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(shè)投資集團(tuán)有限公司,廣西 南寧 530025)

0 引言

波形鋼腹板組合梁橋是現(xiàn)代橋梁建設(shè)中應(yīng)用最多的一種形式,與傳統(tǒng)技術(shù)相比,其頂板部分仍是傳統(tǒng)的混凝土結(jié)構(gòu),但在腹板方面進(jìn)行了一些改良,主要以波形鋼腹板為主。這種方法的優(yōu)勢是,當(dāng)頂板出現(xiàn)徐變、收縮的時(shí)候,鋼腹板可以靈活地進(jìn)行收縮,從而達(dá)到穩(wěn)定的目的。但是,采用波形鋼腹板作為一種比較切實(shí)可行的結(jié)構(gòu)型式,還需深入研究,以確定合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和計(jì)算方法,以保證其整體性能[1]。

波形鋼腹板PC復(fù)合梁橋與傳統(tǒng)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?yàn)殇摳拱灞然炷敛牧细p便,能有效地減少橋梁的荷載。其充分發(fā)揮了混凝土的高抗壓強(qiáng)度和波形鋼腹板的高剪切屈服強(qiáng)度,將鋼與混凝土兩者充分融合,既能增加強(qiáng)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(tǒng)混凝土腹板因縱向變形而導(dǎo)致的截面預(yù)應(yīng)力降低的問題。同時(shí),通過網(wǎng)狀鋼板的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),使整座橋的外觀和構(gòu)造都得到了完美的體現(xiàn),是一種很有價(jià)值的新型橋梁。因此,近幾年來,該類型橋梁在我國已經(jīng)被廣泛地應(yīng)用,已有幾十座同類型橋梁在施工。本文結(jié)合南淝河大橋工程實(shí)例,對(duì)其施工過程的要點(diǎn)進(jìn)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(guān)鍵的一段,主橋的起始樁號(hào)如下:K5+275.577～K5+618.577。主橋在橫向上分成四個(gè)部分:左幅寬19 m,右幅寬19 m,中幅寬26 m,幅間寬1 m。根據(jù)該橋在1 500 m長的平坦曲線上的實(shí)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(shè)計(jì)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(jié)構(gòu)采用懸臂澆筑法,將懸澆段分為15個(gè)節(jié)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(jìn)行計(jì)算。整個(gè)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(yù)應(yīng)力混凝土橋梁輕20%。在邊跨箱梁上設(shè)4個(gè)鋼筋混凝土橫向隔板,在中跨箱梁上設(shè)8個(gè)鋼筋混凝土橫向隔板,其厚度為0.3 m。箱梁為雙向預(yù)應(yīng)力系統(tǒng),由頂板、橫向預(yù)應(yīng)力和縱向預(yù)應(yīng)力三部分組成。

波形鋼腹板的高度與施工環(huán)境、構(gòu)件制作工藝等因素密切相關(guān),因此在進(jìn)行結(jié)構(gòu)施工時(shí)應(yīng)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(shè)計(jì)可以借鑒傳統(tǒng)PC箱梁橋,在波形鋼腹板PC箱梁橋中,由于其結(jié)構(gòu)特性,即使增加了梁的高度,也不會(huì)對(duì)橋梁的靜荷載產(chǎn)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(chǔ)結(jié)構(gòu)等下部結(jié)構(gòu)的重量也能夠得到顯著的下降,材料用料降低的同時(shí)能夠有效降低工程造價(jià),其經(jīng)濟(jì)效益是十分顯著的。作為一種新型橋梁結(jié)構(gòu),相比于傳統(tǒng)橋梁施工有一定的不同,本文通過對(duì)影響其施工質(zhì)量的關(guān)鍵環(huán)節(jié)進(jìn)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(yù)應(yīng)力施加以及防腐工藝等環(huán)節(jié),論證施工控制措施的要點(diǎn),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(shí),也要承受扭應(yīng)力。通常,由波紋板來承受負(fù)荷所帶來的剪切應(yīng)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(shí)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(jié)構(gòu)?？紤]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(tài),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(yīng)力。因此,需要對(duì)腹板的屈曲穩(wěn)定進(jìn)行計(jì)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(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼》中的相關(guān)技術(shù)規(guī)定,均在專業(yè)廠家采用大型模壓機(jī)加工成型。同時(shí)根據(jù)《鋼結(jié)構(gòu)工程施工及驗(yàn)收規(guī)范》(GB50205-2001),進(jìn)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(shí)施。波形鋼腹板的很多轉(zhuǎn)折處需要設(shè)置成圓弧,在焊接時(shí)要進(jìn)行工藝評(píng)定試驗(yàn),目的是為了保證所有的焊縫能夠達(dá)到規(guī)范要求的屈服強(qiáng)度、拉伸強(qiáng)度和低溫沖擊韌性等指標(biāo)[5]。

南淝河大橋波形鋼板焊接驗(yàn)收合格后,按照設(shè)計(jì)和規(guī)范的要求進(jìn)行號(hào)段預(yù)拼裝,成形之后根據(jù)設(shè)計(jì)圖的間距要求進(jìn)行開孔以便于橋位組裝。鋼腹板成型后應(yīng)堆放整齊,不能出現(xiàn)不均勻沉降導(dǎo)致受力不均。同時(shí)在具體使用過程中要嚴(yán)格檢查鋼腹板偏位情況并對(duì)其進(jìn)行調(diào)整。

2.2 施工位移偏差對(duì)波形鋼腹板加工的影響

波形板鋼腹板的安裝高程對(duì)其加工尺寸的影響是顯著的。在南淝河大橋橋面設(shè)計(jì)時(shí),考慮因橋梁縱橫坡及荷載作用而設(shè)置預(yù)拱度,而波形鋼腹板的安裝受到預(yù)拱度的直接影響,需要在波形鋼腹板加工時(shí)給予特別的關(guān)注。特別是對(duì)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(shí)荷載以及預(yù)應(yīng)力張拉等因素的共同作用會(huì)對(duì)安裝高程產(chǎn)生很大的位移增量。同時(shí),南淝河大橋波形鋼腹板在施工過程中進(jìn)行了嚴(yán)密的監(jiān)測,在波形鋼腹板加工過程中充分考慮預(yù)拱度和橋面縱橫坡對(duì)施工位移增量的影響。

2.3 掛籃懸臂澆筑施工技術(shù)

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(jié)構(gòu)。在進(jìn)行掛籃施工時(shí)要進(jìn)行掛籃荷載試驗(yàn)檢驗(yàn)其可靠性,確保整個(gè)箱梁的施工質(zhì)量和安全[6]。

對(duì)于該項(xiàng)目波形鋼腹板的安裝焊接工序而言,需要根據(jù)鋼腹板的奇偶數(shù)端頭開孔來決定掛籃的數(shù)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(jìn)行焊接,同時(shí)在焊接時(shí)要用二氧化碳作為保護(hù)氣體來進(jìn)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(gè)部件之間的聯(lián)結(jié)情況,針對(duì)存在的問題要及時(shí)進(jìn)行處理。同時(shí)要確保掛籃能夠同步行走,避免出現(xiàn)脈沖式行走方式。鋼腹板下料長度要根據(jù)現(xiàn)場的實(shí)際情況來決定,整個(gè)過程要嚴(yán)格按照工藝流程進(jìn)行,確保焊接過程均衡快速,且在焊接完成之后要及時(shí)將焊渣敲掉。

2.4 波形鋼腹板鋼筋及混凝土施工流程要點(diǎn)

波形鋼腹板鋼筋施工時(shí)要根據(jù)其直徑來選擇合適的處理手段。對(duì)于直徑<25 mm且>12 mm的鋼筋,其連接方式采用的是閃光對(duì)接焊接;而對(duì)于直徑>25 mm的鋼筋則采用機(jī)械連接方式。南淝河大橋中應(yīng)用到的波形鋼腹板,特別是針對(duì)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(yùn)到現(xiàn)場吊裝前進(jìn)行焊接。

南淝河大橋波形鋼腹板施工時(shí)還采用了高性能混凝土,在具體澆筑時(shí)要特別注意連接部位的振搗順序和時(shí)間?；炷琳駬v由波形鋼腹板的內(nèi)側(cè)向外側(cè)進(jìn)行,要將氣泡振搗出來,對(duì)于料不足的地方要及時(shí)進(jìn)行補(bǔ)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(shè)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(shí)性。

2.5 波形鋼腹板的體外預(yù)應(yīng)力施工

南淝河大橋波形鋼腹板箱梁施工時(shí)采取了內(nèi)外部施工相結(jié)合的方式,這與常規(guī)的混凝土預(yù)應(yīng)力箱梁有所不同。在頂板、底板上都安裝了縱向預(yù)應(yīng)力鋼筋,并通過這些預(yù)應(yīng)力鋼筋承擔(dān)著澆筑過程中的壓力以及自身的載荷。但因?yàn)殇摻罡箤訉儆阡摻罡拱宓膯卧?所以施加在鋼筋箱體上并不是豎向預(yù)應(yīng)力,而是在箱體中安裝了體外預(yù)應(yīng)力,并通過轉(zhuǎn)向器實(shí)現(xiàn)了旋轉(zhuǎn),所以實(shí)現(xiàn)了曲線的折線配筋,最后施加在0#塊與現(xiàn)澆塊末端之間的梁上。張拉澆筑完成之后,再用設(shè)計(jì)方法把預(yù)應(yīng)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(guān)閉交通,或在夜間車輛不多的情況下進(jìn)行張拉、替換,以加強(qiáng)橋梁結(jié)構(gòu)或增加其承載力[7]。

在進(jìn)行體外預(yù)應(yīng)力張拉時(shí),有下列要點(diǎn):

(1)施工時(shí)如發(fā)現(xiàn)有任何異常,必須立即中止或停止施工,并確認(rèn)現(xiàn)場的狀況,通知監(jiān)理及設(shè)計(jì)部門,查明事故原因,并在處理后繼續(xù)進(jìn)行[8]。

(2)在進(jìn)行實(shí)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(jì)的讀數(shù)。張拉動(dòng)作要慢、對(duì)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(yīng)確保對(duì)講機(jī)通信暢通,能同時(shí)張拉,使張拉速度均勻,直至張拉結(jié)束。

2.6 波形鋼腹板的防腐蝕施工要點(diǎn)

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(qiáng),達(dá)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(duì)鋼材的侵蝕。通過這種氧化膜,可以增強(qiáng)耐候鋼的抗腐蝕性能,既節(jié)省了時(shí)間,又節(jié)約了能源,而且更容易更新,使之能夠持續(xù)地發(fā)展[9]。

為了保證橋梁的耐用性,在設(shè)計(jì)中,波形鋼腹板的內(nèi)外壁都進(jìn)行了簡單的油漆噴刷;同時(shí),根據(jù)一般鋼結(jié)構(gòu)的要求,施工現(xiàn)場要保持清潔,表面的油脂等要清除。一般可在室外進(jìn)行除銹處理,也可在室內(nèi)或工廠進(jìn)行。

3 結(jié)語

本文針對(duì)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(duì)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(yù)應(yīng)力施加以及防腐工藝等方面進(jìn)行了多角度的分析,從而有效控制波形鋼腹板的施工質(zhì)量和安全。同時(shí)指出,波形鋼腹板施工涉及眾多工序和流程,每個(gè)工序都會(huì)對(duì)最終的產(chǎn)品質(zhì)量產(chǎn)生影響,因此在具體施工過程中要予以特別的關(guān)注,保證波形鋼腹板能夠保質(zhì)保量完成施工。