随着我国城市化进程快速推进, 为解决交通拥堵问题, 城市桥梁在国内大中型城市中的建造越来越多, 然而, 这些桥梁立柱及盖梁建造仍主要以工人绑扎、现场浇筑工艺为主, 给已是建成区的城市交通、环境等造成更大压力, 带来一系列问题。

为解决城市公路桥梁桥墩建造采用现浇工艺带来的诸多不利影响, 上海地区引入专业化工厂预制、现场快速化拼装的建造技术。上海市S26公路入城段 (G15公路—嘉闵高架路) 新建工程, 作为上海高速干线公路形成“一环”“十二射”以及“一纵”“一横”“多联”的布局形态中“十二射”之一。工程采用拼装化、快速化、集约化的城市桥梁桥墩建造施工工艺^[1,2]。

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。桥墩高度范围为8.0～12.0m, 墩柱截面有2.2m×2.2m, 2.5m×2.0m, 1.8m×1.75m多种类型, 单根墩柱最大重达151t。墩柱与承台拼装连接工艺原理为:墩柱底端内埋设的灌浆套筒用于与承台顶预留钢筋对接, 并采用高强水泥灌浆料对套筒进行灌浆连接固定^[3]。墩柱与承台拼装结构如图2所示, 套筒与钢筋之间的连接大样如图3所示。

墩柱内主筋采用ϕ40螺纹钢筋, 采用高强球墨铸铁灌浆套筒, 长度80cm, 埋设在墩柱底, 与主筋连接, 主筋进入套筒40cm。

柱底与承台之间的拼接面为2cm厚坐浆垫层, 拼接面布置如图4所示, 采用M60高强无收缩砂浆;墩柱安装后, 在套筒内进行灌浆, 采用M100高强无收缩水泥灌浆料。墩柱安装后的垂直度控制在0.15%H (H为墩柱高度) , 且≤10mm。

墩柱在工厂内预制, 运输至施工现场进行单根整体吊装拼装, 过程中主要有承台预留钢筋埋设、墩柱起吊翻转、墩柱吊装就位、垂直度调节及套筒灌浆连接工序^[4], 主要有以下关键点。

1) 墩柱与承台的拼装通过柱内灌浆套筒与承台预留钢筋对接, 再进行灌浆固定, 因此预留钢筋在承台施工时的精确预埋成为预制墩柱安装是否成功的首要决定性因素。

2) 考虑墩柱现场吊装过程中翻转时的受力状态, 避免破坏翻转时墩柱底混凝土, 需寻找一个利于吊装的翻转体系。

3) 考虑墩柱与承台的拼装面为坐浆垫层, 如何保证墩柱安装后墩柱底的坐浆密实度, 是本施工技术的一个质量控制关键点。

4) 套筒内灌浆施工受时间、温度、灌浆料质量等因素影响较大, 且每个套筒灌浆施工必须保持连续, 若某个套筒压浆不能保持连续, 则该套筒失效。因此, 如何保证套筒内灌浆的密实度是本施工技术的又一个质量控制点。

依据墩柱与承台拼装工艺原理, 预制墩柱内灌浆套筒定位与承台内预留钢筋定位需匹配一致, 精度要求高。定位胎具结构如图5所示。

采用2套高精度的定位胎具进行套筒与钢筋定位安装, 2套胎具同步加工。定位胎具由框架、定位钢管、卡板、水平调节螺栓、支腿组成, 如图6所示。墩柱主筋插入定位板无缝钢管内 (钢管长280mm, 内径50mm) , 并采用调节螺栓对主筋位置进行调节。墩柱钢筋的定位工作均做多次重复测量复核, 主筋的平面位置允许偏差2mm。

承台内预留钢筋定位施工方法如下。

1) 通过测量精确放样, 安装4个角位置的4根预留钢筋, 控制平面坐标及钢筋顶标高, 进行临时绑扎固定。

2) 将胎具吊装至4根已安装的钢筋上, 利用胎具的卡板, 胎具由4根预留钢筋支撑, 测量复核胎具的标高, 确保胎具水平安装, 否则重新调整直至标高满足要求。

3) 将4根安装的钢筋与承台内其他钢筋焊接, 保证牢固不动摇。

4) 将剩余的墩柱钢筋由上至下插入定位胎具的钢管内, 通过水平调节螺栓控制钢筋位于钢管中间, 且检查所有钢筋高度与垂直度, 钢筋顶需满足设计标高要求^[5]。

5) 浇筑承台混凝土, 预留钢筋区域的混凝土面平直度要求控制在偏差2mm。

墩柱运输至现场后, 采用履带式起重机吊装卸车, 卸车吊具采用2根尼龙吊带, 从墩柱两端兜起, 上端挂在吊钩上, 履带式起重机将墩柱从运输车上起吊, 转移卸车。

墩柱利用运输车经场外道路由预制厂运输至施工现场后, 采用大型履带式起重机进行吊装卸车。预制墩柱质量较大、高度较高, 根据现场工况及吊装工艺要求, 吊装机械均选用大型履带式起重机^[6]。进场吊装用的履带式起重机为500t履带式起重机, 吊臂长选定为42.0m, 最大作业半径10.0m, 额定起重量266t。

卸车吊具采用2根尼龙吊带, 履带式起重机将墩柱慢慢放置在地面上的双拼枕木垫上, 在墩柱底端面位置下方放置20cm厚橡胶垫^[7]。

结合现场环境及实际施工条件, 墩柱的翻转主要有“双机抬吊进行翻转”“采用翻转台做支点”及“采用橡胶垫做支点”3种体系。若采用双机抬吊进行墩柱翻转, 如图7a所示, 安全风险较大, 翻转过程中捆扎的尼龙绳可能出现滑移情况, 不易控制;若采用翻转台做支点进行墩柱翻转 (见图7b) , 则需加工钢结构翻转台, 墩柱卸车后直接吊入翻转台进行端部连接, 再翻转施工, 由于翻转台质量较大、占空间大, 在同一施工段安装多根墩柱时转移不便捷, 经济性较差;若采用橡胶垫做支点进行墩柱翻转 (见图7c) , 墩柱卸车后平放在橡胶垫上, 可直接翻转, 施工简便、速度快, 且不破坏柱底混凝土, 是非常合理、可行的翻转方案。

墩柱卸车后, 安装吊索、吊具 (钢扁担、钢丝绳及卸扣) ^[8], 钢扁担的上下连接吊装钢丝绳选用2根ϕ65双股钢丝绳, 通过吊梁扁担与墩柱吊点采用2个卸扣连接, 为了不让钢丝绳将墩柱上的预埋钢筋碰弯, 安装完成后将墩柱翻身竖起来, 完成墩柱翻转。

墩柱与承台的拼装面为坐浆垫层, 在考虑墩柱拼装、坐浆施工、垂直度校核调节3道工序时, 关键是保证墩柱安装后其底部坐浆密实度, 且坐浆完成后, 应在30min内完成垂直度校核调节, 因此工序的顺序安排、辅助装置选择对施工质量起到决定性作用。针对此种情况, 可先将墩柱进行预拼装, 利用“顶”的方式进行垂直度调节, 再吊离墩柱进行承台面坐浆, 最后吊装墩柱就位, 具体施工方法如下。

1) 在承台面上放样出安装中心线, 放置尺寸为20cm×20cm调节垫块。

2) 墩柱下端安装钢牛腿 (后续作为调节垂直度的辅助装置) , 承台预留钢筋四周安装4台螺旋千斤顶, 随后吊装墩柱, 进行墩柱与承台的拼装对接, 完成预拼装。

3) 墩柱底坐落在调节垫块后, 调节千斤顶提升或降落, 使千斤顶与墩柱四周附带的钢牛腿对应接触、顶紧。依据测量对墩柱的垂直度进行校核, 不断调节千斤顶。当垂直度控制在允许偏差范围内后, 保持千斤顶不动, 墩柱吊离^[9]。

①承台顶标高及预制立柱高度测量;②承台顶面平整度测量;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在预制立柱安装前的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进行使用, 不符合要求的不得使用, 严禁使用超过保质期的材料。

施工前先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。

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。

将浆料倒入浇筑桶中, 人工浇筑到预先铺设好的承台顶面挡板内, 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。

坐浆施工后, 再进行第2次墩柱吊装就位, 墩柱下端的4个牛腿直接由4台千斤顶支承。

待墩柱安装完成24h后, 拆除千斤顶, 再进行套筒内清理、灌浆工作。灌浆施工受时间、温度、灌浆料质量等因素影响较大, 且每个套筒灌浆施工必须保持连续。先将承台顶面及立柱灌浆口外侧清理干净, 使用高压冲洗装置对灌浆套筒提前半天清洗, 冲洗干净后使用森林灭火器对套筒内遗留水滴及杂物进行清理^[10]。

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。 压浆过程为浆料从下部注浆孔压浆上部出浆孔出气。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。待压浆管压力稳定拔出压浆枪头, 立即封堵注浆孔, 注浆孔采用橡胶止浆塞封堵, 待1d后将L型出浆管割除。

对于国内城市桥梁工程, 目前仅上海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。在对本项目桥墩预制拼装技术实施过程中, 根据工程设计要求, 结合实际现场条件情况, 制订科学、合理的施工方案, 利用工程计算软件模拟各施工工况, 确保施工安全。