预制装配式桥梁技术现状和应用前景

预制装配式桥梁技术现状和应用前景

一、预制装配式桥梁的特点

（1）现场施工时间短，工期容易控制。这对于高速公路的建设具有重要意义，特别是中小跨径桥梁，采用预制装配技术，可大幅缩短工期；

（2）施工质量和耐久性有保障，构件均在工厂进行规格化生成，因此施工质量能够得到保障，相对于现场浇筑施工工艺，各种随机因素更加可控，因此混凝土的耐久性能更好；

（3）环境影响小，利于可持续发展。预制拼装施工将现场工艺大都转移到工厂，现场只需要进行安装连接，因此对环境影响小，特别适用于复杂交通环境下的跨线桥施工，由于现场污染小，符合可持续化建造理念。

二、上部结构的设计与施工

预制装配式桥梁上部结构主要有板梁、T梁、组合箱梁等结构形式，主要应用于中小跨径桥梁。

2.1装配式板梁

相对于一般的混凝土空心板梁，国外的预制装配式空心板在横向连接构造上施工质量高于国内。我国早前使用的小铰缝板梁，由于施工时铰缝太小，横向连接很弱，使用过程中接近于以单根板梁承受较大的车辆荷载，所以出现了很多板梁被超载车压坏的工程事故。此外还有预制组合式带肋板梁结构。通过将I型钢管放置于混凝土中，与混凝土结构形成钢骨结构，这样就可以以3~4个单元作为1个预制单元，单元与单元之间以I型钢管为模板，用橡胶作为模板浇筑的横向连接。

这些装配式板梁桥主要是以单元化的预制板梁作为模板浇筑板梁之间的连接体，这就要求在设计上做到预制板梁的规格化和标准化，板梁之间的连接应该安全、可靠且便于施工。

2.2装配式T梁

T梁可以采用钢板作为下部而利用其受拉优势，采用混凝土作为上部承压结构，形成T形结构。采用I形钢结构及混凝土现浇上翼缘板，现浇混凝土与I形梁的上翼板之间通过剪力件连接。横向可以采用交叉式或桁架式的钢构件连接，或者I型横梁连接。

T梁的下部钢板和顶部作为底模的钢板，可以进行工厂化制造；顶部混凝土也可以进行预制或者现浇，提高施工效率。

2.3装配式组合箱梁

预制组合箱形梁的U形箱梁侧板及底板采用钢结构，顶板为预应力混凝土桥面板，设置横向预应力。由于钢腹板与桥面板的连接并不呈完全刚性，预应力效应损失较小。需要注意的是，这些预制组合箱梁结构，在施工阶段主要由U形梁承担结构自重产生的荷载效应，待桥面板浇筑完成后，结构才以箱形梁形式参与受力。因此，当应用于直线梁桥时，采用预制U形断面能够满足施工中运输、吊装、安装等要求，但是对于曲线梁结构，由于曲线梁内外侧自重差异会造成梁体的转动，因而需要在U形梁上部增加盖板以满足结构的抗扭性能。

预制组合箱形梁需要关注预制U形梁与桥面板现浇施工工艺的配合。采用这种施工方式的梁桥，目前主要有简支变连续、临时墩后张连续、临时吊点后张连续、节段梁整跨施工、节段梁悬臂吊装后张连续等方案，不同方案下桥面板的施工顺序和特点有所差异。

三、下部结构的设计与施工

装配式桥梁的下部结构主要是墩柱和承台。由于其受力主要以承压为主，因此墩柱和承台的结构形式基本为矩形，方便设计与施工。装配式桥梁下部结构的关键是预制构件之间的连接，包括桥墩连接以及承台与桩基础连接。

3.1

桥墩及其连接

桥墩一般是钢筋混凝土结构，上下连接一般采用钢筋定位法，利用炮筒连接并在连接完成之后在侧壁灌注砂浆。同样，桥墩与盖梁的连接也采用此方式。某些桥墩采用桩柱形式，在与盖梁连接时，桩柱直接插入盖梁内部，外伸钢筋与盖梁钢筋一体浇筑成形。此外，部分盖梁采用组装形式，组块之间通过牛腿构造连接，牛腿构造中同样有部分钢筋起限位作用。

3.2

承台与桩基的连接

根据所受力的类型，桩基可以分为可受拉和不可受拉两种。对于可受拉的桩基，需要特别设置受拉钢筋构造，即桩基础中的钢筋需要伸出一定长度与承台连接成为一个整体。对于钢筋的构造连接仍然采用炮筒连接的方式。

四、预制装配式桥梁技术的应用前景

4.1高性能混凝土桥梁

20世纪以来，随着社会经济的发展和科技的进步，混凝土的强度不断地提高。20世纪70年代末，出现了强度超过60MPa的高强混凝土和高性能混凝土。在高强混凝土研究与应用不断发展的同时，人们又开始了超高性能混凝土、活性粉末混凝土的研究。

4.2城市市政桥梁

城市高架或轨道交通高架等工程因线形单一、长度较长，施工周期短等因素，非常适合采用工厂化生产预制节段，并由专用设备进行现场拼装的方法施工。在桥梁建造过程中，随着预制工程数量的增加，预制生产成本可以得到充分的摊销，工程造价会极大降低，并低于现浇方法的施工成本，而且工厂化生产的桥梁构件质量更好控制。大型施工设备技术的提升，也为大型桥梁构件拼装提供必要的支持，通过采用架桥机等专用设备施工，可以大大缓解上部结构施工期间对城市交通的压力。完成拼装的区段可立即开放其投影线下方的空间，既可用于道路工程施工，也可向社会交通开放。

4.3轨道交通和铁路桥梁

轨道交通项目中的高架桥梁和铁路桥梁，桥宽相对公路和市政桥梁较小，结构形式有采用传统的箱型梁，也有采用槽型梁。因此目前大量采用工厂化预制生产，通过已成型的路基轨道运输至现场拼装的技术。而且，现今的预制节段拼装施工技术已经能够成熟地应对桥梁各种复杂的曲线线形，不论是横坡、纵坡或是超高，均可通过逐块预制时利用模板进行调整。通过设置一些特殊的构造，架桥机同样可以胜任小半径平曲线及复杂曲线梁的架设。

4.4桥梁墩柱及桩基预制技术应用

桥梁的立柱采用预制节段拼装的形式则较多应用在跨越山谷、江海河流的施工中，随着城市交通压力增大，预制立柱节段技术正在向城市高架转化。立柱采用预制节段拼装施工，可以进一步减少施工现场的混凝土浇筑量，缩小施工占用空间和时间。此外，在预制预应力高强桩基础的大规模应用背景下，工程师们正在探索有效的桩、柱连接部位的预制构件形式。真正意义上的全预制城市桥梁的出现指日可待。

五、预制装配式桥梁技术发展方向

在我国虽有一些桥梁的部分构件采用预制拼装施工工艺，但由于目前所有构件全部采用预制拼装的全预制技术所开展的研究仍然不足，这种结构还难以得到有效的推广。现行的中等跨度公路桥梁或市政桥梁，其上部结构常采用先简支后连续的施工工艺，即预制梁在预制场地集中预制，并进行养护，当下部结构施工完成