波形鋼腹板橋梁施工控制措施分析

鐘梓豪

(廣西北投公路建設投資集團有限公司,廣西 南寧 530025)

0 引言

波形鋼腹板組合梁橋是現代橋梁建設中應用最多的一種形式,與傳統技術相比,其頂板部分仍是傳統的混凝土結構,但在腹板方面進行了一些改良,主要以波形鋼腹板為主。這種方法的優勢是,當頂板出現徐變、收縮的時候,鋼腹板可以靈活地進行收縮,從而達到穩定的目的。但是,采用波形鋼腹板作為一種比較切實可行的結構型式,還需深入研究,以確定合理的結構設計和計算方法,以保證其整體性能[1]。

波形鋼腹板PC復合梁橋與傳統的混凝土腹板橋相比,省去了工形梁腹板的混凝土材料,用波形鋼腹板代替,這是因為鋼腹板比混凝土材料更輕便,能有效地減少橋梁的荷載。其充分發揮了混凝土的高抗壓強度和波形鋼腹板的高剪切屈服強度,將鋼與混凝土兩者充分融合,既能增加強度,又能防止材料短缺,提高材料的利用率[2]。與此類似,在其他形式中,波形鋼的縱向剛度較低,克服了傳統混凝土腹板因縱向變形而導致的截面預應力降低的問題。同時,通過網狀鋼板的網狀結構,使整座橋的外觀和構造都得到了完美的體現,是一種很有價值的新型橋梁。因此,近幾年來,該類型橋梁在我國已經被廣泛地應用,已有幾十座同類型橋梁在施工。本文結合南淝河大橋工程實例,對其施工過程的要點進行分析。

1 工程概況

裕溪路至包河大道的郎溪路是南淝河大橋中最關鍵的一段,主橋的起始樁號如下:K5+275.577～K5+618.577。主橋在橫向上分成四個部分:左幅寬19 m,右幅寬19 m,中幅寬26 m,幅間寬1 m。根據該橋在1 500 m長的平坦曲線上的實際情況,考慮了航道布局和施工的便利性,提出了“主跨等”的設計思想。其中,橋梁跨距分取為:中幅為95 m+153 m+95 m;左幅為92.313 m+153 m+92.494 m;右幅為97.687 m+153 m+97.506 m。主橋上部結構采用懸臂澆筑法,將懸澆段分為15個節段,0#墩長9 m,高8.5 m;1#墩長3.2 m;2#～15#塊的長度都是4.8 m,其中2#塊需要的混凝土是230.5 m3。

南淝河大橋的上部箱梁底部梁高為10.9 m,中部梁為4 m,頂部為2%的雙向斜坡,基板為水平。梁高和基板的縱向厚度按1.8次拋物線進行計算。整個截面為單箱單室箱梁,其頂部寬度為13 m,底部寬度為7 m,懸臂長為3 m。箱梁頂、底板和基腹板均為C60混凝土,其頂板厚度為0.34 m,基板厚度為0.3～1.75 m。腹板為Q420qDNH型耐候鋼,其直徑為14～28 mm,比同等直徑的預應力混凝土橋梁輕20%。在邊跨箱梁上設4個鋼筋混凝土橫向隔板,在中跨箱梁上設8個鋼筋混凝土橫向隔板,其厚度為0.3 m。箱梁為雙向預應力系統,由頂板、橫向預應力和縱向預應力三部分組成。

波形鋼腹板的高度與施工環境、構件制作工藝等因素密切相關,因此在進行結構施工時應考慮多種因素。

從縱向受力特性看,波形鋼腹板PC箱梁橋與普通PC箱梁橋基本一致,均隨著自身重量的降低而降低剛度。梁高的設計可以借鑒傳統PC箱梁橋,在波形鋼腹板PC箱梁橋中,由于其結構特性,即使增加了梁的高度,也不會對橋梁的靜荷載產生太大的影響[3]。

2 波形鋼腹板橋梁施工控制措施

波形鋼腹板橋梁能夠有效降低自身重量,使得包括基礎結構等下部結構的重量也能夠得到顯著的下降,材料用料降低的同時能夠有效降低工程造價,其經濟效益是十分顯著的。作為一種新型橋梁結構,相比于傳統橋梁施工有一定的不同,本文通過對影響其施工質量的關鍵環節進行分析,分別從波形鋼腹板的制作加工、位移偏差的影響、掛籃澆筑施工工藝、鋼筋及混凝土施工工藝、體外預應力施加以及防腐工藝等環節,論證施工控制措施的要點,為波形鋼腹板橋梁的順利施工提供參考。

2.1 波形鋼腹板制作加工

在荷載作用下,主梁在豎向受彎矩的同時,也要承受扭應力。通常,由波紋板來承受負荷所帶來的剪切應力。但是,由于波形鋼腹板梁橋腹板的剪力與混凝土腹板的實際情況有所不同,因此波形鋼腹板梁橋在縱向上是均勻的,而且由于豎向壓力較低,因此一般將其作為純剪切結構。考慮到波形鋼腹板的受力狀況,既要承受剪切和彎矩的壓力,又要考慮波形鋼腹板的受力形態,即既要承受剪切和彎矩的雙重作用,又要考慮彎曲和屈服應力。因此,需要對腹板的屈曲穩定進行計算,以合理選擇波形鋼腹板的幾何尺寸[4]。

南淝河大橋采用的波形鋼腹板在滿足受力要求的前提下,其選材還符合《低合金高強度結構鋼》中的相關技術規定,均在專業廠家采用大型模壓機加工成型。同時根據《鋼結構工程施工及驗收規范》(GB50205-2001),進行波形鋼腹板加工工藝和組織方案的編寫工作,確保制作加工能夠順利實施。波形鋼腹板的很多轉折處需要設置成圓弧,在焊接時要進行工藝評定試驗,目的是為了保證所有的焊縫能夠達到規范要求的屈服強度、拉伸強度和低溫沖擊韌性等指標[5]。

南淝河大橋波形鋼板焊接驗收合格后,按照設計和規范的要求進行號段預拼裝,成形之后根據設計圖的間距要求進行開孔以便于橋位組裝。鋼腹板成型后應堆放整齊,不能出現不均勻沉降導致受力不均。同時在具體使用過程中要嚴格檢查鋼腹板偏位情況并對其進行調整。

2.2 施工位移偏差對波形鋼腹板加工的影響

波形板鋼腹板的安裝高程對其加工尺寸的影響是顯著的。在南淝河大橋橋面設計時,考慮因橋梁縱橫坡及荷載作用而設置預拱度,而波形鋼腹板的安裝受到預拱度的直接影響,需要在波形鋼腹板加工時給予特別的關注。特別是對于南淝河大橋這類無支架支撐的大跨度波形鋼腹板橋梁,在施工過程中隨著混凝土澆筑、施工臨時荷載以及預應力張拉等因素的共同作用會對安裝高程產生很大的位移增量。同時,南淝河大橋波形鋼腹板在施工過程中進行了嚴密的監測,在波形鋼腹板加工過程中充分考慮預拱度和橋面縱橫坡對施工位移增量的影響。

2.3 掛籃懸臂澆筑施工技術

南淝河大橋波形鋼腹板橋梁施工過程中需要用到掛籃。該工程所用的掛籃主體是菱形結構。在進行掛籃施工時要進行掛籃荷載試驗檢驗其可靠性,確保整個箱梁的施工質量和安全[6]。

對于該項目波形鋼腹板的安裝焊接工序而言,需要根據鋼腹板的奇偶數端頭開孔來決定掛籃的數量和人員配備。在具體施工過程中,要用全站儀將底模端頭的下翼緣板位置確定下來,將螺栓穿入孔中進行焊接,同時在焊接時要用二氧化碳作為保護氣體來進行焊接成型。

在南淝河大橋波形鋼腹板具體施工過程中,要檢查掛籃各個部件之間的聯結情況,針對存在的問題要及時進行處理。同時要確保掛籃能夠同步行走,避免出現脈沖式行走方式。鋼腹板下料長度要根據現場的實際情況來決定,整個過程要嚴格按照工藝流程進行,確保焊接過程均衡快速,且在焊接完成之后要及時將焊渣敲掉。

2.4 波形鋼腹板鋼筋及混凝土施工流程要點

波形鋼腹板鋼筋施工時要根據其直徑來選擇合適的處理手段。對于直徑<25 mm且>12 mm的鋼筋,其連接方式采用的是閃光對接焊接;而對于直徑>25 mm的鋼筋則采用機械連接方式。南淝河大橋中應用到的波形鋼腹板,特別是針對1#、2#塊以及直線段波形鋼腹板,其鋼筋要和栓釘綁扎在一起,將鋼腹板下翼緣板U型鋼筋在鋼腹板運到現場吊裝前進行焊接。

南淝河大橋波形鋼腹板施工時還采用了高性能混凝土,在具體澆筑時要特別注意連接部位的振搗順序和時間。混凝土振搗由波形鋼腹板的內側向外側進行,要將氣泡振搗出來,對于料不足的地方要及時進行補料。為了確保波形鋼腹板下翼緣鋼板處的空氣排除干凈,要專門在下翼緣板上開設圓孔,使氣體能夠排除,直至混凝土澆筑從圓孔冒出為止,能夠有效保證混凝土的密實性。

2.5 波形鋼腹板的體外預應力施工

南淝河大橋波形鋼腹板箱梁施工時采取了內外部施工相結合的方式,這與常規的混凝土預應力箱梁有所不同。在頂板、底板上都安裝了縱向預應力鋼筋,并通過這些預應力鋼筋承擔著澆筑過程中的壓力以及自身的載荷。但因為鋼筋腹層屬于鋼筋腹板的單元,所以施加在鋼筋箱體上并不是豎向預應力,而是在箱體中安裝了體外預應力,并通過轉向器實現了旋轉,所以實現了曲線的折線配筋,最后施加在0#塊與現澆塊末端之間的梁上。張拉澆筑完成之后,再用設計方法把預應力鋼筋固定,讓體外索承受外部載荷。如果需要,在使用過程中關閉交通,或在夜間車輛不多的情況下進行張拉、替換,以加強橋梁結構或增加其承載力[7]。

在進行體外預應力張拉時,有下列要點:

(1)施工時如發現有任何異常,必須立即中止或停止施工,并確認現場的狀況,通知監理及設計部門,查明事故原因,并在處理后繼續進行[8]。

(2)在進行實際受力之前,必須先將千斤頂扶正,并使之垂直于錨桿末端。

(3)在施工過程中,要注意油壓計的讀數。張拉動作要慢、對稱,防止過載,并做好記錄。

(4)在張拉的一端,操作者在張拉前應確保對講機通信暢通,能同時張拉,使張拉速度均勻,直至張拉結束。

2.6 波形鋼腹板的防腐蝕施工要點

南淝河大橋采用的是耐候鋼,由于加入了銅、鎳等元素,使其抗腐蝕性大大增強,達到了超低合金鋼的水平。

在耐候鋼中添加了大量的抗腐蝕劑后,能在空氣中形成一層氧化膜,使其不能直接接觸空氣,在一定程度上減緩氧化過程,從而降低大氣對鋼材的侵蝕。通過這種氧化膜,可以增強耐候鋼的抗腐蝕性能,既節省了時間,又節約了能源,而且更容易更新,使之能夠持續地發展[9]。

為了保證橋梁的耐用性,在設計中,波形鋼腹板的內外壁都進行了簡單的油漆噴刷;同時,根據一般鋼結構的要求,施工現場要保持清潔,表面的油脂等要清除。一般可在室外進行除銹處理,也可在室內或工廠進行。

3 結語

本文針對南淝河大橋波形鋼腹板施工控制措施,從制作加工、施工位移偏差對其的影響、掛籃澆筑施工工藝、鋼筋及混凝土施工工藝、體外預應力施加以及防腐工藝等方面進行了多角度的分析,從而有效控制波形鋼腹板的施工質量和安全。同時指出,波形鋼腹板施工涉及眾多工序和流程,每個工序都會對最終的產品質量產生影響,因此在具體施工過程中要予以特別的關注,保證波形鋼腹板能夠保質保量完成施工。