波形鋼腹板連續(xù)剛構(gòu)橋異步平行工法應(yīng)用研究

陳明海 張坤球

摘要：文章結(jié)合沙坪飛龍大橋施工案例，分析異步平行工法在波形鋼腹板連續(xù)剛構(gòu)橋上的應(yīng)用策略。該工法不僅能顯著優(yōu)化橋梁結(jié)構(gòu)，充分地利用工作面進(jìn)行施工，工期短，而且能減少人力、物力、財力的投入，有效提高勞動生產(chǎn)率，確保波形鋼腹板PC箱梁橋施工質(zhì)量和水平全面提升。

關(guān)鍵詞：異步平行工法；波形鋼腹板；連續(xù)剛構(gòu)橋；應(yīng)用

中圖分類號：U445.4A140463

0引言

異步平行工法是對國外Rap.con/RW工藝的一種改進(jìn)，與傳統(tǒng)施工工藝相比，采用了波形鋼腹板作為掛籃的主要承重梁，同時將掛籃的頂、底板錯位施工，使掛籃結(jié)構(gòu)簡單、施工面多、施工速度快。波形鋼腹板 PC復(fù)合梁橋合理地結(jié)合鋼、混凝土，提高結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性、強度和材料利用率，其具有重量輕、便于搬運、縮短施工時間、提高工作效率等優(yōu)點。采用波形鋼腹板進(jìn)行大跨度連續(xù)梁、連續(xù)剛構(gòu)橋的施工，能很好地解決目前許多大跨度連續(xù)梁橋、連續(xù)剛構(gòu)橋容易發(fā)生的腹板開裂、縱向下?lián)系葐栴}。

1工程概況

飛龍大橋位于廣西南寧市橫州市新福鎮(zhèn)石排村西北約1.5 km處，橋梁跨越郁江。該橋全長為940 m，采用波形鋼腹板預(yù)應(yīng)力連續(xù)剛構(gòu)橋結(jié)構(gòu)。其中，主橋為100 m+2×185 m+100 m波形鋼腹板預(yù)應(yīng)力連續(xù)剛構(gòu)，全長570 m。

該橋主跨上部箱梁全斷面采用單箱單室箱梁布置，頂寬13 m，箱底寬7 m，懸臂長3 m。箱梁頂?shù)装寮案扛拱鍍?nèi)襯混凝土采用C60混凝土，頂板厚0.3～0.8 m，底板厚0.3～1.5 m。腹板采用1800型Q420qDNH耐候鋼波形鋼板，鋼板厚度由跨中至箱梁根部逐漸加厚，為14～28 mm。

邊跨箱梁設(shè)置4道鋼筋混凝土橫隔板，中跨箱梁設(shè)置8道鋼筋混凝土橫隔板，橫隔板厚度為0.5 m。箱梁采用雙向預(yù)應(yīng)力體系，包括頂?shù)装蹇v向預(yù)應(yīng)力束、頂板橫向預(yù)應(yīng)力束及縱向體外預(yù)應(yīng)力索。

2異步平行工法施工特點

2.1波形鋼腹板自承重

基于波形鋼腹板連續(xù)剛構(gòu)橋梁工程中波形鋼腹板安裝可先于頂?shù)装寤炷潦┕ぬ攸c，飛龍大橋主梁懸臂施工充分利用波形鋼腹板的承載能力，將波形鋼腹板作為掛籃的承重梁（需加設(shè)臨時支撐結(jié)構(gòu)，以保證未澆筑頂?shù)装骞?jié)段波形鋼腹板的剛度與整體穩(wěn)定性），采用異步吊架掛籃懸臂澆筑方式施工。通過對傳統(tǒng)RW異步澆筑法（如圖1所示）進(jìn)行創(chuàng)新，改變傳統(tǒng)塔吊架掛籃的吊裝方式，采用雙限位限重智能吊機實現(xiàn)大跨徑波形鋼腹板及物料吊裝。該智能吊機可與吊架掛籃組合使用來滿足懸臂段施工需要，可實現(xiàn)N-1段頂板、N段底板和N+1段波形鋼腹板同時施工作業(yè)（如圖2所示）。

2.2異步平行工法施工工序

利用頂板和底板異步的吊架掛籃實現(xiàn)N-1節(jié)段、N節(jié)段、N+1節(jié)段三個施工節(jié)段不同工作面同時施工。在進(jìn)行N-1節(jié)段頂板、N節(jié)段底板的鋼筋綁扎與混凝土施工的同時，可進(jìn)行N+1號節(jié)段波形鋼腹板安裝焊接，且可保證三個節(jié)段施工互不干擾。N-1段、N段和N+1指懸臂施工過程中所劃分的1#～19#混凝體懸澆節(jié)段，其中第N段為吊架掛籃與智能吊機所在節(jié)段，第N-1節(jié)段指N節(jié)段的前一節(jié)段，N+1節(jié)段指N節(jié)段的后一節(jié)段。

2.3行走系統(tǒng)

掛籃充分利用波形鋼腹板結(jié)構(gòu)形式，將波形鋼腹板頂端雙PBL剪力鍵作為前移軌道。

懸臂施工過程利用液壓千斤頂進(jìn)行頂推實現(xiàn)掛籃行走。為保證掛籃吊機行走不發(fā)生傾覆，在吊機底座與波形鋼腹板連接支點位置設(shè)計反扣形式，同時設(shè)置插銷保證掛籃連接穩(wěn)固。

2.4塔吊設(shè)置

異步法掛籃施工過程中，智能吊機與掛籃結(jié)構(gòu)相互配合進(jìn)行施工，主要用于波形鋼腹板及物料吊裝工作。吊機設(shè)置如圖3～4所示。全回轉(zhuǎn)智能吊機主要由起升機構(gòu)、變幅機構(gòu)、吊臂、立柱結(jié)構(gòu)、底盤結(jié)構(gòu)、旗桿支撐、吊鉤、回轉(zhuǎn)機構(gòu)、電氣系統(tǒng)、立柱錨定系統(tǒng)、后錨定系統(tǒng)等組成，總重22.7 t（含吊機底盤）。

3施工流程

波形鋼腹板連續(xù)剛構(gòu)施工的工藝流程如下：支架安裝→段澆筑混凝土→段長拉預(yù)應(yīng)力鋼筋→掛籃就位→標(biāo)準(zhǔn)分段對稱澆筑→縱向鋼筋張拉→壓漿→封錨→邊跨合龍→中跨合龍施工。

4施工工藝和控制技術(shù)

4.1建造前的準(zhǔn)備

懸臂掛籃桁車由專門廠家生產(chǎn)。為檢測懸臂施工桁架的計算變形，消除第一次吊裝后產(chǎn)生的非彈性變形，需要在現(xiàn)場進(jìn)行懸臂施工吊車的地面加載試驗。同時，在懸臂施工桁架完成后，選擇一對懸臂施工桁架進(jìn)行現(xiàn)場的壓力測試。

4.2支架加載預(yù)壓

支架預(yù)壓方法是采用預(yù)壓塊或噸袋，按梁的幾何尺寸進(jìn)行預(yù)壓，預(yù)壓機由左右對稱均勻堆載。應(yīng)在荷載作用下設(shè)置觀測點，觀察支撐的彈性變形情況［1］。觀察點的數(shù)量是在垂直方向上每隔2 m設(shè)置1個，即每4 m2左右1個觀察點。觀察節(jié)點分別為：加載前、加載12 h、加載24 h、加載48 h、加載完畢。

4.3區(qū)塊模板的設(shè)計

模板的設(shè)計：模具分為底模、側(cè)模、內(nèi)模和端模。底模為6 mm厚的鋼板，縱筋為∠75-6角鋼，橫筋為槽鋼，底模的安裝要考慮到橋體的縱向斜度，并根據(jù)永久和臨時橋墩的位置關(guān)系和垂直斜率對模板進(jìn)行分段。側(cè)模由6 mm厚的鋼板制成，縱筋為8-8，橫筋為∠80-8角鋼，模板支架由槽鋼焊接而成。支架和側(cè)模由螺釘固定，間隔大致為0.8 m/m，側(cè)模具由25 mm精軋帶鋼拉桿對拉，在每個支架的上部設(shè)有一根，支架的下部支撐在橫橋向的托梁上。外模具的下邊緣和下模具的邊緣和側(cè)面模具之間用M18螺栓固定，螺栓之間的間隔≤25 cm。隔板和內(nèi)模由于塊梁的橫斷面變化較大，模板的通用性較差，故采用木質(zhì)模板，用48 mm鋼管腳手架支撐，鋼管支撐于基板墊塊上，橫、縱向及豎向間距均為60 cm，鋼管兩端連接用對撐螺桿將組合鋼模具頂緊；中間隔板采用組合鋼模具，對拉螺栓進(jìn)行加強。內(nèi)模具底部的安裝是在預(yù)應(yīng)力壓漿管的設(shè)計部位事先進(jìn)行鉆孔，并在安裝內(nèi)模時對壓漿孔進(jìn)行防護(hù)，安裝后用膠布將管周間隙封閉［2］。為了便于混凝土的澆筑和振搗，在箱體的內(nèi)側(cè)模中預(yù)留了施工用的振動和觀測窗口，在混凝土澆筑到預(yù)留位置時根據(jù)規(guī)定將鋼筋進(jìn)行密封。端模有一根鋼筋和一根預(yù)應(yīng)力管，必須精確定位。要用木頭做模板，便于拆卸。

4.4波形鋼腹板安裝

波形鋼腹板吊裝到設(shè)計標(biāo)高時，利用手拉葫蘆將波形鋼腹板調(diào)整至安裝位置，采用普通螺栓進(jìn)行臨時固定后施焊。安裝時應(yīng)注意波形鋼腹板與上一節(jié)段波形鋼腹板的安裝位置，波形鋼腹板安裝時采用交替安裝的方式進(jìn)行連接。

4.5波形鋼腹板定位

波形鋼腹板初步安裝后，根據(jù)監(jiān)控單位所給的波形鋼腹板安裝位置的設(shè)計標(biāo)高，利用全站儀、水準(zhǔn)儀等測量儀器進(jìn)行波形鋼腹板精確定位，邊調(diào)整邊進(jìn)行螺栓連接。通過對波形鋼腹板水平位置及軸線調(diào)整，待波形鋼腹板橫向和縱向位置滿足施工設(shè)計要求時，將波形鋼腹板所有M20普通連接螺栓進(jìn)行連接緊固。波形鋼腹安裝就位后對波形鋼腹板位置進(jìn)行測量，焊接前應(yīng)對波形鋼腹板位置進(jìn)行復(fù)核。

4.6波形鋼腹板焊接

波形鋼腹板精確定位后進(jìn)行波形鋼腹板焊接。波形鋼腹板的焊接嚴(yán)格按照波形鋼腹板焊接工藝評定進(jìn)行焊接。為避免大風(fēng)及雨水對波形鋼腹板焊接的影響，波形鋼腹板焊接需采用封閉式焊接，未采取相關(guān)防風(fēng)防雨措施時，不允許進(jìn)行波形鋼腹板焊接作業(yè)。

在波形鋼腹板精確定位后，對已安裝波形鋼腹板豎向焊縫進(jìn)行焊接。焊接過程中采用CO2保護(hù)焊焊接工藝，且焊接工人需進(jìn)行工藝考核后方可上崗作業(yè)。焊接前需對波形鋼腹板焊接部位進(jìn)行打磨，確保焊接位置無銹跡，保證焊接質(zhì)量，并對焊接過程中的搭設(shè)防護(hù)罩進(jìn)行焊接保護(hù)，防止因環(huán)境因素（雨水、潮濕、大風(fēng)天氣）對焊接質(zhì)量造成影響。

由于波形鋼腹板高度較高，無法在底板處對波形鋼腹板進(jìn)行焊接，因此設(shè)計螺栓安裝與焊接爬梯以滿足波形鋼腹板豎向焊縫以及安裝螺栓施工需求。爬梯采用角鋼與鋼筋焊接而成，焊接時應(yīng)保證爬梯強度與便利性。

波形鋼腹板安裝完成后，銷孔與鋼筋設(shè)計圖中貫穿鋼筋位置有偏差時可適當(dāng)調(diào)整鋼筋位置，但不得剪斷鋼筋；所有貼角焊縫應(yīng)減少斷弧和接頭，且接頭處需進(jìn)行打磨處理，焊縫應(yīng)盡快連續(xù)焊接完成，且焊縫質(zhì)量技術(shù)要求符合現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)；所有波形鋼腹板與翼緣板、托底鋼板之間均采用全熔透焊縫進(jìn)行連接。

焊接前及時做好焊接位置表面清理工作。注意安裝時的裝配間隙，按照工藝評定相關(guān)內(nèi)容選擇焊接工藝參數(shù)，特別是焊接電流值，采用適當(dāng)手法和角度，以保證焊縫成型均勻一致。施焊后，應(yīng)及時仔細(xì)檢查焊接區(qū)域的焊接情況和焊接接頭的組裝質(zhì)量。

4.7波形鋼的防腐處理

為了避免雨水從鋼腹板和上、下混凝土結(jié)合部滲入腐蝕鋼腹板、底板和鋼腹板的內(nèi)壁和內(nèi)壁之間，在收面時設(shè)有向外的泄水坡，同時在接頭位置設(shè)置止水帶［3］。

4.8鋼筋綁扎

在進(jìn)行圖紙審核后繪制工藝圖，同一種鋼筋按照先長后短的原則進(jìn)行下料，然后用彎曲機械進(jìn)行加工，并與大樣圖進(jìn)行對比。鋼筋集中在鋼筋棚內(nèi)，然后就地進(jìn)行綁扎，梁段采用整體綁扎。在普通鋼筋碰撞預(yù)應(yīng)力鋼筋時可以將普通鋼筋切斷，但必須采用等強加固。在各梁預(yù)留孔內(nèi)增加相應(yīng)的環(huán)形鋼筋，可在橋面泄水孔位置適當(dāng)?shù)匾苿愉摻?，并增加斜拉式鋼筋以加固。為了保證腹板、頂板和底板鋼筋的正確定位，加強架空鋼筋的布置，可以采取增加架設(shè)鋼筋等方法（見圖5）。

4.9塊體的灌漿與養(yǎng)護(hù)

混凝土異步法施工時，先澆筑底板混凝土再澆筑頂板混凝土。底板混凝土澆筑時由低到高進(jìn)行澆筑，頂板澆筑時由外側(cè)向內(nèi)側(cè)澆筑。澆筑過程應(yīng)保證T構(gòu)兩端澆筑方量相差不大，且必須保證混凝土在初凝前完成頂、底板混凝土的澆筑?；炷翝仓┕ね戤吅螅诔跄巴瓿墒彰婀ぷ?，底板表面采用人工收成光面，頂板收面應(yīng)及時進(jìn)行修整、抹平，待定漿后再抹第二遍并壓光或拉毛。梁體頂板混凝土終凝后采用土工布覆蓋灑水養(yǎng)護(hù)，其他部位灑水濕潤后覆蓋塑料薄膜。同時，在梁體安裝噴淋系統(tǒng)，根據(jù)天氣溫度智能噴灑，保證相對濕度＞60%，自然養(yǎng)護(hù)≥14 d。拆除內(nèi)模后，在箱梁內(nèi)澆水后用塑料布封閉梁端端口，保證鄰近節(jié)段施工完成前相對濕度＞90%。養(yǎng)護(hù)期間要做好混凝土測溫及養(yǎng)護(hù)記錄，填寫好測溫養(yǎng)護(hù)記錄表。

4.10預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)

在箱梁混凝土澆筑完成后，在混凝土強度達(dá)到100%的情況下進(jìn)行張拉。張拉采用應(yīng)力控制和實際伸長控制。懸臂施工中的控制：在施工中通過對每一節(jié)段底模的立模高度進(jìn)行控制，對其進(jìn)行施工，其標(biāo)高的計算公式為：箱梁節(jié)段底模高度=箱梁設(shè)計標(biāo)高+設(shè)計預(yù)拱度（由設(shè)計方理論計算）+懸臂施工桁車變形（分底、頂模變形）；合龍段的控制標(biāo)準(zhǔn)為：龍口兩端標(biāo)高≤20 mm，箱梁成橋設(shè)計高度≤L/5 000。

5結(jié)語

異步平行工法在波形鋼腹板連續(xù)剛構(gòu)橋上的應(yīng)用及改進(jìn)是本次飛龍大橋?qū)嶋H運用的重要內(nèi)容，該工法不但可以縮短施工時間，還可以拓寬作業(yè)面，降低掛籃的重量，提高波形鋼腹板連續(xù)剛構(gòu)橋的施工便利性和經(jīng)濟(jì)性，具有很好的推廣價值。經(jīng)過嚴(yán)格的工藝控制，飛龍大橋波紋鋼腹板的施工合格率為100%，達(dá)到了預(yù)期的效果，為以后的工程建設(shè)提供了寶貴的實踐經(jīng)驗。

參考文獻(xiàn)

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［2］邱耀.連續(xù)剛構(gòu)橋零號塊施工技術(shù)［J］.廊坊師范學(xué)院學(xué)報（自然科學(xué)版），2014（1）：76-80.

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基金項目：交通運輸部交通運輸行業(yè)重點科技項目“基于永臨結(jié)合的波形鋼腹板組合梁橋智能快速施工關(guān)鍵技術(shù)研究與應(yīng)用”（編號：2022-ZD7-127）

作者簡介：陳明海（1990—），工程師，主要從事道橋施工工作。