)重的質(zhì)量問題則會(huì)責(zé)令返工。整個(gè)過程十分麻煩，會(huì)拖延施工的進(jìn)度。而且傳統(tǒng)現(xiàn)澆工藝的工廠沒有辦法對(duì)構(gòu)建或零件進(jìn)行統(tǒng)一的生產(chǎn)加工。即使是在對(duì)個(gè)別零件進(jìn)行加工時(shí)，其加工精度也很難達(dá)到工廠加工的程度。因此，在傳統(tǒng)的橋墩設(shè)計(jì)施工技術(shù)中一般不會(huì)用到工廠加工的方式對(duì)構(gòu)件進(jìn)行生產(chǎn)和返修，但現(xiàn)場澆筑構(gòu)件的方式對(duì)構(gòu)件的質(zhì)量問題又產(chǎn)生了挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)的橋墩設(shè)計(jì)技術(shù)應(yīng)用的是現(xiàn)場澆筑技術(shù)，在實(shí)際操作過程中需要應(yīng)對(duì)很多突發(fā)的客觀事件。從生產(chǎn)技術(shù)到原材料再到構(gòu)件質(zhì)量的低下，造成了整體建筑工程質(zhì)量的低下。但優(yōu)勢在于，工程的抗震性能和安全性能，包括日常使用的耐用性基本超過標(biāo)準(zhǔn)水平。在這樣的發(fā)展背景下，隨著社會(huì)科學(xué)水平的提升，全預(yù)制裝配式橋墩設(shè)計(jì)技術(shù)的誕生，解決了傳統(tǒng)橋墩設(shè)計(jì)施工技術(shù)所面臨的困境。全預(yù)制裝配式橋墩的設(shè)計(jì)施工技術(shù)不僅提升了工程的整體質(zhì)量，同時(shí)也增強(qiáng)了工程的安全性和耐用性，并且有效縮短了施工時(shí)間，將繁復(fù)的施工流程變得更加簡潔。全預(yù)制裝配式橋墩技術(shù)也可以保護(hù)周邊生態(tài)環(huán)境，響應(yīng)了國家提出的可持續(xù)發(fā)展的號(hào)召。

2 全預(yù)制裝配式橋墩的設(shè)計(jì)要點(diǎn)

全預(yù)制裝配式橋梁的技術(shù)特點(diǎn)除了上文提到的工程構(gòu)件是經(jīng)由工廠流水線式生產(chǎn)，能夠保證工程構(gòu)件質(zhì)量的這一特點(diǎn)，其還包括以下3個(gè)方面的要點(diǎn)。

（1）全預(yù)制裝配式橋梁技術(shù)能夠縮短整個(gè)施工時(shí)間，工期完全掌握在操作人員和設(shè)計(jì)師的手中。在前期設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)中就能夠完全預(yù)設(shè)到工程結(jié)果，這樣的優(yōu)勢在于可以在前期或者施工過程中對(duì)工程環(huán)節(jié)進(jìn)行修改。

例如，在對(duì)高速公路建設(shè)進(jìn)行施工時(shí)，縮短工期就顯得很有必要，施工時(shí)間越短，給交通部門帶來的影響就越小，因此全預(yù)制裝配式橋梁技術(shù)十分符合現(xiàn)代社會(huì)的需求。

（2）全預(yù)制裝配式橋梁技術(shù)可以保證橋梁或橋墩的質(zhì)量和耐久性。橋梁是某一段交通工程的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)工程，如果橋梁或橋墩部位出了任何質(zhì)量問題，那么其所屬的交通道路將陷入癱瘓，甚至?xí)斐筛蟮挠绊憽?/p>

全預(yù)制裝配式橋梁技術(shù)可以對(duì)此難題進(jìn)行預(yù)先把控，工程所使用的構(gòu)件都是經(jīng)由工廠同一批次進(jìn)行制造的，所以在質(zhì)量審核環(huán)節(jié)中只需要隨機(jī)抽取一部分構(gòu)件對(duì)其質(zhì)量進(jìn)行檢驗(yàn)即可發(fā)現(xiàn)構(gòu)件的整體質(zhì)量。全預(yù)制裝配式橋梁技術(shù)不會(huì)采用現(xiàn)場澆筑施工工藝，這就將各種現(xiàn)場人為及環(huán)境客觀因素的影響降到最低。將各種隨機(jī)因素對(duì)整個(gè)工程的影響程度掌握在工廠標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)流程中，避免施工工程會(huì)受到其他因素的影響。即使出現(xiàn)了意外，也能夠及時(shí)提出相應(yīng)有效的解決方案。

（3）全預(yù)制裝配式橋梁技術(shù)的特點(diǎn)體現(xiàn)于能夠最大程度地降低對(duì)周邊環(huán)境的影響，保持綠色施工狀態(tài)。這是由于全預(yù)制裝配式橋梁技術(shù)在現(xiàn)場操作的環(huán)節(jié)，只是連接和安裝環(huán)節(jié)。因?yàn)閷?duì)構(gòu)件進(jìn)行加工的環(huán)節(jié)已經(jīng)在工廠完成了，所以對(duì)施工現(xiàn)場的環(huán)境影響接近于零。

這項(xiàng)技術(shù)特點(diǎn)也符合了我國國家政策所倡導(dǎo)的綠色環(huán)保以及可持續(xù)發(fā)展?fàn)顟B(tài)。人類建設(shè)從來不應(yīng)是建立在破壞生態(tài)環(huán)境之上的，而應(yīng)是與生態(tài)環(huán)境和諧共處之后所進(jìn)行的進(jìn)一步發(fā)展和升級(jí)。

3 全預(yù)制裝配式橋墩的施工要點(diǎn)

3.1 階段設(shè)計(jì)與構(gòu)造連接的升級(jí)優(yōu)化

在裝配式橋墩的施工要點(diǎn)中，階段設(shè)計(jì)與構(gòu)造連接的優(yōu)化升級(jí)必不可少。該技術(shù)是通過對(duì)工業(yè)化建造技術(shù)的借鑒和學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)化而來，其目的就是為了將橋墩設(shè)計(jì)技術(shù)中的任意一個(gè)環(huán)節(jié)制造成可以單獨(dú)進(jìn)行施工設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)化產(chǎn)品，減弱各環(huán)節(jié)之間的關(guān)聯(lián)性，保證在某一環(huán)節(jié)產(chǎn)生問題之后，對(duì)其他環(huán)節(jié)的影響程度降到最低。

階段設(shè)計(jì)與構(gòu)造連接的優(yōu)化升級(jí)包括對(duì)橋墩結(jié)構(gòu)的升級(jí)和優(yōu)化，在保證橋墩結(jié)構(gòu)的受力性達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)程度之后，就要對(duì)橋墩的制造及安裝工藝進(jìn)行簡化。實(shí)際上，產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)化的施工方法更能有效保證橋墩施工的質(zhì)量。施工人員可以完全按照?qǐng)D紙上的操作計(jì)劃來進(jìn)行施工，也能夠有效保證施工現(xiàn)場的安全狀況。

構(gòu)造連接的優(yōu)化升級(jí)這項(xiàng)施工要點(diǎn)最明顯的是作用于鋼筋的連接處。全預(yù)制裝配式橋墩設(shè)計(jì)技術(shù)采用的多是鋼筋錯(cuò)位搭接式連接方法。傳統(tǒng)的連接方法是需要現(xiàn)場進(jìn)行焊接工作的，而現(xiàn)場焊接質(zhì)量通常需要考慮很多客觀的不確定因素，如焊工的實(shí)操能力、焊接環(huán)境的好壞，而且還會(huì)提高人工成本，因此這種方法越來越少地被應(yīng)用于全預(yù)制裝配式橋墩技術(shù)之中。

還有一種螺栓連接方法也經(jīng)常被應(yīng)用，但是這種方法的應(yīng)用范圍具有局限性。螺栓連接方法無法應(yīng)用于用混凝土澆筑的橋墩設(shè)計(jì)工程中，因?yàn)槁菟ㄟB接的硬度小于混凝土澆筑的硬度，所以這種方式無法實(shí)現(xiàn)連接。

而全預(yù)制裝配式橋墩設(shè)計(jì)技術(shù)最常應(yīng)用的鋼筋錯(cuò)位搭接式連接方法是從力學(xué)的角度出發(fā)，在鋼筋錯(cuò)位擺放之后，在擺放后的鋼筋體外部加入一個(gè)套筒使其連接起來，然后灌入漿料使鋼筋凝固成型。在灌注漿料之后，漿料與套筒壁產(chǎn)生了相互作用力，使鋼筋體更加牢固。

3.2 充分融合BIM信息技術(shù)

BIM信息技術(shù)是在互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)高速發(fā)展的現(xiàn)代社會(huì)所誕生的一種新型技術(shù)手段。該項(xiàng)技術(shù)以計(jì)算機(jī)技術(shù)和信息化技術(shù)為基礎(chǔ)，將工業(yè)化的操作手法融入信息化的技術(shù)手段，從而實(shí)現(xiàn)行業(yè)的智能化與數(shù)字化。

全預(yù)制裝配式橋墩設(shè)計(jì)技術(shù)融入BIM信息技術(shù)是將這項(xiàng)工業(yè)產(chǎn)業(yè)推向信息化和智能化的重要一步。BIM信息技術(shù)在全預(yù)制裝配式橋墩設(shè)計(jì)技術(shù)中的應(yīng)用主要應(yīng)用于信息建模以及對(duì)工程數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和修改環(huán)節(jié)。工程設(shè)計(jì)師可以根據(jù)圖紙?jiān)O(shè)計(jì)在計(jì)算機(jī)中輸入三樣的參數(shù)，從而得到一個(gè)三維立體的模型。這個(gè)三維模型可以直觀反映工程建設(shè)的結(jié)果，可以供設(shè)計(jì)人員、操作人員以及甲方來對(duì)整個(gè)工程效果進(jìn)行判斷和修改。

而這種三維立體模型也可以為施工人員提供更加立體直觀的設(shè)計(jì)方案。所涉及的部門都可以根據(jù)這個(gè)三維立體圖形來協(xié)商商討最有效簡潔的施工方法，并且可以根據(jù)想要的施工效果對(duì)圖紙進(jìn)行修改，這樣也減少了工程返工以及商討過程帶來的拖延。在不同職能不同部門進(jìn)行溝通協(xié)商時(shí)，可以更加直觀地理解對(duì)方所表述的意見。

在施工過程中，出現(xiàn)任何一個(gè)問題，都可以通過BIM信息技術(shù)在線對(duì)設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行修改，并且能直觀看到預(yù)設(shè)的結(jié)果，在預(yù)設(shè)結(jié)果通過審核之后就可以直接向現(xiàn)場的施工人員發(fā)出指令來修改施工步驟。

很多時(shí)候由于現(xiàn)場的客觀因素影響，實(shí)際施工情況與工程設(shè)計(jì)情況是不相符的，在這種情況下，要求現(xiàn)場施工人員對(duì)現(xiàn)場環(huán)境及條件進(jìn)行勘測之后，將信息返傳到操作中心。相關(guān)的設(shè)計(jì)人員根據(jù)現(xiàn)場的各項(xiàng)參數(shù)對(duì)操作步驟和內(nèi)容進(jìn)行修改。這原本是一個(gè)十分復(fù)雜的步驟，但是有了BIM信息技術(shù)之后，可以通過互聯(lián)網(wǎng)同傳的方式，使現(xiàn)場的環(huán)境條件同步實(shí)時(shí)傳輸?shù)讲僮髦行?，也可以通過信息交互平臺(tái)同時(shí)對(duì)幾個(gè)部門進(jìn)行信息傳遞。而操作人員則可以根據(jù)現(xiàn)場傳輸回來的數(shù)據(jù)來指令下一個(gè)階段需要增添或者減少哪些構(gòu)件，以及將原定的操作步驟修改為新的操作步驟。

在設(shè)計(jì)人員進(jìn)行修改的同時(shí)，BIM信息技術(shù)就會(huì)根據(jù)新的工序和階段制作出新的三維圖紙，經(jīng)由確定之后會(huì)傳輸?shù)绞┕がF(xiàn)場。當(dāng)現(xiàn)場施工人員對(duì)某項(xiàng)實(shí)際環(huán)境參數(shù)測量不太確定時(shí)，可以將已經(jīng)能確定的參數(shù)傳輸?shù)叫畔⑵脚_(tái)上，由BIM信息技術(shù)對(duì)關(guān)鍵數(shù)據(jù)進(jìn)行測算。不僅能夠提高測量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，還能夠有效地提高整個(gè)測算流程的效率。

4 結(jié)束語

總而言之，全預(yù)制裝配式橋墩技術(shù)所具有的優(yōu)勢是傳統(tǒng)橋墩設(shè)計(jì)技術(shù)所不具備的。它不僅能夠保證整個(gè)施工流程順利進(jìn)行，還能夠保證在施工的同時(shí)起到保護(hù)周邊生態(tài)環(huán)境的作用。從原材料的選擇，構(gòu)件的設(shè)計(jì)、制作、施工，再到最后的設(shè)計(jì)結(jié)果，整個(gè)過程都秉承著節(jié)約、環(huán)保、綠色的核心思想，這一巨大優(yōu)勢使得其被廣泛應(yīng)用。

除此之外，預(yù)制裝配式橋墩設(shè)計(jì)技術(shù)本身就是一項(xiàng)在傳統(tǒng)橋墩設(shè)計(jì)技術(shù)基礎(chǔ)之上進(jìn)行升級(jí)與優(yōu)化的建造技術(shù)。橋墩作為交通道路的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)，其安全性、耐久性和經(jīng)濟(jì)性是最重要的，而預(yù)制裝配式橋墩設(shè)計(jì)技術(shù)就是從保證這幾點(diǎn)特性的角度出發(fā)而誕生的一種技術(shù)手段。