深圳市市政设计研究院有限公司 518029
摘要：随着桥梁施工技术的发展，桥梁结构得到了逐步地发展与更新，预制装配式桥梁主要采用预制构件，按照一定的规则、流程来组装、连接，最终形成一个桥梁结构，此技术具有独特的优势，其预制构件质量处于可控制范围，从而确保预制装配式桥梁施工技术。针对装配式桥梁，在简述其主要特点和设计基本原则的基础上，以预制节段拼装混凝土箱梁为例，分析和总结了装配式桥梁的设计和计算要点，为装配式桥梁设计提供参考。
关键词：装配式桥梁；设计；要点
引言
我国拥有广阔的国土面积及复杂的地形地质环境，故铁路、公路的发展需要高质量桥梁建设来支撑。装配式混凝土桥梁以模块化构件架构整个桥梁的主体结构。目前，装配式桥梁已经成为我国桥梁建设的主要方式，具备质量整体可控、施工周期短、受不可抗力影响小等特点。随着市场需求的扩大，我国装配式混凝土桥梁构架的生产规模和生产质量不断提升。整体而言，我国装配式混凝土桥梁的构建还存在诸多有待完善的地方。
1.装配式混凝土桥梁的特点
1）有效节约资源
众所周知，传统桥梁建筑施工建设不仅需要投入大量的人力资源、机械设备，还需要大量的基础原材料。预制装配式桥梁构件采用统一化的工厂生产工艺，集约化批量生产，在单一模块构件的用料比例上更加统一、规范，桥梁上部结构（板梁、T梁、组合箱梁）、下部结构（桥墩、承台）的生产均能够按照市场标准进行严格执行。这种集约化生产模式能够有效减少现场浇筑过程中钢筋、混凝土的浪费。现场施工环节，混凝土建筑作业之前必须使用大量的木方、模板等耗材，采用预制装配式桥梁构件大大减少了现场混凝土工程的建筑数量，能够有效控制耗材浪费。同时，工厂统一生产有助于进一步提升机械化率，降低人力成本的投入。
2）桥梁建设更加高效
装配式混凝土桥梁全称为预制装配式混凝土桥梁，其重点突出预制和装配两个方面。预制即在桥梁通过审批流程后，即可预先批量生产。桥梁模块构件的生产与选址、地面平整等准备工作同步进行，能够节省大量的施工时间，打破了传统建筑施工的先选址后建造的施工流程。预制结构能够节省大量的工程骨干建设时间，同时装配式结构具备安装简便的优势。配合现场的起吊安装设备，能够实现桥梁上部结构的快速安装，且安装完成后即可投入使用。而混凝土建筑桥梁则需要待整个桥体完全硬化后方可进行下一阶段的建筑作业。由此可见，预制装配式桥梁构造能够大幅度缩短施工时间。尤其是中小型桥梁，使用整体装配技术能够缩短80％以上的施工时间。
3）有效减少对环境的影响
现场装配工艺对环境的影响相对较小，而铁路桥、公路桥的大规模建设会严重破坏生态环境。传统的混凝土现场浇筑工艺会用到大量大型运输、搅拌、起吊设备，严重破坏了地表植被。此外，工程施工还会造成严重的水污染以及空气污染。由于施工初期，排污系统尚未建成，大量建筑污水直接排放。而预装结构能够从源头上控制污染，降低排放量。此外，单纯的安装焊接作业更加清洁环保，大量降低了水资源的使用率，有助于推动我国建筑事业的现代化发展。
4）保障桥梁质量
传统桥梁建设过程中，存在众多影响桥梁质量的因素。例如，天气、温度、湿度等，都会影响混凝土的硬化情况。此外，人为施工因素也会增加桥梁的施工风险，危害我国整体桥梁施工质量，给居民的日常生活带来严重的未知隐患。不同承建单位施工能力、施工标准各不相同，桥梁的综合质量难以得到有效保证。装配式桥梁结构采用集约化工厂生产模式，在严格的层层质检把控下，单个构建质量得到有效保障。相比于现场施工工艺而言，装配式结构能有效控制各种自然因素和人为因素带来的不利影响。不断提升我国桥梁建设的安全性、可靠性，推动桥梁建筑行业的高质量发展。
2.设计实例
某特大桥为城市道路交叉口三层菱形互通的顶层，全桥按整幅设计，桥全宽18.5m，全长为1052m，其中19跨为40m跨径，采用跨径布置为（5＋3＋3＋3＋5）×40m的预应力混凝土连续箱梁。
1）主梁：墩顶0号块及合拢段现浇外，其余为预制节段拼装混凝土箱梁，共380个节段，单节段最大吊重不超过90t。
2）桥墩：墩柱采用双柱式方形钢筋砼墩柱，柱间距3.5m，单柱横向宽1.5m，顺桥长1.6m，柱高为3—11.5m，单个墩柱整体一次预制，单柱最大重量达71.8t。一个桥墩处有2个墩柱，有20个桥墩，共40个墩柱；
3）盖梁：采用双柱式预应力砼盖梁，全长17.2m，分两节段预制，单节长8.1m，重约73.9t，两节段间预留1m长的现浇段。一个桥墩处有1个盖梁，一个盖梁分两个节段预制（安装时两节段间湿接），有20个盖梁，共40个节段。
4）连接方式：预制墩柱顶与盖梁底、预制墩柱底与现浇承台间的连接采用采用灌浆套筒连接，套筒分别预埋于盖梁、承台内。盖梁与墩柱、墩柱与承台间采用灌浆套筒连接，盖梁节段间采用湿接。
3.装配式桥梁设计一般规定
在预制拼装桥墩设计阶段，应协调和加强设计、预制、运输、拼装等单位间的关系和配合，根据实际工程情况确定合理的桥墩尺寸和形状，并应遵循少规格的原则。由于构件的预制方案主要受限于运输条件，因此建议预制构件的运输重量控制在200t以内。
预制拼装桥墩混凝土宜采用高性能混凝土，强度等级不宜低于C40，灌浆连接套筒宜采用高强球墨铸铁制作，金属波纹管应为圆形不锈钢波纹管。
采用灌浆套筒连接或灌浆金属波纹管连接的预制拼装混凝土桥墩的设计和施工，适用于非抗震设计地区及基本动峰值加速度不大于0.15g的地区。
预制拼装立柱纵向钢筋宜采用大直径钢筋，纵向钢筋之间的中心距宜小于200mm，且至少每隔一根宜用箍筋或拉筋固定。
预制拼装桥墩中的连接套筒和主筋净保护层厚度不宜小于30mm，套筒间距不宜小于下面三个条件中的大值：25.4mm、骨料最大粒径的1.33倍、被连接纵向钢筋的直径ds。
预制拼装桥墩中的圆形金属波纹管净距不应小于50mm，且不应小于管道直径的1倍。预制拼装盖梁采用上下分层建造时，下层预制构件与上层现浇之间可不使用剪力键；预制拼装盖梁采用竖向分段预制拼装建造时，预制构件的拼接面宜采用剪力键方式［3］。
4.装配式盖梁设计要点
1）确定混凝土强度等级，目前国内既有工程案列中预制构件的混凝土等级大多高于现浇结构，一般强度等级不宜低于C40，常用的为C50。
2）根据拟定的中间现浇段宽度确定预制节段宽度，中间现浇段采用微膨胀混凝土浇筑。由于现浇段在浇筑前要进行纵向受力钢筋的连接处理，因此设计时建议纵向普通钢筋只设一排，若不满足受力要求时，通过加大截面高度和增加预应力的方法解决。
3）预制节段设计时，注意节段划分，需结合当地实际施工能力确定，起吊重量不宜过大。
4）注意吊点的设置应使节段在自重情况下两个吊点受力大小大致相同，减少或避免盖梁预制节段在拼装过程中发生较大的倾斜甚至于翻转，与此同时要对吊点周围的混凝土进行局部应力计算，并在吊点附近加强配筋，以避免发生吊点周围混凝土局部破坏。
5）套筒设在盖梁内部，目的是为了桥梁墩柱断面保持统一，不致于因墩顶埋设连接套筒而加大墩顶套筒范围的断面尺寸。
6）计算要点
a）盖梁按A类预应力混凝土受弯构件设计，同梁底墩柱一起按刚架计算。
b）墩柱设计计算按照《公路桥涵设计通用规范》（JTGD60-2015）、《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTG3362-2018）进行验算。
c）特别注意施工阶段各个环节的验算。吊装、运输过程中，应按《公路桥涵设计通用规范》（JTGD60-2015）4.1.10条的要求考虑1.2（对结构不利时）或0.85（对结构有利时）的动力系数。
d）考虑到设计中存在相对薄弱的现浇段和预制段间的连接面，参考《节段预制拼装混凝土桥梁技术标准》内在承载力计算时将强度进行0.95的折减，建议将接缝面结构抗力的安全储备在现浇的基础上提高10％。
5.装配式墩柱设计要点
1）墩柱宜整节预制，尽量避免墩身节段间现场拼装而加大现场安装难度，安装精度难以调整、保证；墩高不宜过高，断面尺寸不宜过大，以便整节吊装。
2）灌浆套筒设计时，为使墩柱断面不因埋设套筒而加大尺寸，可将套筒埋于盖梁和承台内。
3）注意吊点的设置，使得构件在吊装过程中不至于产生过大倾斜甚或翻转，吊点周围应进行局部计算，并对吊点影响范围进行加强配筋。
4）计算要点
a）参考上海市《预制拼装桥墩技术规程》5.0.1—5.0.3条及条文说明，当满足该规程对灌浆连接套筒、金属波纹管、高强无收缩水泥灌浆料以及砂浆垫层等连接材料和构造要求时，预制拼装桥墩可按普通现浇钢筋混凝土桥墩进行验算。
b）墩柱按普通钢筋混凝土压弯构件进行设计。
c）墩柱设计计算按照《公路桥涵设计通用规范》（JTGD60-2015）、《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTG3362-2018）进行验算。
d）各施工阶段的验算要求同盖梁。
结语
预制拼装式桥梁建设方法适用于中小跨径桥梁，相比现场浇筑工艺既保证了施工质量，又提高了建设效率。虽然我国工厂化生产能力还处于起步阶段，但在工业化发展的浪潮下，需要创新装配式桥梁的结构形式，提高工厂的预制质量，解决预制构件与预制构件之间的连接问题，合理安排预制装配式结构的施工进度，减少结构施工过程中的风险，促进预制装配式桥梁在我国的应用。
参考文献：
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[2]王凤维.基于高效预制装配式施工技术在桥梁方面的应用研究[J].建筑技术开发，2016，43（6）：131-133.
[3]刘琼，李向民，许清风.预制装配式混凝土结构研究与应用现状[J].施工技术，2014，（22）：9-14.