波形鋼腹板預(yù)制箱梁橋施工工藝及體外預(yù)應(yīng)力技術(shù)研究

曲忠軍

（中海外交通建設(shè)有限公司，河北 石家莊 050000）

0 引言

波形鋼腹板預(yù)制箱梁以其自身所具備的諸多特點(diǎn)，在橋梁工程中得到廣泛應(yīng)用。與普通的混凝土腹板相比，鋼腹板不需要布設(shè)預(yù)應(yīng)力束，可通過(guò)體外預(yù)應(yīng)力代替，能夠簡(jiǎn)化施工過(guò)程，施工質(zhì)量易于控制。鋼腹板的應(yīng)用，能夠減少混凝土的用量，腹板不會(huì)產(chǎn)生開(kāi)裂，有助于橋梁結(jié)構(gòu)耐久性的提升。為發(fā)揮出波形鋼腹板預(yù)制箱梁的作用，應(yīng)掌握相關(guān)的施工工藝。本文對(duì)波形鋼腹板預(yù)制箱梁橋施工工藝及體外預(yù)應(yīng)力技術(shù)進(jìn)行研究。

1 工程概況

某橋梁工程為跨河大橋，主橋?yàn)椴ㄐ武摳拱暹B續(xù)梁橋，跨徑為55m+93m+83m+55m，平面位于直線段上，立面處于豎曲線的凸曲線段上。主梁采用的是雙幅單箱三室波形鋼腹板箱梁，混凝土的強(qiáng)度等級(jí)為C50，為高強(qiáng)混凝土，單幅梁寬21.25m，設(shè)置單向橫坡，坡率為2.0%。主梁中支點(diǎn)位置處的梁體高度為5.5m，底板厚度為0.8m。波形鋼腹板的材質(zhì)為Q345C，鋼腹板的節(jié)段之間采用焊接的方法連接，利用強(qiáng)度為M20的C及螺栓臨時(shí)固定，與頂板通過(guò)非埋入式PBL的方式連接，與橫梁通過(guò)嵌入式剪力鍵的方式連接。按照施工順序主梁分為63個(gè)施工節(jié)段，合龍段的長(zhǎng)度均為3.2m，支架現(xiàn)澆段的長(zhǎng)度為6.78m和16.78m[1]。主橋下部結(jié)構(gòu)的22～24#主墩位于河中，設(shè)計(jì)為圓端墻體式空心墩的形式，按照分幅的方式布置，墩身混凝土的強(qiáng)度等級(jí)為C40。下面重點(diǎn)對(duì)波形鋼腹板預(yù)制箱梁橋施工工藝及體外預(yù)應(yīng)力技術(shù)進(jìn)行分析。

2 波形鋼腹板預(yù)制箱梁施工技術(shù)

2.1 臨時(shí)支墩

（1）體系轉(zhuǎn)換及合龍段施工前，兩端雙懸臂所產(chǎn)生的彎矩需要全部由支座承擔(dān)，而支座只能承擔(dān)有限的負(fù)荷，因此為避免超負(fù)荷造成支座損壞，需要設(shè)置臨時(shí)支墩，即固結(jié)柱。

（2）本工程設(shè)計(jì)圖紙中給出的固結(jié)設(shè)計(jì)是：主墩臨時(shí)固結(jié)采用鋼管混凝土柱，直徑800mm，加筋后與梁體臨時(shí)固結(jié)?？紤]到便于現(xiàn)場(chǎng)施工的因素，對(duì)固結(jié)設(shè)計(jì)作出如下更改：在墩身單側(cè)設(shè)置3個(gè)臨時(shí)支墩，加筋后與梁體相連接，形成臨時(shí)固結(jié)。臨時(shí)支墩的高度為95cm，采用強(qiáng)度等級(jí)為C50的混凝土現(xiàn)場(chǎng)澆筑，在其單側(cè)預(yù)埋鋼筋。

2.2 安裝支座

本工程為跨河大橋，支座選用球形鋼支座，共有三類支座，分別為固定支座、單向活動(dòng)和雙向活動(dòng)支座，每個(gè)支點(diǎn)布設(shè)兩個(gè)支座。鋼支座的安裝技術(shù)要點(diǎn)如下：

（1）在搭設(shè)球形鋼支座前，應(yīng)先測(cè)量橋墩中心的間距，確定支撐墊石的高度，看錨栓孔是否與設(shè)計(jì)要求相符；施工支撐墊石后，做鑿毛處理，并全面清理鉆設(shè)好的錨栓孔。

（2）檢查確認(rèn)用于施工中的球形鋼支座質(zhì)量證書(shū)，檢查連接構(gòu)件，看有無(wú)異常情況，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)處理。將支座的所有零部件用吊車(chē)吊到指定位置，填塞支座各腳，通過(guò)微調(diào)使支座平整，并使其頂部標(biāo)高達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)高。

（3）檢查支座面板，看相對(duì)高差是否在允許范圍內(nèi)，即不大于2.0mm[2]。支座的底板與支撐墊塊之間應(yīng)留設(shè)出25mm左右的孔隙。隨后安裝灌漿模板，采用重力式灌漿法向模板內(nèi)灌注漿液，灌注時(shí)，應(yīng)從中間逐步向四周灌注，灌滿孔隙后振搗密實(shí)。灌漿的初期階段，應(yīng)按照相關(guān)理論估算所需的漿體，為避免因缺漿造成接縫，準(zhǔn)備的漿液應(yīng)多于估算值。

（4）漿液灌注完畢，并達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后，應(yīng)及時(shí)拆除模板及支撐件，全面檢查混凝土表面，看有無(wú)缺漿的情況，如果有，則應(yīng)按規(guī)定要求補(bǔ)漿。檢查支座的外觀質(zhì)量，看是否合格，確認(rèn)無(wú)問(wèn)題后，對(duì)外部的預(yù)埋件做防銹處理。

2.3 波形鋼腹板定位與安裝

（1）與混凝土腹板相比，波形鋼腹板的定位與安裝具有一定的特殊性。由于鋼腹板為工廠預(yù)制，所以它的定位歸屬于空間結(jié)構(gòu)定位的范疇，下一節(jié)段鋼腹板定位，需要在鋼腹板上確定三個(gè)點(diǎn)，而全站儀的精度偏低，難以滿足精確定位的需要。因此要探尋一種具有良好的可操作性，且精確度高的定位方法。在對(duì)各方面因素綜合考慮的基礎(chǔ)上，利用平面及不重合的兩個(gè)點(diǎn)，對(duì)鋼腹板進(jìn)行定位，不但可操作性強(qiáng)，而且精確度也較高。

（2）本工程中的橋梁構(gòu)造形式較特殊，用鋼腹板替代傳統(tǒng)的混凝土腹板，其優(yōu)勢(shì)在于能夠大幅度縮短工期。經(jīng)過(guò)優(yōu)化后的定位方法可以加快鋼腹板的定位及安裝速度，對(duì)縮短工期非常有利。鋼腹板的安裝工藝對(duì)工期有一定的影響，通過(guò)工藝優(yōu)化，可在保證施工質(zhì)量的前提下縮短工期。

（3）該工藝優(yōu)化主要針對(duì)的是兩側(cè)邊板和中腹板的安裝，優(yōu)化后的安裝技術(shù)要點(diǎn)如下：先將兩側(cè)邊板置于鋼方凳上，隨后用12#槽鋼支撐，支撐點(diǎn)的位置應(yīng)略高于鋼腹板的中心高度，以電焊的方式將支撐桿的底部牢固焊接在鋼模板上，隨后在鋼模板的螺栓孔側(cè)，用直徑18mm的鋼筋條焊接固定于側(cè)模板的支架上[3]。當(dāng)鋼腹板就位后，可以使用斜撐桿將一側(cè)的栓釘位置頂住，并以外力將撐桿底部頂緊，隨后以點(diǎn)焊的方式在撐桿底部臨時(shí)焊2個(gè)點(diǎn)，待鋼腹板支撐牢固后，將撐桿割除并打磨平整。

（4）在對(duì)鋼腹板吊裝前，讓臨邊施工人員撤出吊裝作業(yè)范圍，防止吊裝過(guò)程誘發(fā)安全事故。所有準(zhǔn)備工作完畢后，起吊鋼腹板將之吊運(yùn)到鋼方凳上，借助撬棍等工具，對(duì)鋼腹板的中心軸位置加以調(diào)整，隨后緩慢下放吊鉤，使鋼腹板落在方凳上；當(dāng)鋼腹板吊裝就位后，應(yīng)先用斜撐桿將兩側(cè)的栓釘位置頂住，通過(guò)外力撐桿將底部頂緊，以點(diǎn)焊的方式在撐桿底部焊接2個(gè)點(diǎn)，待鋼腹板整體支撐固定后，將撐桿割除并打磨平整；鋼腹板內(nèi)側(cè)的水平支撐，采用焊接的方式牢固焊接在鋼腹板上，上部水平支撐應(yīng)與翼緣板保持一定距離，確保箱梁頂部有足夠的支?？臻g；采用直徑20mm的圓鋼制作斜拉剪刀撐，安裝時(shí)，上部使用U形卡，將剪刀撐固定于水平支撐耳板上，下部固定在下部水平撐耳板上；鋼腹板固定完畢后，借助升降平臺(tái)完成脫鉤。

2.4 結(jié)構(gòu)連接

（1）本工程中，鋼腹板與頂板之間采用剪力鍵的形式相連接，剪力鍵鋼板的厚度為16mm，板間距為320mm[4]?？辜暨B接構(gòu)件借助承壓、混凝土榫和貫穿鋼筋三個(gè)部分承擔(dān)剪應(yīng)力。連接件與底板之間通過(guò)嵌入式剪力鍵連接，用鋼帶將鋼腹板兩端綁定，避免安裝時(shí)導(dǎo)致鋼腹板變形。

（2）與橫梁之間通過(guò)埋入式開(kāi)孔板相連接，在從混凝土腹板向波形鋼腹板轉(zhuǎn)換的過(guò)程中，容易引起剛度突變的情況，為避免這一問(wèn)題的發(fā)生，在中橫梁、端梁和0#段上澆筑內(nèi)襯混凝土，以剪力釘與鋼腹板可靠連接。

（3）由于結(jié)構(gòu)形式較為特殊，使得連接件既承擔(dān)剪力傳遞，又起著確保不同材料連接穩(wěn)定性的作用，有效解決了相對(duì)滑移問(wèn)題。應(yīng)保證連接件的可靠性，使其作用得到充分發(fā)揮。

2.5 合龍段施工

（1）合龍段施工前，應(yīng)明確主要的控制指標(biāo)，具體包括勁性骨架強(qiáng)度、焊接與澆筑溫度、平衡配重以及合龍口兩端的標(biāo)高。其中勁性骨架的作用是防止合龍段兩側(cè)相對(duì)位移的產(chǎn)生；澆筑前一周，應(yīng)監(jiān)測(cè)溫度，根據(jù)監(jiān)測(cè)結(jié)果，確定溫度較低的時(shí)刻開(kāi)展?jié)仓版i定施工；通過(guò)水箱配重，并在澆筑混凝土?xí)r以等量的方式卸載；可通過(guò)調(diào)整沙袋重量的方法，使合龍口兩端標(biāo)高滿足施工要求。

（2）本工程中，合龍段的作業(yè)平臺(tái)使用掛籃底模吊架，底模采用的是鋼模板，內(nèi)模為分段式木模板；以確保結(jié)構(gòu)安全為前提，對(duì)合龍段兩端的沙袋重量加以調(diào)整，使合龍口的標(biāo)高達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

（3）焊接鋼支撐前，先檢查預(yù)埋件，看外觀尺寸是否與設(shè)計(jì)要求相符，搭接是否符合現(xiàn)行規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)要求，如果不符，則應(yīng)加以調(diào)整。預(yù)埋件表面若存在銹蝕的情況，要去除銹跡，以確保焊接質(zhì)量。施焊過(guò)程中，應(yīng)先焊接未配重的一端，依據(jù)溫度觀測(cè)結(jié)果，選擇低溫時(shí)段焊接另外一端。

（4）采用現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量的方法確定波形鋼腹板的預(yù)制長(zhǎng)度，鋼筋綁扎與鋼腹板安裝和懸臂端施工基本相同。當(dāng)混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度90%以上，便可將支座鎖定解除，對(duì)合龍段預(yù)應(yīng)力束進(jìn)行張拉。

3 體外預(yù)應(yīng)力張拉

3.1 張拉準(zhǔn)備

（1）所有到場(chǎng)的預(yù)應(yīng)力材料要進(jìn)行試驗(yàn)檢測(cè)，并配套標(biāo)定張拉機(jī)具，調(diào)試輔助設(shè)備，編寫(xiě)預(yù)應(yīng)力張拉計(jì)算書(shū)，由技術(shù)人員負(fù)責(zé)設(shè)備操作，以確保張拉質(zhì)量。

（2）按順序?qū)w外預(yù)應(yīng)力鋼絞線編號(hào)，隨后從錨墊板和轉(zhuǎn)向器穿過(guò)，由于體外預(yù)應(yīng)力束管道定位于箱梁內(nèi)部懸空，為最大限度減少預(yù)緊后的鋼絞線浪費(fèi)，使用托架在懸空最低點(diǎn)處將預(yù)應(yīng)力束托起。

（3）將張拉端的環(huán)氧樹(shù)脂剝除，正確安裝體外預(yù)應(yīng)力束專用錨具和夾片，并使每根鋼絞線的孔位對(duì)齊，錨具與墊板緊密貼合到一起，按照操作規(guī)程完成穿束。用千斤頂對(duì)每股鋼絞線預(yù)緊張拉，可將張拉力控制在設(shè)計(jì)要求的10%，以此作為初裝拉力。使用兩臺(tái)單孔千斤頂，在兩側(cè)對(duì)稱張拉，單根張拉雖然會(huì)導(dǎo)致次數(shù)增多，但張拉設(shè)備的拆裝較為簡(jiǎn)單，便于操作，張拉質(zhì)量易于控制。每一束鋼絞線的張拉順序?yàn)閺纳系较?、從左到右?/p>

（4）體外預(yù)應(yīng)力束穿束前，應(yīng)先搭設(shè)臨時(shí)支架，可將支架搭設(shè)在減振器處，與減振器的高度相同即可。為避免PE保護(hù)套受損，可在支架上纏繞土工布。完成穿束后，安裝錨具、夾片、感應(yīng)器、液壓千斤頂。當(dāng)兩端千斤頂安裝就位后，開(kāi)始預(yù)緊，由專人負(fù)責(zé)統(tǒng)一指揮，張拉控制力以10MPa為宜，完成預(yù)緊后的鋼絞線處于繃緊狀態(tài)[5]。千斤頂在預(yù)緊后緩慢回油，此時(shí)鋼絞線產(chǎn)生的反力由夾片承受，由此一來(lái)低應(yīng)力錨固便隨之完成。

3.2 體外張拉

該工程中，體外預(yù)應(yīng)力束張拉采用的是兩端張拉的方式，以應(yīng)力控制為主，通過(guò)伸長(zhǎng)值校核，要求張拉所得的實(shí)際伸長(zhǎng)值與理論伸長(zhǎng)值之間的差符合相關(guān)規(guī)范要求，如差值超限，則應(yīng)停止張拉，查找原因，解決處理后才能恢復(fù)張拉。

（1）體外預(yù)應(yīng)力束選用的是低松弛環(huán)氧涂層鋼絞線，張拉應(yīng)力為0.65fpk，控制應(yīng)力為1 209MPa。整座橋梁分為4跨，每跨8束，共計(jì)32束體外預(yù)應(yīng)力束。在初張拉階段，張拉力施加至70%；目標(biāo)力張拉階段，按照各跨的順序，對(duì)預(yù)應(yīng)力束編號(hào)，依據(jù)編號(hào)對(duì)稱張拉，當(dāng)全部鋼絞線張拉后，采用100%的設(shè)計(jì)張拉力補(bǔ)拉一次，隨后分別測(cè)量每根鋼絞線的張拉力[6]。

（2）千斤頂?shù)臄D壓板對(duì)工作夾片具有限位的作用，千斤頂進(jìn)入工作狀態(tài)后，夾片會(huì)將應(yīng)力傳給鋼絞線完成張拉，這個(gè)過(guò)程由前工具夾片負(fù)責(zé)，后工具夾片不會(huì)受到應(yīng)力的作用。在千斤頂回油反頂時(shí)，前工具夾片會(huì)以非?？斓乃俣葘?yīng)力傳給后工具夾片，此時(shí)鋼絞線產(chǎn)生的反力全部由后工具夾片承擔(dān)，實(shí)現(xiàn)臨時(shí)錨固。

（3）當(dāng)小千斤頂進(jìn)入工作狀態(tài)后，若油表讀數(shù)激增，擠壓板會(huì)擠壓工具夾片，完成環(huán)氧樹(shù)脂剝離，與鋼絲緊密接觸，此時(shí)應(yīng)停止泵油，緩慢回油反頂，使擠壓板回位。在大千斤頂回油反頂時(shí)，鋼絞線對(duì)工具夾片施加的應(yīng)力會(huì)不斷增大，由此便可完成高質(zhì)量的錨固[7]。

（4）將油泵與千斤頂?shù)挠凸芙油ê?，仔?xì)檢查壓力表，在正式張拉前，應(yīng)先在空載狀態(tài)下，運(yùn)行兩個(gè)行程，看千斤頂有無(wú)異常，避免張拉時(shí)出現(xiàn)故障，影響張拉效果；嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)的張拉力進(jìn)行體外預(yù)應(yīng)力束張拉，當(dāng)張拉過(guò)程中發(fā)生異常時(shí)，應(yīng)暫停張拉，待查明原因后，采取有效的措施解決處理后，方可恢復(fù)張拉。

（5）體外預(yù)應(yīng)力張拉作業(yè)應(yīng)逐級(jí)、對(duì)稱進(jìn)行，確保張拉平穩(wěn)，不得超載。工具夾片設(shè)計(jì)的使用次數(shù)為5次，一旦超出應(yīng)及時(shí)更換[8]。張拉過(guò)程中，采用雙控的方式，即以張拉力控制為主，以伸長(zhǎng)量控制為輔，作業(yè)時(shí)，應(yīng)嚴(yán)格控制張拉力，并經(jīng)常校核伸長(zhǎng)量，從而確保張拉質(zhì)量。

4 結(jié)語(yǔ)

鋼腹板的應(yīng)用不需要布設(shè)預(yù)應(yīng)力束，但要施加體外預(yù)應(yīng)力，必須保證預(yù)應(yīng)力的張拉質(zhì)量。波形鋼腹板預(yù)制箱梁施工是一項(xiàng)復(fù)雜的工作，應(yīng)了解并掌握相關(guān)的施工工藝，并對(duì)施工過(guò)程嚴(yán)格控制，從而確保施工質(zhì)量達(dá)標(biāo)。