常莊干渠高架橋斜波腹板鋼混組合梁頂推施工

韓亞軍 何 斌

(中國水利水電第十一工程局有限公司，河南 鄭州 450001)

波形鋼腹板PC 組合梁近年來在國內(nèi)得到迅速的發(fā)展，其施工工法也日漸豐富與成熟。目前，國內(nèi)已有幾十座波形鋼腹板PC組合梁橋，其中多以懸臂掛籃施工和支架現(xiàn)澆為主。常莊干渠高架橋作為國內(nèi)第一座采用頂推法施工的波形鋼腹板PC 組合梁橋，腹板為斜腹板結(jié)構(gòu)，并首次使用波形鋼腹板作為頂推導(dǎo)梁的主體結(jié)構(gòu)，并對波形鋼腹板PC 組合梁橋頂推施工關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行施工。

1 工程概況和施工特點(diǎn)

1.1 工程概況

隴海路高架常莊干渠高架橋位于鄭州市的西南角，主要跨越常莊水庫泄洪干渠，橋梁全長940 m，分兩聯(lián)布置，跨徑組合為(9×50)m+(9×50 +40)m，為兩幅分離式設(shè)置，兩幅之間設(shè)20 mm 分隔縫。單幅斷面采用單箱單室斜腹板截面，腹板傾斜角度為75°，頂板寬度為12.75 m，底板寬度為6.0 m。

主梁永久預(yù)應(yīng)力采用體內(nèi)、體外預(yù)應(yīng)力混合配置方式。體內(nèi)束規(guī)格采用YM15-9，YM15-12，錨下控制應(yīng)力(扣除錨圈口損失后)采用1 302 MPa;體外束采用YM15-27 低松弛環(huán)氧涂覆無粘結(jié)成品索;錨下控制應(yīng)力(扣除錨圈口損失后)采用1 150 MPa。

波形鋼腹板PC 組合箱梁模型圖見圖1。

波形鋼腹板采用BCSW1600 型，材質(zhì)采用Q345qc。波形板水平幅寬430 mm、斜幅水平方向長370 mm、波高220 mm。

波形鋼腹板與混凝土頂板采用Twin-PBL 方式連接，其中除導(dǎo)梁段翼緣鋼板厚20 mm 外其余一般節(jié)段翼緣鋼板采用16 mm，翼緣寬度均采用450 mm;開孔鋼板厚16 mm;開φ60 mm 長圓孔，順橋向孔間距為150 mm，高度為200 mm，貫穿鋼筋Φ25。

波形腹板與混凝土底板的連接采用栓釘方式連接，其中除導(dǎo)梁段翼緣鋼板厚20 mm 外，其余一般節(jié)段翼緣鋼板采用16 mm，翼緣寬均采用400 mm，栓釘直徑采用22 mm，長度150 mm。

1.2 施工特點(diǎn)

1)現(xiàn)場地形起伏大，最大高差達(dá)二十多米，頂推施工難度較大;2)上部結(jié)構(gòu)采用波形鋼腹板PC 組合箱梁，為單幅單箱室截面設(shè)計(jì)，寬幅大箱室波形傾斜鋼腹板箱梁頂推技術(shù)在國內(nèi)沒有先例，臨時(shí)支座反力將近700 t，波形鋼腹板在施工過程中同時(shí)承受豎向應(yīng)力和剪應(yīng)力，比成橋狀態(tài)受力復(fù)雜，關(guān)于波形鋼腹板在復(fù)合應(yīng)力下的整體穩(wěn)定性和板件局部穩(wěn)定性研究在國內(nèi)尚屬空白;3)本橋采用波形鋼腹板作頂推導(dǎo)梁的主梁，且箱梁截面為75°斜腹板，待頂推就位后直接用于導(dǎo)梁段波形鋼腹板PC 組合梁的現(xiàn)澆施工。因此導(dǎo)梁受力復(fù)雜，牽涉到臨時(shí)預(yù)應(yīng)力束的配置、導(dǎo)梁和混凝土的結(jié)合面構(gòu)造設(shè)計(jì)、導(dǎo)梁主體、滑靴及連接系的設(shè)計(jì)等。

2 施工總體方案

結(jié)合現(xiàn)場地形情況，YU01 聯(lián)頂推預(yù)制平臺布置在YP2 墩～YP4 墩處，即頂推節(jié)段6 個(gè)(不含導(dǎo)梁段)，長度312.5 m;曲線現(xiàn)澆段長度137.5 m;YU02 聯(lián)頂推預(yù)制平臺布置在YP16 墩～YP18墩處，即頂推節(jié)段6 個(gè)(不含導(dǎo)梁段)，長度312.5 m;曲線現(xiàn)澆段177.5 m。

2.1 頂推預(yù)制平臺施工

預(yù)制平臺劃分為五個(gè)部分，以YU01 聯(lián)為例，從YP1 墩～YP4方向，依次為:綜合加工區(qū)、工作平臺區(qū)、箱梁預(yù)制區(qū)、導(dǎo)梁安裝區(qū)。綜合加工區(qū)主要用于原材料的存放，內(nèi)模加工等。工作平臺區(qū)主要用于鋼絞線及體外束下料、穿束、存放等。箱梁預(yù)制區(qū)主要為梁段的鋼筋安裝、箱梁澆筑區(qū)域，箱梁預(yù)制區(qū)設(shè)置可移動的防護(hù)棚，防止高溫和下雨等惡劣天氣對施工造成影響。

由于施工現(xiàn)場地形復(fù)雜，材料運(yùn)送困難，考慮到波形鋼腹板PC 組合箱梁施工需要，在兩個(gè)頂推平臺的北側(cè)設(shè)置施工便道，YP3(YP17)墩南側(cè)布置塔吊一座，用于波形鋼腹板和施工材料的垂直和水平運(yùn)輸。另考慮到頂推期間的測量需要，在YP2 墩頂設(shè)置測量觀測墩，用于頂推施工期間預(yù)制平臺及梁體的監(jiān)控和測量。

1)平臺支架結(jié)構(gòu)形式。預(yù)制平臺結(jié)構(gòu)主要由模板系統(tǒng)、臨時(shí)支墩(滑道支承墩、平臺支承墩)及安全通道組成。結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際情況，并經(jīng)過受力驗(yàn)算，基礎(chǔ)擬采用鉆孔灌注樁基礎(chǔ)，樁基設(shè)計(jì)為摩擦樁，滑道支撐墩選用1.2 m 直徑鉆孔灌注樁;支架支撐墩選用1.0 m 直徑鉆孔灌注樁，為便于支架墩與鉆孔灌注樁連接，樁頂設(shè)置1.2 m×1.2 m×1.0 m 承臺。設(shè)計(jì)要求滑道支承墩間距不得大于10 m，因此滑道支承墩和平臺支承墩的縱向間距為5 m。a.滑道支承墩。滑道支承墩是箱梁頂推時(shí)的臨時(shí)支承墩，同時(shí)也是箱梁混凝土澆筑時(shí)底模的端支點(diǎn)支承墩;其中間底模板下方兩個(gè)支承墩。b.平臺支承墩。平臺支承墩僅作為箱梁施工時(shí)底模的中間支點(diǎn)，其采用直徑630 mm、壁厚8 mm 的鋼管柱，基礎(chǔ)采用直徑1 000 mm 鉆孔灌注樁，縱橋向間距5 m，有滑道支承墩處不設(shè)平臺支撐墩，鋼牛腿兼作支點(diǎn)。

2)平臺模板系統(tǒng)。平臺模板系統(tǒng)主要由底模升降系統(tǒng)、翼緣板模板和內(nèi)模組成。底模升降系統(tǒng)采用鋼制定型骨架，上部設(shè)置Ⅰ型分配梁和底模。通過千斤頂調(diào)整底模標(biāo)高就位，用馬凳和鋼楔塊將模板調(diào)平。模板下落時(shí)，拆卸鋼楔塊和馬凳即可實(shí)現(xiàn)模板系統(tǒng)下降?；狼昂髢蓚?cè)設(shè)置活動底模，頂推前將活動底模抽掉，用于喂取滑板。

3)平臺支架受力驗(yàn)算。支架受力分析模型采用midas 程序，底模面板采用板單元建模，其余構(gòu)件均采用梁單元建模;模型取20 m 節(jié)段分析，箱梁采用橫梁附近區(qū)域20 m 節(jié)段，每層分配梁之間采用彈性連接約束，立柱底部采用固結(jié)約束。所有荷載均采用面荷載形式施加在底模面板上(見圖2，圖3)。經(jīng)計(jì)算，支架結(jié)構(gòu)體系及模板剛度能夠滿足施工要求。

4)平臺安全通道。預(yù)制平臺處設(shè)置裝配式爬梯兩座，用于人員的垂直上下。為方便頂推施工和模板升降的需要，沿鋼管支墩連接系縱橫方向水平設(shè)置安全通道。安全通道與上下爬梯連接，并在滑道支撐墩前后設(shè)置施工平臺，便于滑板的喂取。安全通道采用φ48 鋼管焊接而成，護(hù)欄高度不小于1.2 m，底部30 cm 設(shè)置擋腳板，內(nèi)外側(cè)懸掛密目式安全網(wǎng)。

圖1 波形鋼腹板PC 組合箱梁模型圖

圖2 底模面板受力驗(yàn)算模型圖

2.2 波形鋼腹板導(dǎo)梁

頂推導(dǎo)梁的主體結(jié)構(gòu)采用波形鋼腹板，并使用斜腹板結(jié)構(gòu)，待頂推就位后將臨時(shí)結(jié)構(gòu)拆除直接用于導(dǎo)梁現(xiàn)澆段施工。導(dǎo)梁主要由波形鋼腹板主梁、梁間連接系、滑道鋼靴、埋入段、根部鋼頂板五個(gè)部分組成(見圖4)。

圖3 平臺支架受力驗(yàn)算模型圖

圖4 波形鋼腹板導(dǎo)梁基本構(gòu)造

導(dǎo)梁懸臂總長35 m，為最大跨徑的0.7 倍。導(dǎo)梁總長38.8 m，分三個(gè)節(jié)段。其中第一節(jié)段長12.98 m，由腹板節(jié)段1、腹板節(jié)段2 及上下平聯(lián)、橫聯(lián)組成;第二節(jié)段長10.4 m，由腹板節(jié)段3、上下平聯(lián)、橫聯(lián)組成;第三節(jié)段長14.2 m，由腹板節(jié)段4、導(dǎo)梁箱梁結(jié)合部及上下平聯(lián)、橫聯(lián)組成。導(dǎo)梁段為便于頂推到位后調(diào)整線形和割除臨時(shí)構(gòu)件，波形鋼腹板節(jié)段間施工期間采用高強(qiáng)度螺栓連接，頂推到位后拆開波形鋼腹板，對鋼腹板進(jìn)行線形調(diào)整和整修，就位安裝，使用貼角焊搭接連接。施工期間導(dǎo)梁段的上下翼緣須在施工期間保持連續(xù)，以滿足受力要求，因此該段節(jié)段間上下翼緣板在先期采用熔透焊接并加補(bǔ)強(qiáng)板，后期切開焊縫，同一般節(jié)段一致，設(shè)20 mm 斷縫。導(dǎo)梁末端預(yù)先與相鄰箱梁現(xiàn)澆段澆筑成整體，并加設(shè)臨時(shí)體外束，頂推到位后拆除并轉(zhuǎn)化成永久體外束。

2.3 波形鋼腹板定位安裝

由于波形鋼腹板加工、運(yùn)輸及施工的要求，在縱橋向分割成節(jié)段，運(yùn)抵現(xiàn)場后再進(jìn)行拼裝。拼裝時(shí)采用高強(qiáng)螺栓臨時(shí)固定，待定位完成后再進(jìn)行雙面貼角焊接。本橋采用斜腹板結(jié)構(gòu)，因此波形鋼腹板的定位安裝就顯得尤為重要。結(jié)合本橋的施工特點(diǎn)，采用了內(nèi)拉外撐的支撐體系對波形鋼腹板進(jìn)行定位支撐。外側(cè)支撐采用φ80 mm 無縫鋼管作為支撐的承重桿件，在波形鋼腹板頂部和支撐平臺設(shè)置耳板，支撐桿與耳板間采用銷軸固定，鋼管中間布置一道可調(diào)螺栓用于波形鋼腹板角度的調(diào)整。內(nèi)側(cè)支撐在上下各設(shè)一道鎖口支撐桿，桿件布置形式同外側(cè)支撐，中間均設(shè)置可調(diào)螺栓，便于對波形鋼腹板位置進(jìn)行精調(diào)。同時(shí)，在上下鎖扣支撐桿兩側(cè)各布置一道斜桿，防止?jié)仓^程中波形鋼腹板移位。支撐體系的布置按照2 m 一道的原則進(jìn)行設(shè)置，且保證每節(jié)段波形鋼腹板不少于4 道支撐。

2.4 波形鋼腹板PC 組合箱梁預(yù)制

待模板打磨、除銹、刷漆完成后，即可進(jìn)行底板鋼筋綁扎作業(yè)。底板、頂板鋼筋采用在加工棚內(nèi)集中化加工，將鋼筋分段加工成型后再吊裝至平臺處安裝。模板與鋼筋安裝工作應(yīng)配合進(jìn)行，妨礙綁扎鋼筋的側(cè)模板應(yīng)在鋼筋安裝完畢后安設(shè)。為確保預(yù)應(yīng)力質(zhì)量，波紋管內(nèi)增設(shè)橡膠管進(jìn)行支撐，澆筑過程中進(jìn)行抽拔，防止堵塞孔道。鋼筋安裝完成后要及時(shí)對各類預(yù)埋件進(jìn)行檢查，并準(zhǔn)確定位。波形鋼腹板的安裝與箱梁底板鋼筋綁扎同時(shí)進(jìn)行，吊裝時(shí)依次按照編號和安裝順序進(jìn)行吊裝，以免發(fā)生混淆。安裝側(cè)模時(shí)應(yīng)防止模板移位和凸出，側(cè)模外設(shè)支撐進(jìn)行固定，橫梁處的側(cè)模設(shè)拉桿固定。模板安裝完畢后應(yīng)保證位置正確。澆筑時(shí)發(fā)現(xiàn)模板有變形時(shí)要立即進(jìn)行糾正加固。澆筑混凝土前，對平臺支架、模板系統(tǒng)、鋼筋及預(yù)埋件等進(jìn)行全面檢查，并對混凝土拌和、輸送等各種機(jī)具設(shè)備和備料情況進(jìn)行檢查，以確?；炷翝仓捻樌??；炷翝仓捎帽盟瓦B續(xù)入倉，插入振動器振搗，振搗以混凝土表面不再下沉、表面泛漿、不再出現(xiàn)氣泡為止，防止出現(xiàn)漏振、過振。混凝土澆筑過程中，嚴(yán)禁重物撞擊波形鋼腹板，防止移位變形。分兩次澆筑時(shí)，頂板與橫隔板處新舊混凝土接縫表面必須鑿毛、清洗，以保證新舊混凝土結(jié)合良好。轉(zhuǎn)向塊處面積小、鋼筋密集，布置有體外索轉(zhuǎn)向器;端橫隔板是體外索錨固端，鋼筋密集;為保證混凝土的密實(shí)，要采用工作性好的混凝土，采用小型振搗棒，并輔以人工使用木槌進(jìn)行敲擊檢查，防止出現(xiàn)漏振、空洞現(xiàn)象。待澆筑完成，養(yǎng)護(hù)齡期、強(qiáng)度及彈性模量均符合設(shè)計(jì)要求時(shí)即可進(jìn)行張拉壓漿作業(yè)，然后進(jìn)行下一步頂推作業(yè)。

2.5 頂推施工

1)頂推設(shè)備選型。頂推設(shè)備選用含有墩頂位移監(jiān)測的第三代的QKDT(BP)自動連續(xù)頂推系統(tǒng)。在每臺千斤頂?shù)那绊敽秃箜敺謩e配置位移傳感器，可直接檢測出千斤頂活塞的行程。通過PLC 的運(yùn)算計(jì)算出千斤頂?shù)乃俣炔⒓右员容^，以一臺頂為主動點(diǎn)，以恒定的速度伸缸;其余頂為隨動點(diǎn)，如果千斤頂速度滿足要求則按此頻率輸出泵頭流量，否則調(diào)整電機(jī)頻率以增加或減小泵頭輸出流量，以達(dá)到速度的調(diào)控，通過這個(gè)閉環(huán)控制系統(tǒng)，保持各頂速度的同步。每個(gè)橋墩配置一個(gè)現(xiàn)場控制器(分控柜)，每個(gè)現(xiàn)場控制器均帶有觸摸屏顯示，可控制1 個(gè)泵站和2 套頂推千斤頂，同時(shí)將所有的數(shù)據(jù)傳送到主控臺。操作面板上安裝有急停開關(guān)、遠(yuǎn)程/就地選擇開關(guān)、報(bào)警指示燈等。

2)每個(gè)泵站上都設(shè)有壓力變送器，可準(zhǔn)確地檢測每個(gè)泵站承載力的大小。在整個(gè)工作過程中，將每個(gè)泵站的壓力與該泵站的最高設(shè)定壓力比較，若小于設(shè)定值則系統(tǒng)繼續(xù)工作，若不小于設(shè)定值則系統(tǒng)停機(jī)并在屏幕上顯示相關(guān)信息。

3)墩頂頂推滑道及預(yù)埋件布置。a.滑道梁?；懒河射摪搴附映上涫浇Y(jié)構(gòu)。順橋向滑道前后方做成坡型口，方便MGE 喂板。通過調(diào)整預(yù)埋鋼板坡度保證滑道梁縱向坡度與橋梁設(shè)計(jì)縱向坡度一致。b.MGE 板。在滑道上均勻涂抹潤滑油脂，將MGE板平鋪在滑道上，控制MGE 板之間間隙不可太大。預(yù)制平臺MGE 板厚為35 mm，一個(gè)滑道上放置4 塊600 mm×600 mm 的MGE 板。c.千斤頂反力支架。千斤頂反力支架是千斤頂放置及頂推時(shí)反力傳遞的臨時(shí)設(shè)施，利用精軋螺紋鋼與墩身連接固定。d.牽引錨柱(拉錨器)。牽引錨柱設(shè)置為梁體預(yù)埋孔道式，使用型鋼插入孔道作為頂推牽引的拉錨器。在澆筑箱梁時(shí)，在梁頂面及底面預(yù)埋箱形鋼板作為孔道。梁體成型后，利用型鋼錨柱貫穿梁體，在梁底安裝錨固端錨板，作為拉錨器。

除此之外，頂推過程中還需與監(jiān)控等單位的溝通與協(xié)作，確保頂推梁段成橋后的線形符合設(shè)計(jì)要求。由于頂推施工是一項(xiàng)較復(fù)雜的工程，尤其是波形鋼腹板作頂推導(dǎo)梁在國內(nèi)尚未成熟，施工過程將進(jìn)一步加大對波形鋼腹板導(dǎo)梁的監(jiān)測與控制，為后續(xù)同類橋梁的施工提供實(shí)踐依據(jù)和數(shù)據(jù)支持。

4)頂推施工。a.頂推力大小的確定。頂推施工控制最基本的要求是準(zhǔn)確計(jì)算各工況應(yīng)施加的頂推力，頂推牽引力的大小根據(jù)各工況下墩頂?shù)淖畲笾Х戳霸囼?yàn)頂推節(jié)段確定的摩擦系數(shù)來確定。頂推過程中，需保證總的頂推力大于摩阻力，設(shè)定好泵站系統(tǒng)后再分批次施加到位。如需增加或減少頂推力時(shí)，應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場測量監(jiān)控結(jié)果并在有較大富余頂力的墩位來補(bǔ)足頂推力。b.頂推測量監(jiān)控。頂推過程中，要對箱梁的軸線偏移、主梁標(biāo)高、導(dǎo)梁撓度以及墩頂?shù)乃轿灰频冗M(jìn)行測量，施工施加頂推力開始移動連續(xù)進(jìn)行觀測，一旦應(yīng)力超限時(shí)要及時(shí)停止，并對各墩應(yīng)力調(diào)整后再進(jìn)行頂推。除此之外，還需要對預(yù)制平臺臨時(shí)支墩的應(yīng)力狀態(tài)、主梁結(jié)構(gòu)安全性、波形鋼腹板屈曲穩(wěn)定、導(dǎo)梁結(jié)合段及導(dǎo)梁的安全性、墩身安全性進(jìn)行監(jiān)控，確保結(jié)構(gòu)頂推到位后的線形及其內(nèi)力狀態(tài)符合設(shè)計(jì)要求。c.支座轉(zhuǎn)換、落梁。在頂推完成后，先拆除頂推千斤頂及反力架，留出空間布置頂升千斤頂。將滑道與預(yù)埋板切割分離，利用手拉葫蘆、汽車吊將滑道拆除。用吊車吊裝支座至限位架上，利用手拉葫蘆牽引支座滑移到安裝位置。待支座全部轉(zhuǎn)換完成后，才能進(jìn)行落梁作業(yè)。

3 結(jié)語

經(jīng)過常莊干渠高架橋的工程實(shí)踐證用，波形鋼腹板PC 組合箱梁頂推預(yù)制平臺結(jié)構(gòu)可靠，穩(wěn)定性好，波形鋼腹板PC 箱梁頂推法施工具有施工效率高、占用場地較小、外觀質(zhì)量好等優(yōu)點(diǎn)，具有很好的工程應(yīng)用價(jià)值，為后續(xù)同類橋梁的施工提供了很好的實(shí)踐依據(jù)。

［1］陳宜言，王用中.波形鋼腹板預(yù)應(yīng)力混凝土橋設(shè)計(jì)與施工［M］.北京:人民交通出版社，2009.

［2］上官興.連續(xù)梁橋頂推技術(shù)的新探索［A］.湖南公路學(xué)會論文集［C］.1995.