淺談預應力混凝土鋼桁腹結構橋梁施工工藝

邵伯賢 莊曉波

（江蘇省鎮(zhèn)江市路橋工程總公司 鎮(zhèn)江 212017）

近年來，隨著全國交通基礎建設的推進，提高橋梁工程質(zhì)量、外觀、使用壽命等方面問題越來越被重視，橋梁類型結構呈多元化發(fā)展趨勢。預應力混凝土鋼桁腹結構橋梁采用“鋼桁腹結構＋體內(nèi)體外預應力相結合的體系”，即將鋼桁腹桿件端部節(jié)點直接嵌固于梁體底板、頂板混凝土中，形成由混凝土底、頂板，鋼桁腹桿件，體內(nèi)和體外預應力鋼束共同工作的結構體系，這種新型結構橋梁，正處于科研驗證階段。筆者結合工程實踐，從施工的角度對預應力混凝土鋼桁腹結構橋梁施工工序、基本要求、工藝要點進行闡述和分析，并提出一些改善思路。

1 橋型優(yōu)點及發(fā)展前景

（1）鋼桁腹結構＋體內(nèi)體外預應力相結合的體系與常規(guī)預應力混凝土橋梁相比，以鋼桁腹結構代替混凝土結構腹板，避免了混凝土在荷載的長期作用下產(chǎn)生徐變而引發(fā)的質(zhì)量隱患，減輕了橋梁自重，提高了橋梁使用壽命和工程質(zhì)量。

（2）采用體外預應力體系，增強了連續(xù)狀態(tài)下橋梁抵抗二期恒載和活載，避免橋梁單一體內(nèi)預應力體系因壓漿不飽滿產(chǎn)生鋼絞線銹蝕損傷而造成的質(zhì)量隱患，且體外預應力便于后期鋼絞線檢測與更換。

（3）以鋼桁腹結構代替橋梁混凝土腹板，減少風力作用和提高橋梁結構的抗風性能，它是大跨徑橋梁結構理想的腹板截面形式。

（4）以鋼桁腹結構代替橋梁混凝土腹板，可節(jié)省大量施工模板及人力物力，縮短施工工期20%左右，降低工程造價，適合推廣應用于大跨徑橋梁（尤其懸澆、現(xiàn)澆型橋梁）。

（5）橋梁外型美觀，質(zhì)量高，使用壽命長，綜合造價低，適合推廣應用于城市景觀橋梁。

2 應用實例簡介

南京繞越公路東北段江山車行天橋橋梁中心樁號LK0＋339.633，下部結構采用樁柱式獨柱墩，墩柱直徑1.5 m。橋墩基礎為直徑1.5 m的鉆孔灌注樁，按摩擦樁設計。橋臺采用樁柱式，墩柱及樁基直徑為1.5 m，上部結構采用兩跨等截面鋼桁腹預應力混凝土連續(xù)箱梁。橋型布置為2～35 m，起點樁號LK0＋300.633，終點樁號LK0＋378.633，橋梁全長78 m，其上部結構類型目前屬于國內(nèi)首創(chuàng)。

3 鋼桁腹施工工藝

在橋梁基樁及下部構造施工完畢后，對橋位進行地基處理，搭設滿堂支架。同時采用砂袋法進行加載預壓，支架預壓地基沉降穩(wěn)定后，吊離砂袋，重新按設計標高調(diào)整底模，然后按程序施工。

（1）鋼桁腹原材料制作、加工、運輸。鋼桁腹原材料制作應在橋梁上部結構施工前完成，本橋鋼桁腹鋼管采用Q390級鍍鋅無縫鋼管，其制作、運輸要求如下：

①桁腹鋼管規(guī)格為直徑351 mm×壁厚16 mm，桁腹水平傾角為67°左右（各根桁腹角度及長度均不同），由鋼結構工廠制作。

②鋼桁腹鋼管加工應按《鋼結構工程施工及驗收規(guī)范》［1］及本設計的要求進行。

③鋼桁腹鋼管加工時重點、難點是鋼管長度、角度、預留孔、同軸度質(zhì)量保證等，為此加工廠在鋼管切割前預先制作了胎架，在胎架上進行細致的放樣，對每根鋼管、每塊鋼板、每個孔位都進行細致核對，然后進行切割，確保所有的孔位同軸同心。根據(jù)設計文件的要求，所有的預留孔都采用水鉆切割法，確?？锥粗鼙诠饣瑹o損傷。

④鋼桁腹與頂?shù)装暹B接節(jié)點構造。中節(jié)點處桁腹鋼管在端部均進行切割，2桁腹鋼管節(jié)點縱向采用螺栓連接，先在切口處焊接2 c m厚鋼板，鋼板上預先設置螺栓孔，然后采用M24螺栓進行連接；2桁腹鋼管節(jié)點橫向采用2塊2 c m厚鋼板及螺栓連接。鋼板上均設置直徑60 mm的圓孔，并貫通橫橋向鋼筋。端節(jié)點處2桁腹鋼管節(jié)點橫向用2塊2 c m厚鋼板及螺栓連接，鋼板上均設置直徑60 mm的圓孔，并貫通橫橋向鋼筋。

⑤各根鋼桁腹鋼管均在工廠加工完成（包括與頂?shù)装暹B接節(jié)點處桁腹鋼管的切割及預留穿孔鋼筋位置、預留螺栓孔位）。每根桁腹鋼管與頂?shù)装暹B接節(jié)點處的螺栓連接均現(xiàn)場完成。

⑥桁腹鋼管在制作運輸過程中應注意保護。在鋼板表面涂裝未完全干透時不得進行搬運，在運輸過程中應對防腐涂裝采取保護措施。鋼管運輸、儲存時不可受壓，同時在運輸及堆放過程中必須對鋼管進行裹覆，確保鋼管管體完整，防止發(fā)生變形。鋼結構部件除成橋階段達到有效防腐效果外，施工過程中也需采取適當措施防止銹蝕。同時在存放過程中采取覆蓋等有效措施防止生銹。

（2）鋼桁腹桁架組裝、安裝。預應力混凝土鋼桁腹結構橋梁工藝重點在于以鋼桁腹結構代替混凝土結構混凝土腹板，具體安裝工藝如下。

①安裝準備。安裝前應準備好臨時支架、支撐、吊裝設備等，按照施工圖紙核對進場構件、零件的尺寸及質(zhì)量證明文件。同時做好鋼桁腹螺栓連接摩擦面處理、安裝放樣工作。

②鋼桁腹鋼管需現(xiàn)場進行預拼裝，將所有鋼管按照編號預先拼裝一次，通過調(diào)整螺栓達到桁腹鋼管的設計長度及角度要求。施工時注意將頂?shù)装遑灤╀摻畲┤腩A留孔。腹板兩側及翼緣板底部設置支撐，保證鋼桁腹鋼管的位置準確。

③在底模上標出鋼管及節(jié)點部位的縱橫向控制軸線，開始吊裝鋼管進行現(xiàn)場拼裝，鋼管現(xiàn)場3節(jié)1組在橋下拼裝好，采用吊車進行組裝，從橋臺一側開始向另一側推進，施工現(xiàn)場采用可調(diào)節(jié)螺旋鋼管對拼裝好的鋼管桁架進行內(nèi)外臨時支撐和微量調(diào)節(jié)，同時采用鉛垂吊線方式控制其豎直度，鋼管拼、組裝過程中確保節(jié)點鋼板的孔位與鋼管孔位的對位準確以及連接錨栓和貫穿鋼筋的擰緊和穿插。

④待鋼桁腹鋼管桁架拼裝完畢后，在底模上開始綁扎底板、轉(zhuǎn)向塊、橫梁鋼筋及安裝體內(nèi)索波紋管，準備進行第一次底板混凝土澆筑。

⑤在底板澆筑前重點檢查預埋轉(zhuǎn)向器、減震器預埋鋼板、防落梁及體外索預留孔位置，確保準確無誤。

（3）底板、橫梁混凝土澆筑。箱梁底板澆筑時橫向要兩側對稱進行澆筑?？v向從梁跨中向墩頂方向?qū)ΨQ澆筑，以防止?jié)仓^程中墩頂位置出現(xiàn)裂縫，全部澆筑在混凝土初凝前完成。

①底板布料順序。底板→承托→連接部。

②混凝土振搗采用插入式振搗器振搗的形式。混凝土灌注過程中要隨時測量底板標高，并及時進行調(diào)整?；炷翝仓^程中，設專人檢查支撐、模板、鋼管和預埋件的穩(wěn)固情況，當發(fā)現(xiàn)有松動、變形、移位時，應及時進行處理，并作好混凝土澆注記錄。整個澆筑過程應連續(xù)進行，此時拼裝完畢的鋼管桁架已經(jīng)預埋固定于底板混凝土。

③鋼管壓桿混凝土澆筑。在底板混凝土澆筑完成形成強度后，對所有鋼管壓桿件內(nèi)進行混凝土澆筑，澆筑采用小方量漏斗式料斗放料，用振搗棒人工振搗。為了將壓桿和拉桿區(qū)分，事先在鋼管安裝完畢后，對所有鋼管進行編號，以便區(qū)分。

（4）頂板混凝土澆筑

①在底板混凝土澆筑完成且具有一定強度后，在底板混凝土上設置臨時鋼管模架，鋪設頂板模板（因鋼管自身為圓形，防止頂板混凝土漏漿，在鋼管部位模板周圍注玻璃膠），綁扎頂板鋼筋，進行第二次頂板混凝土澆筑。整個箱身混凝土分底板、頂板2次澆筑完成。

②箱梁頂面應進行拉毛處理，去除浮漿和油污，以提高與混凝土調(diào)平層的結合。為防止附著在鋼板上的水滴（結露）等流入或滲入鋼桁腹板混凝土底板的接合部位，在底部鋼混交接處的混凝土表面均設置2%排水橫坡。

（5）預應力施工。本橋預應力采用體內(nèi)體外相結合體系，增強了連續(xù)狀態(tài)下橋梁抵抗二期恒載和活載。體內(nèi)預應力鋼束采用符合GB／T5224－2003標準的高強度、低松弛鋼絞線fpk＝1 860 MPa，Es＝195 GPa。其中頂板束和底板束均采用體內(nèi)預應力鋼束15Φs15.20，錨下控制張拉力控制應力1 395 MPa?？v向體外預應力鋼束采用TSK15-19環(huán)氧涂層鋼絞線成品索，符合國家標準《環(huán)氧涂層七絲預應力鋼絞線》［2］的規(guī)定，外包HDPE護套，張拉控制應力1 116 MPa，彈性模量索體Ep＝195 GMPa。錨具采用可調(diào)換式體外束專用夾片式錨具。體外束在全橋現(xiàn)澆養(yǎng)生后張拉，待二期恒載施工后再次調(diào)整張拉，以使梁的受力達到最佳狀態(tài)。同時，為使索體自由段的振動頻率不與整體振動頻率接近，在適當距離安裝減震裝置，以避免索體產(chǎn)生不利振動。

4 施工基本要求及要點分析

4.1 基本要求

（1）鋼桁腹結構鋼管原材料切割加工尺寸精確、施工現(xiàn)場鋼管拼裝及鋼管、鋼板節(jié)點部位的定位準確。

（2）轉(zhuǎn)向器、減振器、放落梁等設備位置準確，安裝到位。

（3）體內(nèi)、體外預應力張拉采用張拉力和伸長量進行雙控。

（4）混凝土表面平整，重點控制底板上緣、頂板下緣線條直順，曲線圓滑美觀。

4.2 施工要點

（1）鋼桁腹結構鋼管原材料切割加工（鋼管長度、角度、預留孔，同軸度）尺寸要精確，采用水鉆切割法，原材料及加工廠家選擇必須滿足技術文件要求并具備相關資質(zhì)。

（2）鋼桁腹鋼管在制作運輸過程中應注意保護。在鋼板表面涂裝未完全干透時不得進行搬運，在運輸過程中應對防腐涂裝采取保護措施。鋼管運輸、儲存時不可受壓，同時在運輸過程及堆放過程中必須對鋼管進行裹覆，確保鋼管管體完整，防止發(fā)生變形。

（3）鋼桁腹鋼管需現(xiàn)場進行預拼裝，在施工現(xiàn)場將所有鋼管按照編號預先拼裝一次，通過調(diào)整螺栓達到桁腹鋼管的設計長度及角度要求，防止正式拼裝時混淆。

（4）鋼桁腹鋼管拼裝及鋼管、鋼板節(jié)點部位的縱橫向定位、豎直度質(zhì)量控制必須采用內(nèi)外臨時支撐及可微量調(diào)節(jié)設備。

（5）鋼桁腹鋼管節(jié)點部位連接高強錨栓和貫穿鋼筋的擰緊和穿插要準確。

（6）底板澆筑前重點檢查轉(zhuǎn)向器、減震器預埋設備及體外索、防落梁預留孔位置的準確性。

（7）澆筑混凝土應連續(xù)，并對鋼管節(jié)點部位、轉(zhuǎn)向塊部位、錨下及波紋管下方等位置的混凝土質(zhì)量進行重點控制。

（8）預應力施工時對鋼絞線錨具等原材料進行質(zhì)量檢驗（尤其體外索更為重要），對施加預應力所用的機具設備及儀表進行校驗，張拉時采用張拉力和伸長量進行雙控。

（9）箱梁底板、頂板橫向、縱向貫穿鋼筋與鋼管，節(jié)點部位鋼板、預應力波紋管在位置上存在部分沖突，建議后續(xù)設計時應優(yōu)化圖紙。

5 結語

江山車行天橋采用“鋼桁腹結構＋體內(nèi)體外預應力相結合的工作體系”在橋梁建設中為國內(nèi)首創(chuàng)，它的設計理念具有剛度好、強度大、減輕橋梁自重、節(jié)省工期造價、橋型美觀、生態(tài)環(huán)保等優(yōu)點。本文闡述和分析了預應力混凝土鋼桁腹結構橋梁施工中的施工工序、基本要求和工藝要點，從而驗證其設計理念，對該種特殊結構橋梁推廣應用具有一定的指導作用。

［1］ GB50205－2001鋼結構工程施工及驗收規(guī)范［S］.北京：中國計劃出版社，2001.

［2］ GB／T21073－2007環(huán)氧涂層七絲預應力鋼絞線［S］.北京：中國標準出版社，2007.