张凯迪, 贾俊峰,, 程寿山, 樊 平, 庞 伟， 周述美

(1.北京工业大学城市与工程安全减灾教育部重点实验室, 北京 100124；2.旧桥检测与加固交通行业重点实验室(北京), 北京 100088；3.中国市政工程西北设计研究院有限公司, 兰州 730099；4.中国建筑第八工程局有限公司, 上海 200112)

随着经济快速发展和人们对生产生活水平要求的提高，传统桥梁建造方式已不能满足当今社会需要. 当前，桥梁建设除了需满足建成后结构的安全性、适用性、经济性和美观性，还需考虑桥梁全生命周期的耐久性能. 桥梁快速建造技术(accelerated bridge construction, ABC)可以实现桥梁建设的标准化设计、工厂化预制、机械化运输和装配化施工，并结合智能化和信息化技术，实现桥梁建设的全预制装配建造，具有现场施工速度快、对环境干扰小、结构建造质量高、施工安全性高等诸多优势，达到一定规模后具有较好的经济性，受到国内外广泛关注. 2016年，国务院办公厅发布《关于大力发展装配式建筑的指导意见》，提出力争用10年左右的时间，使装配式建筑占新建建筑面积的比例达到30%. 上海等省市也针对交通基础设施工业化建造发布了相应的推广要求和激励措施. 装配式桥梁已在全国范围内10余个省市得到广泛关注和示范推广. 住建部和交通运输部等也相继发布多部装配式建筑及桥梁结构相关技术规范，极大推动装配式建筑的工程应用推广.

预制装配式桥梁下部结构各预制构件之间的连接技术、力学性能及架设技术是制约全预制装配式桥梁工程实践的关键因素. 预制构件连接主要包括预制墩柱与基础/承台、预制盖梁以及预制墩柱节段之间的连接. 不同连接技术条件下预制装配桥墩的力学行为、抗震能力、损伤机理以及破坏模式具有显著区别，其抗震性能目标、设计方法仍在不断完善中. 目前，预制桥墩按抗震性能可分为等同现浇和非等同现浇预制桥墩. 非等同现浇预制桥墩指采用预应力筋连接各预制节段，具有较好的自复位能力，附加耗能构件后可实现较好的耗能能力，但其在国内的工程应用仍需进一步推进. 等同现浇预制桥墩具有与现浇桥墩相近的抗震性能，其包括灌浆套筒连接、灌浆波纹管连接、承插式连接、插槽式连接和现浇湿接缝连接等多种连接方式. 其中，插槽式连接和现浇湿接缝连接对施工精度要求低、施工工艺简单，在我国早期的预制桥墩实践中被大量应用，但现场湿作业较多，快速施工的优势较其余连接类型有较大的差距. 而灌浆套筒连接、灌浆波纹管连接和承插式连接具有与现浇桥墩相近的抗震性能，且现场湿作业少、施工速度快，从而受到业主的青睐，在国内被广泛应用. 因此，本文主要以灌浆套筒、灌浆波纹管和承插式连接等3种连接方式为主，介绍预制装配桥墩连接技术特点及研究进展，在此基础上总结相关技术在国内外预制装配桥墩中的应用概况及典型工程案例，基于国内外装配式桥墩研究和工程实践现状，分析预制装配式桥墩发展态势，为我国进一步推动装配式桥梁技术进步和工程实践提供参考.

1 灌浆套筒连接装配式桥墩

1.1 灌浆套筒连接钢筋力学性能

钢筋灌浆套筒连接技术主要由套筒、带肋钢筋和灌浆料三部分构成，如图1所示. 技术原理为将高强快硬的无收缩无机灌浆料填充在钢筋与专用套筒连接件之间，灌浆料凝固硬化后形成钢筋连接，套筒常采用铸造工艺或者机械加工工艺制造，而灌浆料是以水泥为基本材料，配以细骨料、少量外加剂和其他材料组成的干混料，加水搅拌后具有流动度大、早强、高强和微膨胀等性能[1]. 采用灌浆套筒连接预制桥墩与基础的施工工序为：基础顶铺设高强无收缩砂浆垫层并找平，然后进行上部预制墩身节段吊装；精确定位上部预制墩身节段，在其灌浆套筒内灌注高强无收缩水泥灌浆料，然后对灌浆孔及出浆孔进行密封，待连接套筒内灌浆料强度满足要求后，施工下道工序[2].

图1 灌浆套筒连接的装配式桥墩Fig.1 Precast column based on the grouted sleeve connection

灌浆套筒连接的可靠性取决于钢筋与灌浆料和灌浆料与套筒相互间的黏结强度[3]. 为研究不同参数对灌浆套筒连接钢筋的力学性能影响规律，学者们展开了钢筋直径、锚固长度和强度、套筒直径、灌浆料种类和龄期、钢筋强度、加载模式等参数对构件性能的影响研究. Ling等[4-5]采用单轴荷载拉伸试验分析钢筋锚固长度、套筒直径及套筒形状(圆形套筒、锥形套筒)对构件力学性能的影响. 研究发现破坏模式主要为钢筋拉断、钢筋- 灌浆料黏结滑移失效和波纹管破坏3种. 构件的抗拉承载能力取决于钢筋- 灌浆料和钢筋抗拉强度两者的较小值，会随钢筋锚固长度增加而增加，但随套筒直径增加而减小. 锥形套筒与钢筋的黏结性能比圆形套筒高25%～35%，但锥形套筒连接钢筋的力学性能受钢筋锚固长度影响较大，其钢筋锚固长度可取6～8d(d为钢筋直径). 吴小宝等[6]和Xu等[7]研究灌浆料龄期对构件力学性能的影响，均认为随灌浆料龄期的增加，构件的局部黏结强度增加. 当灌浆料龄期为7 d时，构件的抗拉承载能力可到终值的96%左右. 吴小宝等[6]展开钢筋强度等级对构件的力学性能研究，发现采用HRB500级钢筋比HRB400级的构件承载力高5.4%～23.7%. 随着高性能材料的发展和灌浆套筒的广泛应用，钢套筒在海洋环境中会受到氯化钠或除冰盐等的腐蚀作用，从而导致套筒连接强度退化，降低结构安全性. 另外，套筒灌浆密实度与套筒的连接强度密切相关，而钢套筒等金属套筒对电磁信号的屏蔽作用使套筒灌浆密实度不易检测，造成预制构件连接质量难以检测与控制. 由于玻璃纤维增强塑料(glassfiber reinforced plastics, GFRP)在质量耐久性、耐腐蚀性和抵抗电磁信号屏蔽等方面有明显优势，Sayadi等[8]和张增德等[9]认为可使用GFRP套筒代替钢套筒. 不同钢筋锚固长度的GFRP套筒破坏形式不同，当锚固长度大于7.5d时，可满足Ⅰ级接头中的单向拉伸强度[9]. 超高性能混凝土具有较高的强度、延性和耐久性等优点，Wang等[10]采用高性能混凝土作为灌浆料，并提出带螺栓的钢套筒，研究发现，此套筒的钢筋锚固长度可降低至5d，而且螺栓的存在可明显增强灌浆料与套筒的黏结强度. Zheng等[11]、Lin等[12]展开循环荷载作用下灌浆套筒连接钢筋的力学性能研究. 研究发现，在循环荷载作用下，构件的力- 位移曲线与单调荷载作用下的曲线相似，但随钢筋锚固长度的降低，构件的失效模式会从钢筋拉断向黏结- 滑移失效转变. 以上研究均是基于静力荷载作用下展开的，但建筑结构可能会受到爆炸、车撞和冲击等动力荷载，因此，Yin等[13]研究动力荷载作用下构件的力学性能，在动力荷载作用下，构件的承载能力和应变都较在静力荷载作用下的大，且随动力加载速率的增加，构件承载能力和极限位增加，但不会影响构件的失效模式.

在实际施工过程中，会存在非正常灌浆的现象，如灌浆不足和钢筋偏心等，这会严重影响灌浆套筒连接钢筋的力学性能. Zheng等[11]在单调和循环荷载作用下对垂直灌浆不足的构件展开了研究，发现灌浆不足对构件的屈服和极限荷载无影响，但其失效位移比全灌浆的构件大. 此外，灌浆不足的构件受锚固长度影响会大，且会对构件失效模式造成影响. 随钢筋锚固长度的降低，构件的失效模式会从钢筋拉断向钢筋- 灌浆料黏结滑移失效转变. 若要使得构件呈现钢筋断裂的失效模式，在单调荷载和循环荷载作用下，钢筋的锚固长度应分别大于4倍和5倍的钢筋直径. 研究同时表明，对灌浆不足的构件进行二次灌浆后可达到与全灌浆构件相同的力学性能，但其失效位移仍大于无缺陷构件. Xu等[7]和陈建伟等[14]展开钢筋垂直偏心和斜向偏心对构件力学性能影响的研究发现，套筒的环向压应变受钢筋偏心影响最为显著，随钢筋垂直偏心率的增加，构件黏结强度减小，随钢筋锚固长度增加，钢筋偏心率对构件的承载能力和破坏形态逐渐变小. 而钢筋斜向偏心构件中的灌浆料损伤最深，随着钢筋直径的增加，损伤深度增加，深度最深为钢筋嵌入长度的9.64%[14].

灌浆套筒连接钢筋的力学性能受钢筋锚固长度、套筒形状和灌浆料种类的影响最为明显，其黏结强度随锚固长度增加而增加，锥形套筒的黏结强度高于普通圆形套筒，而高性能材料作为灌浆料可降低所需的锚固长度. 此外，非正常灌浆会严重影响灌浆套筒连接钢筋力学性能，因此实际施工过程中应保证施工质量.

1.2 灌浆套筒连接装配式桥墩抗震性能研究

灌浆套筒连接可以用于预制墩柱的柱- 基连接，是当前应用较为广泛的预制桥墩类型. 拟静力试验研究发现，采用灌浆套筒连接的预制桥墩具有与现浇桥墩相当的抗侧承载能力，但延性和耗能能力较差[15-21]. 当灌浆套筒位于桥墩塑性铰区时，可能会导致塑性铰上移或形成第二塑性铰[16]，且由于承台和墩身界面处钢筋的应力集中，钢筋容易断裂，使得预制墩的位移延性较差，其与现浇桥墩位移延性的差异最大可达50%[17-18]，另外，随着套筒直径加大或长度加长，套筒连接预制桥墩的抗震性能与现浇墩的抗震性能差异加大，其破坏模式也会从塑性铰区混凝土破坏转变为钢筋断裂[19]. 为提高灌浆套筒连接预制桥墩的延性性能，Haber等[20，22]和Tazarv[21]分别提出采用无黏结钢筋和高强钢筋作为承台内连接钢筋，研究发现2种方法可大幅提高桥墩的位移延性，其延性分别只比现浇墩低15%和11%. 随高性能材料的应用与发展，有学者倾向于采用高性能材料提高桥墩的力学性能，但由于高性能材料费用较高，往往只将其用于预制桥墩的塑性铰区或作为灌浆料等使用. Xu等[23]将高延性水泥基复合材料用于桥墩塑性铰区，Liu等[24]采用高强灌浆料，两者试验结果均表明，采用高性能材料可提高预制桥墩的抗震性能，使其具有与现浇桥墩相似的延性和抗侧承载能力，甚至耗能能力较现浇桥墩更好. 然而，当连接钢筋直径较小时，为保证连接的可靠性，接缝处钢筋数量会较多，导致接缝界面较拥挤，施工空间较小，从而增加了施工难度. 因此，有学者提出采用大直径连接钢筋，这使得连接界面钢筋数量减少，从而提高建筑效率. Fan等[25]采用灌浆套筒连接大直径高强钢筋，并将其用于柱- 基连接，开展预制柱的拟静力试验，由于套筒在桥墩底部，导致桥墩底部的刚度和强度明显增加，从而引起塑性铰上移，并导致套筒上部的纵筋屈曲和箍筋断裂，且延性和耗能能力较现浇桥墩低. 因此，作者建议增加套筒以上部分的箍筋用量，提高桥墩的延性性能. 以上研究多采用单向加载的拟静力试验展开，但实际地震荷载是多向的，研究证明现浇桥墩在双向荷载作用下存在明显的耦合作用，而预制桥墩在多向荷载作用下的抗震性能也引起国内外学者的重视. 李嘉维等[26]采用拟静力试验研究灌浆套筒连接装配式双柱墩在双向荷载作用下的抗震性能，研究发现灌浆套筒桥墩损伤较轻，在强轴方向的骨架曲线和等效刚度退化情况与现浇桥墩一致，但在弱轴方向的承载能力和刚度明显较现浇桥墩小. 以上研究都是基于拟静力试验展开的，但惯性力和阻尼对结构的抗震性能也有不可忽略的影响，因此，Qu等[27]采用振动台试验分析灌浆套筒分别位于承台和柱底塑性铰区对其抗震性能的影响，试验结果表明，2个预制构件只有轻微的混凝土剥落，且耗能能力稍微略高于现浇桥墩.

灌浆套筒连接钢筋的质量可达钢筋Ⅰ级接头要求，但在实际施工过程中，灌浆施工质量难以把握和检测，对施工精度要求较高. 但灌浆套筒连接桥墩的抗震性能较现浇桥墩弱，在设计灌浆套筒连接的预制桥墩时，应合理选择套筒位置，套筒长度和钢筋锚固长度等重要参数，施工过程中也应保证质量，避免灌浆不足和钢筋偏心等缺陷出现. 目前，上海市城乡建设和管理委员会已发布相关技术规程DGTJ08-2160—2015《预制拼装桥墩技术规程》[28]，吉林省住房和城乡建设厅也颁布了吉林省工程建设地方标准《装配式混凝土桥墩技术标准》[29]，可供设计和施工参考. 此外，灌浆套筒连接预制桥墩在多向地震荷载作用下的抗震性能并不明确，应引起相关人员的重视.

2 灌浆波纹管连接的装配式桥墩

2.1 灌浆波纹管锚固钢筋受力特征

灌浆波纹管连接技术常用于预制墩柱与承台或盖梁的锚固连接，如图2所示，预制墩身节段通过预埋于盖梁或承台内的灌浆金属波纹管连接预制墩身伸出的钢筋. 灌浆波纹管连接方式的传力路径为：钢筋通过高强灌浆料将力传递给金属波纹管，然后再通过金属波纹管的凹凸肋传递给外部混凝土.

图2 灌浆波纹管连接装配式桥墩Fig.2 Precast column based on the grouted duct

为研究灌浆波纹管连接装配桥墩的受力特征，学者们采用拉伸试验研究灌浆料强度及类型、混凝土强度、波纹管材料、锚固长度la、孔径比(D/d，其中D为波纹孔直径，d为钢筋直径)、螺旋箍筋约束和钢筋直径等参数对其力学性能的影响. 研究发现，灌浆波纹管连接构件的破坏形式共有钢筋拉断、钢筋拔出、波纹管拔出和混凝土破碎4种. 新西兰混凝土学会[30]、Tazarv等[31]和陈俊等[32]对灌浆料强度展开试验研究，当灌浆料强度较低时，试验过程中发现破坏优先发生于波纹管与混凝土之间，并非钢筋和灌浆料界面[31]，但当采用强度较高的灌浆料如高强灌浆料时，构件锚固性能可靠且施工方便[32]. 因此，建议灌浆料强度应至少比混凝土强度大10 MPa[31]. Darwin等[33]对混凝土强度进行相关研究，结果表明构件黏结强度与混凝土强度的平方根成正比. Restrepo等[34]和Brenes等[35]指出金属波纹管具有较好的约束作用，但波纹管厚度较小，固定较困难. 王浩等[36]研究锚固长度la、孔径比(D/d)和螺旋箍筋约束等对灌浆波纹管连接构件力学性能的影响，结果表明当D/d=1.9～3.5且la=7～24d时，钢筋的黏结强度会随la和D/d的增加呈现先增加后减小的趋势，并给出工程建议：钢筋直径小于25 mm时，la可取10～15d，D/d可取2.5～3.5. 此外，当在波纹管内缠绕螺旋箍筋时，钢筋的黏结滑移量会明显减小，构件的锚固性能显著提升，Matsumoto等[37]的足尺试验模型也得到此结论. 石棚等[38]基于王浩等[36]的试验结果，采用数值分析研究灌浆料厚度对力学性能的影响，但分析结果表明灌浆料厚度对接头的承载力几乎没有影响. Chen等[39]采用双向拉伸试验对钢筋重叠连接的灌浆波纹管力学性能展开研究，研究钢筋直径d和锚固长度la对其力学性能的影响，结果表明，随钢筋直径和锚固长度的增加，构件的黏结应力降低，但失效荷载增加.

灌浆波纹管连接钢筋的黏结性能和破坏模式受灌浆料强度、锚固长度la和孔径比(D/d)影响较为明显. 目前，上海市城乡建设和管理委员会已发布DGTJ08-2160—2015《预制拼装桥墩技术规程》[29]，此规程规定灌浆波纹管连接的灌浆料应从流动性、抗压强度及竖向自由膨胀率等方面满足相应技术指标，并建议波纹管内径宜比钢筋直径大40 mm，孔径比D/d不宜小于2.0，宜取2.5～3.5，la宜取7～15d. 当构件的D/d=3.04，la=10d时，钢筋可获得最好的锚固性能[36].

2.2 灌浆波纹管连接预制桥墩力学性能

灌浆波纹管常用于桥墩和承台或盖梁的连接，Matsumoto等[37]、Wilson[40]分别进行了预制盖梁足尺和缩尺模型试验研究，试验结果均表明灌浆波纹管连接具有较好的锚固性能，构件的整体性能良好. Kuttab等[41]、Tullini等[42]、Zheng[43]研究了压弯荷载作用下柱柱之间采用灌浆波纹管连接预制桥墩的抗震性能，认为灌浆波纹管连接桥墩的承载能力和耗能能力与现浇桥墩一致，但损伤主要集中在接缝处，因此，桥墩的失效模式为连接处纵筋的屈服，所以导致桥墩的延性较现浇墩低. 贾俊峰等[44]开展灌浆波纹管连接预制墩柱和承台的拟静力往复加载试验，经与现浇墩柱的响应对比发现，预制墩柱的承载能力与现浇墩柱几乎一致，但延性为现浇墩的90%，耗能能力也略低于现浇墩柱. 为提高灌波纹管连接桥墩的位移延性和耗能能力，减小混凝土损伤，促进其在高震地区的应用，Belleri等[45]提出在连接钢筋处设置无黏结段，并建议提高波纹管的约束能力，可以避免连接钢筋过早的屈服，提高桥墩延性. Jia等[46]提出将叠层橡胶垫嵌入预制桥墩底部，拟静力试验结果证明嵌入弹性橡胶垫可显著减小预制墩柱底部混凝土的破坏，并且可显著提高其耗能能力. Zhang等[47]提出一种新的构造形式，即采用灌浆波纹管和超高性能混凝土筋共同连接预制节段，预制桥墩在循环往复荷载作用下为延性失效，且此连接方式可使预制桥墩的抗裂缝承载能力和延性性能都高于现浇桥墩.

为了解不同参数对灌浆波纹管连接桥墩抗震性能的影响规律，Popa等[48]、邵淑营[49]分析轴压比对灌浆波纹管连接桥墩的影响. 研究发现，对于低轴压比的桥墩，在偏移率为5%时，无混凝土剥落和钢筋屈服发生，只有弯曲裂缝出现；而在高轴压荷载作用下，桥墩出现较严重的混凝土剥落. 邵淑营[49]分析灌浆波纹管预制装配桥墩长细比对其抗震性能的影响发现，长细比越大，则桥墩的破坏程度和残余位移越小，但变形能力越大. 由于预制桥墩的震害资料缺乏，且其抗震性能仍与现浇桥墩存在差异，为进一步提高预制桥墩的抗震性能，促进预制结构在高震区的应用，混合预制体系得到了关注，如现浇- 预制结合桥墩[50]，波纹管与预应力筋共同连接预制桥墩等. 邱发强等[51]采用纤维梁柱单元建立预应力灌浆波纹管预制桥墩的计算模型，分析预应力筋布置、预应力筋配筋率和初始张拉力等因素对抗震性能的影响，当混合预制桥墩轴压比为0.10～0.15时，具有较高的承载能力和稳定的耗能能力，当预应力筋配筋率为0.30%～0.55%时，试件具有较好的抗震性能，此数值分析验证了该混合预制体系的可行性. Wang等[52]采用拟静力试验分析无黏结预应力灌浆波纹管预制桥墩的抗震性能，拟静力试验结果表明，预应力筋为无黏结的预制桥墩承载能力较现浇桥墩增加了约50%，屈服强度增加了约30%，而导致延性大幅降低.

葛继平等[53]研究灌浆波纹管装配式桥墩在双向拟静力荷载作用下的性能，研究表明，灌浆波纹管装配桥墩的破坏模式为纵筋拉断，桥墩的抗震性能整体上与现浇桥墩接近，但双向荷载下现浇和装配桥墩的承载能力均较单向荷载作用降低11%，其中装配桥墩在双向荷载作用下的残余位移较单向荷载作用下增加了15%，可以说明，在双向荷载作用下，现浇桥墩和装配桥墩均存在明显的双向耦合效应，此耦合效应应引起相关人员的重视. 夏樟华等[54]研究双向荷载作用下灌浆波纹管装配式预应力混凝土双柱墩的抗震性能，由于预应力筋的存在，装配式桥墩的滞回性能、承载能力和变形能力等抗震指标均接近现浇桥墩.

灌浆波纹管的连接钢筋质量可靠，但对施工精度要求严格，且应用位置受限，难以用于节段间连接. 以上较多研究表明，灌浆波纹管连接预制桥墩的抗震性能整体上与现浇桥墩相近，且若采用高性能材料，预制桥墩的承载能力和延性会高于现浇桥墩，因此认为灌浆波纹管连接桥墩可适用于强震区. 此外，混合预制体系也引起了相关学者的关注，如预应力- 灌浆波纹管连接预制桥墩等，预应力的存在可提高预制墩柱承载能力，减小残余位移.

3 承插式连接装配桥墩

承插式接缝连接构造是将预制墩柱插入基础或盖梁的预留孔内，墩柱与基础/盖梁之间没有钢筋连接，仅通过预制墩柱与基础/盖梁之间的空隙填充混凝土或高强低收缩材料进行固定连接，基础/盖梁可以是现浇或预制构件，如图3所示. 该连接构造在施工上较其他构造简单，现场需要一定的湿作业工程量.

图3 承插式连接的预制桥墩Fig.3 Precast column based on the socket connection

承插式连接的可靠性取决于灌浆料和承插深度，承插式连接预制桥墩的力学性能取决于桥墩承插深度及其与灌浆料的黏结性能. 当承插深度足够时，承插式预制桥墩的抗震性能与现浇桥墩最为接近，两者的损伤发展和失效机理都几乎相同. Osanai等[55]和Canha等[56-57]对建筑结构墩柱- 基础承插连接构造进行了拟静力试验研究，并认为承插深度至少为1.5W(W为桥墩截面尺寸)时，才能达到与现浇桥墩相同的抗震性能，当承插深度小于1.25W时，需设剪力键. Motaref[58]和Kavianipour[59]通过振动台试验也得到相同的结论. Haraldsson等[60]和李永波[61]认为1.1W的承插深度可以使承插式桥墩与现浇桥墩抗震性能相似. 但桥墩- 盖梁节点若采用承插式连接，其承插深度应大于1.2W，才能保证塑性铰出现在墩身[62]. 多数国内外学者认为1.0W的承插深度可以保证桥墩和基础之间的内力传递并使塑性铰出现在墩身，且表现出与现浇桥墩相似的性能[63-66]. 当承插深度越深时，桥墩的承台高度较高，经济性较差. 为了保证承插式预制桥墩的抗震性能同时，降低承台高度，部分学者提出采用高强砂浆和高性能材料填充缝隙，并建议设置剪力键. 徐艳等[67]采用预制空心管柱承插式桥墩，在承台凹槽内预埋波纹管，在缝隙填充高强水泥砂浆，并在空心管墩内浇筑混凝土，拟静力试验得出此种承插式桥墩的承插深度为0.7W时，抗震性能与现浇桥墩最为接近. Wang等[68]采用高强砂浆作为灌浆料，并在墩身和承台凹槽内设置小齿键加强界面的连接，认为承插深度为1.13W时可达到与现浇桥墩相似的性能. Zhang等[69]提出采用超高性能混凝土作为灌浆料，并在墩身和承台凹槽内设置齿形剪力键，经过拟静力试验，得出当承插深度为0.8W时，可达到与现浇桥墩相当的抗震性能. Zhang等[70]采用钢管混凝土连接预制桥墩和盖梁连接，采用超高性能混凝土浇筑缝隙，试验表明，此种承插式桥墩至少需1.0倍的钢管直径，可实现较好的强度和滞回性能.

承插式连接预制桥墩是在我国应用最早的装配式桥墩，其具有构造简单、技术成熟、施工方便和连接可靠的优点，但在施工现场需要大量的工作量. 以上研究表明，当承插深度大于1.0W时，承插式桥墩的抗震性能与现浇桥墩较接近. 此外，根据国内规范《铁路装配式小桥涵技术规则》[71]和《建筑地基基础设计规范》[72]中给出的柱坑锚固深度的计算公式和杯形接头柱坑基底冲切应力的计算公式，可确定承插深度至少为1.4W或0.8W. 当采用高性能材料如超高性能混凝土等作为灌浆料，承插深度可降为0.7W时，且与现浇桥墩的性能相近. 可见，当采用的承插深度合理，承插式桥墩即可达到与现浇桥墩相近的抗震性能，可在高震地区应用.

4 等同现浇桥墩技术特点和应用简况

自20世纪90年代开始，我国首先在北京积水潭桥中开始探索装配式桥墩设计建造技术，此后装配式桥墩研究和工程应用发展较为缓慢. 进入21世纪以来，特别是近10年来，包括装配式桥墩在内的全预制装配桥梁在我国得到快速发展. 目前，我国已在上海、吉林、安徽、内蒙古、四川等10余个省市开展全预制装配公路及城市桥梁工程示范，京雄城际铁路桥梁开展装配式铁路桥墩的示范应用，北京、湖北、江苏、广东等地也正在实施装配式桥梁工程. 包括预制装配式桥墩在内的全预制装配桥梁已在我国得到较大推广，获得越来越多的政府管理部门、工程设计和建设单位的认可. 为便于明确不同连接方式的特点和工程应用情况，表1汇总了灌浆套筒、灌浆波纹管、承插式、插槽式和现浇湿接缝这5类“等同现浇”预制桥墩的技术特点及国内外典型工程应用案例.

表1 等同现浇预制桥墩技术特点和应用简况

由表1可以看出：1)我国预制装配式桥墩连接技术主要以灌浆套筒连接和承插式连接为主，并且大部分预制墩柱为单节段中低墩；2)美国非强震区大量采用竖向预应力筋连接多节段预制桥墩；3)国内外强震区预制装配桥墩工程案例较少，说明预制装配式桥墩的抗震机理及抗震设计研究仍有待完善；4)我国装配式桥墩示范工程在中西部省市应用较少，西部地区桥梁设计建造技术仍相对落后.

5 预制装配桥墩发展态势分析

预制装配桥墩在内的全预制装配式桥梁理论与技术已在美国和中国得到较多示范应用，并在我国“交通强国”“一带一路”重大战略背景下，得到快速发展. 然而，预制装配桥墩理论和技术仍不完善，相关设计建造技术规范标准正在制定中，不同技术的适应性及其在强震区的适用性仍是未来的关注重点. 预制桥墩连接技术及其抗震性能、减震技术仍是国内外学术研究和工程应用的热点问题. 总结来看，预制装配桥墩体现出如下发展态势：

1) 由传统材料向高性能材料发展的预制装配桥墩

传统现浇钢筋混凝土桥墩常采用低强度混凝土(C30至C60混凝土)和普通强度钢筋(HRB400级钢筋)，随着混凝土原材料资源短缺及环境保护要求的提高，传统混凝土及普通钢筋越来越难以满足装配式桥墩技术要求. 高性能混凝土、超高性能混凝土、纤维增强混凝土以及高延性水泥基复合材料以及HRB500、HRB600级钢筋等高性能材料将为高性能装配式桥梁提供更广阔的发展空间[73]. 同时，针对滨海环境、近海环境、侵蚀性土壤等特殊环境，亟待发展基于高性能钢材、FRP材料等高性能材料的装配式桥梁理论与技术以适应相应的性能要求.

2) 预制装配桥墩由传统结构向轻型化结构发展

现浇混凝土结构往往不受结构尺寸限制，但预制装配式结构由于需要在施工现场之外的预制厂/场进行预制，然后进行运输和现场吊装架设，预制构件尺寸及重量直接决定其运输便捷性和施工安装装备的吊装能力. 特别是对超长墩柱、超长盖梁的预制，基于高性能材料和结构，正逐渐向轻型化结构发展. 国内外正在探索多节段预制构件以及预制管墩[74]、预制外壳+现浇部分混凝土[75-76]等多种预制结构形式，解决预制构件运输和安装问题.

3) 预制装配桥梁由传统延性抗震向可恢复功能韧性抗震发展

预制装配桥梁新的结构设计和建造模式为高性能结构体系发展提供了良好的发展机遇. 当前，预制装配式桥梁在全国范围推广的最大阻碍就是业界对其抗震能力的担忧，发展合理、高效的抗震结构是预制装配桥梁不得不解决的关键问题. 当前延性抗震设计理念基本可满足小震不坏、大震不倒的性能目标，当前延性按抗震设计允许强震后桥墩产生塑性铰损伤，震后不易修复甚至难以修复. 抗震韧性设计理念是国内外近年来在基于性能抗震设计基础上发展的新型抗震理念，该设计理念提出强震后结构的功能可恢复性甚至易修复性[77-79]. 结合预制装配式技术，发展抗震韧性桥梁将是未来的重要发展态势.

4) 完善山区复杂环境下预制装配桥墩运架技术

从已有工程示范项目可以看出，我国西部山区全预制装配式桥梁发展较为缓慢，很大程度上受到地形条件影响，造成预制构件的运输和安装困难. 当前发展相对成熟的平原地区预制桥梁运输和架设技术已经难以适应山区复杂环境下预制装配式桥梁建造，必须根据山区复杂环境发展相适应的预制装配桥梁运架技术[73]. 中交公路规划设计院有限公司以及北京工业大学与中国市政工程西北设计研究院有限公司合作，对山区复杂环境下全预制装配式桥梁特别是预制桥墩的设计、运输和架设技术进行了探索，正积极推动在山区桥梁建设中的示范应用.