預(yù)制裝配式技術(shù)在橋梁工程中的應(yīng)用研究

俞海鵬

（江西省公路工程有限責(zé)任公司，江西 南昌 330000）

0 引言

預(yù)制裝配式技術(shù)憑借其節(jié)能環(huán)保優(yōu)勢(shì)在建筑行業(yè)中得到普遍應(yīng)用，并逐步被應(yīng)用到橋梁工程施工中。預(yù)制裝配式技術(shù)的應(yīng)用實(shí)現(xiàn)了橋梁混凝土構(gòu)件的集中預(yù)制，減少了施工現(xiàn)場(chǎng)澆筑工作量，有效規(guī)避了粉塵污染、噪聲污染問題，生態(tài)效益顯著，因此現(xiàn)階段在橋梁工程中備受關(guān)注。

1 預(yù)制裝配式橋梁結(jié)構(gòu)分析

1.1 整體結(jié)構(gòu)

在橋梁工程中應(yīng)用預(yù)制裝配式技術(shù)時(shí)，主要從上部、下部結(jié)構(gòu)兩個(gè)角度劃分橋梁構(gòu)件，其中上部結(jié)構(gòu)涉及鋼-混組合梁、鋼箱梁、預(yù)制節(jié)段箱梁、預(yù)制小箱梁等結(jié)構(gòu)，下部結(jié)構(gòu)涉及預(yù)制蓋梁、預(yù)制橋墩等，具體結(jié)構(gòu)詳見圖1。在整個(gè)橋梁結(jié)構(gòu)中，除欄桿、主梁、橫梁、橋墩等預(yù)制裝配式構(gòu)件外，還存在其他非預(yù)制構(gòu)件，如樁基、承臺(tái)、橋面鋪裝等。

圖1 預(yù)制裝配式橋梁結(jié)構(gòu)

1.2 上部結(jié)構(gòu)

在設(shè)計(jì)確定橋梁工程的預(yù)制裝配式上部結(jié)構(gòu)時(shí)，需根據(jù)道路平曲線形、橋梁跨徑明確預(yù)制上部構(gòu)件的適用范圍，具體見表1。若超出該適用范圍，則不可采用預(yù)制裝配式技術(shù)進(jìn)行施工。

表1 橋梁工程上部結(jié)構(gòu)預(yù)制適用范圍

1.3 下部結(jié)構(gòu)

橋梁工程確定下部預(yù)制裝配式構(gòu)件時(shí)，應(yīng)綜合考量其結(jié)構(gòu)位置、節(jié)段重量、長(zhǎng)度。具體情況見表2。

表2 橋梁工程下部結(jié)構(gòu)構(gòu)件情況

2 橋梁工程中預(yù)制裝配式技術(shù)應(yīng)用實(shí)例分析

2.1 工程概況

為增強(qiáng)技術(shù)研究實(shí)效，選取某市政橋梁工程為實(shí)例展開分析研究。案例橋梁全長(zhǎng)4.2km，標(biāo)準(zhǔn)跨、最大跨、標(biāo)準(zhǔn)橋?qū)挿謩e為30m、60m、25m，為降低橋梁工程對(duì)城市交通運(yùn)行的影響，減少工程施工污染程度，并未選用傳統(tǒng)原位現(xiàn)澆法進(jìn)行施工，而是以預(yù)制裝配式技術(shù)為手段展開施工作業(yè)。

2.2 施工工藝

2.2.1 結(jié)構(gòu)方案

案例橋梁項(xiàng)目與上述提到的預(yù)制裝配式橋梁結(jié)構(gòu)一致，均采用集中預(yù)制方式進(jìn)行上、下部結(jié)構(gòu)施工，使預(yù)制構(gòu)件在特定預(yù)制場(chǎng)內(nèi)完成生產(chǎn)制作，減少工程施工現(xiàn)場(chǎng)工作量。預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)完畢且質(zhì)檢通過后，將其運(yùn)輸至施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行裝配拼裝，而各預(yù)制構(gòu)件之間則運(yùn)用插槽、濕接縫、灌漿波紋管、灌漿套筒的形式進(jìn)行銜接，將預(yù)制構(gòu)件銜接為整體（見圖2），以此保障橋梁結(jié)構(gòu)質(zhì)量。

圖2 案例橋梁工程預(yù)制構(gòu)件連接形式

2.2.2 構(gòu)件預(yù)制

對(duì)于預(yù)制裝配式橋梁結(jié)構(gòu)而言，預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)制作質(zhì)量精度直接影響其裝配拼接效果，繼而決定橋梁結(jié)構(gòu)性能，因此在預(yù)制裝配式橋梁工程施工中，構(gòu)件預(yù)制屬于關(guān)鍵施工環(huán)節(jié)。除此之外，預(yù)制構(gòu)件供應(yīng)是否穩(wěn)定可影響整體工程施工節(jié)奏，決定工程工期。由此可見，將預(yù)制裝配式技術(shù)應(yīng)用到橋梁工程施工中時(shí)，不僅需嚴(yán)格控制預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)質(zhì)量，還需做好預(yù)制場(chǎng)選址工作。案例橋梁工程所在地具有預(yù)制加工場(chǎng)，對(duì)施工場(chǎng)地與預(yù)制加工場(chǎng)間的運(yùn)輸距離、運(yùn)輸線路、地形條件、原材料供給便捷性進(jìn)行分析，在此基礎(chǔ)上了解預(yù)制加工場(chǎng)產(chǎn)能，發(fā)現(xiàn)當(dāng)?shù)噩F(xiàn)有預(yù)制加工場(chǎng)可滿足案例橋梁工程構(gòu)件供應(yīng)需求，故直接選用該加工場(chǎng)作為預(yù)制場(chǎng)。

為保障預(yù)制場(chǎng)運(yùn)行效果，按照生產(chǎn)流水線形式對(duì)預(yù)制加工場(chǎng)內(nèi)部生產(chǎn)布局進(jìn)行調(diào)整，采用平行式多行布局形式進(jìn)行布局設(shè)計(jì)，并按照預(yù)制構(gòu)件實(shí)際生產(chǎn)流程規(guī)劃場(chǎng)地。以墩柱蓋梁為例，該預(yù)制構(gòu)件加工區(qū)域共分為8 大部分，分別用于墩柱存儲(chǔ)、墩柱生產(chǎn)、墩柱鋼筋綁扎、墩柱鋼筋加工、蓋梁鋼筋綁扎、蓋梁模板貯存、蓋梁生產(chǎn)、蓋梁存儲(chǔ)。以上8 個(gè)部分圍繞鋼筋加工區(qū)域向外延伸，從蓋梁、墩柱兩個(gè)角度設(shè)置了兩條預(yù)制生產(chǎn)線，墩柱與蓋梁預(yù)制構(gòu)件存放于加工場(chǎng)兩側(cè)區(qū)域，完成生產(chǎn)制造后按照橋梁工程建設(shè)施工標(biāo)準(zhǔn)組織質(zhì)檢工作，檢查構(gòu)件強(qiáng)度是否達(dá)標(biāo)，確認(rèn)墩柱、蓋梁預(yù)制構(gòu)件強(qiáng)度達(dá)標(biāo)且無質(zhì)量問題后，將其從存放區(qū)域兩側(cè)運(yùn)出，以此完成橋梁預(yù)制構(gòu)件流水線生產(chǎn)加工，極大提高了橋梁工程預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)加工效率，實(shí)現(xiàn)了預(yù)制裝配式構(gòu)件的穩(wěn)定供給。在預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)加工期間，需嚴(yán)格控制構(gòu)件精度，在案例橋梁工程項(xiàng)目中，為保障構(gòu)件精度而選用胎架法展開模塊化施工。以鋼筋籠加工為例，運(yùn)用形變較小的鋼模對(duì)鋼筋定型，運(yùn)用定位板、定位銷、掛片、移動(dòng)橫梁、底座、支架構(gòu)建專用胎架，其中支架主要用于固定位置，避免誤差產(chǎn)生，以此保障預(yù)埋套筒、預(yù)留鋼筋定位精準(zhǔn)度。胎架法的應(yīng)用提高了鋼筋籠生產(chǎn)加工精度，案例橋梁工程應(yīng)用該方法加工預(yù)制構(gòu)件鋼筋籠時(shí)，將結(jié)構(gòu)精度誤差控制在±2mm 以內(nèi)。

2.2.3 構(gòu)件運(yùn)輸

橋梁預(yù)制構(gòu)件完成生產(chǎn)加工并通過質(zhì)量檢測(cè)后，需從預(yù)制加工場(chǎng)運(yùn)輸至施工現(xiàn)場(chǎng)，結(jié)合以往工程施工經(jīng)驗(yàn)來看，若忽視構(gòu)件運(yùn)輸重要性而導(dǎo)致預(yù)制構(gòu)件運(yùn)輸期間出現(xiàn)固定不穩(wěn)或結(jié)構(gòu)布置不當(dāng)現(xiàn)象，則有可能損壞預(yù)制構(gòu)件結(jié)構(gòu)，使預(yù)制構(gòu)件不再滿足橋梁工程裝配施工要求，以此產(chǎn)生額外成本，并造成資源浪費(fèi)。因此，運(yùn)用預(yù)制裝配式技術(shù)進(jìn)行橋梁工程施工時(shí)，需加強(qiáng)對(duì)預(yù)制構(gòu)件運(yùn)輸環(huán)節(jié)的重視。橋梁工程中所應(yīng)用的預(yù)制構(gòu)件結(jié)構(gòu)噸位較大，運(yùn)輸該類大噸位構(gòu)件結(jié)構(gòu)時(shí)，通常采用直接運(yùn)送法、吊移法、滑移法，對(duì)上述三種運(yùn)輸方法綜合分析，案例橋梁工程中的蓋梁、墩柱預(yù)制構(gòu)件借助吊移法完成移運(yùn)工作，移運(yùn)機(jī)械設(shè)備選用輪胎式運(yùn)梁車、輪軌式門式起重機(jī)，通過上述兩種機(jī)械設(shè)備的相互配合完成預(yù)制構(gòu)件的運(yùn)輸工作，其中輪軌式門式起重機(jī)主要用于大噸位預(yù)制構(gòu)件的裝卸環(huán)節(jié)及場(chǎng)內(nèi)轉(zhuǎn)移環(huán)節(jié)，運(yùn)用輪胎式運(yùn)梁車將預(yù)制構(gòu)件結(jié)構(gòu)從預(yù)制加工場(chǎng)運(yùn)輸至橋梁工程裝配吊裝施工現(xiàn)場(chǎng)。為便于大噸位預(yù)制構(gòu)件的移運(yùn)工作，案例橋梁精細(xì)化設(shè)置了構(gòu)件吊點(diǎn)，并優(yōu)化設(shè)計(jì)了構(gòu)件翻轉(zhuǎn)裝置。案例工程將光圓鋼筋吊點(diǎn)調(diào)整為鋼絞線，將原有的翻轉(zhuǎn)臺(tái)座更換為柔性緩沖支墊材料，如帆布卷、橡膠圈、沙坑等，減少了外部結(jié)構(gòu)對(duì)橋梁預(yù)制構(gòu)件的威脅，確保橋梁預(yù)制構(gòu)件結(jié)構(gòu)能夠無損傷移運(yùn)翻轉(zhuǎn)。經(jīng)過案例橋梁工程應(yīng)用來看，該吊點(diǎn)、翻轉(zhuǎn)裝置優(yōu)化方式效果較好，且優(yōu)化工藝簡(jiǎn)單易操作，具有較強(qiáng)實(shí)用性，可適用于各類預(yù)制裝配式橋梁構(gòu)件運(yùn)輸作業(yè)中。

2.2.4 構(gòu)件拼裝

在橋梁工程預(yù)制裝配式技術(shù)使用過程中，構(gòu)件拼裝是重要環(huán)節(jié)，其拼裝效率、精準(zhǔn)程度與橋梁項(xiàng)目進(jìn)度、質(zhì)量安全、成本之間具有直接影響關(guān)系，選擇合適的構(gòu)件吊裝方案，同時(shí)控制構(gòu)件拼裝精度是預(yù)制裝配式橋梁工程開展期間必須思考的重要課題。開展構(gòu)件拼裝作業(yè)前，應(yīng)對(duì)工程經(jīng)濟(jì)效益、技術(shù)因素、具體施工條件等進(jìn)行綜合考慮，盡可能在保證既有交通條件下，快捷高效、安全經(jīng)濟(jì)地完成此項(xiàng)作業(yè)。目前，運(yùn)用較為普遍的施工思路是以門式起重機(jī)為主，汽車式起重機(jī)為輔，通過采用局部封閉和分段施工相結(jié)合的作業(yè)方法，能夠基于門式起重機(jī)變跨、變向技術(shù)，實(shí)現(xiàn)跨內(nèi)橫向吊裝縱向行走、大跨度蓋梁跨濕接縫吊裝及大跨度箱梁變跨吊裝方法。此項(xiàng)技術(shù)的工藝流程及拼裝進(jìn)度控制方法具體如下：

第一，對(duì)鉆孔灌注樁和承臺(tái)澆筑作業(yè)進(jìn)行強(qiáng)度檢測(cè)，確保其符合現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范和工程施工要求后，對(duì)承臺(tái)頂部預(yù)留伸出的鋼筋和立柱底部預(yù)埋套筒型號(hào)尺寸進(jìn)行核驗(yàn)，對(duì)比分析相關(guān)參數(shù)，確認(rèn)無誤后以墩柱縱橫橋向中心軸線為方向進(jìn)行刻度條和水準(zhǔn)標(biāo)志的張貼；復(fù)測(cè)放樣承臺(tái)拼接面4 個(gè)腳點(diǎn)標(biāo)高、位置，以前期復(fù)測(cè)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)合理布置擋漿模板及喇叭口限位板，科學(xué)調(diào)整墊塊。

第二，啟動(dòng)起重機(jī)開展試吊作業(yè)，規(guī)范堅(jiān)持墩柱高程、平面位置和垂直度，檢測(cè)時(shí)運(yùn)用2 臺(tái)經(jīng)緯儀和1臺(tái)水準(zhǔn)儀，其中經(jīng)緯儀設(shè)置在墩柱垂直方向。根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)調(diào)整垂直度時(shí)，為保證安全質(zhì)量與后續(xù)施工質(zhì)量，通過固定在墩柱四邊的牛腿及千斤頂即可，而高程調(diào)整則依托于中心墊塊厚度的調(diào)節(jié)。

第三，復(fù)核相關(guān)施工參數(shù)，確認(rèn)無誤后鎖定千斤頂，將墩柱調(diào)離，之后開展拼接面坐漿作業(yè)。為保證整體質(zhì)量，選用高強(qiáng)無收縮砂漿，合理攪拌后將其澆筑于擋漿模板內(nèi)，然后刮平、止?jié){。開展壓漿作業(yè)前，應(yīng)提前檢查、清洗套筒和漿管，確保其內(nèi)部無雜物和臟污，避免給后續(xù)施工作業(yè)質(zhì)量造成不良影響。之后按步驟開展出漿試驗(yàn)，判斷所得結(jié)果，通過出漿試驗(yàn)、排除空氣，保證后續(xù)壓漿作業(yè)可以連續(xù)展開，不出現(xiàn)不良間斷情況。對(duì)灌漿密實(shí)度進(jìn)行科學(xué)檢測(cè)，確認(rèn)無誤后開展承臺(tái)基坑的回填作業(yè)，然后在各方面均符合工程要求后于硬化場(chǎng)地進(jìn)行蓋梁拼裝臨時(shí)支撐搭設(shè)，選用門式起重機(jī)和專門設(shè)計(jì)的配套吊具開展蓋梁就位安裝作業(yè)，其中起重機(jī)數(shù)量需要兩臺(tái)，規(guī)格均為150t。完成該工序后，按部就班地開展坐漿、灌漿和精度調(diào)整作業(yè)，其原理與墩柱安裝類似，具體工藝流程為：試吊—校核高程等參數(shù)—坐漿作業(yè)—就位后灌漿—架設(shè)臨時(shí)支撐—吊裝蓋梁—濕接縫施工。

2.3 施工效果

第一，案例橋梁工程項(xiàng)目根據(jù)場(chǎng)地布局優(yōu)化設(shè)計(jì)了吊具結(jié)構(gòu)及行走軌跡，在輪胎式運(yùn)梁車、輪軌式門式起重機(jī)的協(xié)同作用下，確保了構(gòu)件運(yùn)輸效率，行走平穩(wěn)、效益優(yōu)異、安全性強(qiáng)，且不會(huì)阻礙城市交通，極大保障了案例橋梁工程施工進(jìn)程。第二，案例橋梁工程為最大限度發(fā)揮出預(yù)制裝配式技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，引入了3D 打印技術(shù)、BIM 技術(shù)、二維碼技術(shù)，構(gòu)建了橋梁工程信息化管理平臺(tái)，在劃分橋梁預(yù)制構(gòu)件結(jié)構(gòu)時(shí)，按照工程要求標(biāo)準(zhǔn)搭建橋梁模型，根據(jù)結(jié)構(gòu)位置、受力情況科學(xué)劃分結(jié)構(gòu)，防止因構(gòu)件劃分不適宜而埋下安全質(zhì)量隱患。此外，完成預(yù)制構(gòu)件精細(xì)化劃分工作后，能夠單獨(dú)設(shè)置各預(yù)制構(gòu)件獨(dú)立模型，對(duì)橋梁預(yù)制構(gòu)件參數(shù)進(jìn)行詳細(xì)確定。集成多種先進(jìn)技術(shù)的信息化管理平臺(tái)能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)共享傳遞，橋梁工程不同專業(yè)均可基于三維模型進(jìn)行參數(shù)優(yōu)化，強(qiáng)化了工程專業(yè)間的合作，在保障工程施工精度的同時(shí)對(duì)管理成本進(jìn)行了強(qiáng)力管控。第三，相較于傳統(tǒng)施工技術(shù)，預(yù)制裝配式技術(shù)存在額外成本支出項(xiàng)，如構(gòu)件運(yùn)輸、構(gòu)件拼裝、預(yù)制加工場(chǎng)建設(shè)等，僅從造價(jià)成本角度來看，高于傳統(tǒng)技術(shù)造價(jià)約10%，但預(yù)制裝配式技術(shù)綠色環(huán)保效益顯著，且大幅降低了橋梁工程對(duì)城市交通的影響。由此可見，雖然其成本造價(jià)較高，但綜合效益更具優(yōu)勢(shì)。

3 結(jié)語

綜上所述，混凝土構(gòu)件預(yù)制質(zhì)量直接決定橋梁工程施工效果，因此在應(yīng)用預(yù)制裝配式技術(shù)前，應(yīng)明確預(yù)制裝配式橋梁結(jié)構(gòu)特征，了解橋梁上部結(jié)構(gòu)、下部結(jié)構(gòu)中適宜預(yù)制裝配的結(jié)構(gòu)類型，以此保障橋梁工程具體施工效果。在實(shí)際施工期間，應(yīng)根據(jù)橋梁工程施工現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境明確預(yù)制裝配式結(jié)構(gòu)，制定結(jié)構(gòu)方案，并嚴(yán)格依據(jù)結(jié)構(gòu)方案完成預(yù)制、運(yùn)輸、拼裝等工作。