王留锋

（郑州市水利建筑勘测设计院，河南 郑州 450000）

1 引言

与陆地桥梁相比，深水桥梁所处施工环境更为复杂和恶劣，例如需要面临波浪、波流等时变荷载和地震作用的威胁，且难以进行大量的混凝土浇筑工作，这均导致深水桥墩的施工难以采用传统的现浇模式。预制拼装桥墩可以很好地解决深水桥梁下部结构施工困难、全年有效施工时间短等问题。基于此，目前的跨海桥梁下部结构均选用预制拼装桥墩，桥墩的墩身在工厂中预制，可将墩身分为一个或多个节段，方便施工运输与吊装，现场仅需浇筑少量混凝土即可将墩身拼装成整体。

王景全等将预制桥墩按照其在地震作用下的受力特征划分为等同现浇预制拼装桥墩和非等同现浇预制拼装桥墩。其中，等同现浇预制拼装桥墩通过现场进行一定量的湿作业将桥墩拼装成整体，该类桥墩在地震作用下表现为墩底出现塑性铰，目前常用的等同现浇预制拼装桥墩的接缝接头施工方法有：现浇湿接缝、灌浆波纹管、灌浆套筒、承插式等。非等同现浇预制拼装桥墩的接缝为干接缝，通过预应力筋将桥墩节段拼装成整体，该类桥墩在地震作用下表现为底部接缝张口，且桥墩在预应力筋的拉力作用下能够实现自动复原，该类桥墩也可称为自复位预制拼装桥墩（以下均称为自复位预制拼装桥墩）。现有研究结果表明，自复位预制拼装桥墩在地震作用下墩身损伤及震后残余位移小，有利于实现桥梁结构的震后快速修复。

目前，深水桥墩接缝采用的施工方法均为等同现浇。然而，施工更为方便且抗震性能更好的非等同现浇预制拼装桥墩在深水领域的应用却鲜有报道。文章总结了深水领域预制拼装桥墩的工程应用实例，对两种桥墩在深水领域的应用前景进行了分析和展望。

2 工程应用实例

2005年，中国建造了首座跨海大桥，即中国东海大桥，如图1（a）所示。该跨海大桥引桥部分的下部结构采用群桩高承台的结构形式。受吊装能力的约束，高度〈12m的桥墩采用整体预制，高度〉12m的桥墩分为两部分，下部桥墩节段采用工厂预制，上部桥墩节段采用现浇的施工工艺。桥墩预制节段与承台之间的连接采用现浇湿接缝，即受力纵筋焊接，并在外围后浇混凝土。该种建造方式虽较为繁琐，但该连接接头的预制拼装桥墩在地震作用下的性能表现与现浇桥墩差异较小。此外，由于该桥墩的接头连接技术较为成熟，现浇湿接缝也在杭州湾大桥和上海长江大桥中有所应用，如图1（b）～（c）。

图1 等同现浇预制拼装桥墩体系在跨海桥梁中的应用实例图

港珠澳大桥非通航段所处区域泥沙含量较高，采用群桩基础的阻水率过大。因此，在非通航区域桥梁的下部结构采用深水桥墩的方案。港珠澳大桥首次尝试将干接缝接头应用于预制拼装桥墩中，桥梁下部结构的基础、墩身以及盖梁均于工厂预制，如图2所示。其中，墩身的下部节段与基础预制为一体，通过张拉精轧螺纹筋将各个节段预压成整体。为提高桥墩整体的耐久性，将接缝设置于浪溅区以上，且桥墩置于水体部分的钢筋均采用防腐钢筋。值得说明的是，虽然港珠澳大桥墩身采用了干接缝的施工工艺，但其仍属于等同现浇预制拼装桥墩，即该桥墩在地震作用下仍然表现为墩底出现塑性铰。

3 等同现浇预制拼装桥墩在深水领域的应用展望

现浇湿接缝虽操作繁琐，但因其工艺成熟、质量可控以及抗震性能与传统固结桥墩相近等优势而被多数设计者所采用。然而，该方法因施工工艺的限制在低承台深水桥墩领域难以推广，且大量的后浇混凝土会使新老混凝土结合的问题突出。此外，对于市政工程中采用的灌浆套筒、灌浆波纹管等施工工艺也难以应用于跨海大桥，主要原因为上述接缝的施工方法均为隐蔽工程，目前的技术手段难以对其可靠性进行检测。另一方面，上述施工工艺虽能使桥墩的抗震性能表现较为良好，但由于节段需要预留较长的锚固钢筋，使得墩身的预制长度有所限制。

基于此，对于等同现浇预制拼装桥墩来说，提出一种连接可靠、施工步骤简单、抗震性能与传统固结桥墩类似的节点形式尤其重要。周兴林结合湿接缝和干接缝的性能优势，提出了直螺纹接头和锥套紧锁钢筋接头的湿接缝方案，上述两种方法安全可靠、施工便捷，能有效降低钢筋直径，且在造价方面优于灌浆套筒。

4 自复位预制拼装桥墩在深水领域的应用展望

中国是世界上地震频发的国家之一，在桥梁结构正常运营的过程中很可能遭受地震的威胁。然而，等同现浇桥墩在地震作用下墩身损伤及残余位移较大，震后修复花费代价高甚至难以修复。因此，对于重要性系数较高的深水桥梁应探索一种能够实现震后快速修复或无须修复的桥墩结构。

自复位预制拼装桥墩在地震作用下损伤及震后残余位移较小，此外，采用高性能材料可进一步提高桥墩整体的融损能力，降低墩身质量，方便吊装。例如王震提出一种自复位UHPC预制拼装空心墩，通过拟静力试验发现桥墩的损伤主要集中于保护层，核心区基本没有损伤。上述讨论均表明自复位预制拼装桥墩具有应用于深水桥梁等重要基础设施的优势，尤其是可以尝试在低承台深水桥墩领域应用。然而，将自复位预制拼装桥墩体系应用于深水领域有以下三个问题亟须解决，后续有关自复位预制拼装桥墩的研究建议在这三个方面进行开展：首先，自复位预制拼装桥墩由预应力筋拼装成整体，预应力锚固体系在桥梁整个生命周期内的可靠性及预应力筋预压力的时变性目前尚无可以参考的相关依据；第二，由于桥墩在侧向力作用下会出现刚体转动，其侧向刚度小于传统的固结桥墩，深水环境下桥墩需要承受波浪和波流的作用，如何提高桥墩整体的抗侧刚度以及其是否满足深水桥墩正常使用极限状态的要求还需进一步考察；第三，自复位预制拼装桥墩在开启摇摆后会改变其自振周期，以避免产生共振，从而控制地震响应。因此，自复位预制拼装桥墩实际上属于一种隔振体系，地震动水压力对该桥墩体系地震响应的影响目前仍然属于空白。

5 结语

由于深水施工环境的影响，预制拼装桥墩在深水领域具有显著的应用优势。首先总结了目前中国实际工程中采用预制拼装桥墩的跨海大桥，并对上述施工方法进行了分析和探讨。然后，分别讨论了等同现浇预制拼装桥墩与非等同现浇预制拼装桥墩在深水领域的应用前景，并对该领域值得进一步深入研究的方向进行了建议。