装配化桥梁技术的山区路径

贵州是我国唯一一个没有平原支撑的省份，全省92.5%的国土面积为山地和丘陵；森林覆盖率60%，草原综合植被覆盖度达到88%。分为五大类生态保护区：水源涵养功能、水土保持功能、生物多样性维护功能、水土流失控制、石漠化控制，共14个片区。自然资源分布现状反馈到交通建设的工作实际中，主要体现就是路地关系矛盾多，建设项目占用生态保护红线及其他各类保护地几乎不可避免。

以某高速公路 K112+920～K119+950 段为例。

路线长7.03km，桥梁 4193m/6座，隧道3845m/1座，标段桥隧比87.35%。桥梁桩基536根、共13153m；承台36个；系梁331道；墩柱397根/7769m；盖梁220道；T梁共1543片。

路线穿越阔叶林自然保护区、恒河猴保护区；横坡较陡，地形陡峭，跨越沟谷；粉砂质泥岩较多，多处有滑塌迹象。

图1 某高速公路 K112+920～K119+950 段地形及生态环境

项目所处路段横坡较陡，为满足多工点作业，仅修建红线内便道不能满足运输要求。需新修及改造主便道4条、支便道2条，总长约24.272km。

各分部工程施工工艺：桩基结合地形地质，分别采用人工挖孔桩、水磨钻施工；桥墩35m以下采用吊车施工，35m以上采用塔吊施工；中系梁采用吊车或塔吊施工；盖梁采用吊车或塔吊施工；各桥陆续开工，需配置吊车10台，塔吊8台，40m架桥机4台。

施工桥梁桩基、墩柱、盖梁等均需经过便道运输钢筋、混凝土、模板等，加之钢筋安装、模板安装、混凝土浇筑以及拆模过程中，很难避免临时占用部分便道，故常对便道进行加宽修建，这样一来，仅是便道的开挖或回填就已对自然生态造成了较大破坏。

图2 某高速公路 K112+920～K119+950 段施工平面布置图

因公路线形的需要，山区公路桥隧比高，部分路线也不可避免经过林地或保护区。采用装配化的组织方式，按路线纵向组织施工，不占公路红线外用地，最大限度地减少对林地或保护区的破坏。

沿路线纵向，基础以1～2联为作业单元，展开平行流水施工；下部构造及梁体按“1+1”流水施工：N+1跨完成墩柱安装、座浆料等强、灌浆、灌浆料等强、盖梁安装、座浆料等强、灌浆、灌浆料等强；N跨：T梁安装，架桥机过孔。架设顺序如图3所示。

图3 K112+920～K119+950 段梁体架设顺序图

一体化架桥机安装架设墩柱、盖梁及单幅1跨T梁用时为5天。

以此为参照，架设工期如下：

1号架桥机共架设128跨，架设工期约为21个月，综合考虑工期23个月；2号架桥机共架设108跨，架设工期约为18个月，综合考虑工期20个月。均能满足合同工期要求。

1.节约用地：山区普遍桥梁比例大，地形条件复杂，采用装配化减少临时工程占用林地，减少红线外施工便道。

2.提质增效：智能化钢筋加工，加工、焊接质量得以保证；工厂化构件预制，标准化程序施工，高精度定位，保证了桥梁预制构件的内在质量。

3.绿色环保：减少生态破坏；减少交通堵塞、粉尘污染、噪音污染和木材消耗等。

装配化桥墩在国外的应用较早，1955年，美国新奥尔良 Pontchartrain桥首次在世界上采用预制墩柱和承台，从开始到建造完成，整个施工周期仅为18个月。国外装配化桥梁的研究及应用如表1。

1994年建成的澳门新澳凼大桥，是我国首次采用预制拼装桥墩的工程，该桥墩身采用工字形截面，划分为若干节段进行预制，采用后张预埋预应力钢筋将节段墩身与承台连接形成整体。我国对装配化桥梁的研究及应用主要如表2。

图4

图5

桥梁高度不高，墩柱一段预制，接头主要是墩柱底与承台、墩柱顶与盖梁。接头采用灌浆套筒及灌浆波纹管技术。对于墩柱高度较高，需要分段预制目前没有成熟的技术或相应的结构构造。

国内装配化技术主要应用于城市桥梁和海上桥梁，需要有通行大型运输吊装设备的条件；海上拼装采用的整跨安装的运输和吊装设备，均不适用于陆地；陆上拼装采用移动式大型起重设备及机械臂辅助，不适用于山区施工。

一、山区标准跨径桥梁的特殊性

1．墩柱高，以前文所述项目为例，30m以上高墩柱37排，最高墩柱57m。

墩柱高度大于30m，若采用一段预制，因为需要考虑其运输时的受力状况，钢筋混凝土结构断面尺寸大、类型多。一段预制不便于工厂化。

2．基本没有城市桥梁的陆地吊装和海上桥梁的吊装条件，如：大型起重机、大吨位浮吊等。

二、山区标准跨径桥梁的装配化方案

1．全预制：墩柱、系梁、盖梁全部采用预制装配，墩柱分段预制，需要研究节段之间接头构造与连接。

2．半现浇半预制：高于20m墩柱，其顶部20m范围采用预制，底部现浇；低于20m的墩柱采用预制，中系梁、盖梁预制。墩柱接头易于解决，施工可省去多台塔吊，但仍然需要吊车配合现浇施工。

3．盖梁预制：仅考虑盖梁预制。墩柱、系梁施工需塔吊及吊车配合，装配流程较为简单，但装配比例有限，对减少现场机械、减少相互干扰有限。

三、山区标准跨径桥梁装配化技术路径

技术方面，在现有技术基础上，主要需要解决墩柱节段接头构造与连接以及专用设备。

采用现浇工艺，墩柱从底至顶为等截面，间隔一定高度设置系梁。若采用这样的结构构造，墩柱分段预制，连接部位的钢筋预埋套筒空间过小，安装时难以保证边缘混凝土的完整性。换而言之，墩柱节段预制接头部位需要考虑如下因素——

（1）混凝土骨料粒径要求

（2）灌浆套筒边缘质量要求

（3）成品保护要求

根据以上要求，综合考虑系梁的设置，节段接头方式可考虑图6所示方式。

图6 装配化桥墩节段接头示意图

专用设备目前已有成熟的定型产品，如图7所示。但由于山区桥梁墩柱高，需要重点对前支腿进行研究。

图7 一体化架桥机示意图片

施工组织方面：沿主线纵向组织施工，1～2联基础展开平行流水施工；墩柱、盖梁、梁体，按（1+1）方式组织流水施工。

精度控制体系：对钢筋的定位需要配置相应的工装；钢筋安装误差以及预制构件几何尺寸误差，需要满足安装精度的要求，需要建立新的质量检验标准。

跨线桥梁，跨径因实际情况而不同；同时，互通或枢纽工程，跨线桥梁同时存在弯桥以及斜交的情况。

图8 跨线桥跨越高速公路示意图

经过一定数量的工程实践，采用（1.2m窄幅钢箱+PC桥面板）方案能够解决厂内制作、现场安装的装配化的生产组织方式。

图9 窄幅钢箱梁-混凝土叠合梁示意图

钢梁工厂制作，采用（搭设临时支墩+无导梁顶推）施工就位；混凝土桥面板采用预制吊装施工。

图10 混凝土桥面板预制安装示意图

一、跨越深切峡谷桥梁特点

1．地形陡峻，基岩出露，利于拱桥布设。拱桥结构承载力富余度高，养护运营成本低，是跨越深切峡谷的首选桥型。

2．主拱圈结构一般采用钢筋混凝土箱拱、钢管拱、钢桁拱。

3．100～300m跨径较为普遍，主拱圈一般采用钢筋混凝土箱形结构；拱圈成形采用劲性骨架外包混凝土或悬拼钢拱架分环分段浇筑，存在劳动强度大，安全风险高等问题。

二、适合装配化的拱圈结构

总结拱肋预制安装的工艺特点以及存在的问题（拱肋分段接头不便于安装、分肋吊装线形控制难度大、运营期拱肋之间出现纵缝），参考“钢桁腹杆—SRC组合拱”相关研究成果，并通过资料调研研究“钢桁腹接头构造”，提出了“钢桁—混凝土组合拱”的构造型式。目的是减轻拱圈自重，便于预制安装；避免现场浇筑腹板的质量和安全控制难题。

图11 钢桁-混凝土组合拱拱圈截面

图12 节点构造示意图

三、施工组织

1．主拱圈预制：通过适当的地形改造，在主线引桥地面进行拱圈节段及拱上建筑的预制。

2．缆索吊装系统：充分利用峡谷两侧陡壁，覆盖全桥全施工区域布设缆索吊装系统，不设塔架，并能在桥梁全宽范围内横移，满足拱圈、拱上建筑以及引桥的安装。

3．扣挂系统：与拱座上边坡、引桥基础永临结合布设。

受地形和运输条件限制，山区公路桥梁建设一直延续着以现场作业点为核心，统筹地材生产、钢筋制作、混凝土生产、现场浇筑模式。在公路建设推行标准化施工以后，钢筋集中制作、混凝土集中生产，对公路桥梁施工质量控制起着积极的作用。但同时标准化施工也带来更多、更大型机械的使用，对临时道路的需求也越高，而“以现场作业点为核心”的生产组织方式并未改变。建设与生态环保的矛盾日趋突出。

进入“十四五”，公路建设延续传统的组织方式，已面临极大的困难。具体表现在弃土场、临建设施等用地基本难以得到批准，这也倒逼公路建设行业的转型升级。

新型工业化，工业化建设模式是基于公路的功能需求，按工业化的组织方式进行生产。公路桥梁的结构设计、构造要求、施工组织方式要围绕这种模式展开。

本文探讨的山区桥梁建设，三种典型的桥梁装配化技术应用场景，旨在使公路桥梁建设过程，减少红线外用地，减少环境污染，保护生态环境，节能减排，提高桥梁施工质量；符合低碳化、和谐社会的发展要求。