UHPC單跨下承式槽型梁吊裝施工技術研究

覃譽瑤 龍誠璧

摘要：賀州至巴馬高速公路（象州至來賓段）茶花山天橋上構采用單跨下承式槽型梁設計，由兩片UHPC“Ⅰ型”縱向主梁與12道UHPC橫梁共同構成。傳統常規預制橋梁吊裝方法不適用于該天橋，為了系統性解決UHPC單跨下承式槽型梁的吊裝、安裝等工程問題，文章研究設計一套完整的UHPC單跨下承式槽型梁施工方法，保證了UHPC單跨下承式槽型梁的吊裝順利。同時，針對UHPC下承式槽型梁吊裝存在的開裂風險，研究設計了預防的吊裝輔助設備，該設備適應性強，操作簡單，使吊裝工效得到提高。

關鍵詞：UHPC橋梁；下承式槽型梁；臨時墩；平衡梁；吊裝輔助

中圖分類號：U445.4? ?文獻標識碼：A

文章編號：1673-4874（2024）04-0131-03

0 引言

超高性能混凝土（Ultrahigh-Performance Concrete，以下簡稱UHPC）作為20世紀后期誕生的新一代建筑材料，在橋梁工程中具有良好的利用前景。其通過剔除粗骨料、優化細骨料的級配、摻入超細活性礦物摻合料、加壓和熱養護以及添加鋼纖維等手段，獲得較高強度、優異耐久性以及較強的韌性和延性［1］。與傳統混凝土結構相比，UHPC結構自重減少了1/3或1/2，顯著降低了靜荷載，從而利于制造更細長的建筑結構，節省材料和成本［2］。

目前，國內橋梁工程中已有超過30座橋梁采用了UHPC材料，主要應用于鋼-UHPC輕型組合橋面結構、維修加固和現澆接縫等方面。有5座橋梁的主體結構采用UHPC材料，包括柏干渠大橋、薊港鐵路簡支T梁、河北跨線橋、福州人行拱橋和長沙跨街天橋等［3］，其中大多數橋型結構為T梁與箱梁。有學者針對新型預制UHPCπ形梁橋結構進行設計研究，結果表明其自重為傳統混凝土T形梁橋的47%，顯著提高梁底縱向開裂應變，限制裂縫發展［4］。

針對非常規T梁/箱梁吊裝工藝，港珠澳大橋青州航道橋施工為了控制扁平流線形鋼箱梁的線性，采用“臨時配重塊+臨時支撐+豎向固結拉索索力調整”的吊裝方案，解決不平衡吊裝產生的彎矩問題［5］；王平等［6］對大跨度H型及箱型鋼梁的安裝提出“構件高空散裝+支撐鋼架+支撐鋼架移動軌道”的吊裝方法，證明用鋼架支撐有利于鋼梁在拼裝時的預起拱施工。

目前國內單跨下承式槽型橋梁的工程實例應用較少，常規T梁/箱梁預制梁段的吊裝方案不適用于UHPC單跨下承式槽型橋梁。故本文依托賀州至巴馬高速公路茶花山天橋工程，針對性地研究UHPC單跨下承式槽型梁施工方法。對施工前期準備如臨時墩的搭設及吊裝預防措施等，以及施工過程中主梁吊裝與拼接等方面進行研究討論，為后續同類工程提供參考與借鑒。

1 工程概述

賀州至巴馬高速公路（象州至來賓段）茶花山天橋采用UHPC預制拼裝簡支預應力梁橋型式（見圖1），橋梁上構采用單跨下承式槽型梁設計，由兩片UHPC“Ⅰ型”縱向主梁與12道UHPC橫梁共同構成。槽型梁整體長50 m、寬9.7 m，縱梁端部梁高195 cm、跨中梁高320 cm，總重量281.5 t。“Ⅰ型”縱向主梁上、下馬蹄寬60 cm，腹板寬度窄處僅為10 cm（見圖2）。

茶花山天橋UHPC主梁用超高性能混凝土，設計抗壓強度120 MPa、抗折強度20 MPa、纖維摻量2.0%。因梁體較長，UHPC主梁節段采用分節臥式預制的方式，分為兩片邊梁段與一片中梁段，其中邊梁段長16 m、重84.5 t，中梁段長18 m、重112.5 t。

UHPC預制分段梁整體尺寸較大，而單個構件細長，不利于設置預埋吊點。因此，考慮采用兩臺全地面起重機同步起吊，使用鋼絲繩從槽型梁縱梁或橫梁處兜底吊裝。結合茶花山天橋結構及UHPC材料特點，對茶花山天橋UHPC主梁節段進行分析可知：（1）采用縱梁處兜底吊裝時，鋼絲繩受吊裝角度影響會向內側擠壓縱梁，而UHPC槽型梁為頂部無橫向支撐的結構形式，因而縱梁易受擠壓而出現損傷與裂縫等，威脅結構安全；（2）采用從橫梁處吊裝時，由于UHPC槽型梁寬度較大，鋼絲繩與梁體接觸位置易出現滑移，輕則磨損梁體，影響槽型梁外觀，重則造成梁體重心偏位失穩，引發安全事故。

針對以上問題，本文研發UHPC下承式槽型梁吊裝方案，從而保證吊裝施工的質量與安全。

2 吊裝方案設計

2.1 臨時墩設計

以主梁節段劃分為基準，在梁段搭接處設置兩個臨時墩（臨時墩布置見圖3）。臨時墩以325 mm、厚10 mm螺旋鋼管作為立柱，單個臨時墩設三排立柱，每排3根螺旋鋼管，立柱高度為8.2 m；立柱下部直接澆筑于條形基礎中，基礎設置在路面水泥穩定碎石基層上，基礎采用C20混凝土，尺寸為高0.5 m×寬0.8 m×長5.325 m；立柱之間采用［14槽鋼進行連接；每根立柱頂端均焊接δ16 mm×500 mm×500 mm鋼板作為法蘭盤，法蘭盤與立柱間焊接δ16 mm齒板使二者連接穩固；法蘭盤上方安設升降支座，升降支座以32 mm精軋螺紋桿作為調節桿，升降支座高度范圍為150～200 mm，最大高度調節區間為50 mm；支座上方設置雙拼Ⅰ32a工字鋼主梁，主梁上方以20 cm間距設置Ⅰ10工字鋼分配梁；分配梁上方滿鋪δ10 mm鋼板，并安裝梯籠作為上下通道。

2.2 臨時墩建模計算分析

采用Midas Civil有限元軟件建立臨時墩計算分析模型。臨時墩計算參數見表1，計算工況為主梁全部吊裝完成后的臨時墩承重工況。臨時墩模型見圖4。

根據《鋼結構設計規范》（GB500017-2003）的要求，施工階段考慮了臨時墩結構自重和主梁重量，分析計算立柱、主梁、橫梁以及分配梁的組合應力、變形與屈曲模態特征值，計算模型見圖4。經過分析計算，鋼管立柱、主梁與橫梁及分配梁計算結果見表2，均滿足規范要求。

2.3 吊裝設備選擇

該橋主梁分三段吊裝，綜合考慮梁的受力、擺放位置、場地限制和吊裝能力要求等多方面因素，采用2臺500 t汽車吊配合吊裝，所有梁段均一次吊裝到位，不進行位置中轉。

2.4 吊裝輔助設備

因吊點設置在縱梁上，主梁受鋼絲繩產生的水平分力影響，其受力會往內側牽拉。主梁上部無橫向支撐，若不能保證主梁受力豎直，吊裝時將存在較大的主梁開裂風險。

針對此問題，施工時采取預防措施，設計了保證梁體平穩以及梁體垂直受力的吊裝輔助設備。吊裝輔助設備采用了平衡梁與護角限位器。平衡梁是由一大一小兩根方形鋼管組成，兩根方形鋼管嵌套在一起并通過在銷軸孔安裝插銷進行連接固定，長度可隨梁體間距進行調整。鋼管兩側端部通過焊接齒板與兩塊3 cm厚的方形鋼板進行連接固定，鋼板上下兩端開設吊裝孔，用以安裝卸扣，平衡梁結構見圖5。護角限位器對稱設置在縱梁兩側上下端部邊緣直角處，鋼絲繩兜底包裹槽型梁縱梁時從護角限位器處穿過，以此限制鋼絲繩滑動并保護梁體邊緣不受損傷，護角限位器安裝見下頁圖6。

在吊裝過程中，平衡梁作為槽型梁和全地面起重機的中轉連接裝置，可起到轉換受力的作用，保證梁段只受豎向力作用，從而保證主梁始終垂直，規避開裂風險，平衡梁吊裝使用情況見下頁圖7。

3 UHPC梁段吊裝方案

UHPC預制主梁安裝施工步驟為：（1）臨時墩搭設；（2）支座安裝；（3）梁段吊裝；（4）主梁縱向拼接；（5）主梁預應力張拉；（6）臨時墩、臨時支座拆除；（7）下緣搭接鋼板焊接。

3.1 臨時墩搭設施工

臨時墩搭設施工工藝流程：施工準備→澆筑C20混凝土條形基礎→安裝325 mm×10 mm螺旋焊縫鋼管（吊車安裝，鋼管立柱之間采用［14號槽鋼焊接作為斜撐，柱底澆筑于條形基礎中，柱頂提前焊接法蘭盤）→安裝卸落架→安裝Ⅰ36b工字鋼主梁→安裝Ⅰ12工字鋼分配梁→鋪10 mm厚鋼板。

3.2 梁段吊裝施工

吊裝時，鋼絲繩從縱梁底部包裹后穿過護角限位器，再經由卸扣掛在平衡梁的下方，而吊車采用同樣方式連接并吊住平衡梁，主要吊裝過程見圖8。

汽車吊綁好鋼絲繩，并緩慢、平衡拉緊鋼絲繩，提升中梁至梁底離地3～5 m高度；接著，汽車吊分別往兩側轉動，帶動梁體向臨時墩移動；當梁體靠近臨時墩后，再次緩慢收緊鋼絲繩，提升中梁至梁底標高超出臨時墩頂面1～2 m；而后將中梁吊至臨時墩頂上方并旋轉調整方向至與臨時墩平行，并由指揮人員指揮吊車精確對線就位并緩慢落梁于臨時墩上方指定位置。

3.3 主梁縱向拼接

梁段接縫采用膠拼對接。應根據環境溫度、固化時間和強度要求選定配方。正式施工前，工地實驗室對環氧樹脂膠進行不同溫度、不同固化時間下的試配試驗，依據施工進度安排確定環氧樹脂膠的固化時間，確保預應力筋張拉完成之前環氧樹脂膠不能固化。

因中、邊梁對接截面上下馬蹄處設計有榫卯結構（中梁為榫槽、邊梁為榫頭，見圖9），故而對接施工采用兩臺500 t汽車吊配合作業。

對接施工時，后部吊車吊起邊梁端部，至其脫離臨時支座，并懸于臨時支座上方2～3 cm處，而后前部吊車利用靠中梁一側吊點穿鋼絲繩牽引梁體向前對接（見圖10）。牽引時，收緊吊鉤使吊裝鋼絲繩受力崩緊，此時吊車處于向上提拉但梁底并未脫離臨時墩頂面的狀態，再由前部吊車帶動、后部吊車跟隨，緩慢同向運動、調整主臂，拖拽邊梁緩慢向前移動對接。對接過程中，測量人員在兩側橋臺處進行同步測量，確保梁體線形順直，出現偏差及時調整。

對接完成后，安裝并張拉接縫處臨時拉桿，用以預壓拼接縫，保證梁段不錯位。臨時拉桿張拉完成后使接縫處保持0.2 MPa以上壓力，并及時清理接觸面周圍擠出的膠漿。

3.4 主梁預應力張拉

張拉作業采用雙向張拉，為保證張拉同步，設置一名指揮員，兩側操作手根據指揮員口令控制油泵速度，保證張拉同步進行，張拉不同步率應控制在10%以內。預應力筋張拉錨固后，在48 h內完成孔道壓漿，管道壓漿采用C50水泥漿，并使用循環智能壓漿系統。壓漿時，梁體水平或曲線孔道的壓漿壓力宜為0.5～0.7 MPa，當孔道較長時，最大壓力應≤1.0 MPa。壓漿充盈度應達到孔道另一端飽滿并于排氣孔排出與規定流動度相同的漿體為止。關閉出漿口后，應保持≥0.50 MPa的壓力及≥3 min的穩壓時間。

4 結語

本文以茶花山天橋實際工程為例，研究UHPC單跨下承式槽型梁吊裝主要施工過程，包含了臨時墩搭設、主梁吊裝與拼接，以及主梁預應力張拉等方面，針對性地研究了主梁吊裝預防措施。為了規避吊裝梁體時的開裂風險，設計了平衡梁與護角限位器，保持梁段垂直受力以及防止鋼絲繩滑位，解決了UHPC下承式槽性梁吊裝難題。該天橋吊裝平均工效為兩天一座，本文針對吊裝難題提出的吊裝平衡裝置具有一定的創新性，對同類工程提供了借鑒，具有良好的社會和經濟效益。

參考文獻

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作者簡介：覃譽瑤（1995—），碩士，研究方向：橋梁工程。