跨海橋鋼-混組合梁橋面板懸挑模板施工技術

劉 卓

(廣西路橋工程集團有限公司，廣西 南寧 530200)

0 引言

鋼-混組合梁是建筑工業化背景下大力推廣的橋梁結構形式，具有自重輕、跨度較大，施工速度快等諸多技術經濟效益，在市政工程領域已得到了廣泛的應用。但在公路工程領域，特別是跨越江河湖海的橋梁中，如何在無支架的施工環境下進行橋面板澆筑，并確保鋼-混組合結構均勻受力、不產生裂縫，仍然是此類項目施工的技術難點。

本文結合某高速公路跨海橋通航孔位置三跨一聯3×50 m鋼-混組合梁現澆橋面板施工，論述了淺海環境中無支架情況下懸挑模板設計及橋面板現澆施工的技術控制難點，對鋼-混組合梁橋面板吊模施工技術進行較為詳細的介紹。

1 工程概況

某高速公路跨海橋全長4 279 m，共31聯，其中第11聯為3跨50 m鋼-混組合梁。該鋼結構部分由7片工字鋼主梁組成，梁高2.5 m，中心距為3.2 m，主梁直接通過小橫梁橫向連接。組合梁跨中橫斷面如圖1所示。

該混凝土橋面板總寬22 m，鋼-混組合梁實際寬度為19.2 m，懸臂長1.4 m，標準梁段現澆橋面板混凝土標準厚度為25 cm，鋼梁支撐處板厚加厚至35 cm。現澆橋面板采用無收縮C50鋼纖維混凝土，膨脹劑摻量應以混凝土28 d體積保持不變為原則，鋼纖維的摻量為50 kg/m3。

2 翼緣板懸挑模板設計

2.1 懸挑模板總體方案

組合梁下方為通航孔，無法進行支架搭設，而設計圖紙并未給出翼緣板位置的鋼模板清單，翼緣板的施工需由施工方自行考慮。在經過多方論證后，項目部最終決定鋼-混組合梁翼緣板施工采用懸挑架+組合木模的方式進行。

總體方案為：在鋼-混組合梁頂部主梁上焊接支撐腿，支撐腿上焊接橫橋向懸挑梁作為懸挑支架主要受力構件，懸挑梁間距5 m設置一道，懸挑梁上焊接工字鋼掛耳，將組合模板通過精軋螺紋鋼拉桿懸掛于吊耳上固定，其結構如下頁圖2所示。

圖1 組合梁跨中橫斷面圖(cm)

圖2 懸挑模板結構系統示意圖(mm)

2.2 懸挑模板支撐系統

懸挑梁：采用5 m長雙拼36a工字鋼，間隔5 m設置一道，通過支撐腿與主縱梁焊接，懸挑長度為1.5 m。

支撐腿：為確保鋼筋綁扎及澆筑作業空間，采用0.6 m長雙拼25a工字鋼橫橋向布置，后支撐腿與次邊端主縱梁焊接，前支撐腿與邊端主縱梁焊接，要求工字鋼上、下翼緣滿焊，即焊縫長度為47.2 cm。

掛耳：掛耳采用兩根25a工字鋼，長1 m，分別垂直懸挑梁焊接于懸挑端0.3 m及1.2 m位置。

吊桿：吊桿采用直徑20 mm的精軋螺紋鋼拉桿，長度≥2 m，每條懸臂梁配8根吊桿，吊桿設配套鋼墊板及固定螺母。為確保安全，模板系統調試好后采用雙螺母固定。

底托梁：吊桿下連接兩根25a工字鋼作為底托梁，單根長5 m，順橋向布置，通過相鄰兩條懸臂梁連接的吊桿固定。

組合木模板系統：底托梁上鋪80 mm×100 mm方木，單根方木長1.2 m，間隔0.5 m布置，縱橋向通過方木和木模板的組合滿足翼緣板造型的需要。

2.3 懸挑模板拼裝流程

支腿焊接→懸挑梁就位焊接→吊桿及底托梁施工→安全防護網施工→組合木模板系統施工→接縫處理→模板高程及平整度調整→鋼筋綁扎施工→橋面板混凝土澆筑及養護→懸挑模板拆除。

2.4 懸挑模板支撐系統受力驗算

根據設計圖紙及施工工況，懸挑模板受力可分為永久荷載及可變荷載。永久荷載包括翼緣板鋼筋混凝土重量、木模系統自重及底托梁自重等；可變荷載包括施工荷載、混凝土振搗附加荷載等。永久荷載和可變荷載分別按1.2、1.4的分項系數計算。每一段懸挑模板上的永久荷載G1=54.2 kN，可變荷載G2=38.5 kN。

2.4.1 底托梁驗算

根據組合模板結構設計圖，施工荷載由兩條底托梁承受，每條底托梁受力為：Q=(G1+G2)/2=46.4 kN，施工荷載通過橫向方木傳遞到底托梁，可將荷載視為均布荷載，則底托梁所承受的線荷載為：q=46.4 kN/5 m=9.28 kN/m。

取q=9.5 kN/m，計算得底托梁承受的最大彎矩為29.7 kN·m，其截面慣性矩為402 cm3。

故最大應力σmax=2 970/402×10=73.8 MPa，<[σ]=170 MPa，安全。

最大撓度ωmax=7.3 mm，<[ω]=5 000/200=25 mm，滿足要求。

2.4.2 懸挑梁驗算

組合模板上的荷載主要由連接體系傳至懸挑梁，懸挑梁受兩處集中荷載，荷載大小為組合模板及施工荷載的總重。組合模板上的總荷載為G1+G2=92.7 kN，考慮連接拉桿等重量，取總荷載為100 kN，則懸挑梁所受的集中荷載F1=F2=100/2=50 kN，懸挑梁所受最大彎矩Mmax=80 kN·m，懸挑梁總的截面慣性矩為1 750 cm3。

故最大應力σmax=8 000/1 750×10=45.7 MPa，<[σ]=170 MPa，安全。

最大撓度ωmax=2.5 mm，<[ω]=1 500/250=6 mm，滿足要求。

2.4.3 懸挑梁焊縫驗算

驗算僅考慮后支撐腿的焊縫受力，前支撐腿的焊縫及懸挑梁自重作為安全儲備，計算得后支撐腿所受拉力為11.6 kN。

故所需焊縫長度L=6.67 mm，<472 mm，滿足要求。

2.4.4 吊桿受力驗算

單根吊桿承受的拉力P=(G1+G2)/8=11.6 kN，公稱截面面積為255 mm2。

故吊桿拉應力σ=45.5 MPa，<[σ]=630 MPa，安全。

因木楞間距較小，滿足構造要求，故不再進行驗算。

3 橋面板混凝土澆筑方案

3.1 總體澆筑方案

因連續梁墩頂處承受較大的負彎矩，在墩頂位置的橋面板受拉易產生裂縫。對于鋼-混組合梁結構而言，橋面裂縫的出現可能會導致雨水、有害氣體的侵入，加大剪力釘、鋼筋及鋼梁的銹蝕概率，導致組合效應減弱、主梁剛度降低等眾多病害。因此，有效控制橋面板裂縫是確保鋼-混組合梁結構耐久性的關鍵因素。為改善橋面板受力和增強橋梁耐久性，項目部結合現有資源考慮，最終采用分段現澆+預制構件預壓的方式進行鋼-混組合梁橋面板的施工。

鋼-混組合梁橋面板總體澆筑方案為：將組合梁橋面板分為正彎矩區和負彎矩區，首先對稱澆筑正彎矩區混凝土，正彎矩區混凝土養護齡期≥7 d，達到設計強度后進行預壓；預壓采用預制蓋板，按設計要求分別在三跨跨中施加280 t荷載，穩定后澆筑負彎矩區混凝土，澆筑完成并養生結束后拆除懸挑模板，完成施工。詳見圖3。

圖3 混凝土澆筑區域劃分示意圖(mm)

3.2 混凝土拌和及運輸

橋面板采用C50鋼纖維混凝土，鋼纖維的摻量和均勻程度是鋼纖維混凝土的質量控制要點。為確保鋼纖維均勻性，由人工在項目拌和站集料傳送帶上均勻拋灑。

根據設計圖紙及施工方案推算橋面板混凝土總方量為945 m3，其中正彎矩區混凝土方量為720 m3，混凝土施工進度約為80 m3/h，從項目拌和站運送到施工現場約30 min，安排10輛10 m3的混凝土攪拌車運輸。

3.3 混凝土澆筑

為更好地控制現澆橋面板頂部的平整度，利用鋁合金導軌對整體的橋面板標高及平整度進行控制，按固定的間距設置控制點。控制點順橋向5 m設置一道，橫橋向在鋼梁中軸線及兩側對稱5 m設置一排。控制點采用φ12 mm鋼筋，施工時將φ12 mm鋼筋與頂板上下層主筋焊接，然后現場采用水準儀測出控制點處的設計控制位置，并做好記號。

由于頂板混凝土數量較大，為保證灌注質量，施工中采用天泵泵送混凝土，一次澆筑成型。現澆橋面板采用無收縮C50鋼纖維混凝土，鋼纖維的摻量為50 kg/m3，混凝土由拌和站拌制。應嚴格控制坍落度，考慮鋼纖維的混凝土的黏度較大，極易成團，泵送困難，和易性和流動性控制難度大，且鋼纖維混凝土經攪拌、運輸、泵送、坍落度均有所變化，根據現場實際情況，試驗室對實際的施工配合比進行相應調整。為降低溫度對構件變形的影響，混凝土澆筑安排在夜間進行。

橋面板整體一次施工面過大，故考慮在橫橋向22 m寬橋面板施工時，采用以縱橋向約5 m一個節點板控制澆筑長度，從鋼梁中軸線向兩側澆筑施工的方式進行。第41跨正彎矩區混凝土采用天泵在第40跨橋面上進行，第42、43跨正彎矩區混凝土利用現有的主棧橋采用天泵泵送的方式進行澆筑，隨后的負彎矩區則利用天泵在橋面上直接進行澆筑。

混凝土振搗采用50型插入式振動棒進行均勻布點振搗，以混凝土水平、泛漿及無下沉為度。混凝土振搗要充分、周密，不能漏振，以免出現空洞。現澆面板混凝土施工由于表面積相對較大，容易產生收縮裂縫，必須在混凝土第一次振搗20～30 min后進行第二次復振，然后人工進行抹平收光，消除梁體表面混凝土收縮開裂情況。兩次收光后進行橫向拉毛處理。

3.4 橋面板混凝土靜載預壓

預壓塊選用項目現有的裝配式涵洞蓋板，單跨靜載選用4 m×3 m蓋板39塊，3 m×3 m蓋板7塊，總重量為280 t，選擇在跨中位置加載，疊放3層，第一層和第二層放16塊，第三層放14塊，如圖4所示。

待負彎矩區混凝土澆筑完成，養生齡期達到7～10 d，且混凝土強度達到設計要求后方可將橋面預壓荷載清除。

圖4 組合梁跨中靜載預壓示意圖(m)

4 施工監測

在鋼-混組合梁的施工過程中，對鋼結構主縱梁在各工況受力狀態下的位移和撓度進行監控量測，測點分別布置在各跨橫向第2、4、6道主縱梁跨中位置，以及橫向第3、5道梁跨徑1/3的位置。監測的工況有：

(1)橋面鋼筋綁扎前；

(2)正彎矩混凝土澆筑前；

(3)正彎矩混凝土澆筑后；

(4)靜載預壓前；

(5)負彎矩混凝土澆筑前；

(6)負彎矩混凝土澆筑后；

(7)預壓塊卸載后。

經施工監控，在鋼-混組合梁橋面板澆筑過程中，主縱梁的位移和撓度符合設計及規范要求。

5 結語

橋面翼緣板懸挑模板的設計及施工解決了海上作業無法搭設支架的問題，相較于其他施工方案，具有安全經濟、可操作性強、施工快速等特點，取得了良好的綜合效益。

鋼-混組合梁橋面板澆筑過程中采取了分階段和正彎矩區預壓加載的措施，為墩頂負彎矩區提供了有效的壓應力儲備，避免了墩頂位置出現橋面板裂縫，有效提高了橋梁結構的耐久性，基本達到了預期目標。

本項目鋼-混組合梁橋面養護結束開放通行后，經檢查未發現橋面板發生開裂；經過后期監測，組合梁線型及撓度控制較好，整體滿足設計和相關規范的要求。