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本文摘自《建筑智能工業(yè)化》雜志2023 Vol.2

溯 源

Review

裝配式橋梁技術(shù)作為現(xiàn)代橋梁建造中的一種創(chuàng)新技術(shù)，正逐漸成為橋梁建設(shè)的重要方式之一。隨著建筑工程技術(shù)的不斷演進(jìn)和發(fā)展，裝配式橋梁技術(shù)也不斷得到改進(jìn)和升級(jí)，呈現(xiàn)出工業(yè)化、智能化、數(shù)字化的發(fā)展趨勢(shì)。預(yù)計(jì)未來(lái)裝配式橋梁技術(shù)將更加注重節(jié)能減排和環(huán)保理念，采用更多新型材料和智能控制技術(shù)，提高橋梁的使用壽命和安全性能，同時(shí)也將更加注重人性化設(shè)計(jì)，滿足城市化進(jìn)程中的多元化需求。

閱讀導(dǎo)覽

·引言

·早期橋梁中的裝配式理念（19世紀(jì)40年代前）

·近現(xiàn)代橋梁結(jié)構(gòu)的快速發(fā)展（19世紀(jì)40年代～20世紀(jì)末）

·現(xiàn)代裝配式橋梁技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

·工業(yè)化橋梁智能建造技術(shù)

·展望

淺述裝配式橋梁發(fā)展史

The Evolution of Prefabricated Bridges: A Brief History

顧奕偉    GU Yiwei

上海市城市建設(shè)設(shè)計(jì)研究總院（集團(tuán)）有限公司博士后

閆  超     YAN Chao

同濟(jì)大學(xué)建筑與城市規(guī)劃學(xué)院助理教授

1 引言

建筑工業(yè)化是伴隨著歐洲的工業(yè)革命而誕生的一種概念，隨著歐洲新建筑運(yùn)動(dòng)的興起，建筑業(yè)開(kāi)始實(shí)行構(gòu)件預(yù)制化生產(chǎn)、現(xiàn)場(chǎng)機(jī)械化裝配，這便是建筑工業(yè)化雛形的形成。隨著二戰(zhàn)的結(jié)束，西方各個(gè)國(guó)家亟需建造大量的房屋來(lái)解決住房需求，在勞動(dòng)力嚴(yán)重不足的情況下，將建筑工業(yè)化的概念運(yùn)用到生產(chǎn)實(shí)踐當(dāng)中，在大大提高了建造效率的同時(shí)彌補(bǔ)了勞動(dòng)力的不足。在我國(guó)，建筑工業(yè)化的起步較晚，目前正處于建筑工業(yè)化大力發(fā)展階段，各領(lǐng)域?qū)W者對(duì)建筑工業(yè)化的概念紛紛提出了各自的觀點(diǎn)，意思上大同小異，本文在相關(guān)學(xué)者觀點(diǎn)的基礎(chǔ)上，對(duì)建筑工業(yè)化做出如下定義：建筑工業(yè)化是指利用標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)計(jì)理念、先進(jìn)的建造技術(shù)、科學(xué)的組織管理方法進(jìn)行建筑工程的社會(huì)化大生產(chǎn)，代替?zhèn)鹘y(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)人工澆筑，將構(gòu)配件進(jìn)行工廠化生產(chǎn)，利用先進(jìn)的機(jī)械設(shè)備進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)裝配，完成建筑建設(shè)。按照工業(yè)化生產(chǎn)的方式來(lái)改造建筑業(yè)，使之逐步由社會(huì)化大生產(chǎn)替代傳統(tǒng)人工方式生產(chǎn)，形成了一個(gè)從設(shè)計(jì)、構(gòu)配件生產(chǎn)到建設(shè)施工、現(xiàn)場(chǎng)管理的完整的建筑工業(yè)體系。不僅能有效地提高生產(chǎn)效率和機(jī)械化水平，而且能很大程度地降低資源的浪費(fèi)并改善現(xiàn)場(chǎng)施工的環(huán)境。在建筑工業(yè)化的大背景下，橋梁的建造形式也逐漸地發(fā)生著改變，從傳統(tǒng)的現(xiàn)澆式生產(chǎn)方式向預(yù)制裝配式建造方式的轉(zhuǎn)變已經(jīng)成為一個(gè)必然趨勢(shì)。本文將回顧橋梁結(jié)構(gòu)從古代、近代到現(xiàn)代的發(fā)展與演變，探尋裝配式建造技術(shù)在橋梁發(fā)展史中的足跡，并淺析裝配式橋梁的發(fā)展現(xiàn)狀。

2 早期橋梁中的裝配式理念（19世紀(jì)40年代前）

橋梁是連接兩個(gè)地點(diǎn)的結(jié)構(gòu)，可以橫跨河流、山谷或道路等障礙物。橋梁是人類(lèi)文明的產(chǎn)物，橋梁的歷史可以追溯到古代文明，當(dāng)人們開(kāi)始意識(shí)到橫跨水域或山谷可以提供更好的交通運(yùn)輸以及通信時(shí)，橋梁的概念便形成了。

據(jù)眾多考古資料及專(zhuān)家學(xué)者研究推斷，最早期的橋梁可能出現(xiàn)于新石器時(shí)代中晚期（公元前 5000~ 公元前 2000 年），雖然未有明確的考古發(fā)掘的實(shí)證，但當(dāng)時(shí)的原始人類(lèi)為了改善或爭(zhēng)奪生存條件與空間，修筑了許多防衛(wèi)溝、壕溝等結(jié)構(gòu)。陜西西安發(fā)現(xiàn)了諸多此類(lèi)結(jié)構(gòu)的實(shí)物遺址，村寨周邊防衛(wèi)溝深、寬可至 5~6m，壕溝亦可達(dá)到 2m 的深度。因此可合理推斷，溝上必有橋。

另一方面，距今 7000 年左右人類(lèi)已經(jīng)可以用自己的雙手來(lái)搭建房子。浙江余姚河姆渡遺址、江蘇常州圩墩新石器時(shí)代遺址、浙江桐鄉(xiāng)羅家角遺址等地均出土了大量建造干闌式建筑的榫卯結(jié)構(gòu)（圖 1）。帶有榫卯結(jié)構(gòu)的建筑可以被認(rèn)為是最早期的裝配式建筑，其中梁柱節(jié)點(diǎn)拼接方式、企口板連接形式等仍是現(xiàn)在裝配式結(jié)構(gòu)中的研究重點(diǎn)與核心。綜上兩點(diǎn)，在新石器時(shí)代中晚期，建造帶有榫卯結(jié)構(gòu)的橋梁對(duì)當(dāng)時(shí)的人類(lèi)已經(jīng)不是難題。因而，這是能夠溯源到的最早期的裝配式橋梁結(jié)構(gòu)形式。

圖1 河姆渡遺址的榫卯結(jié)構(gòu)

在此之后，中國(guó)古代橋梁大體上經(jīng)歷了六個(gè)發(fā)展階段，分別為夏至西周共 1300 年的始創(chuàng)階段、東周至秦朝的發(fā)展階段、兩漢時(shí)期的成熟階段、晉隋唐時(shí)期的鼎盛階段、兩宋時(shí)期的全盛階段以及元明清時(shí)期的遲滯階段。由于缺乏科學(xué)理論的指導(dǎo)以及新材料的突破，古代橋梁的演進(jìn)歷史較為緩慢。整體來(lái)看，古代橋梁是以土、木、石等天然材料為主體結(jié)構(gòu)，運(yùn)用石、木、竹再到銅質(zhì)、鐵質(zhì)工具進(jìn)行建造而成的。這一時(shí)期主要誕生了木石梁橋、浮橋、索橋、拱橋形式的橋梁結(jié)構(gòu)。

虎渡橋（圖 2）位于龍?？h北溪下游，始建于南宋紹熙元年（1190年），最初為浮橋。南宋嘉定三年（1210 年），改建為木橋，命名為“通濟(jì)橋”。南宋嘉熙元年（1237 年），木橋遭大火焚毀，后改建為石梁橋，稱之為“虎渡橋”。虎渡橋是世界上最大的石梁橋，每一橋孔有 3 根石梁，據(jù)實(shí)測(cè)，最大的石梁長(zhǎng) 23.7m、寬1.7m、厚 1.9m，重達(dá) 207t。

圖2 虎渡橋

安瀾橋位于四川都江堰口，始建于北宋淳化元年（990 年），是世界上第一座多跨竹索橋。安瀾橋分 8 孔，總長(zhǎng)約 360m，最大一孔跨徑達(dá) 61m，橋?qū)?3m 有余。全橋用細(xì)竹篾編成粗 5 寸的竹索 24 根，10 根做底索上鋪木板形成橋面，2 根做壓板索，其余 12 根竹索排列于橋兩側(cè)。每隔 1~2m 設(shè)置橫木梁與豎直木條形成 U 型木框，行人與車(chē)輛可在成型木框內(nèi)通行。安瀾橋兩岸橋頭各有一橋屋，內(nèi)置絞索設(shè)備，通過(guò)木絞車(chē)絞緊底索，并用大木柱拉緊兩側(cè)扶欄索（圖 3）。

圖3 安瀾橋及絞索結(jié)構(gòu)

中國(guó)古橋中，拱橋種類(lèi)繁多，遍布全國(guó)。其中，當(dāng)屬趙州橋（圖 4）最為人們所熟知。趙州橋位于河北省趙縣城南，又名安濟(jì)橋，始建于隋朝開(kāi)皇十五年（595年）。趙州橋總長(zhǎng) 50.83m，凈跨37.02m，拱矢凈高 7.23m，是世界上現(xiàn)存年代久遠(yuǎn)、跨度最大、保存最完整的單孔坦弧敞肩石拱橋。趙州橋主拱為敞肩圓弧拱，兩側(cè)拱肩位置各設(shè)兩個(gè)對(duì)稱的小拱，可減輕結(jié)構(gòu)自重，增加流水面積。主拱和小拱采用并列砌筑工藝，券石寬度有 25~40cm不等，券石間采用腰鐵聯(lián)結(jié)加強(qiáng)橫向聯(lián)系。趙州橋結(jié)構(gòu)形式精妙，建造工藝獨(dú)特，對(duì)世界后代橋梁建筑產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的影響。

圖4 趙州橋

實(shí)際上，由于鋼筋混凝土材料尚未被發(fā)明，這一時(shí)期橋梁的主體承重結(jié)構(gòu)，無(wú)論是木梁、木柱、磚石，亦或是編織而成的竹索、鐵索等材料，均能滿足現(xiàn)今裝配式橋梁中所描述的“構(gòu)件工廠化”概念。直至 1867 年，鋼筋混凝土的問(wèn)世，才徹底顛覆了早期土木工程的建造工藝，裝配式建造方法逐漸被現(xiàn)澆施工工藝所取代。

3 近現(xiàn)代橋梁結(jié)構(gòu)的快速發(fā)展（19世紀(jì)40年代～20世紀(jì)末）

在 18 世紀(jì)和 19 世紀(jì)，工業(yè)革命的到來(lái)使得建筑材料和建造技術(shù)得到了極大的改進(jìn)，鋼材、混凝土材料等新技術(shù)的應(yīng)用使得跨度更大的橋梁得以建造，橋梁結(jié)構(gòu)進(jìn)入了現(xiàn)代化的快速發(fā)展時(shí)期。雖然裝配式建造的概念由于鋼筋混凝土材料的出現(xiàn)得到了一定程度的淡化，但這一時(shí)期橋梁結(jié)構(gòu)形式、設(shè)計(jì)理論以及建造技術(shù)等方面都取得了重要的進(jìn)展，為現(xiàn)代化橋梁工程奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，并為未來(lái)的橋梁建設(shè)以及現(xiàn)代裝配式建造技術(shù)的探索提供了更為廣闊的空間和豐富的可能性。

1850 年，英國(guó)工程師羅伯特 ·斯蒂芬森（R.Stephenson）設(shè)計(jì)建造了世界第一座用熟鐵鉚接的鋼箱梁橋布列坦尼亞橋（Britannia Bridge）；1883 年，德國(guó)工程師約翰·羅布林（JohnRoebling）設(shè)計(jì)建造的紐約布魯克林橋（Brooklyn Bridge）是一座主跨 486m 的公路懸索橋。上述兩座橋梁代表了 19 世紀(jì)鋼橋的最高成就。

1867 年鋼筋混凝土的出現(xiàn)標(biāo)志著橋梁結(jié)構(gòu)進(jìn)入到了一個(gè)嶄新的紀(jì)元。世界上第一座跨度為 16m 的鋼筋混凝土梁橋由法國(guó)工程師莫尼埃于 1875 年設(shè)計(jì)建成。由于鋼筋混凝土橋梁結(jié)構(gòu)性能優(yōu)異，養(yǎng)護(hù)方便，在 100m 以內(nèi)的中小跨徑橋梁中，鋼筋混凝土簡(jiǎn)支梁橋、帶掛孔的懸臂梁橋以及拱橋逐步替代了小跨度鋼橋，成為了世界各國(guó)橋梁建設(shè)的主流。

國(guó)內(nèi)橋梁建設(shè)在這段時(shí)期受到了西方的影響，同樣邁進(jìn)了一個(gè)全新的發(fā)展階段。1957 年，在蘇聯(lián)專(zhuān)家的幫助下，我國(guó)修建了“萬(wàn)里長(zhǎng)江第一橋”——武漢長(zhǎng)江大橋（圖 5），連接起了中國(guó)南北交通大動(dòng)脈，也是新中國(guó)第一座公鐵兩用大橋。1988 年，在同濟(jì)大學(xué)李國(guó)豪教授的大力呼吁下，上海自主建設(shè)完成了黃浦江上第一座跨江大橋——南浦大橋，促成了 20 世紀(jì) 90 年代在全國(guó)范圍內(nèi)自主建設(shè)大跨度橋梁的高潮。在此背景下，國(guó)內(nèi)橋梁正式進(jìn)入了一條創(chuàng)新與發(fā)展的道路，在橋梁結(jié)構(gòu)形式、設(shè)計(jì)理論、建造方法等方面都實(shí)現(xiàn)了跨越式的發(fā)展，中國(guó)也正式向橋梁大國(guó)邁進(jìn)。

圖5 武漢長(zhǎng)江大橋

4 現(xiàn)代裝配式橋梁技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

混凝土技術(shù)發(fā)明已有 150 多年歷史，其為建筑及城市基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)及人類(lèi)文明發(fā)展發(fā)揮了重要作用，而混凝土構(gòu)件工業(yè)化生產(chǎn)則是伴隨著歐洲的工業(yè)革命而誕生的一種概念。建筑工業(yè)化的概念運(yùn)用到生產(chǎn)實(shí)踐中，極大地提高了建造效率，并且彌補(bǔ)了勞動(dòng)力的不足，滿足了二戰(zhàn)后期西方各個(gè)國(guó)家急需建造大量房屋的需求。

相比于建筑工業(yè)化的發(fā)展，國(guó)內(nèi)橋梁結(jié)構(gòu)的工業(yè)化發(fā)展起步較慢，但時(shí)至今日，也已經(jīng)形成了一套較為成熟的橋梁工業(yè)化體系。一種典型的工業(yè)化裝配式建造橋梁（圖 6），可簡(jiǎn)單分解為基礎(chǔ)工程、下部結(jié)構(gòu)（承臺(tái)、立柱及蓋梁）、上部結(jié)構(gòu)（各種梁型）及附屬結(jié)構(gòu)（橋面鋪裝、人行道、欄桿等）等四部分內(nèi)容。

圖6 典型工業(yè)化裝配式建造橋梁工程

橋梁上部結(jié)構(gòu)的裝配化技術(shù)發(fā)展較早，法國(guó)于 20 世紀(jì) 30 年代最先開(kāi)展了對(duì)于裝配式混凝土橋梁的設(shè)計(jì)與建造技術(shù)的探索。受到二戰(zhàn)的影響，裝配式橋梁技術(shù)的發(fā)展一度停滯，但由于全世界面臨大量的戰(zhàn)后重建需求，鋼材奇缺，一些傳統(tǒng)采用鋼結(jié)構(gòu)的工程都以預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)替代，很大程度上推動(dòng)了預(yù)應(yīng)力理論和技術(shù)的突破，也帶動(dòng)了裝配式橋梁技術(shù)的全面發(fā)展與應(yīng)用。

4.1.1 節(jié)段預(yù)制拼裝橋梁

1946 年，法國(guó)著名結(jié)構(gòu)工程師、“預(yù)應(yīng)力之父”尤金·弗雷西內(nèi)（Eugène Freyssinet）設(shè)計(jì)完成了世界首座節(jié)段預(yù)制拼裝橋梁——盧贊西橋（Ponte de Luzancy）（圖 7）。盧贊西橋跨度 55m，采用節(jié)段預(yù)制 + 高強(qiáng)度鋼索張拉技術(shù)，橋梁主體（圖 8）在工廠分段預(yù)制完成，在現(xiàn)場(chǎng)通過(guò)橋架吊裝連接（圖 9）。盧贊西橋無(wú)需腳手架的吊裝施工技術(shù)，對(duì)于當(dāng)時(shí)的混凝土橋梁建造是革命性的技術(shù)突破，也代表了“預(yù)制 + 預(yù)應(yīng)力”工法的誕生。

圖7 盧贊西橋（Ponte de Luzancy）

圖8 盧贊西橋主梁預(yù)制構(gòu)件

圖9 盧贊西橋吊裝施工

1952 年，在紐約謝爾登附近，F(xiàn)reyssinet 公司設(shè)計(jì)了一座單跨橋梁，該橋采用縱向分段拼裝，并首次采用了匹配預(yù)制法（match-casting）。匹配預(yù)制工法的誕生，使得預(yù)制拼裝節(jié)段梁技術(shù)真正地得到了廣泛的推廣與應(yīng)用。此后，預(yù)制拼裝節(jié)段梁技術(shù)在此基礎(chǔ)上又得到了進(jìn)一步的發(fā)展與改進(jìn)。1962 年， 讓·穆勒（Jean Muller）改進(jìn)了梁段匹配預(yù)制施工工藝，在位于巴黎南部塞納河上的舒瓦西勒魯瓦橋（Choisy-Le-Roi Bridge）中，首次采用環(huán)氧樹(shù)脂膠連接了匹配預(yù)制的梁段，并首次采用長(zhǎng)線法進(jìn)行節(jié)段預(yù)制；1965 年，第一座采用短線法進(jìn)行節(jié)段預(yù)制的橋梁由讓·穆勒設(shè)計(jì)，位于法國(guó)皮埃爾 - 貝尼特（Pierre-Bénite），橫跨羅納河（Rh?ne River）， 主跨 84m；1971 年， 法國(guó)Alpine 高速公路 10 座高架橋上首次實(shí)現(xiàn)了預(yù)制箱梁的工業(yè)化應(yīng)用，并且在節(jié)段接縫間首次采用了多重剪力鍵。1950~1970年代，隨著工業(yè)化水平的不斷提升，預(yù)制節(jié)段施工技術(shù)很快在世界范圍內(nèi)得到了推廣應(yīng)用（圖 10）。

圖10 預(yù)制節(jié)段梁技術(shù)發(fā)展

節(jié)段預(yù)制拼裝技術(shù)在我國(guó)的應(yīng)用始于 20 世紀(jì) 60 年代，成昆鐵路舊莊河一號(hào)橋首次采用了節(jié)段預(yù)制、懸臂拼裝施工法；孫水河四號(hào)橋等幾座橋采用節(jié)段預(yù)制、逐跨拼裝施工法。1977 年 11月西延鐵路狄家河橋（4×40m 連續(xù)梁）完成頂推架梁，該橋是國(guó)內(nèi)首次采用頂推法架設(shè)的節(jié)段預(yù)制膠拼橋梁。由于受當(dāng)時(shí)施工條件的限制，早期的應(yīng)用效果并不理想，此后，節(jié)段預(yù)制拼裝技術(shù)在國(guó)內(nèi)發(fā)展緩慢。經(jīng)過(guò)多年對(duì)國(guó)外節(jié)段預(yù)制拼裝技術(shù)的借鑒、消化、吸收及創(chuàng)新后，直到 1990 年，福建洪塘大橋才再次采用節(jié)段預(yù)制逐孔拼裝施工技術(shù)。1994 年，鄖陽(yáng)漢江公路大橋順利完工，該橋?yàn)槲覈?guó)第一次采用專(zhuān)用三角吊機(jī)進(jìn)行節(jié)段箱梁懸臂拼裝施工，這是針對(duì)拼裝技術(shù)在機(jī)械設(shè)備上的進(jìn)一步發(fā)展。1997年建成的湘江鐵路大橋（61.65m+7×96m+61.65m 連續(xù)梁、節(jié)段預(yù)制懸臂拼裝法施工、現(xiàn)澆濕接縫）是我國(guó)首次采用專(zhuān)用移動(dòng)式拼裝支架進(jìn)行節(jié)段懸臂拼裝施工。進(jìn)入 21 世紀(jì)以后發(fā)展速度加快，2001 年竣工的上海至江蘇嘉瀏河高速公路的瀏河大橋，為首次采用特制移動(dòng)式預(yù)制節(jié)段架橋機(jī)拼裝施工技術(shù)的體外預(yù)應(yīng)力混凝土簡(jiǎn)支梁。2004 年竣工的上海滬閔高架橋二期高架道路工程，全長(zhǎng) 5.4km，為采用預(yù)制節(jié)段架橋機(jī)拼裝施工技術(shù)的體外預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋。在國(guó)內(nèi)首次采用短線法生產(chǎn)寬節(jié)段，同時(shí)該工程中引進(jìn) 1600t 型架梁設(shè)備來(lái)拼裝節(jié)段，體現(xiàn)了我國(guó)高架道路工程設(shè)計(jì)及施工技術(shù)的進(jìn)步和發(fā)展，并為后續(xù)工程采用預(yù)制拼裝提供了工程借鑒和技術(shù)支持（圖 11）。

圖11 節(jié)段預(yù)制梁橋

4.1.2 橫向分片預(yù)制梁

橫向分片預(yù)制梁是另一種常見(jiàn)的橋梁上部結(jié)構(gòu)預(yù)制形式，包括有預(yù)制空心板梁、預(yù)制混凝土 T 梁、預(yù)制混凝土小箱梁等多種截面形式，在世界范圍內(nèi)的市政、公路以及鐵路橋梁中應(yīng)用廣泛。

預(yù)制空心板梁（圖 12）是發(fā)展最早的橋梁上部結(jié)構(gòu)預(yù)制形式，在國(guó)外，裝配式空心板梁橋主要應(yīng)用于交通繁忙的公路和鐵路橋上。采用多片式預(yù)制板梁可實(shí)現(xiàn)橋梁上部結(jié)構(gòu)現(xiàn)場(chǎng)的快速架設(shè)安裝。20 世紀(jì) 90 年代前，裝配式空心板梁橋的橫向連接構(gòu)造主要采用混凝土鉸縫連接形式，并曾一度在國(guó)內(nèi)橋梁工程中廣泛應(yīng)用。然而近年來(lái)，國(guó)內(nèi)早期空心板橋開(kāi)裂、滲水等病害十分突出。因而，隨著橋梁設(shè)計(jì)與建造技術(shù)的發(fā)展，空心板梁橋的接縫構(gòu)造也得到不斷的優(yōu)化改進(jìn)，國(guó)內(nèi)一些地方標(biāo)準(zhǔn)圖中已取消裝配式空心板梁的“小鉸縫”橫向連接，或?qū)M向連接由鉸接優(yōu)化為剛接，使得裝配式空心板梁至今仍是我國(guó)中小跨徑橋梁的重要組成部分。

圖12 預(yù)制空心板梁橋截面形式

與空心板梁相比，預(yù)制混凝土 T 梁（圖 13）保留了空心板梁建筑高度低、施工方便、經(jīng)濟(jì)性好等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)避免了鉸接縫的常見(jiàn)病害，具有較好的綜合性能。2000 年以后，吉林、安徽、山西、浙江、內(nèi)蒙古等地方省市針對(duì)預(yù)制預(yù)應(yīng)力混凝土 T 梁開(kāi)展了研究，相關(guān)成果也成功應(yīng)用于諸多工程項(xiàng)目。在國(guó)外，一些創(chuàng)新型的 T 梁結(jié)構(gòu)形式在近年來(lái)也被提出并得到了應(yīng)用，如美國(guó)提出的 Bulb T 梁，日本采用的節(jié)段預(yù)制裝配式 T 梁，以及超高性能混凝土預(yù)制雙 T 梁等。

圖13 預(yù)制混凝土 T 梁橋截面形式

預(yù)制混凝土小箱梁（圖 14）是另一種常見(jiàn)的裝配式橋梁上部結(jié)構(gòu)預(yù)制構(gòu)件，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)指標(biāo)較低、結(jié)構(gòu)豎向剛度較大、抗扭性能較好的特點(diǎn)。我國(guó)于 1995 年完成了第一版《裝配式部分預(yù)應(yīng)力混凝土組合矮箱梁通用圖》的設(shè)計(jì)。經(jīng)過(guò)二十余年的發(fā)展，目前小箱梁通用圖已經(jīng)發(fā)展為交通部通用圖，并在全國(guó)市政和公路橋梁上廣泛應(yīng)用。

圖14 預(yù)制混凝土小箱梁

除上述幾種形式的裝配式橋梁上部結(jié)構(gòu)預(yù)制形式外，還有諸如預(yù)制混凝土大箱梁、裝配式鋼 - 混凝土組合梁、鋼梁橋以及 UHPC梁等多種結(jié)構(gòu)形式也已經(jīng)得到了諸多工程應(yīng)用，由于篇幅限制這里不再一一展開(kāi)。整體而言，橋梁上部結(jié)構(gòu)的工業(yè)化裝配化起步較早，現(xiàn)如今已經(jīng)形成了較為成熟的設(shè)計(jì)方法、建造技術(shù)以及工業(yè)化體系。

4.2 下部結(jié)構(gòu)

裝配式外圍護(hù)體系的技術(shù)推演是建筑表皮體化過(guò)程的縮影。這一過(guò)程的起點(diǎn)是現(xiàn)代橋墩、橋臺(tái)和基礎(chǔ)三部分構(gòu)成橋梁下部結(jié)構(gòu)，它們的主要作用是承受上部結(jié)構(gòu)傳來(lái)的荷載，并通過(guò)基礎(chǔ)將此荷載及本身自重傳遞到地基上。相比于上部結(jié)構(gòu)，橋梁下部結(jié)構(gòu)的工業(yè)化裝配化發(fā)展起步較晚。

20 世紀(jì) 70 年代，歐美日等國(guó)家和地區(qū)首先開(kāi)始了預(yù)制拼裝下部結(jié)構(gòu)的實(shí)際工程應(yīng)用。1971 年，美國(guó)得克薩斯州首次引入節(jié)段預(yù)制拼裝橋墩，用于 Corpus Christi 城跨越 JFK 堤道公路橋。節(jié)段預(yù)制拼裝施工技術(shù)將大部分的施工作業(yè)由現(xiàn)場(chǎng)轉(zhuǎn)移到預(yù)制工廠，極大地提高了施工效率，縮短了施工工期，顯著降低了對(duì)既有交通的影響和對(duì)周邊生態(tài)環(huán)境的沖擊。早期的節(jié)段預(yù)制拼裝下部結(jié)構(gòu)構(gòu)件之間通常采用有黏結(jié)或無(wú)黏結(jié)后張預(yù)應(yīng)力筋連接的方式，并配合使用現(xiàn)澆混凝土濕接縫、砂漿填充壓密接縫或環(huán)氧膠接縫。但由于對(duì)節(jié)段預(yù)制拼裝橋梁下部結(jié)構(gòu)的抗震性能缺乏研究，以及沒(méi)有可供參考的設(shè)計(jì)規(guī)范，美國(guó)僅在非地震區(qū)或低烈度區(qū)使用這種結(jié)構(gòu)。

2000 年，美國(guó)各州公路工作者協(xié)會(huì)（AASHTO）成立了技術(shù)小組專(zhuān)門(mén)研究預(yù)制橋梁構(gòu)件和體系，并提出了普通鋼筋連接器連接，灌漿導(dǎo)管連接，后張預(yù)應(yīng)力連接，插槽式連接及承插式連接等各種可靠且方便使用的連接形式，最終形成了一整套快速橋梁施工技術(shù)。近年來(lái)，為了將節(jié)段預(yù)制拼裝橋梁下部結(jié)構(gòu)推廣至中震甚至高震區(qū)，眾多學(xué)者對(duì)如何提高其抗震性能展開(kāi)了系統(tǒng)的研究。隨著研究的深入，美國(guó)各地預(yù)制拼裝橋梁下部結(jié)構(gòu)項(xiàng)目也不斷開(kāi)展，預(yù)制承臺(tái)，橋臺(tái)，墩柱，蓋梁及相鄰預(yù)制節(jié)段的連接技術(shù)得到了很大程度的推廣，并制定出了關(guān)于橋墩預(yù)制和施工的詳細(xì)手冊(cè)，用于指導(dǎo)快速橋梁施工建造。美國(guó)有代表性的節(jié)段預(yù)制拼裝橋梁下部結(jié)構(gòu)如表 1 所示。

表1 美國(guó)有代表性的節(jié)段預(yù)制拼裝橋梁下部結(jié)構(gòu)

我國(guó)于 20 世紀(jì) 90 年代初開(kāi)始了預(yù)制拼裝墩柱的研究，早期的工程項(xiàng)目主要集中在跨?；蚩缃瓨蛄褐?。東海大橋 3 標(biāo)段非通航孔 70m 連續(xù)梁段，除島墩現(xiàn)澆外，其余均為預(yù)制拼裝墩柱，墩柱截面均為矩形薄壁空心墩；杭州灣跨海大橋中北引橋、南引橋除個(gè)別高墩外，均采用了預(yù)制拼裝墩柱；上海長(zhǎng)江大橋 105m和 70m 跨的墩柱采用了預(yù)制拼裝技術(shù)；港珠澳大橋 CB05 標(biāo)非通航孔橋承臺(tái)墩身均采用工廠化預(yù)制生產(chǎn)；此外，舟山金塘大橋非通航孔間墩柱也采用了預(yù)制拼裝技術(shù)，降低了施工難度和風(fēng)險(xiǎn)。這些工程都采用了現(xiàn)澆濕接縫接頭連接預(yù)制墩身的做法，需要等待混凝土凝固，制約了建設(shè)速度的提升，不利于在城市橋梁下部結(jié)構(gòu)建造中推廣采用。

2000 年開(kāi)始，上海市城市建設(shè)設(shè)計(jì)研究總院（集團(tuán)）有限公司聯(lián)同建設(shè)單位、施工單位和科研院校基于國(guó)際預(yù)制裝配技術(shù)的創(chuàng)新趨勢(shì)，開(kāi)展了大量全預(yù)制裝配式橋梁技術(shù)的系統(tǒng)研究，尤其是灌漿套筒、灌漿金屬波紋管為主的橋梁下部結(jié)構(gòu)預(yù)制裝配技術(shù)，并于 2012 年在上海 S6 公路工程中首次進(jìn)行了橋梁預(yù)制裝配的試驗(yàn)性應(yīng)用，2014 年在上海嘉閔高架（G2~S6）工程中實(shí)際工程中加以推廣和應(yīng)用，取得了非常好的綜合效益。目前國(guó)內(nèi)興起了預(yù)制裝配橋梁結(jié)構(gòu)研究熱潮，各個(gè)機(jī)構(gòu)科研人員開(kāi)發(fā)并測(cè)試了大量預(yù)制橋墩連接形式包括灌漿套筒、灌漿金屬波紋管、承插式、插槽式、預(yù)應(yīng)力連接、螺栓法蘭連接、濕接縫（含 UHPC 濕接縫）等多種形式（圖 15）。

圖15 部分預(yù)制裝配連接形式 左：灌漿套筒連接；右：節(jié)段預(yù)制 + 預(yù)應(yīng)力連接

與此同時(shí)，國(guó)內(nèi)預(yù)制拼裝蓋梁的研究和應(yīng)用同樣突飛猛進(jìn)。目前蓋梁預(yù)制裝配方式主要有整體預(yù)制，下層預(yù)制、上層現(xiàn)澆，橫向分段濕接縫連接和橫向分段懸臂膠接拼裝等幾種（圖 16）。隨著城市的快速發(fā)展，蓋梁的預(yù)制裝配，尤其是大懸臂、大噸位蓋梁的預(yù)制裝配可以大幅改善蓋梁施工過(guò)程中對(duì)環(huán)境及現(xiàn)狀交通的影響，其經(jīng)濟(jì)、技術(shù)優(yōu)勢(shì)也逐漸在工程應(yīng)用中得以體現(xiàn)。

圖16 各種預(yù)制蓋梁拼裝模式 左：整體預(yù)制蓋梁（上海 S6 工程）；右：分段懸臂拼裝預(yù)制蓋梁（上海 S26 工程）

橋臺(tái)是橋梁與兩端道路接坡的過(guò)渡，一座橋梁無(wú)論多長(zhǎng)，橋臺(tái)只有兩個(gè)，因此橋臺(tái)在一座橋梁的施工工程量所占比例很小。目前針對(duì)橋臺(tái)的預(yù)制結(jié)構(gòu)研究較少，但在少數(shù)施工條件惡劣或者橋臺(tái)施工的路權(quán)控制嚴(yán)格的情況下，采用預(yù)制橋臺(tái)也有一定現(xiàn)實(shí)意義。上海 S7 公路Ⅰ-4 標(biāo)首次在國(guó)內(nèi)開(kāi)展了預(yù)制橋臺(tái)應(yīng)用，主線橋臺(tái)長(zhǎng)約 14m，高約 3.5m，重達(dá) 200 余 t。預(yù)制橋臺(tái)臺(tái)帽與樁基之間采用型鋼插槽式連接。橋臺(tái)預(yù)制時(shí)，將耳墻先行單獨(dú)水平預(yù)制，再作為端模與構(gòu)件主體二次澆筑連成整體。

4.3 附屬結(jié)構(gòu)

隨著技術(shù)的發(fā)展，橋梁裝配化程度不斷提升，目前，預(yù)制拼裝橋梁技術(shù)已由主體結(jié)構(gòu)推廣至附屬結(jié)構(gòu)。國(guó)內(nèi)外已在預(yù)制防撞墻、擋土墻等橋梁附屬結(jié)構(gòu)上進(jìn)行了一些嘗試。

防撞墻是設(shè)置于橋面兩側(cè)或中央用于阻擋車(chē)輛的碰撞，防止車(chē)輛駛出橋面等安全保障的構(gòu)件。防撞墻由于預(yù)埋件多、空間尺寸狹長(zhǎng)、線形復(fù)雜，現(xiàn)場(chǎng)施工質(zhì)量往往不盡如人意。通過(guò)在預(yù)制廠加工防撞墻構(gòu)件，既保證了防撞墻的質(zhì)量和外觀，又加快了施工進(jìn)度，更直接提升了橋梁的整體美觀程度。預(yù)制防撞墻通常有三種類(lèi)型，即整體預(yù)制、分段預(yù)制和部分預(yù)制。

整體預(yù)制防撞墻省去了現(xiàn)場(chǎng)繁瑣的接縫構(gòu)造，形成流暢的道路邊線，但預(yù)制主梁與防撞墻連成整體的構(gòu)件重量增大，使構(gòu)件運(yùn)輸、吊裝的成本相應(yīng)增加，因而適用于跨徑較小的預(yù)制梁。分段預(yù)制防撞墻即將防撞墻與主梁分別預(yù)制后運(yùn)輸至現(xiàn)場(chǎng)完成拼接。分段預(yù)制防撞墻構(gòu)件尺寸較小，施工操作靈活方便，與傳統(tǒng)的現(xiàn)澆施工相比可加快施工進(jìn)度。分段預(yù)制防撞墻現(xiàn)場(chǎng)施工拼裝要求的精度較高。部分預(yù)制防撞墻即將預(yù)制防撞墻外側(cè)掛板在工廠中預(yù)制后運(yùn)輸至現(xiàn)場(chǎng)安裝，再在內(nèi)側(cè)現(xiàn)澆鋼筋混凝土，連接成整體。預(yù)制防撞墻外側(cè)掛板的尺寸較小，施工操作靈活方便。防撞墻外側(cè)省去了模板，外表面美觀，但現(xiàn)場(chǎng)工作量與現(xiàn)澆防撞墻差別不大（圖 17）。

圖17 預(yù)制防撞墻

5 工業(yè)化橋梁智能建造技術(shù)

21 世紀(jì)以來(lái)，新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革正在孕育興起，以數(shù)字化、智能化為特征的第四次工業(yè)革命的到來(lái)，推動(dòng)了橋梁工程技術(shù)不斷向工業(yè)化、數(shù)字化、智能化升級(jí)，助力我國(guó)從“橋梁大國(guó)”向“橋梁強(qiáng)國(guó)”邁進(jìn)。

在裝配式橋梁建造領(lǐng)域，集成了大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、智能傳感、機(jī)器人等信息化、數(shù)字化技術(shù)以及自動(dòng)化管理的智慧工廠，已經(jīng)成為了橋梁預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)基地的發(fā)展與轉(zhuǎn)型方向。智能檢測(cè)機(jī)器人、智能鋼筋彎折機(jī)、自動(dòng)焊接機(jī)器臂等智能化設(shè)備的開(kāi)發(fā)與運(yùn)用已經(jīng)成為了智能建造行業(yè)內(nèi)的研究熱點(diǎn)，部分橋梁預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)基地目前已經(jīng)試點(diǎn)投產(chǎn)了智能建造設(shè)備（圖 18），在提高生產(chǎn)效率、節(jié)約人工的同時(shí)也進(jìn)一步提升了預(yù)制構(gòu)件的生產(chǎn)精度與產(chǎn)品質(zhì)量。

圖18 智能建造設(shè)備 上：鋼筋智能下料機(jī)器人；下：鋼筋自動(dòng)焊接機(jī)器臂

預(yù)計(jì)未來(lái)，裝配式橋梁智能建造基地將更注重智能化和低碳化，系統(tǒng)性地融合硬件感知系統(tǒng)、制造執(zhí)行系統(tǒng)以及企業(yè)資源計(jì)劃的管理平臺(tái)，搭建智能化預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)流水線。結(jié)合可再生能源與低碳環(huán)保材料，未來(lái)裝配式橋梁智慧工廠將進(jìn)一步減少橋梁建設(shè)過(guò)程中對(duì)環(huán)境的污染和浪費(fèi)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化、精細(xì)化以及環(huán)境可持續(xù)性的橋梁工業(yè)化智能建造解決方案。

6 展望

裝配式橋梁技術(shù)作為現(xiàn)代橋梁建造中的一種創(chuàng)新技術(shù)，正逐漸成為橋梁建設(shè)的重要方式之一。隨著建筑工程技術(shù)的不斷演進(jìn)和發(fā)展，裝配式橋梁技術(shù)也不斷得到改進(jìn)和升級(jí)。從最初榫卯結(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)單拼裝，到現(xiàn)代的智能化、數(shù)字化裝配技術(shù)，再到面向未來(lái)的綠色環(huán)保型裝配式橋梁技術(shù)，體現(xiàn)了不斷面向可持續(xù)發(fā)展的營(yíng)造價(jià)值觀。預(yù)計(jì)未來(lái)裝配式橋梁技術(shù)將更加注重節(jié)能減排和環(huán)保理念，采用更多新型材料和智能控制技術(shù)，提高橋梁的使用壽命和安全性能，同時(shí)也將更加注重人性化設(shè)計(jì)，滿足城市化進(jìn)程中的多元化需求。

圖片來(lái)源：

圖1 項(xiàng)海帆 . 中國(guó)橋梁史綱 . 上海：同濟(jì)大學(xué)出版社，2009.

圖2 https://baijiahao.baidu.com/s?id=1672572408275836988

圖3 http://www.mysf.org.cn/detail/index.html?id=691&aid=1470

圖4 https://www.meipian.cn/2d6zm18v

圖5 https://bbs.oneplus.com/thread/4516452？mod=viewthread&tid=4516452

圖6 裝配式橋梁技術(shù)實(shí)踐與探討 . 作者改繪

圖7-9 https://www.douban.com/note/695825116

圖10 Walter Podolny, Jr., Jean M. Muller. Construction and Design of Prestressed Concrete Segmental Bridges, John Wiley & Sons , 1982.

圖11-18 上海市城市建設(shè)設(shè)計(jì)研究總院（集團(tuán)）有限公司拍攝