伴随国外先进技术和设备不断引进, 预制节段拼装桥梁上部结构在我国获得越来越广泛应用。对于桥梁立柱, 在东海大桥、杭州湾大桥等工程中, 预制拼装桥墩技术均取得成功应用, 但仅限于大吨位运输和现浇湿接头方式, 并不适用于城市桥梁下部桥墩建造。结合国内桥梁建设发展现状和世界先进桥墩建造技术可知, 我国的预制拼装桥墩技术仍较落后, 仅限于海上环境施工。为了适应城市桥梁建设的结构特点和施工环境, 必须寻找一套行之有效的解决方法, 即新型快速预制拼装桥墩技术^[1]。对于国内城市桥梁工程, 目前仅有上海等地区开始较大规模使用桥墩预制拼装技术, 并成功应用于工程实践。

上海地区在国内城市桥梁中最先使用桥墩预制拼装技术, 相比于传统现浇工艺, 此工艺具有施工快速、减少对环境影响、减少对交通影响等优点^[2]。S26公路入城段 (G15公路—嘉闵高架路) 新建工程为上海高速干线公路, 工程主线全长约7.08km, 西接已通车的S26公路, 向东接至嘉闵高架北翟路立交。桥墩主要采用墩柱带挑臂盖梁形式, 上部结构主要为预应力小箱梁结构, 局部跨为现浇箱梁、钢箱梁结构, 如图1所示。

工程设计采用拼装化、快速化的城市桥梁桥墩建造施工工艺, 预制盖梁为单柱挑臂盖梁形式, 最大尺寸为13.32m×2.6m×2.2m, 最大质量达163.8t。盖梁与墩柱拼装连接工艺原理^[3]为:盖梁底端内埋设的灌浆套筒用于与墩柱顶预留钢筋对接, 并采用高强水泥灌浆料对套筒进行灌浆连接固定。盖梁与墩柱拼装结构如图2所示, 套筒连接大样如图3所示。

盖梁内连接主筋采用ϕ40螺纹钢筋, 采用高强球墨铸铁灌浆套筒 (见图3) , 长80cm, 埋设在盖梁底, 与主筋连接, 主筋进入套筒40cm;盖梁与墩柱之间的拼接面为2cm厚坐浆垫层, 采用M60高强无收缩砂浆;盖梁安装后, 在套筒内进行灌浆, 灌浆料采用M100高强无收缩水泥灌浆料。盖梁安装后的盖梁底水平度控制在±1mm/m。

盖梁吊装作业的整个施工提前考虑吊点合理设置, 保证吊装过程中安全作业及不对盖梁结构造成破坏。

盖梁吊装吊耳采用4点吊环, 每处吊环预埋ϕ^s15.2钢绞线, 钢绞线吊索采用单根绕环, 即1根吊索两端均锚固在盖梁内, 锚固深度为80cm, 沿盖梁横、纵向中心线对称分布。盖梁吊点立面设计如图4a所示, 平面设计如图4b所示。

1) 吊点钢绞线控制拉力计算

采用ϕ^s15.2高强度低松弛钢绞线, 钢绞线截面面积为139mm²。吊装过程中, 钢绞线标准强度σ=1 860MPa, 钢绞线使用时按4倍系数考虑, 取钢绞线施工控制应力σ_con=σ/4=1 860/4=465MPa, 则单根钢绞线控制拉力F_pk=σ_conA_s=465×139=64.6kN。

2) 盖梁吊点设置及验算

最大盖梁尺寸为13.34m×2.6m×2.2m, 盖梁重63.0×26=1 638kN, 考虑施工器材, 取G=1 670kN。计算时按最不利原则考虑, 取3点受力计算, 则单个吊点所受拉力N=G/3=1 670/3=556.7kN, 则单个吊点所需钢绞线根数n=N/F_pk=556.7/64.6=8.6根, 取10根, 因此单吊点所需钢绞线为10/2=5根。

3) 盖梁局部承压分析

局部受压区的截面尺寸应满足下列要求^[4]:单块锚板尺寸为13cm×13cm×1.5cm, 考虑混凝土按45°传力进行设计, 则局部受压时的计算底面积=3×13×3×13=1 521cm², 13×13=169cm², 169-3×1.39=164.83cm²。

混凝土局部承压提高系数为3, 则单个锚板承重=1.3×1×3×22.4×164.83=1 439.95kN。

盖梁采用4个吊点, 则单个锚板承重=1 638/4=409.5kN, 考虑结构重要性系数1.1, 则为450.45kN, 因此450.45kN<1 439.95kN, 满足局部承压要求。

盖梁整体吊装就位采用大型履带式起重机进行, 吊索配置4根钢丝绳, 钢丝绳与吊耳之间用85t卸扣连接^[5]。预制盖梁运输至现场后, 大型履带式起重机直接进行吊装^[6]。盖梁卸车立面及平面如图5所示。

盖梁就位后, 利用登高车将人送至柱顶松掉卸扣^[7]。

在柱顶清理将与砂浆接触的混凝土界面, 将其表面浮尘、油污、松动颗粒等清理干净, 并用水充分润湿, 但不得存在积水。

挡浆模板采用活动式钢结构, 抱箍在墩柱顶端, 模板顶略高于设计标高3～5mm, 如图6所示。

3) 调节垫块标高、找平

在柱顶的4个角落位置放置4个钢结构调节垫块, 调节垫块位置应打磨平整, 通过测量校核, 调整4个调节垫块顶面标高保持一致, 水平度控制在±1mm/m。

4) 止浆橡胶圈安装^[8]

人工将止浆橡胶圈穿入墩柱顶的预留钢筋内, 距离柱顶约10cm, 确保后续盖梁安装下放过程中橡胶圈与构件底部密贴, 防止垫层料从套筒底部反灌堵塞套筒。

①墩柱顶标高及预制墩柱高度测量;②墩柱顶面平整度测量;③高速搅拌机1台 (输出转速宜>250r/min) ;④计量设备1套;⑤坐浆挡板1套;⑥浇筑桶及其他辅助工具若干;⑦在预制盖梁安装前的24h必须对坐浆料取样做试块, 在使用前将试块进行试压, 达到规定的强度要求才能使用, 不符合要求的不得使用, 严禁使用超过保质期的材料。

坐浆挡板采用钢结构加工成型, 外形尺寸根据不同规格型号的立柱加工而成, 挡板的高度控制在20mm, 确保坐浆料的厚度达到设计要求。

采用高速搅拌机进行搅拌, 加水量按照规定加入, 并可根据实际需要适当减少水量, 以避免砂浆料产生离析。加水量为砂浆干粉质量的 12%, 称量好拌合用水, 精确至1g, 建议搅拌时间为从投料完毕开始计为 4min (低速1min, 高速 3min) , 搅拌时间应根据所用搅拌机实际情况调节。坐浆料搅拌好后应先静置 3min, 以待高速搅拌带入的气泡消除, 之后在 30min内浇筑完毕。

将浆料倒入浇筑桶, 人工浇筑到预先铺设好的墩柱顶面挡板内, 并采用人工刮平工艺进行收平, 确保坐浆厚度达到设计要求的20mm。当流动度出现下降情况时, 应立即停止坐浆作业, 查明原因后再进行坐浆施工。坐浆料浇筑前先对挡浆模板进行调整, 使挡浆模板高于支垫钢板2～3mm, 并对挡浆模板与立柱之间的空隙采用泡沫胶进行封堵, 然后采用输浆机进行布料, 坐浆料浇筑至略高于支垫钢板。坐浆料性能指标如表1所示。

压浆料搅拌前需彻底检查灌浆机具是否干净, 尤其输送软管不应有残余水泥硬块, 防止堵塞灌浆机。灌浆施工时, 环境温度应符合灌浆料产品使用说明书要求;环境温度<5℃时不宜施工;<0℃时不得施工;当环境温度>30℃时, 应采取降低灌浆料拌合物温度措施。灌浆料宜在加水后30min内用完。

灌浆料性能应符合JG/T408—2013《钢筋连接用套筒灌浆料》的有关规定, 并符合表2, 3要求。

灌浆前应提前将L型出浆管安装到位, 将拌制好的浆料倒入压浆机, 开始压浆。观察出浆孔, 浆料升至出浆孔L型出浆管管口, 待浆料流出, 停止压浆, 立即采用木塞封堵注浆孔, 待1d后将L型出浆管割除。

为保证预制盖梁安装质量, 重点从现场吊装和灌浆等方面制定相应的控制措施^[9], 具体如下。

①现场做好预制盖梁的检查验收工作, 重点是盖梁底部套筒布置尺寸与灌浆孔、出浆孔之间的连通;②现场做好柱顶预留钢筋的检查工作, 重点是对预留钢筋位置和预留长度的控制;③为保证橡胶圈与盖梁底部的密贴性, 盖梁吊装就位前增加试吊工作, 试吊完成后, 应将橡胶圈再抬高约10cm, 确保正式安装下放过程中橡胶圈与构件底部密贴, 防止垫层料从套筒底部反灌堵塞套筒;④坐浆料表面应保证平整, 正式安装过程中应控制下落速度, 尤其快要安装到位时, 应缓缓放置到位。

①灌浆作业前应先进行套筒试通 (采用通气方式) 工作;②应做好灌浆料保存工作, 防止灌浆料受潮, 影响原材料质量;③灌浆作业人员应增加, 并保证作业人员固定;④灌浆设备增加1套备用设备, 并加强设备的过程保养, 确保设备运转良好, 同时改进浆料的输送系统, 确保浆料输送满足现场施工要求^[10]。

随着桥梁施工技术的发展, 越来越多的城市桥梁采用预制拼装工艺, 对于预制盖梁整体安装施工质量控制, 从墩柱顶预留钢筋、吊装工艺、坐浆与灌浆工艺等环节入手, 关键是把握好每道工序质量关, 促使其达到设计要求。通过工地现场实施效果, 采用以上施工方法, 预制盖梁与墩柱拼装得到顺利实施, 将拼装精度、坐浆与灌浆密实度、盖梁平整度等关键质量指标均控制在设计偏差内, 且现场安装施工工效高、经济性能好, 是一种值得推广的新方法。