單箱多室波形鋼腹板PC組合箱梁節(jié)段懸澆施工技術(shù)

謝廣恕 （中鐵四局集團(tuán)市政工程有限公司，安徽 合肥 230041）

1 引言

波形鋼腹板PC組合箱梁橋由于在腹板處采用了抗剪強(qiáng)度高、抗彎能力大的波形鋼腹板，使其具備了獨(dú)特的鋼混截面構(gòu)造。其施工方法主要采用掛籃進(jìn)行模板及混凝土施工，采用塔吊進(jìn)行鋼腹板安裝。針對該橋型的構(gòu)造特點(diǎn)及施工工序特點(diǎn)，如何在施工過程中既能有效控制其施工質(zhì)量，又能結(jié)合該橋梁構(gòu)造特點(diǎn)優(yōu)化施工工序，提高施工效率，具有重要研究價(jià)值。采用鋼腹板超前安裝及橫隔板異步施工工藝在施工企業(yè)建設(shè)該型橋梁時(shí)具有重要的工程實(shí)際指導(dǎo)意義。

2 工程概況

某大橋設(shè)計(jì)為跨徑55+93+83+55=286m波形鋼腹板連續(xù)梁橋，主梁采用雙幅單箱三室波形鋼腹板箱梁，主梁頂?shù)装寤炷敛捎肅50，腹板波形鋼腹板材料采用Q345qC鋼材。全梁采取變截面高度設(shè)計(jì)，梁底呈二次拋物線變化。

圖1 全橋?qū)嵕皥D

3 懸臂段一般工藝流程概述

該大橋波形鋼腹板連續(xù)梁橋懸臂段一般施工工藝流程主要為掛籃行走、錨固、調(diào)整就位→底板鋼筋安裝→波形鋼腹板安裝調(diào)整就位→內(nèi)頂模板滑移就位→頂板鋼筋安裝→頂、底板混凝土施工→節(jié)段預(yù)應(yīng)力施工→橫隔板施工→下一節(jié)段施工。

4 懸臂段優(yōu)化工藝概述

4.1 鋼腹板超前安裝

在懸臂段一般施工流程概述中，由于波紋鋼腹板需錨固于頂?shù)装寤炷林校數(shù)装寤炷翝仓璧炔y鋼腹板安裝完成后方可進(jìn)行混凝土澆筑，波紋鋼腹板安裝、調(diào)整、固定時(shí)間成為節(jié)段施工周期重要制約因素。由于波形鋼腹板具有一定的抗剪能力和抗彎剛度，因此在本段混凝土等強(qiáng)期內(nèi)，提出超前安裝下一節(jié)段波紋鋼腹板的施工思路。鋼腹板超前安裝的實(shí)現(xiàn)，可以在很大程度上縮短節(jié)段的施工周期。

4.2 橫隔板異步施工

由于在節(jié)段橫隔板的澆筑施工與掛籃模板滑梁就位相沖突時(shí)，提出采用橫隔板異步施工技術(shù)，將n#節(jié)段的橫隔板施工調(diào)整到n+2#節(jié)段施工時(shí)進(jìn)行，解決同一節(jié)段的模板滑梁就位與橫隔板混凝土澆筑的矛盾，在模板滑梁就位的同時(shí)，橫隔板能順利澆筑，避免了因橫隔板施工影響主梁施工。

4.3 優(yōu)化后工藝流程概述

該大橋波形鋼腹板連續(xù)梁橋懸臂段優(yōu)化后施工工藝流程主要為：首節(jié)鋼腹板節(jié)段完成施工（節(jié)段混凝土強(qiáng)度達(dá)到C20）→安裝下一節(jié)段鋼腹板（螺栓臨時(shí)固定）→已澆節(jié)段預(yù)應(yīng)力張拉、壓漿→掛籃行走、錨固、調(diào)整就位→波形鋼腹板精確安裝調(diào)整就位→頂、底板鋼筋安裝→頂、底板混凝土施工→混凝土等強(qiáng)→下一節(jié)段鋼腹板安裝（循環(huán)）→橫隔板施工（滯后2節(jié)段施工）。

5 懸臂段優(yōu)化工藝可行性研究

5.1 鋼腹板超前安裝可行性分析

針對鋼腹板超前安裝的這一工況，主要考慮鋼腹板安裝后，上一節(jié)段的頂、底板混凝土是否會(huì)產(chǎn)生裂縫或者其他不可恢復(fù)的變形，故在進(jìn)行鋼腹板超前安裝的敏感性分析時(shí)，混凝土的強(qiáng)度生成期間，混凝土彈性模量逐漸增大，為模擬混凝土彈性模量及強(qiáng)度增長對鋼腹板安裝的影響，采用Midas FEA有限元分析軟件分別計(jì)算a2節(jié)段在不同混凝土強(qiáng)度時(shí)，頂?shù)装寮颁摳拱宓慕Y(jié)構(gòu)響應(yīng)。

圖2 （0、a1、a2）構(gòu)件模型示意圖

a2節(jié)段混凝土等強(qiáng)期間應(yīng)力、位移變化表 表1

以上計(jì)算結(jié)果表明，隨著混凝土的強(qiáng)度等級提高，a2節(jié)段混凝土的應(yīng)力減少，即使在混凝土未有強(qiáng)度時(shí)（彈性模量為3000MPa），此時(shí)鋼腹板應(yīng)力最大為0.4MPa，混凝土的最大應(yīng)力也小于0.1MPa，當(dāng)a2節(jié)段混凝土強(qiáng)度達(dá)到C20時(shí)，混凝土抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值為1.06MPa，遠(yuǎn)大于鋼腹板吊裝時(shí)混凝土產(chǎn)生的極限拉應(yīng)力，說明鋼腹板的超前安裝，可以選擇在混凝土強(qiáng)度達(dá)到C20以上時(shí)進(jìn)行。

5.2 橫隔板異步施工可行性分析

橫隔板的設(shè)置，會(huì)增加箱梁的抗扭剛度，使得主梁在有偏心荷載作用下，主梁不易產(chǎn)生較大的扭轉(zhuǎn)變形。針對箱梁橫隔板施工與當(dāng)前節(jié)段的模板構(gòu)造空間占位相沖突，采取橫隔板滯后2個(gè)節(jié)段施工的措施。實(shí)際施工時(shí)，當(dāng)出現(xiàn)偏心荷載時(shí)，主梁的扭轉(zhuǎn)變形加大，使得主梁頂、底板應(yīng)力發(fā)生變化，故在進(jìn)行橫隔板滯后2個(gè)節(jié)段施工的可行分析時(shí)，在滯后2個(gè)節(jié)段有橫隔板和滯后2個(gè)節(jié)段無橫隔板的有限元實(shí)體模型中，分別計(jì)算10t偏載作用時(shí)，頂、底板的結(jié)構(gòu)響應(yīng)。受力采用midas civl有限元軟件進(jìn)行建模受力分析。

圖3 實(shí)體模型示意圖

最大懸臂位置豎向位移匯總表（單位：mm） 表2

滯后2個(gè)節(jié)段頂、底板縱向應(yīng)力匯總表（單位：MPa） 表3

以上計(jì)算結(jié)果可以得出，施工過程中，最大懸臂節(jié)段施工時(shí)，當(dāng)存在10t的偏心荷載時(shí)，最大懸臂端的箱梁豎向位移偏差小于1mm；當(dāng)未設(shè)置橫隔板時(shí)，偏心側(cè)橫隔板位置處的頂、底板應(yīng)力影響較大，頂板拉應(yīng)力及底板壓應(yīng)力均有所增加，但頂、底板應(yīng)力偏差均小于0.5MPa，考慮到頂板設(shè)置有體內(nèi)束，綜合考慮混凝土有一定的抗拉性能，認(rèn)為即使出現(xiàn)10t的偏載作用工況，施工過程中的箱梁頂、底板一直處于受壓狀態(tài)，出現(xiàn)混凝土開裂的概率較小，懸臂施工過程中，可以不進(jìn)行橫隔板的施工，同時(shí)認(rèn)為懸臂施工過程中滯后2個(gè)節(jié)段施工橫隔板是可行的。

6 關(guān)鍵工序工藝要點(diǎn)

6.1 塔吊選型

根據(jù)每個(gè)T構(gòu)各個(gè)節(jié)段距離塔吊最遠(yuǎn)鋼腹板重心與塔吊中心的距離，結(jié)合該節(jié)段鋼腹板的自身重量進(jìn)行塔吊選型，能夠滿足各個(gè)節(jié)段鋼腹板的吊裝需求。

6.2 鋼腹板超前吊裝

在節(jié)段混凝土澆筑完成，強(qiáng)度達(dá)到C20等級后，在預(yù)應(yīng)力鋼束張拉前，利用塔吊配合人工安裝下一節(jié)段鋼腹板。

6.3 鋼腹板初連接

節(jié)段鋼腹板采取塔吊吊裝，人工輔助配合的方式進(jìn)行安裝。根據(jù)鋼腹板安裝順序，從懸澆段前端喂入相應(yīng)位置，將下一節(jié)段的鋼腹板尾部與本節(jié)段鋼腹板的懸臂端初連接，單塊鋼腹板自重主要由擰緊后的螺栓承受。

6.4 預(yù)應(yīng)力張拉、壓漿，掛籃前移調(diào)整

待節(jié)段混凝土強(qiáng)度、彈性模量及最小齡期滿足設(shè)計(jì)要求后，進(jìn)行體內(nèi)預(yù)應(yīng)力張拉及孔道壓漿。節(jié)段預(yù)應(yīng)力體系完成施工后，方可進(jìn)行掛籃前移。

6.5 鋼腹板精確定位

鋼腹板安裝空間位置由平面及高程共同決定，具體調(diào)整原則為：先高程后平面。高程調(diào)整主要利用32螺紋鋼作為鋼腹板的前端吊點(diǎn)，輔以5t手拉葫蘆進(jìn)行高程調(diào)整；平面調(diào)整主要利用3噸手拉葫蘆進(jìn)行鋼腹板左右調(diào)整，當(dāng)鋼腹板位置準(zhǔn)確無誤后，利用M20螺栓將橫向限位槽鋼與鋼腹板交叉連接，并對單個(gè)鋼腹板的垂直度進(jìn)行微調(diào)。

7 優(yōu)化后工效對比分析

通過表4對比分析得出，在懸臂節(jié)段施工關(guān)鍵線路上，優(yōu)化工藝后可提高塔吊利用率，可以單獨(dú)節(jié)省吊裝鋼腹板、鋼腹板螺栓臨時(shí)連接及頂模前移調(diào)整等工序，每循環(huán)可節(jié)約20h以上。

鋼腹板安裝工藝優(yōu)化時(shí)效對比 表4

8 總結(jié)

綜上所述，采用鋼腹板超前安裝及橫隔板分段異步工藝技術(shù)可行，施工質(zhì)量能得以有效控制，且采用此種技術(shù)解決了傳統(tǒng)安裝方式勞動(dòng)強(qiáng)度大、工期長的問題。采用先進(jìn)的鋼網(wǎng)安裝技術(shù)，縮短了節(jié)段施工周期，降低了工期成本。不僅施工進(jìn)度快，安全質(zhì)量也可以得到有效的控制，本施工技術(shù)研究對今后的波形鋼腹板橋梁懸臂節(jié)段施工有較大的借鑒價(jià)值。