日前，上海嘉闵高架路北北延伸段主线全面建成通车，标志着我国第一条采用全预制拼装（PBES）工艺的自主高架桥梁正式投入使用。因全部采用桥梁预制拼装工艺，使得施工过程对环境、交通、人文影响降低，消耗人力资源大幅削减，施工风险源减少到最低，并引起技术安装速度较传统快了7倍之多，实现了提前3个月通车的目标。
现场拼装施工延时摄影
嘉闵高架快速路作为上海外环线（S20）与沈海高速（G15）之间的一条南北向快速路，是上海市虹桥综合交通枢纽所规划“一纵三横”快速路网中重要的“一纵”具有分担虹桥综合交通枢纽快速集散流量，服务上海西部地区货运交通。
图2 上海嘉闵高架北延伸段航拍图
与传统高架桥梁不同，这是我国第一次实现了桥梁上下部结构的全预制拼装技术，也是路桥行业信息化、工业化融合的卓越成果，今天我们就跟随这座桥的建设单位上海城投公路（集团）有限公司一起来揭秘全预制拼装技术的诞生始末。
桥梁全预制拼装技术
1. 桥梁全预制拼装技术的起源
桥梁预制拼装技术（PBES）源于欧洲，1945年首次在法国尝试应用；21世纪后，由于美国大量旧桥改造工程的需要，美国联邦公路署开始在美国国内大力推行。其目的主要是为解决传统桥梁工艺中大量不可调和的弊病，包括：
1）现场需搭设大量支架和模板，安全风险大（如图3）；
2）现场作业需大量劳动力；
3）施工效率低，施工周期长；
4）对既有道路交通影响大，社会影响面大；
5）产生的粉尘、泥浆、噪音、灯光等环境污染大等无法解决的问题。
图3 传统支架施工方式容易造成坍塌事故
尤其是当路桥建设发生在既有城市核心区时，以上问题尤为严峻，而桥梁全预制拼装技术则恰好可以解决以上问题。
我国于20世纪60年代开始尝试在混凝土桥梁上部结构中采用预制节段拼装施工工艺,随着施工经验的积累，上部结构预制拼装技术已日趋成熟（如图4）。
图4 国内上部结构预制拼装
（箱梁、T梁、节段预制梁）
而针对下部结构的预制，也在东海大桥、杭州湾大桥、上海长江大桥、港珠澳大桥等工程中实现了成功应用（如图5），但仅限于海上环境施工以及大吨位运输和现浇湿接头方式，并不适用于城市桥梁下部桥墩的建造。
图5 国内下部结构预制拼装
（东海大桥、上海长江大桥、港珠澳大桥等）
由于上海城市的特殊性，新高架的建设大多与既有发达城市综合体重合，无法规避传统工艺的严峻问题，因此上海城投公路牵手同济大学等多家研究单位，在S6,S26等多条上海市内高架桥梁工程中对预制拼装技术进行实验，拟寻求城市应用的突破。
2. 技术理论的突破
桥梁全预制拼装技术在城市中的应用，其核心技术突破在于立柱与承台，下部结构与上部结构之间连接形式的研发与应用以及抗震性能的保障。自2011年起，基于上海市建交委《桥梁墩柱预制拼装及钢筋模块化关键技术研究》文件的指导，桥梁桥墩预制拼装技术取得了一系列突破。
（1）新型预制连接装置研发。通过对国内外先进技术的深入调研和研究，对预制拼装立柱、盖梁之间的连接构造和连接装置及相关产品进行研发，采用连接套筒、波纹管——高强无收缩压浆料快速连接系统等（如图6），实现了立柱、盖梁的快速安全拼装。
(a)灌浆套筒快速连接装置
图6 新型预制拼装连接装置
（2）预制立柱、盖梁设计理论和合理化设计参数的研究。通过对影响预制节段受力性能的分析，提出合理的设计参数以及构造措施，同时，从易于预制施工和运输以及吊装的方面出发，确定节段尺寸的大小以及相应的工艺和设备要求。
（3）抗震性能的研究。与同济大学合作，针对上海地区或类似上海地区的地质条件和常用多跨连续梁的桥梁结构形式和立柱结构形式，通过3～5个不同构造细节的大比例尺节段预制立柱试件、以及1个相应的对比试件的拟静力试验和1个局部试件的抗剪试验研究不同构造方式下节段预制立柱的抗震性能（如图7-图8）,最终提出了合理化设计的参数。
图7 试验模型试件设计
图8 模型抗震试验
3. 预制工厂的建成——路桥工业化的标志
为实现桥梁全预制拼装技术在上海城市路桥中的实践，一座全自动化及机械化的嘉闵高架北二段的联合工厂（如图9）在上海嘉闵高架旁拔地而起。众所周知，路桥行业依靠人工绑扎与加工的特性决定了其构件质量的参差，而工厂化预制构件的优势，便是大大提高了构件生产乃至整个路桥行业预制成品的精度。
图9 上海嘉闵高架北二段联合工厂
（1）预制精度的基础——钢筋模块化技术。钢筋模块化技术的突破包括：需确定便于钢筋笼模块化的钢筋笼型式和尺寸，以及相应的工艺和设备要求；模块化钢筋笼的连接方式和连接工艺；基于模块化施工在加工、运输、吊装等动态过程中质量安全保障措施的钢筋构件支撑与加固技术等（如图10）。
图10联合工厂所生产的盖梁钢筋模块
除了将传统的现场钢筋绑扎工艺彻底转变外，钢筋模块化技术的实现也对配备专业设备的工厂内流水线作业提出了更高的管理要求。由于建筑行业“工厂化”制备对象的特殊性，决定了其工业化建设不可能参照其他行业的“统一标准化”及“全自动化”生产模式，因此，针对“桥梁预制拼装工艺”及“钢筋模块化”的需求，对生产工艺、流水线管理、人员管理、班组管理都进行了特殊化定制（如图11），这也保证了统一质量标准的生产“精度”。
图11 半自动化生产线的工厂化管理流程
（2）预制精度的武器——全进口钢筋加工设备。为克服传统工艺中人工加工绑扎钢筋的缺陷，联合工厂引进了一条现代化钢筋加工生产流水线，在此基础上建立了一条目前国内最先进的桥梁预制流水线，（如图12）。通过调研国内外先进技术，选择合适的钢筋自动弯配中心，以使弯配精度满足钢筋模块胎架安装要求。
图12 目前国内最先进的桥梁与之流水线
包括全数字化的钢筋数控弯曲剪切中心、盘钢全自动钢筋成型弯箍机以及钢筋笼滚焊机等（如图13），是保障钢筋加工精度的秘密武器。不仅实现自动上料，数控弯配以及全机器人操作，其加工误差更是控制在±1mm以内。
图13 专业预制工厂及国内外先进加工设备
在这些全数字化设备的保驾护航下，高架桥梁构建变成了可以任意拼装的“乐高积木”，而联合工厂也被业界戏称为“乐高工厂”。这充分显示了预制拼装技术“如搭积木一般”的工艺特点。
4. 现场拼装——为环境友好保驾护航
对于全预制拼装而言，构建预制完成，其工作仅仅完成了一半，现场吊装环节才是决定其风险压缩和影响减轻的关键。在前期理论研究中，吊装施的工配套设计技术研究成为预制技术中的关键内容。结合施工方法，设备能力，在保证质量的前提下，对节段设计和模块构造设计进行深化，确保吊点安全、吊装便捷。
图14桥梁传统建造模式对城市既有交通影响非常大
与传统高架桥工艺（如图14）最大的不同，在于上海嘉闵高架的预制拼装不再是依靠封闭交通、搭设脚手架，人工绑扎、现场浇筑等方式进行。
图15 立柱现场拼装
由于上海嘉闵高架北二段通过上海市南翔闹市区，其沿线的沪宜公路是贯通嘉定市区到南翔地区的主干道，车流极大。工程所需的2431块预制构件大部分都在夜间运输到现场，花费20-30分钟便可完成吊装（如图15-17），再利用登高车完成注浆等后续工作，完全不占用日间的高架下车行交通。尤其在白天，整个工地空无一人，清洁平整，一览无余；而第二天便会又有数十根立柱或几榀盖梁拔地而起，有如神兵天降，施工对交通和周边没有影响，居民零投诉，真正实现了“一夜之间，天堑变通途”。
图16 盖梁现场拼装
图17 带防撞墙的小箱梁现场拼装
而技术革新所带来的工程效率更是让人瞠目，2015年初，在穿过南翔闹市区的G204国道上，只用了不到一个晚上的时间，就竖起了绵延500米的16对立柱（如图18），而整个过程除现场管理人员外，只用了10个工人便完成了。桥梁全预制拼装技术在拼装阶段的速度是传统工艺的7倍，且不受天气影响，大大缩短了工期，在上海嘉闵高架北二段工程中，在投资总额不增加的前提下，现场工期平均缩短50%，工地工人减少60%，对交通影响减少50%。同时也将2016年年底通车的原计划整整提前了3个月。
图18 嘉闵高架施工期间的南翔主干道
在施工过程中，嘉闵高架北二段甚至做到了下部道路全部开放，施工现场无围挡，显示了其工艺本身有效减轻了传统高架建造方式扬尘、噪声、封路的卓越特点，实现了真正意义上的“环境友好”型工程典范。
5. 标准成果及工程应用
桥梁全预制拼装技术的突破，在成功攻克了长久以来困扰业界的桥墩抗震技术等局限的同时，也填补了业界在预制拼装标准上的空白。由上海城投公路（集团）有限公司与研究单位、参建单位等共同编制的《预制桥墩拼装技术规程》（如图19）于2015年8月正式发布，这一技术标准的颁布，标志着桥梁预制拼装工艺在上海范围内的全面推广，将为上海乃至全国全预制技术在桥梁、高架领域的全面推广和应用奠定重要基础。
图19 《预制桥墩拼装技术规程》
而随着《预制桥墩拼装技术规程》的颁布，上海市范围内的多个穿越复杂城市环境的工程如北横通道桥梁段、S7工程、军工路快速路等，也都将桥梁全预制拼装技术自工程伊始便纳入要求。这也为该技术的近一步完善和实践应用提供了更广阔的平台。
嘉闵高架的建成标志着上海全预制拼装技术在高架桥梁领域的成熟应用，同时，预制拼装技术在上海范围内的推广，颠覆了传统公路行业的管理模式，变传统的现场监督、施工、管理、验收为针对工厂化规模生产的两化融合管理模式。
通过工厂化管理的推行，大幅缩短了施工周期，减少现场作业人员数量及安全风险，极大地提高工业化的生产效率，同时满足了文明施工要求，使得施工噪音、扬尘进一步减少，对道路资源的时间与空间占用均大幅锐减，为未来上海及全国高架桥梁建造方式的革新，提供了绿色、节能、高质、高效的新范本。
（来源：上海城投公路（集团）有限公司，筑龙路桥市政）
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