预制节段拼装桥梁施工关键技术浅析

王华

（上海浦东城市建设实业发展有限公司,上海市 200136）

1 概述

随着我国城市建设的不断发展，生活质量的不断提升，社会经济的不断发展，人们对城市生活环境质量更加关注。结构预制拼装技术是解决在城市建设的施工过程中实现零污染、零排放、低噪声问题的关键技术。该技术将工程结构分解为若干个节段，像搭积木一样将结构按序拼装，从而避免因混凝土现场搅拌、浇注对环境造成污染，减少了施工人力，现场施工工期短，缓解了交通拥堵，在国内外得到大力推广。在我国，以党的十八大会议精神为导向，中共中央国务院提出：到2020年，全国装配式建筑占新建建筑的比例20%以上，到2025年装配式建筑占新建建筑的比例将超过50%。与此同时，北京、上海、河北、江苏、浙江等直辖市及省份相继出台关于推进和加快建筑产业化的相关实施意见和条文，并进行政策扶持，助力和发展装配式结构。

预制拼装桥梁结构是装配式建筑产业的重要组成部分。采用预制节段施工工法的桥梁最早诞生于20世纪50年代，设计师弗莱西奈在巴黎以东约48 km的马恩河上采用该工法建造了luzancy（鲁张西）桥。在同一时期，德国采用平衡悬臂方法成功地在莱茵河上建造一座桥梁。随后的十几年，节段拼装方法在欧洲得到大力推广。随着体外预应力技术以及施工监控技术的不断提升，预制节段拼装桥梁在世界各国桥梁领域均得到较好的应用。而且，应用的桥梁结构型式多样，如公路桥、城市高架桥梁、城市轨道交通高架桥梁以及高速铁路桥等。这些桥中最为典型的当数20世纪70年代末在美国建造的长礁桥、七里桥以及泰国曼谷的邦纳高架桥[1]，其中曼谷的邦纳桥为当时采用预制节段拼装施工方法建造的最长的桥梁。

在国内，上海地区在预制节段拼装技术方面走在全国同行前列。上海市政总院、上海城建院、同济建筑院等均具备预制节段拼装桥梁设计的领先实力。上海城建院2001年首次采用专用移动支架设计的嘉浏高速公路新浏河大桥[2，3]，由上海城建集团实现预制节段的逐跨拼装施工建造。2003年该院再次将该技术成功应用于上海沪闵高架二期工程。2008年上海市政总院采用预制节段拼装技术成功完成上海长江大桥浅水区60 m梁的设计；上海S3公路、S7公路以及新近设计建造的中环线国定路下匝道项目实现了结构的全预制节段拼装[4]。此外，中国市政工程西北设计院在2005年采用预制节段逐跨拼装法完成了上海中环线军工路高架桥的设计。

预制节段拼装技术多应用于桥梁的上部结构，为实现现场施工对周围环境的零污染和零排放，实现全桥的全预制拼装，对桥梁下部结构的施工提出了更高要求。下部结构预制拼装的重点主要在盖梁和桥墩。作为直接承受地震荷载的构件，桥墩的合理预制分段和连接方式对其抗震性能的影响也是设计和建造者关心的重要问题。文献[5，6]对国内外预制节段桥墩的研究进展进行了综述。文献[7]等分别对预制拼装节段桥墩的抗震性能的国内研究情况进行了综述。由于桥墩预制节段的连接方式各有不同，而且连接件的材料多样，需要试验与数值仿真相结合，高校等科研机构与设计单位联合，依托大型结构实验室，验证不同连接方式的预制节段拼装桥墩的抗震性能。

随着桥梁结构预制拼装技术的不断发展，相应的行业规程逐渐形成，如2006年发布的《预应力混凝土桥梁预制节段逐跨拼装施工技术规程》（CJJ-T111-2006）[8]。由上海市政工程设计研究总院（集团）有限公司和上海公路桥梁（集团）有限公司牵头起草的行业标准《节段预制拼装混凝土桥梁技术标准》[9]已进入征求意见稿阶段。针对下部结构，2015年由上海市城乡建设和管理委员会发布了《预制拼装桥墩技术规程》（DG/TJ 08-2160-2015）[10]。

2 节段预制

2.1 节段预制厂

节段预制是预制节段拼装桥梁建造的典型特点，预制厂建设和节段预制是桥梁建造流程中的重要一环。在综合考虑预制场地位置、地质情况和运输路线的前提下，预制场宜建设在工地附近，以减少梁段的运输成本。

2.2 节段预制

通常,节段预制场主要包括扎筋区、浇筑区，搅拌站以及堆放区。其中：扎筋区主要用来绑扎钢筋笼以及选取模板（见图1～图3）；浇筑区主要完成模板安置、钢筋笼布设和混凝土浇筑；搅拌站主要用来存砂石料、水泥和混凝土搅拌；成品构件放置在堆放区等待运输安装。图4为某桥节段预制厂堆放区。

图1 某桥引桥节段预制（钢筋绑扎）

预制节段拼装桥梁最初主要是上部结构的分段预制拼装，对于连续梁、刚构桥采用沿轴线方向的横缝划分拼装，对于小跨径的高架桥多采用纵缝划分拼装或整孔预制，接缝采用现浇方式连接。对于横缝划分拼装的结构，目前主要长线拼装法和短线拼装法两种施工方法。

图2 某桥引桥节段预制（混凝土浇筑）

图3 某桥节段预制模板

图4 某桥节段预制厂堆放区

（1）长线法预制拼装

长线法预制拼装即按照已完成设计的制梁线形，在长台座上一块接一块匹配预制，使两块间形成匹配面。

印度新德里轨道交通BC-7标项目，全长约5.2 m，均为高架结构，车站4座。区间上部结构均采用预制节段拼装箱梁方法施工，共144跨。对箱梁节段预制投入6套长线法台座用于生产[1]。

上海新浏河桥为三跨42 m箱形梁，全部采用预制节段拼装方法施工。主桥横断面为单室四箱结构。每跨箱梁划分为13个节段，每节段重约38 t。节段采用2套长线法台座进行预制[3]。

（2）短线法预制拼装

短线法预制拼装采用固定的模具浇注。该模具一端为预先浇注的梁段，另一端为固定模，梁段先由浇注位置移至匹配位置，对新浇注梁段进行匹配，然后运至存梁场。表1给出两种方法在占地面积、施工过程控制难易程度等方面的比较。短线法预制占地面积小，施工速度快，随着施工技术和质量不断提升，该方法被不断采用。

表1 长线法短线法预制拼装比较

短线预制法最初始于法国，并逐渐在欧洲获得推广，由于该方法的优越性，迅速在世界范围内得到广泛应用。连续梁桥、刚构桥、斜拉桥以及简支梁桥都有采用短线预制法施工的案例，并且美国和欧洲都已形成相应的施工规范。美国的Longkey桥（101×36 m）、七里桥（266×41 m）等均采用短线法预制拼装方法建造。

虎门二桥引桥主线桥中高墩区跨径分布范围在39～62.5 m，均采用短线匹配法预制拼装箱梁节段，预制节段总长约5.7 km。

苏通大桥北引桥和中引桥75 m跨连续梁为单箱单室预应力箱梁，25跨，三联，左右幅分离。共预制节段1 032块，梁段长度为2.0～4.6 m，最大设计重量286 t，最小93.1 t。该项目的预制节段在国内首次采用短线法预制，两条生产线，每生产线设置3个预制台座和3个钢筋绑扎台座[11]。

3 上部结构施工

3.1 拼装方法

预制节段拼装桥梁上部结构施工的流程主要为：预制→运输→架桥→拼装。拼装方法主要有平衡悬臂法、逐孔拼装法及悬臂拼装法。

平衡悬臂法是架桥机以桥墩为中心，向两端对称架设节段施工；逐孔拼装法主要是在架桥机上按单一方向架设节段，拼接，完成后进行下一跨的施工；悬臂拼装是架桥机按单一方向架设节段，拼接，张拉预应力，完成后进行下一节段的施工。平衡悬臂法和悬臂法拼装的突出优点是能够最大限度地减少脚手架的使用，不占用桥下空间，适合在不能够中断交通的城市密集区以及航道处应用。泰国曼纳高架、迪拜地铁一期工程、上海中环线军工路高架、上海新浏河大桥工程、南京四桥引桥工程（见图5、图6）等均采用逐孔架设施工。广州市轨道交通4号线蕉门河大桥采用悬臂法拼装建造。

图5 某桥引桥逐孔架设（一）

图6 某桥引桥逐孔架设（二）

3.2 节段连接

在横桥向划分的预制节段通过在断面设置剪力键传递剪力（见图7）。节段的拼接方式有干法拼接和湿法拼接两种。前者主要在已按设计线形布设好的节段间涂环氧胶，节段黏结，张拉预应力；后者的做法为节段就位后，在接缝处现浇混凝土，待混凝土达到既定强度后，方可进行下一孔的架设。两种方法相比，干法拼接施工工艺简单，施工速度快，并且环氧胶可起到一定的防水作用，被多数预制节段拼装桥梁工程采用。

图7 某桥引桥预制节段（剪力键）

4 下部结构施工

为更好地降低结构现场施工对环境的影响，减少污染物排放，实现桥梁结构工业化装配建造，对桥墩进行预制拼装。拼装桥墩较适合于山区高墩以及城市密集区的高架桥梁。由于下部结构是地震荷载作用下的主要耗能构件，对于桥墩预制节段的划分、节段间的连接方式和性能需要深入研究。桥梁下部结构预制拼装实例较少，1996年建造的美国索米尔河高架桥和布朗克斯河高架桥的桥墩均采用节段施工方法建造。该桥桥墩高6.10～16.76 m，单箱三室构造。每节段长度大于2.44 m。预制节段通过预应力筋连接，在连接完毕后，张拉预应力。

预制节段拼装桥墩为竖向拼装，节段拼装难度较高，影响施工进度。桥墩节段如何划分，节段间如何连接是推广预制节段拼装桥墩施工方法需要解决的重要问题。预制节段桥墩最初仅在大型跨海桥梁中有所应用，如东海大桥。竖向预应力筋穿束难度较高，研究人员尝试了采用钢套筒连接、波纹管连接以及高强混凝土连接等多种方式。通过对连接节点的力学性能测试以及采用各种连接方式拼接的桥墩拟静力试验可知，采用这些方法连接的拼装桥墩的抗震性能与普通现浇桥墩的抗震性能相当或优于普通现浇桥墩。

在预制节段桥墩的工程实践中，上海S7公路新建工程中实现盖梁的预制节段拼装，盖梁节段采用牛腿式垂直拼缝连接，降低了施工风险。

5 结语

通过对国内外预制节段拼装桥梁的建造方法的总结、分析和比较，对主梁节段预制拼装和桥墩预制节段以及连接技术进行了归纳总结，把握当前预制节段拼装桥梁结构的发展现状和趋势。虽然预制节段拼装桥梁结构具有很多优点，但是目前在国内的工程实践尚未大规模推广，设计和施工技术需要进一步完善。

[1]蒋海里.桥梁预制节段拼装技术在城市建设中的应用[J].城市道桥与防洪,2010(9）:48-51.

[2]李坚,陆元春.预制节段混凝土桥梁的设计与工程实践[J].城市道桥与防洪，2003（6）：35-38.

[3]黄国斌，曹伟杰，叶飞.预制节段混凝土桥梁施工方法在嘉浏公路新浏河大桥中的运用[C]//上海市公路学会第五届年会学术论文集.上海：上海公路学会，2003.

[4]沈维芳，卢永成.中环线国定东路下匝道预制拼装桥梁技术[J].城市道桥与防洪，2017(9）:68-73.

[5]宋凯，张剑英.预制节段拼装桥墩研究进展[J].城市道桥与防洪，2014（6）：282-285.

[6]黄国斌，查义强.上海公路桥梁桥墩预制拼装建造技术[J].上海公路，2014（4）：1-5.

[7]王志强，卫张震，魏红一，等.预制拼装联结件形式对桥墩抗震性能的影响[J].中国公路学报，2017，30（5）：74-80.

[8]CJJ-T111-2006，预应力混凝土桥梁预制节段逐跨拼装施工技术规程[S].

[9]节段预制拼装混凝土桥梁技术标准(征求意见稿）[S].

[10]DG/TJ 08-2160-2015，预制拼装桥墩技术规程[S].

[11]刘亚东，刘景红，戴书学，等.苏通大桥75m跨连续箱梁节段预制高精度控制技术[J].中国港湾建设，2005，8（4）：50-53.