预制拼装盖梁施工方式对比分析

应

JOURNAL OF TECHNOLOGY

用技术学报

V0I.I8N0.IMar. 2018

文章编号 $096-3424(2018)01-0056-07DOI：10. 3969/j. issn. 2096-3424. 2018. 01. 009

预制拼装盖梁施工方式对比分析

葛继平$，

梅

德

磊

$，

闫兴非2,3，

王志强4

(1.上海应用技术大学城市建设与安全工程学院，上海201418; 2.上海市城市建设设计研究总院，

上海200125; 3.上海工业化装配化市政工程技术研究中心，上海200125;

4•同济大学桥梁工程系，上海200092)

摘要：对我国现有桥梁快速施工技术中的盖梁快速施工方法进行系统分类，归纳出9类预制拼 装盖梁施工方法并说明其施工步骤。参考美国NCHRP报告标准，从时效性、功能性、操作性三方 面，对预制拼装盖梁工方案进行评价分析并给出各种快速施工方式实际应用条件方面的建议。分 析评价结果表明，在一般情况下横桥向的分割拼装方式是最佳施工方案，对特殊要求的施工环境，需要参考给出的评价建议选择最佳的施工技术方案。关键词：桥梁工程；盖梁；预制拼装；时效性％功能性 中图分类号：U 443. 22; P 315. 952. 2

文献标志码：A

Comparison and Analysis of Construction Method of Precast Pier Cap

GEJiping1， MEI Dele'，

(1. School

of Urban

Construction

YAN Xingfei2'3， WANG Zhtqtang4

and

Safety Engineering，Shanghai Institute

of Technology

201418，China； 2. Shanghai Urban Construction Design Research Institute，Shanghai 200125, China；3. The Industrial and Prefabricated Technical Research Center of Municipal Engineering，Shanghai 200125，China； 4. Department of Bridge Engineering，Tongii University，Shanghai 200092，China)Abstract： The existing methods

of

rapid construction

of the pier

caps

were

systematically c

prefabricated construction methods of pier cap were summarized and the detailed construction steps wereelaborated. Prefabricated assembly pier caps were analyzed and evaluated based on the US NCHRPreporting standards，in terms of timeliness，functionality and operation. As for the aspect of applicability， the practical application conditions of various rapid construction methods were given. The results ofanalysis and evaluation showed that under normal condition， the horizontal partition method ofsegmentation and assembling of pier cap was the best construction scheme. For the special requirements of the construction environment， the best construction technology program needed to be selected in the reference to the recommended evaluation method.

Key words： bridge engineering； pier caps； prefabricated assembly； timeliness； functionality

目前，桥梁预制拼装的理念正在由上部结构扩 展到下部结构，向全预制拼装桥梁方向快速发展。

预制构件的范围逐渐覆盖主梁、桥墩、桥台、基础、防撞墙等。全预制施工工艺以其施工便捷快速、质量

收稿日期$017-03-28

基金项目：国家自然科学基金项目（51408360);上海市科委工程技术研究中心建设专项（17DZ2251900)资助 作者筒介：葛继平（1979-)，男，副教授，主要研究方向为桥梁快速施工及抗震研究。E-mail: bHdgeipiiig®126. com

第1期葛继平，等：预制拼装盖梁施工方式对比分析

稳定可靠、对交通及环境影响小等特点，在欧美、日 等 已经越来越

被

[1-2]。美

研

究协同

（NCHRP)针对预制构件连接的可

：性、可检测性、耐久性，特别是在 中的表现[1]开

展了系列研究。遵循NCHRP给出的研究

，决

策出的快速施工方案代表性

：LakeBelton

Bridge^ Manette Bridge^ Hood Canal Bridge^ Alas­kan WayViaduttTunnel;日本的桥梁快速施工技

术发展较早，刘岚等[]给 的规范和分类标准，

在快速 评价

标，以及在 、施工时间、施工性能、质量

、耐久性）

、作业省力化） 等方面，做了详细对比分析评

价，对 方案的确定起到重要

。

代表性快速 ：二子

高架桥、白岩

【

、东北干线第 。这

都体现；善

的快速

建议规范，不仅在

在

方案策中起到有章可循的 ，而且为快速

的安

全性及可操作性 足的

支撑。中国代表性实

例为 嘉闵高架[3]，嘉闵高架 全预制拼装技

，使

30d现

周期的单个

浇

，缩短至现场3d 成。

，大、中、小城市

长期的规划发展问

题，城际高架快速

、环城高架成为 此

的，因此预制拼装 在未来发展 保持头[4]。 速化

过程中需要 整

分割，进而达到分

速整合的目的。

针对 内对 的研究

成系统的现状，本文系统

绍当前主

建造方法，并

通过度综合比较分析各个方法的

。

1盖梁施工方法

1.1盖梁施工方法总体分类

主要

是 荷载，本文依施工方式将分 为 大 类 ： 现 浇

、 全 制 、

制 。 现 浇

是 统

建 方 ，

为 ：

尺寸建造模板，现场浇筑成型。在 方 法继续分解，且于全预制 制的

方式。全预制 是现阶段快速

的主要方式，特

征为： （或纵向）分段（或分片）预制，现场装只对接缝进行处理，无需立模浇筑。 节段分割方式，可继

分为整体全预制、横向切分、纵

切分和纵横综合切分3类。

制

是

新的快速 方法，特征为：盖梁部分 制，

部分 现浇。按不同的预制

可细致划分为：

后浇

、

制。

在桥梁工程上，我国现阶段主流快速施工方式 可统称为. 切分全预制”，盖梁同

了

这种方式，值得探究的是横向切分方式的连接面处

。

接面不同处理方式可

切分全预

制方法继续分解为：小键齿结合拼装、大键齿结合拼 装、钢键结合拼装、牛腿结合拼装。绘制 分

类图，如图1所示。

图1

盖梁树状分类图

Fig. 1 Tree-like classification of cover beam

1.2各类盖梁施工方法简述 1.2.1 现浇式盖梁施工

传统 方式是以竣工的墩柱为基础，在墩柱

顶部进行各

，需要围栏、防坠网）

等安全措施，施工现场如图2所示。 后

分支架搭设、模板制作、钢筋绑扎） 浇筑、保湿养

护、模板拆除、支架拆除等七大步骤。

在模

板制作和保湿养护上，模板制作必须以设爿

为标

，模板

安全加固处理，防止浇 现涨模、渗漏的现象。养护是现浇方式的一个

，目的是为了

能

塑型，同时释

放水化热能量，促进结构内部集中应力的释放。

图2

现浇施工现场

Fig. 2 Casting construction site

1.2. 2 整体全预制施工

整体全预制即在预制厂内生产完整的盖梁，由 于条件，只在

情况下

。预制成的

很大，对起

运输机械的要求高，美国贝

58应用技术学报第18卷

尔顿湖大桥的整体全预制盖梁如图3所示，中小型 的 可以使此方法，但对于大跨 ，则不适

宜整

制。

图3美国贝尔顿湖大桥的整体全预制盖梁

Fig. 3

Precast pier cap of Lake Belton Bridge in USA

2014年，在上海的S6公路工程中，对两联桥梁 采用了

立

分别整

制，现

装的施工方案。主线高架桥面总宽16 m，盖梁截面采用

截面，预制

与预制立柱的连接

了灌浆

套筒连接方式，见图4。

图4 S6公路工程整体预制拼装盖梁

Fig. 4

Full prefabricated pier cap of S6 highway

1.2.3 小键齿拼装施工

小键齿拼装即采用混凝土小剪力键作为咬合和 抗剪

。

是 个

匹配的凸起和

凹槽使两连接 生

咬合力以承担剪力作

用，结构如图5所示。节段间主要依靠预应力钢筋

接，将多个

块连接成为整体，如图6所示，具

体施工步骤可见参考文献[6]。

图：小键齿结构示意图

Fig. 5

Small key tooth structure diagram

1.2.4 大键齿结合拼装工

大键齿的 与小键齿相同，优势是大剪力键内部可配筋，但 在于剪力键的分布数量和

积

，如图7所示。施工操作步骤与小键齿施

图 6

键 键 示 意图

Fig. 6

Small serration key assembly schematic

图7大键齿拼装示意图

Fig. 7

Large key tooth assembly diagram

工主要步骤相同。模板制作中，大键齿的交界面接 头一

2〜4个剪力对接头，分布

对称。

大键齿是对小键齿的补 进，有利对模板的加，对限时段架 而言，大键齿的对接相对

简单。

1. 2. 5 钢剪力键结合拼装施工

钢剪力键的应用在 已有报道，钢剪力键结如图8所示[]。

材料特性，充分发

3

剪和混凝土抗压性能。

步骤+莫板

制作，钢剪力 埋，

浇筑，运输预制节段，现

吊装， 应力钢筋，接

表面处理。钢剪力

埋

筋支架固定，在预应力钢筋完成后，对母型件的输浆孔内 水泥浆封闭空

隙，同时起到

整合

[]。

母

对应 t ，

在

对 后 的 母

间 接

要

浆，如发生不配对情况，一方面对整个 而言会产生应力集中的不良现象，另一方 致注浆渗

漏严重影响

性能。

图？钢剪力键结构示意图

Fig. 8

Steel shearing force structure diagram

1.2. 6 牛腿件结合拼装施工

牛腿 应用在 中，良好的抗剪性能原

理在桥梁工程中得到借鉴，盖梁中牛腿 不仅是

抗剪而且是吊装时的 支点，如图9所示，拼接面

上翼缘需要 应力筋。

步骤:节段预制，节段运输，节段吊装，张拉

预应力钢筋，接

表面处理。预制阶段交

模

第1期葛继平，等：预制拼装盖梁施工方式对比分析

59

图@牛腿结构拼装示意图 Fig. 9

Bracket structure diagram

板设置成牛腿造型，吊装时可以临时安放外挂节段， 同时穿插预应力钢筋，张拉并锚固[8]。直角面的牛 腿构件在张拉时需要确保3个连续垂直断面密闭， 在施工技术难度上有一定难度，可采用高压注浆结 合处理或者曲面牛腿构造处理。

高压注浆处理，利用合金小导管注射器，将水泥 浆或环氧树脂高压注射牛腿接缝，填补空隙的同时 可以粘结整合结构。曲面牛腿构造有效缩减交界面 为一个易于闭合的结构，如图10所示，但曲型构造 力学论证程序复杂，专项方案技术难度论证规格高。

图10曲面牛腿设计结构示意图

Fig. 10

Curved corbel design structure diagram

1.2. 7 分片式结合拼装施工

分片式结合拼装是沿盖梁长度方向分割成多个 片状阶段，通过横向螺杆或预应力钢筋固定，如图 11

示 *

图11分片结构示意图

Fig. 11 Slice precast structure diagram

分片的模板制作完成后，需在内部放置纵向钢 筋，纵筋由竖向持力钢筋固定间距，编织成网状整体 安放。横向锚固采用的螺杆或预应力筋间距一般为 1.5〜2.5m，主要考虑因素是片节段之间的缝隙闭 合程度，具体施工方式可见参考文献[]。1.2. 8 堆积式拼装施工

堆积式拼装要求对盖梁整体结构更为细致划 分，如图12所示。与横向切分和纵向切分的原理相 同，连接方式可用螺杆或预应力钢筋[]。这种细致 切分模块化节段的思路，是对盖梁分片预制结合的 一种改进，施工方法与分片式结合拼装相同，实际工 程的应用范围有限。

图12模块划分结构示意图 Fig. 12

Module partition structure diagram

1.2.9 后浇带式施工

后浇带方式主要应用在大型悬臂盖梁工程，如 图13所示，阴影部分后浇完成。由于外伸部分较 长，多节段拼装的方式不能保障盖梁整体性能的统 一，而采用部分连接段现浇方式，可以有效减少阶段 拼装带来的局部应力集中现象发生。同时，现浇有 良好的适应性，对安装不当产生的细微错位能够起 到弥补作用。施工步骤可见文献[1011]，主段预制时， 纵向钢筋需外伸出两侧交界面10〜20 cm，方便与 现浇段的钢筋骨架搭接。现浇阶段的模板需要搭设 支架，并设置防坠网，确保现浇场地施工安全。

图13后浇带结构示意图

Fig. 13

Schematic diagram of post-pouring belt structure

2014年，在上海的S26公路工程中，主线高架 桥面总宽32 m。由于盖梁体量较大，为方便施工， 降低吊装难度，将盖梁整体分为2个预制吊装节段 和1个后浇带，后浇带长1.5 m。

1.2. 10

外壳预制内部现浇施工

预制外壳的方式是以先预制的外壳作为现场二 次浇注的模板，在外壳安装完成后直接浇筑内部的

混凝土，可以快速实现盖梁的制作。

新加坡西海岸 Pi〇neerRoad、Tuas WestRoad 和TuasWestDrive附近的大士西延长线轨道工程 项目，采用巨型薄壁盖梁壳模结构预制，盖梁壳模 预制技术指标执行欧洲标准，在东南亚地区尚属首 例，国内尚无施工经验。分布于高架桥段，分段法预 制，分成1个中间段和2个边段，如图14、图15所 示。中间段重约120t，边段单个重约90t。在预制 场内先分段预制，达到龄期后再运输至施工现场通 过湿接缝进行悬空拼接成型，详细施工步骤见文 献 [12 ]*

外壳作用是充当模板，因而厚度和强度必须严 格控制，一般制作厚度为10 cm，以纤维混凝土作浇 筑材料。外壳完成后且在起吊之前，还需要对外壳

60应用技术学报第18卷

馈报告如表1所示，盖梁部分给出的连接时效性和 功能性的评价准则，内容详尽。上节中提到的各种 制

方法的发展阶段不同，很多方法已经达到阶段，有的

表1

图14预制外壳中间段组装

Fig. 14 Prefabricated splicing intermediate shell portion

水

TRL1TRL2TRL3TRL4

还只是可行的方案。

震区桥梁快速施工技术准备等级

Tab. 1 Seismic area bridge construction technology readinesslevel

速

提出设计理念

连接类型分析及静力试验测试连接类型成功应用于低烈度地震区分析连接构造的非弹性滞回荷载响应主要连接单元经行通过非弹性滞回荷载测试对二次连接部位进行非弹性滞回荷载测试提出或出版相关的抗震设计指南连接技术在高烈度地震地区的应用

连接形式得以完善，并用于实际的工程设计和施工

阶段定义

图1：预制外壳边段拼接

Fig. 15

Prefabricated shell edge splicing

TRL5TRL6TRL7

内部凿毛，主要目的使两次浇筑的混凝土能咬合成 整体，防止因浇 的水化热效应

Boulevard

TRL8TRL9

间不一而产生的交接裂缝。二

积大，一次性完成浇筑量，需要分层浇筑。

了

挖成槽

影响浇

较大， ，见图16。

次浇筑阶段，内部的

2.1连接的时效性评价

参考美国NCHRP 698报告的评价标准，对盖 方式进行比较，将各类 效性能作为快速 为

，不同类型的

的评价

性，参考价值高。方案评价

方 是以现浇

应用的方式

，具有切实可靠

，实际缩短

位于纽约跨越牙买加湾北海峡的CrossBay 型的方式以减轻

方式与现浇

间为控制因素，评定方式如表2所示，评价结

果如表3所示。

表2

Tab. 2

连接时效性的评分

The evaluation of the timeliness of the connection

与现浇

好很多

略好 1

相当 0

较略差-1

很-2

评分2

图 16

Fig. 16

Cross Bay Boulevard 桥盖梁

2.2连接的功能性评价

连接的功能性评价是针对有抗震设计要求提出 的4项潜在风险综合评估，NCHRP给出的.险、抗震性能、纟： 3

久性、震后

评定标准如表4所示[13]。

应用中的九种预制盖梁形式，相

应的潜在风险评价得分记录如表5所示。

凤

检测性”四项

Precast pier cap of Cross Bay Boulevard Bridge

2盖梁施工方案评价

美国NCHRP报告给出桥梁快速施工的9个技

各个部件的连接 全生命周期都含有监测反

表3

Tab. 3

术水准[1]，其内容包含

要求，在

时效性评价得分

Score of timeliness of the connect ion

全制

制

后浇带式外壳预制

束整体预制

^ ^

效性与现浇

较

2

节段预制

小

齿2

装

大

齿

装2

2

装牛腿

2

装分

1

装堆积

1

装

0

1

第1期葛继平，等：预制拼装盖梁施工方式对比分析

61

表V连接功能性的评分

Tab. 4 The functional evaluation of the connection

与现浇结构比较

好很多

略好

相当

略

很

评分

2

10

-1-2

表 5

性

分

Tab. 5

Score of functional evaluation

名称施工风险

抗震性能

耐久性

易检测性

整体预制-1

221小键齿拼装0121大键齿拼装

0121装

0121牛腿式拼装0011分

装

0-102堆积式拼装0-1-12后浇带式

0200制

0

1

00

2.3施工阶段操作性评价

施工操作性的内容依据施工场地要求、支架建 设的复杂程度、模板造型在制作过程中的难易程度、 施工对周边环境的影响程度、施工成品整体质量水 平评定，评定方式如表6所示，评价得分如表7所示。

表Y施工阶段操作性的评分Tab. 6 Operational evaluation of construction stage

与现浇结构比较

好很

略好

相当

略差 差很多评分

2

10

-1

-2

表 7 操作性 分

Tab. 7Score of operational evaluation

整

小大钢牛分堆后夕卜体键键键腿片积浇壳与现浇

预齿齿式式带

预制

拼拼拼拼拼拼制

装

装

装

装

装

装

场地要求 1

2

2

2

2

1

1

12支架难度333333323模板需求 3

3

3

3

3

3

3

13环境影响211112212成品质量0-1-1-1-1-2—300职工技术要求-200-2-200-1-1裂缝产生率

0-1-1-1-1-2-200要-2-1-1-1-100-1-1高空作业要求211112212养护周期

222222200成011110011专项方案-2-1-1-10-1-100接缝处理要求-1-2-2-2—3-2—3-2-2维护累计成本12

22

10-200细部处理难度

1

32

4635

22

2.4工程适用场合评价分析

成型方式是对施工的总体分类，对比内容只限 于概念程度区分。比较具体比较结果如表8所示， 从概念区分程度上看，半预制的施工方式兼容的现 浇方式和全预制方式的多方面优点，有效的缓解不 利因素对盖梁施工的影响。同时，半预制方式产生 了特有的弊病，并需要采用新结构、新思维去解决，

设计和施工阶段都需要创新。

节段分割方式，归属于全预制施工方式，比较内 容限定在盖梁工程规模、节段预制、节段拼装方面。 横向切分多用于大型及以上工程，纵向切分适用于 中小型工程，纵横综合切分只适用于小型工程。盖 梁节段划分考虑单节块的自重、起重机械工作极限、 拼装完成后的整体性能，对中大型工程而言，重要性 系数大，应尽量采用少分段或不分段的结构。而小 型工程偏重工作效率，保证质量前提下，施工操作简 单和快速施工成为追求目标，因此选择堆积式结合 最为适宜。

对盖梁快速施工的时效性、功能性、操作性三方 面评价累计总分结果，如表8所示，可以看出快速施 工的方式中，横向分割节段拼装中“小键齿、大键齿、 钢键式拼装”3种是最合适方式，其他快速施工模 式，需要针对具体施工特殊要求采用合适的施工 方法。

表8综合评价得分

Tab.8Score of

comprehensive evaluation名时效性

功能性操作性

总分整

制

24814小齿装24121齿装

241117装

24

1117牛腿

装2212

16

分装

1

1911堆积 装

1078

后浇

0

25

7制

11

11

13

需要说明的是本文的打分结果只是一家之言， 在工程实践中，需要根据具体条件采用专家打分的 方法进行比较，得出最佳盖梁预制拼装施工方法。

3结语

本文全面总结了预制拼装盖梁的受力特点，对

各种可能的预制拼装盖梁方案进行了分析，得出了 预制拼装盖梁的树状分类图。在此基础上对国内外

62应用技术学报第18卷

已有的预制拼装盖梁工程实例进行了介绍，对没有 工程实例的分段拼装方法进行了方案构思。为了便 于工程设计人员选择合适的盖梁拼装方法，将美国

NCHRP关于预制拼装桥墩的施工技术水准引人到

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预制拼装盖梁中，对各种预制拼装盖梁进行了全面 评价，研究方法有助于工程设计人员根据实际情况 得出最佳的预制拼装盖梁施工方案。参考美国

NCHRP的施工技术标准，我国的盖梁快速施工技

盖梁结构及施工方：CN106320162A[P]. 2017-01­

111

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7] 葛继平，梅德磊，闫兴非.采用“牛腿”构造的大型预

制拼装盖梁及施工方案：CN1063201A[P]. 2017­

术只能达到第5、第6阶段的水准，不能达到最高的 9级水准，后期的持续评估严重缺乏。所以急需根 据工程需要，全面开展拼装接缝行为的力学性能实 验研究。

盖梁快速施工虽有很大优势，但实际工程中应 用中也需要因地制宜，综合考虑环境、时效、质量、经 济等因素，制定合理施工方案。尤其在高烈度地震 频发区，拼装盖梁的抗震设计及连接技术的改进和 反馈评估十分重要。参考文献：

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