南京長江五橋波形鋼腹板箱梁節段預制拼裝技術*

種愛秀，周 橋,2,3，嚴登山，李自強，黎大康

(1.中交第二航務工程局有限公司，湖北 武漢 430040；2.中交公路長大橋建設國家工程研究中心有限公司，北京 100088；3.交通運輸行業交通基礎設施智能制造技術研發中心，湖北 武漢 430040；4.長大橋梁建設施工技術交通行業重點實驗室，湖北 武漢 430040)

1 工程概況

南京長江五橋引橋包括跨立新路橋、跨豐子河橋及跨大堤及濱江大道橋3個區段，3座跨線橋主梁均為節段預制拼裝波形鋼腹板預應力混凝土箱梁形式。本文以跨大堤及濱江大道橋為例，進行預制拼裝技術的闡述。

跨大堤及濱江大道橋跨徑布置為(41+78+45)m，單箱雙室斜腹板變截面箱梁結構，頂板寬18.7m，底板寬8.4～9.9m，梁高2.2～4.5m。沿主梁縱向劃分126個預制節段，0號塊為現澆節段，長2.0m，1～14號節段為變高梁段，長1.5，2.4，3.2m，懸拼梁段最大吊重約99.4t(見圖1)。

圖1 跨大堤及濱江大道橋跨尺寸

波形鋼腹板為1 600型，采用雙PBL鍵與混凝土頂板連接，在其頂部焊接倒“Π”形開孔鋼板，兼作箱梁頂板加腋處混凝土澆筑時的部分底模；波形鋼腹板與混凝土底板采用埋入式連接；波形鋼腹板節段間采用對接焊連接。

波形鋼腹板組合箱梁結構輕巧、造型美觀，為進一步保障施工質量、縮短現場施工時間、減少對既有交通環境影響，提出短線匹配預制、架橋機懸臂拼裝施工工藝，波形鋼腹板在鋼結構廠制造，運輸至混凝土構件預制場地，采用短線匹配預制工藝逐節段成型組合梁節段，待存放期滿足要求后轉運至施工場地。梁段預制的同時施工下部結構，然后吊裝2個中間墩1號節段，澆筑0號節段，架橋機過跨到位，懸臂拼裝波形鋼腹板組合箱梁節段，依次完成邊跨及中跨合龍，解除墩梁臨時固結約束后完成連續梁體系轉換。

2 大跨徑變截面組合箱梁節段匹配預制

2.1 難點分析

與常規混凝土預制拼裝節段梁及現澆施工的波形鋼腹板組合梁橋相比，變截面組合箱梁節段匹配預制存在以下難點。

1)箱梁結構具有變截面、寬幅、多箱室等特點，對生產線布置、鋼筋綁扎臺座設計、模板系統設計、梁段存放及運輸等都提出了更高要求。

2)節段間波形鋼腹板對接焊連接。預制時波形鋼腹板入模難度大、定位精度要求高、混凝土澆筑過程中波形鋼腹板易變位，需提出高效的組合鋼筋籠入模方式及波形鋼腹板定位措施。

3)鋼筋混凝土結合部普通鋼筋、連接件間相互干擾影響，需優化鋼筋籠綁扎順序、優選結合區混凝土原材料及配合比，精細化布料、振搗等。

4)波形鋼腹板箱梁橫向抗彎及抗扭剛度較弱，梁段在預制、吊裝及存放等過程中所產生的變形量不可忽略，需采取措施提高抵抗橫向彎曲、空間扭轉的能力。

2.2 施工關鍵技術

1)鋼筋-鋼腹板組合骨架入模 波形鋼腹板組合梁節段鋼筋骨架入模方式可分為分部入模和整體入模。分部入模流程為：底板底層鋼筋吊裝→波形鋼腹板吊裝定位→波形鋼腹板貫穿鋼筋調整、固定→底板頂層鋼筋安裝→頂板鋼筋籠吊裝→波形鋼腹板頂部貫穿鋼筋安裝；整體入模則為頂、底板鋼筋籠與波形鋼腹板制作為整體后吊裝入模。整體入模可縮短預制臺座內的作業時間，但會增加整體吊裝難度及波形鋼腹板在預制臺座內難以調整的風險；分部入模易施工，但鋼筋骨架組裝效率較低。結合本項目連接構造形式及鋼筋布置特點，采用BIM技術進行虛擬拼裝，最終選用分部入模。對于被鋼筋混凝土連接件或波形鋼腹板斷開的區域，應增加輔助連接鋼筋，以提高鋼筋籠吊裝時的整體穩定性，減少變形。

2)短線匹配預制模板系統設計與使用 波形鋼腹板組合梁節段預制模板系統設計需考慮以下幾點：①固定端模應在腹板區域設置活動塊，方便波形鋼腹板下放入模；②固定(浮動)端模、側模應布置波形鋼腹板三向調位及定位工裝；③為避免混凝土澆筑過程中漏漿，在波形鋼腹板與箱梁頂、底板結合部位設置斷面方向鋼頂板與內(側)模間可調節式止漿裝置、采取固定端模與波形鋼腹板間安裝端頭底模等止漿措施。專用匹配預制模板系統如圖2所示。

圖2 專用匹配預制模板系統

針對變截面特點，將端模分為端模固定塊、端模活動塊，固定塊與端模支架焊接固定，確保端模頂標高不變，通過調整、更換端模底部變化塊形式擬合箱梁斷面變化；同時，將底模設置為高度可調節的結構形式，以滿足梁高變化需求。

3)波形鋼腹板模內安裝定位 利用PBL連接件預留孔進行吊裝。吊裝邊腹板節段時，在底部纜風繩牽引下，沿側模傾斜入模；中腹板節段則垂直吊裝入模。

波形鋼腹板模內定位包括匹配梁側定位、固定端模側定位。由于波形鋼腹板節段出廠前已按制造線形預拼，并在相鄰節段間設置臨時匹配連接件，因而除起始節段外的標準節段，波形鋼腹板均可通過臨時匹配件與匹配梁進行連接后調位，各匹配件間應緊密貼合并打入沖釘。固定端模側利用固定端模及側模處三向調位工裝，輔助千斤頂、手拉葫蘆等措施將波形鋼腹板精確定位，并通過限位擋板及止漿耳座等進行固定。波形鋼腹板定位后，應再次進行定位復測，并確保定位措施能有效控制波形鋼腹板在澆筑過程中的移位。

4)鋼筋混凝土結合部混凝土澆筑 確保波形鋼腹板與混凝土頂、底板結合部混凝土澆筑質量是關鍵控制內容。針對埋入式連接構造，底板布料順序為：底板中央→被波形鋼腹板隔開的箱室內側承托→被波形鋼腹板隔開的箱室外側承托，橫向兩側對稱澆筑。為確保底板混凝土澆筑的均勻性，澆筑時在固定端模頂面掛設串筒，并經溜槽輸送至底板進行布料澆筑；局部波形鋼腹板承托不易布料處則利用鐵鍬、灰斗、人工布料，嚴禁用振搗棒直接“趕料”。混凝土振搗以插入式振搗為主、附著式為輔。

5)新型組合梁脫模、吊裝與存放 波形鋼腹板箱梁橫向抗彎剛度及空間抗扭剛度偏小，需研究脫模及吊裝時機、吊點及存放支點布置、轉運過程中的增強措施等。通過有限元分析及現場測試，結果表明：①混凝土抗壓強度分別達到設計強度的75%，85%后方可進行脫模、吊裝作業；②針對寬幅雙箱室節段梁，采用12吊點方案進行起吊，雙層存梁時，需在中腹板處增加柔性支墊；③在箱室內增加交叉剛性支撐，可有效減小橋面板橫向撓曲變形，提高抵抗側向偶然撞擊的能力。交叉剛性支撐為槽鋼，在模板拆除后、箱梁吊運前安裝，如圖3所示。

圖3 交叉剛性支撐

3 波形鋼腹板箱梁節段架橋機懸臂拼裝

3.1 難點分析

以主跨78m的跨大堤及濱江大道橋為例，波形鋼腹板箱梁節段架橋機懸臂拼裝需解決以下幾個問題。

1)墩頂塊及1號塊均在支架上施工，1號塊安裝精度直接決定整個T構拼裝精度，需確保墩旁支架剛度及強度，同時采取措施減少架橋機過跨帶來的不利影響。

2)標準節段懸臂拼裝包括頂、底板環氧膠涂抹，頂、底板臨時預應力張拉，永久預應力張拉，波形鋼腹板節段間臨時連接及永久連接等，連接工序多，需優化，使其既能滿足施工過程中受力要求，還能提高現場拼裝效率。

3.2 總體安裝方案

根據引橋總體施工部署，跨大堤及濱江大道橋波形鋼腹板箱梁采用TPJ52架橋機對稱懸拼施工，先安裝左幅再安裝右幅。首先搭設墩頂1，2號塊拼裝支架和0號塊現澆支架，采用履帶式起重機吊裝1號塊；0號塊現澆完成后，在0，1，2號塊上拼裝橋面吊機，對稱拼裝標準節段。邊跨箱梁在架橋機上調節定位，預應力張拉后直接落梁到邊墩支座上；澆筑中跨濕接縫，完成中跨合龍。由于架橋機跨度較小，需在中跨跨中設臨時墩，用以架橋機過跨，如圖4所示。

圖4 架橋機懸臂拼裝典型工序

3.3 1號塊高精度安裝

1號塊采用200t履帶式起重機進行安裝。吊裝前在墩旁支架上放樣1號節段縱橫橋向邊線，定位箱梁兩側腹板及底板位置，焊接外腹板兩側及順橋向靠近墩頂側的限位擋板，橫向限位擋板與箱梁間預留1cm空隙；利用4臺三向千斤頂進行位置精準調整，先驅動平推頂，調整軸線及里程位置，然后驅動豎向頂，調整標高，調整完成后復測，直至定位精度滿足要求，軸線偏位<2mm，四角頂面高程偏差為±2mm；精調完成后，將準備好的梁底楔形墊塊塞緊，保證回頂后梁體無回落；用薄鋼板塞入并焊接橫橋向限位擋塊與箱梁間縫隙，使箱梁橫橋向限位牢固；順橋向限位擋塊始終與箱梁底板端面密貼。通過2根JL32精軋螺紋鋼筋臨時錨固梁體與墩旁支架，利用頂、底板內臨時預應力將0號塊兩側1號塊拉結固定，以消除0號塊混凝土現澆部分側壓力對1號塊的影響。

3.4 標準節段懸臂拼裝

1)2號塊拼裝 由于1號塊支承于支架上方，而2號塊通過架橋機安裝，節段支撐條件的差異必然帶來匹配口變形差異，進而影響2個節段的順利密貼。2號塊安裝前，一方面通過計算分析掌握吊裝過程中的變形量，另一方面對1號塊進行精確測量，對比兩者變形差，提出調整措施。此外，還需控制箱梁頂板內橫向預應力的張拉時機。

2)鋼筋混凝土匹配連接 節段試拼完成后，在規定時間內完成涂膠作業，并將待安裝節段向已安裝節段靠攏完全拼接；安裝拼裝節段頂、底板的臨時預應力拉桿，按設計值和規定的順序張拉臨時預應力；環氧膠固化后，張拉頂板體內縱向預應力束，并及時進行預應力管道壓漿，完成1對梁段的拼接；隨后完成波形鋼腹板節段間的焊接，如圖5所示。

圖5 標準節段架橋機懸臂拼裝

4 結語

將節段預制拼裝技術與波形鋼腹板組合梁相結合，節段輕巧、造型美觀、接縫抗剪及抗震性能優越、質量易控制、施工速度快。2020年7月18日，南京長江五橋北引橋主體結構貫通，標志著3座波形鋼腹板箱梁橋400榀節段梁全部順利拼裝完成。項目實施過程中，研發了專用匹配預制模板系統，可同時滿足波形鋼腹板快速入模、高精度定位及匹配連接、鋼筋混凝土結合部高質量澆筑等多項要求；應用鋼筋籠分部入模工藝，既能保證施工精度，也可提高組拼工效；提出多項措施確保波形鋼腹板組合梁節段吊裝運輸過程中的結構安全、精準密貼等。