建筑技术开发 道路桥梁 第４５卷第１５期 Ｂｕｉｌｄｉｎｇ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ Ｒｏａｄｓ ａｎｄ Ｂｒｉｄｇｅｓ ２０１８年８月 装配式桥梁预制空心桥墩结构设计 方案与施工要点探讨 唐晓星 （中交第一公路勘察设计研究院有限公司，西安７１３７０３） ［摘要］装配式桥梁在高速公路、铁路桥梁工程中有着广泛应用，但装配式概念实际多用于桥梁上部结构，而桥梁工程中， 下部结构亦占有很大的比例，目前道路工程趋向于节能环保，减少占地，减少填挖方，桥梁规模在＿Ｔ－程中所占比例越来越高， 桥墩高度亦随之增高，下部结构比重越来越大，通过研究探讨装配预制下部空心墩结构设计和施工方案，提出可行思路，以期 对建设项目中桥梁．Ｔ－程的标准化、工厂化提供有利参考，提高施工速度及质量控制水平。 ［关键词］装配式空心墩；结构设计；施工工艺 ［中图分类号］Ｕ４４５．４ ［文献标志码］Ａ ［文章编号］１００１—５２３Ｘ（２０１８）１５－０ｔ０９－０２ Ｄｉｓｃｕｓｓｉｏｎ ｏｎ Ｄｅｓｉｇｎ Ｓｃｈｅｍｅ ａｎｄ Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ Ｐｏｉｎｔｓ ｏｆ Ｐｒｅｆａｂｒｉｃａｔｅｄ Ｈｏｌｌｏｗ Ｐｉｅｒ Ｐｉｅｒ ｏｆ Ａｓｓｅｍｂｌｅｄ Ｔａｎｇ Ｘｉａｏ—ｘｉｎｇ ［Ａｂｓｔｒａｃｔ］Ｐｒｅｆａｂｒｉｃａｔｅｄ ｂｒｉｄｇｅｓ ａｒｅ ｗｉｄｅｌｙ ｕｓｅｄ ｉｎ ｈｉｇｈｗａｙ ａｎｄ ｒａｉｌｗａｙ ｂｒｉｄｇｅ ｐｒｏｊｅｃｔｓ．Ｈｏｗｅｖｅｒ，ａｓｓｅｍｂｌｙ—ｔｙｐｅ ｃｏｎｃｅｐｔｓ ａｒｅ ｍｏｓｔｌｙ ｕｓｅｄ ｉｎ ｂｒｉｄｇｅ ｓｕｐｅｒｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ．Ｉｎ ｂｒｉｄｇｅ ｐｒｏｊｅｃｔｓ，ｔｈｅ ｌｏｗｅｒ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ａｌｓｏ ｏｃｃｕｐｉｅｓ ａ ｌａｒｇｅ ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎ．Ｃｕｒｒｅｎｔｌｙ，ｒｏａｄ ｐｒｏｊｅｃｔｓ ｔｅｎｄ ｔｏ ｂｅ ｅｎｅｒｇｙ—ｓａｖｉｎｇ ａｎｄ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌｌｙ—ｆｒｉｅｎｄｌｙ．Ｏｃｃｕｐｙｉｎｇ ｔｈｅ ｌａｎｄ，ｒｅｄｕｃｉｎｇ ｔｈｅ ｎｕｍｂｅｒ ｏｆ ｉｆｌｌｉｎｇ ａｎｄ ｅｘｃａｖａｔｉｏｎ， ｔｈｅ ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎ ｏｆ ｂｒｉｄｇｅｓ ｉｎ ｔｈｅ ｐｒｏｊｅｃｔ ｉｓ ｉｎｃｒｅａｓｉｎｇ，ｔｈｅ ｈｅｉｇｈｔ ｏｆ ｐｉｅｒｓ ｉｓ ａｌｓｏ ｉｎｃｒｅａｓｉｎｇ，ａｎｄ ｔｈｅ ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎ ｏｆ ｌｏｗｅｒ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ ｉｓ ｉｎｃｒｅａｓｉｎｇ．Ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｓｃｈｅｍｅ ｆｏｒ ｈｏｌｌｏｗ ｓｅｃｔｉｏｎｓ ｏｆｐｒｅｆａｂｒｉｃａｔｅｄ ｈｏｌｌｏｗ ｐｉｅｒｓ ｒａｅ ｓｔｕｄｉｅｄ ａｎｄ ｐｒｏｐｏｓｅｄ．Ｆｅａｓｉｂｌｅ ｉｄｅａｓ， ｗｉｈｔ ａ ｖｉｅｗ ｔｏ ｐｒｏｖｉｄｉｎｇ ａ ｆａｖｏｒａｂｌｅ ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ ｏｆｒ ｈｔｅ ｓｔｎａｄａｒｄｉｚａｔｉｏｎ ｎａｄ ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ ｂｒｉｄｇｅ ｐｒｏｊｅｃｔｓ ｉｎ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｐｒｏｊｅｃｔｓ， ａｎｄ ｔｏ ｉｍｐｒｏｖｅ ｔｈｅ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｓｐｅｅｄ ｎａｄ ｑｕａｌｉｔｙ ｃｏｎｔｒｏｌ ｌｅｖｅ１． ［Ｋｅｙｗｏｒｄｓ］ｆａｂｒｉｃａｔｅｄ ｈｏｌｌｏｗ ｐｉｅｒ；ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ ｄｅｓｉｎｇ；ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ 预制装配式桥梁工程在具体建设过程中以预制构件位置 支设承台和连接段模板，将承台与墩柱底部一起现浇混凝土 为基础，经过装配、连接等各项操作，最终构成桥梁工程结构。 成型。需要施工人员特别注意的是，该连接方式在预制桥墩 目前装配式概念实际多用于桥梁上部结构，多见于装配式预 与承台间的吊装定位难度较大，并且具体施工中，连接部位 制箱梁、小箱粱、Ｔ形梁、空心板。 工艺十分复杂，因此必要做好相应的分析工作，确保施工的 而桥梁工程中，下部结构亦占有很大的比例，随着工程 合理性，以免对桥梁工程的质量造成不良影响［２】。 中桥梁规模所占比例越来越大，桥梁下部结构的预制化研究 （２）承插式。该方式是将预制构件插入到相应的承台预 有其实用价值。 留孔或杯口内，将砂浆铺设在底部，采用半干硬性细石混凝 目前，装配式实心柱在建筑结构中多有应用，公路桥梁结 土对周边进行填充。在具体施工过程中，经常会因为墩柱四 构中，实心墩柱应用范围多在ｏ￣３５ｍ范围之内，而高于３５ｍ 周预留孔或杯口混凝土振捣密室程度达不到要求，这将会对 的桥梁墩柱多采用空心墩结构，其施工工期和质量对工程的 承台与桥墩的连接质量产生一定影响，同时连接区段抗剪， 整体进度会产生直接影响，因此，有必要对桥梁空心墩预制 以及抗震能力也都达不到要求标准。 化进行研究，以期对工程方案总体设计提供一定的帮助。 ３装配式预制空心桥墩结构预制化研究 １桥梁预制装配化的具体特点 以某桥梁工程的典型空心墩结构作为研究对象，截面如 同传统的桥梁工程相比，预制装配式桥梁中各项构件都 图１所示，该截面适用于１２．５ｍ宽桥梁，３０～５５ｍ高空心墩截面。 通过严格流水线进行制造，各个构件的质量能达到工程的具 体要求标准，构件在出厂和进入工程施工现场前对会进过相 关人员的检查，质量存在问题的桥构件不会进入到施工现场【１］。 装配式桥梁工程的优势如下。 １Ｏ通风孔 （１）工程施工的时间较短，容易对工程的工期进行控制。 （２）工程施工的耐久性和质量都可以得到保障。 （３）在具体施工过程中对周围环境的影响较小，有利于 节能环保，可持续发展。 ２常用墩柱连接构造的做法 图１某桥梁工程的空心墩截面示意 预制墩柱之间与承台的连接通常通过两种方式完成。 ３．１空心墩节段板块尺寸研究 （１）现浇式。具体设计过程中，在承台顶部、预制墩身 工程中为保证模板统一，空心墩通常采用等截面空心矩 部预留连接钢筋，墩身吊装达到指定位置后，在施工现场进 形截面，同一项目中由于桥梁宽度基本一致，空心墩墩身截 行绑扎或焊接墩柱底与承台连接的钢筋，完成上述操作后， 面宽度也基本相同，如图１中的６００ｃｍ宽，而不同高度墩身 尺寸仅表现在与厚度取值不同，如图１中的３００ｃｍ（通常在 收稿日期：２０１８－０３－０２ ２５０￣４５０ｃｍ不等）。 作者简介：唐晓星（１９８２一），男，陕西西安人，高级工程师，主要 节段划分需要考虑到在具体施工过程中，采用汽车对配 研究方向为公路桥梁设计与施工技术应用。 构件进行配送，再利用塔式起重机吊送到桥墩，在该过程中 ·ｌ０９· 第４５卷第ｌ５期 ２０１８年８月 道路桥梁 Ｒｏａｄｓ ａｎｄ Ｂｒｉｄｇｅｓ 建筑技术开发 Ｂｕｉｌｄｉｎｇ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ 节段板件尺寸受限于汽车的尺寸、净高、采用的塔式起重机 杂乱堆放对环境造成破坏及污染，质量可控，减少工期等优点，的起重重量。根据调查，目前工程中采用的塔式起重机的起 缺点为工程造价相对偏高，材料利用不充分，但由于空心墩 重重量处于在５￣５０ｔ之间。 墩身结构对简单，其预制板节尺寸便于统一，板件化预制有 据以上施工预设条件，可得出对于案例中的空心墩板块 定的优势。另外，随着高强轻质混凝土的应用，全断面节 一划分如表１、图２所示。 表１空心墩板块化节段研究 截面划分 截面面积／ｍ 每延米重量／ｔ 目前施工条件下板块 最大设计长度，ｍ 划分１个断面 ８．５ ２２．６ ２ 划分２个断面 ４．３ ｌｌ ３ ４ 划分４个断面 ２ ｌ ５．６ ８ 图２板块划分 由表１可看出，目前的施工条件下，最优空心墩板块划分 应为截面分为４块，长度采用４～８ｍ为宜。其余尺寸空心墩预 制节段划分多可参照此类方法进行设计。 ３．２ 空心墩节段板块之间连接方案研究 （１）工厂预制块段（标准混凝土板件＋预留主筋钢钢筋 半数插孔十主筋半数伸出），预留钢筋孔道及压浆管道。本方 案为参考建筑中装配式柱结构常用做法设计，标准板件设计 全截面预留半球主筋孔道，可采用空心螺纹钢管预埋，半球 主筋伸出，钢筋伸出及预埋孔道深度可根据钢筋有效锚固长 度确定，板件竖向插接到位后，再采用特制浆液进行孔道内 及板件接缝处压浆。本方案缺点在于强度受限于竖向板件间 接缝的连接质量，亦可设置后浇段进行施工。 （２）工厂预制块段（标准混凝士板件＋环向精轧螺纹钢＋ 竖向预应力钢筋或精轧螺纹钢式），预留竖向横向钢筋孔道及 压浆管道。本方案板块间竖向连接思路同上，区别在于板块 竖向之间预留竖向预应力或精轧螺纹钢孔道及锚固齿板及槽 口，后期需要预张拉及注浆，工序较多。 （３）工厂预制块段（标准混凝土预制板件＋预制榫头式（直 榫、银锭榫、龙凤榫、燕尾榫，楔钉榫，十字榫）＋后浇部分（预 设后期现浇段）。方案参考我国古代木工榫卯结构体系，目前 装配式建筑行业已有部分应用，上述罗列榫型名称大部分为 对接及边角对接所用，各有优缺点，通用设计时可考虑实际 情况选择及拟订相关构造尺寸，本方案板件交接处结构整体 强度削弱幅度较小，缺点为对于混凝土刚性结构，宜设置适 当的后浇部分以加强连接，预制时钢筋较为复杂。 （４）工厂预制块段（标准混凝土板件＋预埋钢板材组合 式）＋后浇部分，本方案设计主要参考楔钉榫，将楔钉改为预 埋钢板材组合式，板材焊接后即可进行后浇带处理，较为简 单快捷。亦可通过调整预埋板材尺寸，达到组装后不需要后 浇带，整体强度仍满足要求的目的。 （５）采用钢管混凝土桁架组合式桥墩，与普通钢筋混凝 土比较，钢管混凝土不用绑扎钢筋，混凝土用量少，也可工 厂预制好节段，现场焊接灌注，宜可考虑采用竖向榫卯式， 缺点为焊接造价较高，节点多，且构造较为复杂。 桥墩结构主要为偏压构件，全预制化情况下，应根据预 制方案选择及实际工程情况，进行统一构造尺寸设计，同时 可采取适当增大截面的方法减少偏心程度，设计时可分析具 体详细其优缺点及综合造价进行方案比选。 现场现浇空心墩，预制化空心墩具有适宜大型高速公路 铁路项目，可采用大批量工厂化施工，能对施工质量进行合 理控制，操作相对比较简单，节省了桥梁模版，减少了材料 ·１ｌ０· 段预制空心墩将不受自身重量，更加的方便快捷，也是 一种值得研究的趋势。目前国内对此尚无切实可行的工程经 验，本文仅对此进行方案性的探讨以供进一步研究提供思路。 ４装配式预制空心墩结构施工要点研究 ４．１定位装置施工 承台内外宜设置一定数量的定位装置，用于桥墩后期准 确定位及测量，定位装置的要求为能够保证精确定位桥墩墩 身，为后期墩身吊装准确定位打下一个坚实的基础。 ４．２预制墩构件吊装就位，定位及固定钢筋及时焊接 承台达到混凝土龄期以后运安装预制墩，可采用汽车吊 进行施工，高墩采用塔式起重机施工，注意更具板件的重量 确定汽车吊及塔式起重机的工作长度及最大起重量。依据具 体设计要求，对起吊的位置加以明确，利用帆布袋对起吊点进 行捆绑，避免施工过程中侧壁混凝土受到损伤。吊起空心墩 节段，在相应位置进行定位，对平面位置进行合理调整，纠偏， 然后进行固定及定位构造钢筋焊接，定位钢筋设置应以能够 承受结构自重为基本要求。 ４．３应设置缆风绳进行定位 浇筑后浇混凝土前，应当进行缆风绳设置，具体做法可 为：将其一段绑在墩柱顶部的预留钢筋上，而另一端则应当 打入坚硬土层的地锚中。依据桥梁工程的规模和具体情况， 地锚采用的为直径２８ ｒｎＩｎ螺纹钢（４根）焊接而成，其与地面 呈４５。斜角，具体长度为３ｍ，为了确保施工的顺利进行，地 锚应当插入到坚硬的土层中。在每根墩柱上应当设置３根缆风 绳，角度为１２０。，同时应与地面呈４５。。如果在具体施工过程 中，发现垂直度存在偏差，可通过缆风绳完成相应的调整工作。 要对预制板件固定、定位的钢筋位置加以明确，确保施工过 程中涉及到的钢筋绑扎全部合理。 ４．４墩身板件节段吊装控制 进行预制桥墩吊装前，要确保其质量符合工程的要求，堆 放预制墩处，要碾压平整，并且承载力须满足相应的标准要求。 吊装前，施工场地须平整，确保起重吊装机在运行过程中不 会发生事故，同时要针对施工过程中涉及到的各项技术内容 进行较低。吊装作业期间，吊装动作需要保持稳定，找平工 作要在墩柱达到位置后再进行，需要特别注意的是，构件未 固定前，不得解开吊装索具，以免引起安全事故。 ４．５灌浆材料及后浇混凝土的设计 设计时应参考相应规范选择预制构件预留孔道缝隙之间 的灌浆材料与施工工艺，应先灌浆后施工预制构件连接问的 后浇混凝土，后浇混凝土宜采用自密实或微膨胀混凝土，混 凝土强度等级可提高一级等级采用，构件设计时可通过构造 设计将调整其位置与尺寸，以便于施工操作为原则。 ５结束语 空心墩是桥梁工程中的一种应用较为广泛的下部结构形 式，空心墩墩身的工厂化，预制化，对于整体项目的工期质 量控制，打造绿色工程、减轻对环境污染均有一定的意义， 采用预制空心墩，不仅可实现对工程成本的合理控制，具有 不错的环境效益，这也与我国社会的可持续发展及推广标准 化的大趋势相符。本文结合建筑及目前工程项目经验，对此 进行了一定深度的探讨，供广大同仁参考。 参考文献 ［１］余武军，何振宇．装配式桥梁超高变截面空心薄壁墩设计『Ｊ１．交通 科技， ２０１４（３）；８－１１． ［２】杜青，王骏楠，卿龙邦．内置钢管装配式混凝土桥墩抗震性能的研 究『Ｊ］．建筑技术，２０１７，４８（８）：８３０－－８３２．
