装配式桥梁预制墩柱施工技术及质量控制要点
一、摘要
相比于传统的现浇桥梁，装配式桥梁在加快工程进度、提高质量安全、降低交通影响及绿色环保等方面具有明显优势。目前，装配式桥梁的发展多以上部结构为主。为此，结合工程实例，对桥梁下部结构墩柱及盖梁的工厂化预制、承台预留钢筋埋设、墩柱起吊翻转、墩柱试吊、拼接面垫层坐浆、套筒压浆及其相关质量控制要点等进行了较为详细的阐述。
关键词：预制拼装；坐浆；套筒灌浆
二、前言
桥梁工程作为公路和市政建设的关键，承担着极其重要的角色，有效地完善了公路和市政交通网，提高了交通运输能力，促进了社会和经济的发展。然而，大规模桥梁建设往往会带来许多问题，其中，一些以现场混凝土浇筑施工为主的建桥方法集中出现了如下问题：桥址地面和水域被作为施工场地长期占用，施工区交通和其他秩序严重受扰；施工设备、辅助设施重复配置，资源、能源消耗大，财力、物力浪费较大；施工噪声无法有效控制，施工污水外溢经常发生，周边居民和交通参与者抱怨多；现场意外坠落物难以避免，施工和交通事故发生风险大；施工工期较长，尤其是市政桥梁建设，严重影响城市居民的交通出行；受到气温的限制，在低温度下，现场混凝土往往不能正常施工。另外，现场施工环境的影响、空间和时间的限制、质量控制较难等问题，也是导致混凝土桥梁耐久性病害多发的原因之一。采用装配式施工技术，能够尽量减少现场混凝土浇筑的工程量，减少施工占地，合理减少施工工期，使公路和市政桥梁建设更环保、少干扰、更安全、高质量、快速及低消耗等。
三、装配式桥梁预制墩柱施工技术
下部结构装配式施工，主要指墩柱的工厂化预制、机械化运输及现场化拼接。其中，各构件间的拼接形式主要有：钢筋对接型、区域连接型及贯通串接型。目前，钢筋对接型（灌浆套筒连接）由于自身施工速度快、造价成本低等优点常常被应用于工程中，如美国佐治亚州I-85 Interchange桥、上海S7公路城市高架及本工程案例等。
灌浆套筒连接的原理为：首先在墩柱与承台的拼接面处施做坐浆垫层，其次做好构件之间预埋钢筋与套筒的精准对接，然后向套筒内灌注高强无收缩水泥，硬化后最终形成可靠的连接体系。墩柱内套筒材料采用高强球墨铸铁，主筋采用螺纹钢筋，套筒强度一般是纵向钢筋的1.5倍以上，具体连接结构如下图所示。
拼接面连接结构
1、下部结构拼装施工工艺及质量控制要点
墩柱预制拼装工艺主要有：承台预留钢筋埋设、拼接面坐浆、构件吊装、位置校核及套筒灌浆等。其中关键技术要点的质量控制好坏直接关系到拼装的成败。如：拼接过程中预埋钢筋的位置和尺寸不精确，预制墩柱和盖梁可能无法对接成功；吊装过程中墩柱翻转或吊点的受力不当，就易造成预制构件的混凝土发生破坏；坐浆过程中拼装面垫层密实度达不到规范要求，也将严重影响预制构件的拼接质量；此外，压浆过程中受施工时间、温度及灌浆料质量等因素影响，或因某个套筒压浆工艺作业不当，也极易导致套筒内灌浆质量不符合设计要求。因此，加强关键技术质量控制至关重要。
2、墩柱工厂化预制加工技术
墩柱钢筋笼在专用胎架上制作成形，偏差在±2mm以内。胎架主要由底座、支架、挂片及定位板等构件组成。其中，支架用于固定挂片和定位板，挂片用于定位主筋与箍筋，定位钢板用于固定连接套筒与连接钢筋。钢筋笼拼装前，需对胎架各构件验收复测，要求底座安装水平，支架位置精确，且支架在同一条直线上。
在浇筑混凝土前，应严格控制预制构件吊耳埋设的间距及伸出长度，吊点处还应采取补强措施。预制墩柱浇筑时，严格控制入模高度，不得超过2m；墩柱的工厂化生产工艺主要为：模板在钢筋笼胎架上的安装、钢筋笼绑扎、封模、模板及钢筋笼翻转、混凝土浇筑、拆模养护等。
3、承台拼接面钢筋预埋及质量控制
为保障承台预埋钢筋与预制墩柱灌浆套筒匹配连接，应采用与套筒配套的定位胎具来定位钢筋。定位胎具的主要组成构件有框架、定位钢管、卡板、水平限位销及支腿等，如下图所示。其中卡板用来定位面板，限位销用来固定插入无缝钢管内的主筋位置。
钢筋预埋定位胎具
在浇筑混凝土前，应对预埋钢筋的高程、角度及相对位置进行测量复核，主筋的平面位置允许偏差为2mm。
（1）依据预埋钢筋平面坐标及高程，通过测量放线，临时绑扎安装胎具四角位置的4根预留钢筋。
（2）将胎具吊装在4根预留钢筋上，测量并调整胎具的标高至胎具水平，满足设计要求时用卡板固定。
（3）将4根预留钢筋与承台内其他钢筋焊接，或将胎具与基坑围护结构连接，确保预埋结构的整体稳定性。
（4）将剩余的预埋钢筋插入定位胎具的钢管内，调整预埋的位置，并用限位销固定。
（5）浇筑混凝土时，应测量复核预埋主筋的位置，减小混凝土对预埋钢筋的冲击，成形后混凝土面平直度应在2mm以内。
4、墩柱翻转工艺
预制墩柱质量大、高度高，根据现场情况，一般吊装方案主要采用翻转台设备或橡胶垫作支点的单机吊装。
通过在立柱底部设置翻转台或橡胶垫单边起吊实现立柱翻转。翻转台的质量较大、占用空间大，转移不便捷，经济性较差；而采用橡胶垫作支点进行墩柱翻转时，墩柱卸车后平放在橡胶垫上，可直接翻转，简单方便，且柱底混凝土不易破损，是非常实用的翻转方案，如下图所示。
立柱橡胶支点翻转
5、墩柱试拼装的预定位技术
为保证墩柱拼装后坐浆垫层的密实度，必须在坐浆完成后30min内完成墩柱吊装和垂直度校核。为此，可先将墩柱进行预拼装，在确定辅助限位装置位置之后，吊离墩柱，完成承台面坐浆后，再实现墩柱正式吊装就位。
在承台面上放样墩柱中心线，放置调节垫块，安装千斤顶（下图）。
墩柱吊装前布置
2）在墩柱拼接面安装钢支撑牛腿。
3）当立柱起吊距钢筋约2cm时，调整墩柱方位，使预埋钢筋缓缓插入连接套筒内；当距垫块约2cm时，调整与承台中心线对齐，并用水平限位板微调固定。
4）中心垫块受力后，随着吊机逐级卸力千斤顶同步支撑，并由2台全站仪在2个方向进行监测校核，实现边下放、边测量、边调节，当垂直度控制在允许偏差范围内后，锁定千斤顶位置不动，吊离墩柱（下图）。
墩柱预拼装就位
6、拼接面坐浆与正式拼装
1）立柱吊装前，需对坐浆料测试28d龄期抗压强度。
2）浆料搅拌前，需要按照设计配合比控制好集料配比，在不影响垫层强度的情况下适当减少水灰比，以避免浆料离析；搅拌时，应采用高速搅拌机依次对加入的干料和水进行搅拌，一般搅拌时间约4min，慢速1min，快速3min；搅拌好后，静置3min，以待搅拌气泡消除。
3）摊铺砂浆垫层前，先应对承台界面凿毛清理、撒水湿润，然后在四周设置符合设计要求的坐浆挡板（下图）。
承台拼接面凿毛清理
4）人工将浇筑桶内浆料倒入处理好的承台面上，并做收平作业（下图）。
坐浆垫层摊铺与找平
5）坐浆后，进行墩柱正式吊装就位。墩柱沿设置好的辅助限位装置进行下放，就位后，通过复测和微调限位装置，使墩柱水平位置和垂直度符合设计要求。
7、套筒灌浆施工工艺
1）垫层砂浆终凝后，方可进行套筒压浆作业。
2）浆料搅拌前，需清洗干净灌浆机，以免堵塞。套筒内的灌浆料采用C100高强无收缩水泥灌浆料，在搅拌桶中依次放入干料和水，配合比为100∶12。搅拌设备采用自制搅拌机，一般慢速搅拌1min，快速搅拌3min，实际搅拌时间以完全没有干料为止，拌浆结束后，需静置放出多余气泡。根据规范要求，需对拌浆料测试1d、3d和28d龄期的抗压强度。
3）压浆前，先使用高压冲洗装置将承台顶面及立柱灌浆套筒清理干净，安装好L形出浆管；压浆时，采用压浆机从下部注浆孔将浆料压入，上部出浆孔出气，稳压10s左右，当浆料溢出时，及时封堵出浆口，压浆管压力稳定后，拔出压浆枪头，及时封堵注浆孔（下图）。
套筒灌浆作业
4）灌浆完成后，清理构件上残留的多余浆体，1d后割除L形出浆管。
四、结语
本文依托实际工程，通过对桥墩预制拼装技术的探讨研究，有效解决了现场拼装过程中坐浆垫层密实度控制、套筒灌浆连接精度控制、墩柱吊装控制等诸多技术难题。桥梁下部结构墩柱拼装技术的成功应用，将有益于装配式桥梁全预制化拼装技术的发展。