銀西高鐵漠谷河2#特大橋鋼桁梁下節點板預埋施工技術

金禮俊，劉矗東，盧思吉，許 俊，侯之瑤

(1.中鐵四局集團有限公司第七工程分公司，安徽合肥 230022；2.西南交通大學橋梁工程系，四川成都 610031)

目前，大跨度連續剛構橋已經成為中等跨徑橋梁中十分具有競爭力的橋型之一，在過去的幾十年間我國也修建了一大批混凝土連續剛構橋。但是，養護檢測的數據表明，此類橋梁目前存在兩大“頑疾”——即跨中下撓和腹板開裂[1]。有研究資料表明，采用鋼桁和混凝土連續剛構橋組合而成的鋼桁加勁混凝土剛構橋對于改善橋梁后期徐變變形具有明顯效果，具有在鐵路橋梁建設中推廣的價值[2～3]。然而，此類橋梁建造過程一般采用“先梁后桁”的模式，隨時間變化的混凝土連續剛構橋線形導致鋼桁節段與預埋件的連接成為此類橋梁建造的關鍵所在。結合銀西高鐵漠谷河2#特大橋加勁鋼桁施工，介紹此類橋梁加勁鋼桁施工時預埋節點板的定位施工技術，用于提高節點板預埋精確度，確保鋼桁架順利連接且施工完成后桁架內力分布合理。

1 工程概況

銀西高鐵連接陜西省、甘肅省和寧夏回族自治區，是國家西部開發《國家中長期鐵路網規劃》中的高等級鐵路福銀高鐵的組成部分。銀西高鐵漠谷河2#特大橋位于咸陽市乾縣境內，大橋全長1 605.22 m，是銀西高鐵全線跨度最大、墩高最高的橋梁，也是陜西段重點控制性工程。主橋1#～5#墩設計為跨度(97+2×180+97) m的加勁鋼桁連續剛構組合結構。大橋主橋及加勁鋼桁采用“先梁后桁”的施工順序：主橋連續剛構段邊跨由0號～23號塊24個節段組成，中跨由0號～22號塊、1’號～21’號塊44個節段組成，其中22號塊為中跨合龍段，23號塊為邊跨現澆段，其余節段采用對稱懸臂施工。在連續剛構段主跨跨中設置無豎桿三角形加勁鋼桁，即主橋兩中跨各設置一孔鋼桁梁，全橋共兩孔鋼桁梁，每孔長156 m。鋼桁梁與主橋位置關系見圖1[4]。

圖1 鋼桁與主橋位置關系(單位：cm)

大橋加勁鋼桁桁高12 m，桁寬11 m，節段長度12 m。弦桿采用等高度箱型截面，高880 mm，內寬為730 mm，板厚24～40 mm。腹桿采用“H”型截面，桿件高730 mm，翼緣板寬700 mm，板厚16～24 mm。弦桿采用四面拼接，腹桿采用兩面拼接。上平聯為“N”字形式，截面均為“H”型斷面。主桁弦桿及腹桿的連接采用M27高強度螺栓。平聯與上弦整體節點連接螺栓采用M24的高強度螺栓。

主桁上弦采用整體節點，下弦節點采用埋置于混凝土梁內的整體節點。鋼桁下節點板采用埋入式構造，依靠PBL鍵與梁體連接，下節點節點板范圍內梁頂設凸臺，外包鋼板，內灌混凝土(內灌混凝土和梁體混凝土同時澆筑)。端節點板高2 480 mm，長2 600 mm，寬1 100 mm，中節點板高2 480 mm，長3 280 mm，寬1 100 mm，節點板埋入混凝土800 mm，外露1 680 mm。下節點板構造示意圖見圖2，節點板與梁段位置關系見圖3。

圖2 下節點板基本構造示意

2 施工總體方案

漠谷河2#特大橋主橋鋼桁加勁連續剛構段采用“先梁后桁”施工順序，主要分為兩個步驟完成，先對連續剛構梁進行掛籃懸臂施工，施工過程中對各梁段的下節點板進行預埋；連續剛構梁端合龍及預應力施工完畢后，在橋面上設置履帶式吊車與汽車吊對桿件單根吊裝并拼接[5]。在鋼桁架施工當中，下節點板的精確定位安裝與鉆孔是關鍵所在也是桿件能順利安裝完成的前提，如果節點板安裝誤差過大，不僅會導致后續桿件安裝困難還會影響桁架安裝完成后各桿件的受力情況。鋼桁架下節點板在工廠內經行制作，檢驗合格后運輸至現場，在現場采用一種精確定位工裝進行節點板的定位安裝，反復檢驗合格后方可澆筑混凝土，之后在安裝桁架前對節點板進行現場鉆孔工作。

圖3 下節點板與梁段示意

3 節點板預埋誤差限值分析

上文已經提到，如若預埋節點板安裝誤差較大，將會造成后續鋼桁架安裝困以及桁架安裝完成后內力分布不合理。針對這個問題，可利用有限元分析軟件Midas建立橋梁模型，分析鋼桁架節點位移對成橋后桁架內力的影響，得出預埋節點板施工理論偏差限制。節點板可能出現的安裝偏位示意圖如圖4。

圖4 預埋節點偏位

3.1 模型的建立

為得到不同節點偏位下鋼桁架桿件內力情況，選取10組不同的偏位數值與桁架自重進行組合，得到荷載工況(表1)。

表1 預埋節點板施工偏位組合

得到的Midas軟件有限元模型見圖5。

圖5 鋼桁架有限元模型

3.2 節點板偏位計算結果

通過有限元分析，得到了不同偏位組合情況下鋼桁架桿件的內力及應力情況，其中應力情況見表2。

表2 各工況應力結果匯總

由上表2可得到，在不同偏位情況下，主桁以受軸向應力為主，而剪切應力與彎曲應力均較小。分析結果表明，主桁相鄰預埋節點板發生豎向偏位11 mm、縱向偏位11 mm、橫向偏位5 mm時，鋼桁架最大拉應力超過軸向容許應力。故節點板安裝誤差應控制在豎向誤差10 mm，縱向誤差10 mm，橫向誤差5 mm范圍內。

4 節點板預埋施工技術

下節點板與主橋連續剛構部分的連接采用PBL剪力鍵進行連接，鋼桁下節點板采用埋入式構造，下節點節點板范圍內梁頂設凸臺，外包鋼板，內灌混凝土，內灌混凝土和梁體混凝土同時澆筑。澆筑完成后根據鋼桁梁制造精度控制，并考慮現場澆筑的施工工藝[6-8]，在下節點板預埋后鋼桁梁腹桿、上弦桿、上平聯能順利安裝成型，運用高精度測量儀器對下節點板預埋精度進行控制。

4.1 節點板定位工裝的安裝

結合上文計算的節點板安裝誤差限值，為保證節點板安裝精度，通過特殊工裝[9]對預埋節點板進行定位安裝。

4.1.1 預埋錨固鋼筋

在上一節段梁體澆筑前，沿著每側節點板縱向軸線兩側各1.2 m位置處預埋6組φ32 mm精軋螺紋鋼，埋入梁體50 cm，外露20 cm，作為支承鋼架豎向錨固鋼筋，沿每組支承型鋼兩側外緣，埋設φ16 mm鋼筋，埋入梁體30 cm，外露10 cm，作為支承鋼架橫向固定鋼筋。錨固精軋螺紋鋼如圖6所示。

圖6 錨固精軋螺紋鋼

4.1.2 安裝支承鋼架縱向型鋼

梁體施工至預埋節點板梁段時，在已澆筑梁段精確放樣節點板縱向軸線、節點板支承型鋼架縱向型鋼軸線，按照軸線位置，將兩根45b工字鋼安裝在已澆筑梁段上，并懸出4 m作為節點板安裝縱梁，利用φ32 mm精軋螺紋鋼將縱向型鋼錨固于已澆筑梁段，并與預埋的φ16 mm鋼筋焊接以防止型鋼橫向移動，然后使用槽鋼將兩根縱向型鋼連接為整體，以保證支撐鋼架穩定性。見圖7。

圖7 縱向支承型鋼

4.1.3 安裝支承鋼架橫向型鋼

在支撐鋼架縱梁上用全站儀定位出橫梁位置，在縱梁上鋪設雙拼25b工字鋼作為橫梁，測量橫梁標高進行調整，使其與設計標高大致相同，橫梁與縱梁之間焊接連接(圖8)。

圖8 橫向支承型鋼

4.2 節點板安裝與調整

4.2.1 測量放樣

使用全站儀在支承鋼架橫梁上定出節點板橫向和縱向軸線的位置，并做標記。見圖9。

圖9 測量放樣

4.2.2 節點板安裝

節點板通過運輸工裝運送至設計位置后，在節點板前后兩端左右兩側焊接總計4塊鋼墊板作為支點使節點板能夠放置在支承鋼架上。使用掛籃吊裝系統吊裝節點板至支承鋼架上，節點板軸線位置要與設計位置基本一致。

4.2.3 節點板精調

首先進行縱向精調，采用25 t螺旋千斤頂作為工具，一端頂在支點鋼墊板上，另一端頂在支撐鋼架縱梁上，根據標記的縱向軸線逐步將節點板精確對位；然后進行橫向精調，采用25 t螺旋千斤頂作為工具，一端頂在節點板上，另一端頂在支撐鋼架橫向連接槽鋼上，根據標記的橫向軸線逐步將節點板精確對位；最后進行豎向精調，采用水準儀對節點板頂面高程進行測量，使用掛籃吊裝系統將節點板吊起適當高度，使用鋼墊板進行標高調整致設計位置。

4.2.4 節點板固定

節點板精調完成后，將節點板上的支點鋼墊板與支撐鋼架橫梁焊接了牢固，保證節點板在澆筑過程中不發生移動。使用該工裝安裝節點板實物圖見圖10。

圖10 使用定位裝置安裝節點板

銀西高鐵漠谷河2#特大橋施工過程中主橋連續剛構段加勁鋼桁梁節點板預埋均采用上述施工技術進行處理，混凝土澆筑后個別下節點板偏差略有變動，但均在規范要求范圍之內，仍滿足施工需要。

5 結束語

銀西高鐵漠谷河2#特大橋主橋加勁鋼桁架下節點板預埋精度高、操作簡單、耗時較少，通過對鋼桁預埋節點板施工偏差控制限值、節點板精確定位方法研究解決了“先梁后桁”施工順序中的鋼桁架與預埋節點板連接困難這一施工難題。同時采用的節點板定位裝置結構明確操作簡單，在確保安裝精度的同時可提高施工效率，為后期鋼桁架桿件的連接打下堅實的基礎。下節點板整體施工完成節約了近一個月的工期，為后續其他工作爭取了時間，同時下節點板預埋技術為以后橋梁設計、施工提供了新思路，具有借鑒意義。