大跨徑波形鋼腹板梁橋異步施工控制關鍵技術研究

陳小寧

（南京市公路事業發展中心，江蘇 南京 210000）

1 項目概況

項目采用一級公路標準建設，雙向六車道，該危橋改造工程考慮在老橋下游新建半幅17m 寬橋梁，設計速度80km/h。橋跨布置采用（25+26+25）m 現澆箱梁+（3×35）m 組合箱梁+（2×40）m 組合箱梁+（72.5+125+72.5）m 波形鋼腹板變截面連續箱梁+（3×35）m組合箱梁+3×（4×35）m 組合箱梁+（35+40+35）m 組合箱梁+（3×40）m 組合箱梁+（5×35）m 組合箱梁+（3×22）m 空心板梁，全橋共計12 聯、40 跨，橋梁總長1530.16m。主橋采用（72.5+125+72.5）m 波形鋼腹板變截面連續箱梁跨越某主航道，南北兩側引橋以35m、40m 組合箱梁為主，第一聯采用現澆箱梁，第十二聯采用22m 空心板梁，整體效果如圖1所示。

圖1 橋梁整體效果圖

2 大跨徑波形鋼腹板梁橋特點

該大橋主橋上部結構為（72.5+125+72.5）m 波形鋼腹板變截面連續梁。相較于其他梁橋結構，波形鋼腹板梁橋具有結構耐久性好、預應力效率高、自重輕、施工便捷等優勢。傳統梁橋結構一般采用混凝土腹板，但隨著梁橋承受剪力增加，橋梁腹板出現開裂情況，產生褶皺效應，使得橋梁底板混凝土收縮，影響橋梁結構的安全性。應用波形鋼腹板可降低底板混凝土徐變風險，同時有助于提升建設效率、縮短工期，確保橋梁結構的完整性和穩固性。近年來，波形鋼腹板梁橋設計理論更為成熟，在大跨徑梁橋設計中，該橋型的競爭優勢非常明顯[1]。

3 大跨徑波形鋼腹板梁橋異步施工優勢分析

3.1 受力性能方面

采用傳統的懸臂澆筑工藝建設大跨徑梁橋，施工產生的荷載經過掛籃結構傳遞到已澆筑區域，但無法將荷載分配到波形鋼腹板上。異步施工工藝是在懸臂澆筑期間，直接將波形鋼腹板作為大跨徑梁橋的承力結構，可以承擔掛籃荷載、其他施工荷載，不僅能夠提高橋梁施工材料的利用率，還可以保障施工效率[2]。

3.2 掛籃構造方面

對于大跨徑波形鋼腹板梁橋，傳統施工工藝的弊端非常明顯，存在掛籃自重大、鋼材損耗大、結構受力不均等問題，施工過程中的安全隱患較大。波形鋼腹板起吊時，掛籃高度限制起吊空間，增加起吊難度，影響后期施工作業。甚至出現后錨不穩的問題，引起錯臺、裂縫、掛籃失穩風險。波形鋼腹板梁橋采用異步施工后，簡化掛籃結構形式，減輕掛籃自重，節約鋼材。在此期間，掛籃結構由懸臂轉換為簡支，使得掛籃后的錨固系統更為簡單，可以自主保持平衡，確保施工的安全性。掛籃施工時，波形鋼腹板頂板開孔鋼板作為橋梁掛籃的行走軌道，簡潔、穩定系數大，現場拼裝難度低，同時增強掛籃的抗傾覆性能力[3]。

3.3 施工作業方面

在波形鋼腹板梁橋建設中，常規的懸臂澆筑法是在同一斷面澆筑模板、鋼筋、混凝土頂板、混凝土底板，進行預應力張拉后安裝波形鋼腹板。但這種施工工藝的工序相互干擾，嚴重限制施工效率的提升。異步施工是將波形鋼腹板作為主要承重構件，同時錯開梁橋施工時的節段頂板、底板、腹板澆筑作業，每一節點作業和波形鋼腹板吊裝作業同時進行。此種異步施工可以在保證施工質量、安全的基礎上，簡化掛籃構造，控制掛籃施工的用鋼量，且作業空間大，消除重疊施工的隱患。

4 大跨徑波形鋼腹板梁橋異步施工關鍵技術要點

4.1 橋梁結構設計

該大橋危橋改造項目中箱梁0#塊節段共長9.8m，在支架上澆筑。兩側各有14 個懸澆節段，節段長度為7×3.2m、7×4.8m。1#～14#梁段采用掛籃懸臂澆筑施工。主橋（單幅）共有3 個合龍段，含1 個中跨合龍段和2 個邊跨合龍段，合龍段長均為3.2m，在吊架上澆筑。邊跨現澆段長8.4m，在支架上澆筑。縱向預應力鋼束設置了頂板束（T）、頂板預備束（Ty）、頂板合龍束（H）、底板束（B）、底板預備束（By）和體外束共6 種，除邊跨頂板合龍束、邊跨底板預備束為單端張拉外，其余均為兩端張拉。

4.2 基本流程

基于大跨徑波形鋼腹板梁橋異步施工工藝，主橋主要的施工流程如下：

第一步，進行基礎、承臺、橋墩及橋臺等施工作業，并由工廠制造波形鋼腹板。之后立模澆筑0#塊，預埋波形鋼腹板，完成墩梁臨時固結，張拉懸澆束和本段橫向束、豎向筋；安裝1#鋼腹板并進行焊接，鋼腹板安裝完成后，利用鋼腹板自承重能力，在鋼腹板上進行掛籃上下橫梁底模板體系的安裝。

第二步，澆筑1#塊底板混凝土，安裝2#塊鋼腹板并焊接，掛籃前移。1#塊頂板、2#～14#塊懸澆段施工采用異步法懸臂施工：首先，將掛籃移動到n 節段，n節段底模板和n-1 頂板內模隨掛籃同步移動到位，然后安裝n 節段底板和n-1 節段頂板普通鋼筋，并澆筑n-1 節段頂板混凝土和n 節段底板混凝土。其次，混凝土養生期間，吊裝n+1 節段波形鋼腹板。最后，混凝土強度達到要求后，張拉n-1 節段縱向束，同時將掛籃前移，循環至下一節段，如圖2所示。

圖2 懸臂塊異步施工步驟示意圖

第三步，現澆橋梁結構中的邊跨段支架。后撤掛籃，一邊安裝波形鋼腹板，綁扎頂、底板鋼筋，澆筑邊跨合龍段混凝土，一邊張拉邊跨。隨后拆除邊跨支架、吊架，解除主墩臨時固結，成為單懸臂體系。安裝波形鋼腹板，綁扎頂、底板鋼筋，澆筑中跨合龍段混凝土，待強度達到設計要求后張拉Bc1～Bc10，并從邊跨到中跨對稱張拉體外預應力束，涂裝波形鋼腹板，完成橋面系及附屬設施后成橋。

4.3 技術要點

4.3.1 安裝底板、腹板鋼筋

（1）安裝期間，施工人員需應用保護層墊塊，避免在施工后期骨架重量增加，提高安裝難度。在此期間，為預防模板損傷，應用撬棍時，還需嚴格控制底板上下層鋼筋結構的支撐重量，立筋需符合施工荷載。為控制底板上層鋼筋自重，不同層級墊塊使用后應立即布設馬鐙、對支架立筋。

（2）選擇保護層墊塊時，需嚴格控制墊塊材料，選用高強度、剛度的材料。制作混凝土墊塊時，墊塊強度應大于混凝土強度等級。墊塊保護層規格一般為7cm×7cm×7cm，橋梁結構高度超過1.5m 后，可應用10cm×10cm×10cm 混凝土保護層墊塊。但對于鋼腹板墊塊，其結構需設置為梅花形，間距不得超過750mm。綁扎底板、腹板鋼筋時，還需提前預留預應力孔道，避免在鋼筋成型后難以預留孔道。需要注意的是，施工人員應結合橋梁設計，根據不同梁段靈活移動鋼筋墊塊，有序完成鋼筋綁扎、立模、澆筑混凝土、施加預應力作業。

（3）波形鋼腹板安裝階段，針對波形鋼腹板的柔性特征，需在施工過程中對其進行空間定位，避免橫向偏位嚴重，造成兩側懸臂端不能正常合龍。所以需要在鋼腹板端部截面設置12 個坐標觀測點用于安裝定位。在鋼腹板上緣設置測點，用于控制腹板標高及水平坐標，在鋼腹板下緣設置測點，用于控制腹板水平坐標，以此加強波形鋼腹板施工監測。

4.3.2 混凝土澆筑

在大跨徑波形鋼腹板梁橋異步施工中，混凝土澆筑前需做好質量管理，施工材料應符合橋梁施工要求。在該危橋改造項目中，混凝土采用C55，彈性模量為3.55E4MPa，混凝土線膨脹系數（以℃計）為1.0E-5，波形鋼腹板采用1600 型波形鋼板，Q345D鋼材。

通常需要進行2 次混凝土澆筑，在應用異步掛籃施工工藝完成鋼筋綁扎后，安裝混凝土模板、預應力管道，進行首次混凝土澆筑澆筑高度為4m。澆筑結束后，當混凝土強度符合設計值時，進行二次澆筑。底板、頂板混凝土澆筑時，重點控制波形鋼腹板剪力鍵埋入底板、頂板的深度，避免混凝土澆筑造成掛籃前端下撓變形。在此期間，由于鋼腹板、前段鋼腹板已焊接固定，所以澆筑后混凝土底板、頂板與波形鋼腹板產生相對位移，使得波形鋼腹板埋入深度產生變化。

4.3.3 懸澆段施工

在大跨徑鋼腹板梁橋異步施工中，懸澆段的關鍵技術為異步懸臂澆筑法。該技術是在傳統懸臂法的基礎上，通過在波形鋼腹板頂增設翼緣板的方式，讓波形鋼腹板具有較強的側向、縱向抗彎能力。翼緣板通常作為鋼腹板的連接板，寬度一般為30cm。在懸澆段施工過程中，作業區從第n 段擴大到n-1、n、n+1節段。相較于傳統懸臂法，異步懸臂澆筑法可以提升大跨徑梁橋結構中波形鋼腹板的利用率，使其作為承重構件，減輕掛籃重量，縮短工期。具體施工流程如下：

（1）安裝1#鋼腹板并進行焊接。鋼腹板安裝完成后，利用鋼腹板自承重能力，在鋼腹板上進行掛籃上下橫梁底模板體系的安裝；澆筑1#塊底板混凝土，安裝2#塊鋼腹板并焊接，龍門架前移；前移就位后，交替施工安裝3#塊鋼腹板、1#塊頂板混凝土，澆筑2#塊底板，待1#塊混凝土強度達到設計強度90%后，張拉1#塊預應力鋼束。

（2）邊跨現澆段及邊跨合龍施工。施工人員可拆除龍門架，先后澆筑邊跨現澆段及合龍段混凝土，待混凝土強度達到設計強度90%后，張拉邊跨預應力鋼束，拆除臨時支撐。

（3）中跨合龍段施工時，施工人員需要安裝主跨跨中合龍段吊架，然后在懸臂端配重后鎖定勁性骨架，并澆筑跨中合龍段混凝土，待混凝土強度達到設計強度90%后，張拉相應預應力鋼束。

4.3.4 掛籃安裝與行走

在大跨徑波形鋼腹板梁橋施工中，0?！?＃塊鋼腹板混凝土澆筑、預應力張拉結束后，開始安裝2#～3＃塊鋼腹板，同時將鋼腹板作為掛籃施工的承重結構，安裝掛籃及其起吊系統。

運輸、安裝懸臂端鋼腹板時，鋼腹板可由運輸小車從橋面輸送到掛籃尾端，然后通過在掛籃設置起吊桁架的方式進行吊裝。起吊時，鋼腹板上翼緣pbl 鍵的開孔可作為吊點，吊裝方法為“三點式吊裝”。吊裝期間，一個電動葫蘆可懸掛2 個吊點，另一個電動葫蘆懸掛1個吊點，分別懸掛2 個鋼腹板頂端吊點和底部1 個吊點。鋼腹板移動到位后，操作底部吊點，將其緩慢下放，另一側吊裝葫蘆受力后調整鋼腹板位置，使其就位，然后進行掛籃施工。

掛籃前后支點分別支撐在鋼腹板上翼緣板的凹槽中，槽中的四氟滑板可以減小支撐構件的摩擦，使其移動更為靈活。橋梁結構左右掛籃一般會借助法蘭、連接板整體式連接，在此期間，為保證該類整體式掛籃行走施工的可靠性，還需優化機械頂升前進工藝，應用液壓控制系統，遠程遙控操作掛籃，精準控制掛籃行走活動。

4.3.5 移動支架異步施工

移動支架異步施工是在大跨徑波形鋼腹板梁橋建設中的0#塊施工、典型節段施工、合龍段施工階段，依次應用移動支架，支持橋梁異步施工。具體指大跨徑波形鋼腹板梁橋的第n-1 節段頂板混凝土施工、第n 節段底板混凝土施工、第n+1 節段波形鋼腹板施工。除此之外，移動支架異步施工技術同樣可以應用在橋梁節段支架拆除、支架搭設環節，有利于擴大工作面，循環利用支架，滿足異步施工要求，同時縮短工期、降低支架搭設成本，且整體技術難度小，可滿足大跨徑波形鋼腹板梁橋異步施工質量、安全管理需求。

5 結語

綜上所述，在波形鋼腹板梁橋建設中，異步施工技術能夠減少掛籃結構對波形鋼腹板施工造成的各類問題，確保橋梁施工的安全性。在此過程中，相關人員可結合橋梁結構整體設計，做好異步施工過程中的安裝、澆筑作業，完善大跨徑鋼腹板梁橋異步施工設計方案，加強施工環節的安全、質量管理，使得大跨徑梁橋在異步施工技術的支持下，結構受力均勻、整體性能良好。