淺談波形鋼腹板鋼混組合梁頂推法創(chuàng)新及應(yīng)用

韓亞軍　何　斌（中國(guó)水利水電第十一工程局有限公司，河南　鄭州　450001）

淺談波形鋼腹板鋼混組合梁頂推法創(chuàng)新及應(yīng)用

韓亞軍何斌
（中國(guó)水利水電第十一工程局有限公司，河南鄭州450001）

本文以中國(guó)水利水電第十一工程局有限公司承建的鄭州市隴海路快速通道工程常莊干渠高架橋（波形鋼腹板PC組合梁橋）為工程實(shí)例，簡(jiǎn)述了波形鋼腹板預(yù)應(yīng)力混凝土組合箱梁結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及技術(shù)創(chuàng)新，并進(jìn)一步闡述了公司橋梁建造技術(shù)發(fā)展的新思路與新機(jī)遇。

波形鋼腹板PC組合梁；頂推法施工；技術(shù)創(chuàng)新

波形鋼腹板PC組合梁（波形鋼腹板預(yù)應(yīng)力混凝土組合梁）是一種新型的鋼-砼組合梁，它是采用波折形狀的鋼板代替?zhèn)鹘y(tǒng)的預(yù)應(yīng)力混凝土腹板，而衍生出的一種新型結(jié)構(gòu)形式的橋梁。較傳統(tǒng)的預(yù)應(yīng)力混凝土梁相比，它具有以下優(yōu)點(diǎn)：質(zhì)量較輕，能夠大幅度地減輕上部結(jié)構(gòu)的重量，在同等跨徑的條件下，能夠縮減基礎(chǔ)及下部結(jié)構(gòu)鉆孔灌注樁的長(zhǎng)度，節(jié)約基礎(chǔ)及下部結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)費(fèi)用。

波形鋼腹板采用模壓技術(shù)成型，其波折沿順橋向布置，具有一定的“手風(fēng)琴效應(yīng)”。經(jīng)過受力分析和試驗(yàn)驗(yàn)證，波形鋼腹板PC組合梁橋在縱向彎曲時(shí)由混凝土頂?shù)装宄惺茌S向力、彎矩，波形鋼腹板只承受豎向的剪應(yīng)力，即我們可以理解為波形鋼腹板縱向基本不受力。同時(shí)，“手風(fēng)琴效應(yīng)”具有很好的抗震作用。

目前在日本推廣較為廣泛，數(shù)年間已修建了幾十座波形鋼腹板PC組合梁橋；傳統(tǒng)的預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁頂板、底板都施加有預(yù)應(yīng)力，但混凝土腹板對(duì)其有一定的縱向約束，而波形鋼腹板縱向基本不受力，能夠有效提高頂?shù)装宓念A(yù)應(yīng)力效率，節(jié)約預(yù)應(yīng)力筋的配置費(fèi)用。

4波形鋼腹板PC組合梁為輕質(zhì)梁橋，目前多采用支架法、掛藍(lán)法進(jìn)行施工。與預(yù)應(yīng)力混凝土梁相比，不僅可以減小支架的用量，同時(shí)施工跨度能夠顯著提高。以主跨80m掛藍(lán)懸臂法施工為例，混凝土梁一般需要分11個(gè)節(jié)段（單個(gè)節(jié)段約為3.5m～4m）進(jìn)行澆筑，但波形鋼腹板組合梁僅需要6～7個(gè)節(jié)段便可施工完成（單個(gè)節(jié)段可延長(zhǎng)至6m），且波形鋼腹板PC組合梁懸臂施工的掛藍(lán)較傳統(tǒng)掛藍(lán)相比，更加簡(jiǎn)潔、輕便，能夠有效的節(jié)約施工工期和施工費(fèi)用。

近年來，波形鋼腹板PC組合梁在國(guó)內(nèi)得到迅速的發(fā)展，其施工工法也日漸豐富與成熟。目前國(guó)內(nèi)已有幾十座波形鋼腹板PC組合梁橋，其中多以懸臂掛藍(lán)現(xiàn)澆、支架現(xiàn)澆為主，鄭州市隴海路常莊干渠高架橋是國(guó)內(nèi)首次采用頂推法進(jìn)行施工的波形鋼腹板PC組合梁。

一、緒論

1項(xiàng)目背景介紹

鄭州市隴海路快速通道工程是鄭州市道路快速系統(tǒng)的重要組成部分，西起西四環(huán)西，東至京港澳高速東，全長(zhǎng)約29km，全線采用高架快速路+地面輔道形式穿越中心城區(qū)。常莊干渠高架橋位于鄭州市西南部常莊水庫下游，主要跨越常莊水庫溢洪干渠，現(xiàn)場(chǎng)地形起伏大。橋梁線路全長(zhǎng)940m，共分為兩聯(lián)，西側(cè)YU01聯(lián)長(zhǎng)450m（9×50m），東側(cè)YU02聯(lián)長(zhǎng)490m（9×50m+40m），箱梁預(yù)應(yīng)力采用永久體內(nèi)束和體外束混合配置方式，采用頂推法施工，兩聯(lián)分別由西側(cè)YP1墩、東側(cè)YP20墩向中間YP10墩頂推，最大頂推節(jié)段長(zhǎng)50m，是隴海路快速通道工程的關(guān)鍵控制性工程。

2項(xiàng)目的意義

隨著國(guó)內(nèi)外橋梁建造事業(yè)的不斷發(fā)展與提高，橋梁的結(jié)構(gòu)型式也逐漸多樣化和輕型化。傳統(tǒng)的預(yù)應(yīng)力混凝土梁已進(jìn)入了建設(shè)的高峰期，但由于城市發(fā)展的不斷需要，一批批施工條件復(fù)雜，技術(shù)難度大的路橋建設(shè)項(xiàng)目越來越多，這就迫使我們不得不在橋梁建設(shè)上不斷突破、不斷創(chuàng)新。鄭州市隴海路快速通道工程波常莊干渠高架橋波形鋼腹板PC組合梁頂推法施工便是在這樣的背景下應(yīng)運(yùn)而生。

二、波形鋼腹板PC組合梁頂推工法介紹

1波形鋼腹板PC組合梁基本情況

本橋波形鋼腹板PC組合箱梁，采用單箱單室斜腹板截面，下部結(jié)構(gòu)為薄壁花瓶式空心墩，墩高普遍在15m～20m間，最大墩高30.5m，基礎(chǔ)為Φ1.5m鉆孔灌注樁。單幅頂寬為12.75m，底寬為6m，腹板傾斜角度為75度，內(nèi)室寬度6.35m。箱梁沿順橋向在每跨均設(shè)置3道隔板，橫梁上設(shè)0.75×1.2m人洞，在靠近支點(diǎn)處的波形鋼腹板側(cè)面設(shè)置內(nèi)襯混凝土。混凝土標(biāo)號(hào)為C60，兩幅之間間距為2cm。波形鋼腹板采用BCSW1600型，每節(jié)波幅長(zhǎng)1.6m，材質(zhì)為Q345qc。波形板水平幅寬43cm、斜幅水平方向長(zhǎng)37cm、波高22cm，鋼板厚度采用t=16mm、 t=20、t=24mm三種。波形鋼腹板與混凝土頂板采用Twin-PBL方式連接，與混凝土底板采用全栓釘形式進(jìn)行連接。

2頂推法施工工藝介紹

2.1頂推工法的定義

頂推施工法是指在橋端部沿橋縱軸線方向?qū)⒅鸲晤A(yù)制張拉的梁提向前推出使之就位的橋梁施工方法。頂推時(shí)梁體前方的導(dǎo)梁（鼻梁）可先于箱梁到達(dá)支點(diǎn)位置，避免箱梁處于大懸臂狀態(tài)，從而保證結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定和安全。

2.2頂推工法的種類

頂推施工工法的種類很多，施工時(shí)要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的條件、頂推的長(zhǎng)度、頂推的重量、上部結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)形式來進(jìn)行綜合選擇。其種類主要有以下幾種：根據(jù)頂推點(diǎn)的分布，分為單點(diǎn)頂推和多點(diǎn)頂推；根據(jù)滑動(dòng)裝置的不同，分為楔塊式頂推、步履式頂推和常用的滑板式頂推；根據(jù)施力的方式不同，分為頂進(jìn)法、推進(jìn)法、拉進(jìn)法和夾進(jìn)法。不管選取上述哪種頂推方法，都不具備唯一性，需要綜合考量各種施工因素。

2.3頂推施工的發(fā)展

頂推法源于剛梁縱向拖拉法，首次用于預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁是1959年在奧地利的Ager橋（L=280m，4跨連續(xù)梁，Lmax=85m）。此后，前蘇聯(lián)、意大利、法國(guó)和日本等國(guó)相繼采用頂推法施工建造了多座預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋。我國(guó)于1974年修建狄家河鐵路橋首次采用頂推法施工，1980年湖南溈水橋（4×38m+2×38m）首次采用多點(diǎn)頂推，1993年西延鐵路劉家溝大橋連續(xù)頂推新技術(shù)的實(shí)驗(yàn)成功，常莊干渠高架橋波形鋼腹板組合梁多點(diǎn)連續(xù)頂推技術(shù)的成功應(yīng)用，為頂推施工技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展添上了濃墨重彩的一筆。

2.4頂推施工的工藝特點(diǎn)

（1）不需要設(shè)置支架、不受地形和建筑物的影響，適合在市政高架橋等交通流量大或者河川深谷等地，頂推施工可跨越橋下公路、鐵路、航道、深谷，及重要建筑物和復(fù)雜地形等。（2）梁體實(shí)行集中工廠化制作，預(yù)制平臺(tái)可設(shè)置遮雨棚，不受環(huán)境的影響，制作工藝標(biāo)準(zhǔn)，利用安全質(zhì)量控制，上部結(jié)構(gòu)可以與基礎(chǔ)施工平行作業(yè)，縮短工期。（3）頂推施工一般適用于橋跨等高度的梁體，頂推時(shí)要根據(jù)梁體頂推總重量、頂推長(zhǎng)度、下部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)情況來選擇單點(diǎn)頂推還是多點(diǎn)連續(xù)頂推。

2.5鋼腹板PC組合梁頂推法施工

常莊干渠橋采用多點(diǎn)連續(xù)頂推法施工，即在每個(gè)墩頂都需要牽引千斤頂，頂推時(shí)通過前方的牽引千斤頂牽引箱梁就位。頂推滑道由“滑道梁+MGE滑板”組成?；懒翰捎娩摪搴附映上涫浇Y(jié)構(gòu)，順橋向滑道前后方做成坡型口，方便MGE喂板。通過調(diào)整預(yù)埋鋼板坡度保證滑道梁縱向坡度與橋梁設(shè)計(jì)縱向坡度一致。頂推導(dǎo)梁采用波形鋼腹板作為導(dǎo)梁的主體結(jié)構(gòu)，并為斜腹板結(jié)構(gòu)，待頂推就位后將臨時(shí)結(jié)構(gòu)拆除直接用于導(dǎo)梁現(xiàn)澆段施工。導(dǎo)梁主要由波形鋼腹板主梁、梁間連接系、滑道鋼靴、埋入段、根部鋼板、體內(nèi)預(yù)應(yīng)力六個(gè)部分組成。

三、波形鋼腹板PC組合梁頂推工法技術(shù)創(chuàng)新

1技術(shù)創(chuàng)新要點(diǎn)

常莊干渠高架橋是國(guó)內(nèi)第一座采用頂推法施工的波形鋼腹板PC組合梁橋，其“新”主要體現(xiàn)在兩個(gè)大的方面，一是結(jié)構(gòu)形式新穎，采用了波形鋼腹板鋼砼組合梁結(jié)構(gòu)；二是采用了新工藝，使用頂推法進(jìn)行施工。

2技術(shù)創(chuàng)新內(nèi)容

（1）上部結(jié)構(gòu)采用波形鋼腹板PC組合箱梁。波形鋼腹板PC組合箱梁頂推技術(shù)在國(guó)內(nèi)沒有先例，臨時(shí)墩支座反力將近700噸，波形鋼腹板在施工過程中同時(shí)承受豎向應(yīng)力和剪應(yīng)力，比成橋狀態(tài)受力復(fù)雜，關(guān)于波形鋼腹板在復(fù)合應(yīng)力下的整體穩(wěn)定性和板件局部穩(wěn)定性研究在國(guó)內(nèi)尚屬空白；（2）采用多點(diǎn)自動(dòng)連續(xù)頂推方案，最大頂推梁段為50m。為節(jié)約工期，本橋首次突破以往頂推梁設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)節(jié)段長(zhǎng)度一般采用1/2跨長(zhǎng)的通常做法，采用整跨大節(jié)段長(zhǎng)度（50m）頂推；兩聯(lián)相向分別從兩端向中間方向頂推，兩聯(lián)共頂推24個(gè)節(jié)段，需要對(duì)臨時(shí)設(shè)施的剛度及箱梁施工質(zhì)量提出較高的要求；（3）直接利用波形鋼腹板作頂推導(dǎo)梁。箱梁截面為75度斜腹板，待頂推就位后直接用于導(dǎo)梁段波形鋼腹板組合梁的現(xiàn)澆施工。因此導(dǎo)梁受力復(fù)雜，牽涉到臨時(shí)預(yù)應(yīng)力束的配置、導(dǎo)梁和混凝土的結(jié)合面構(gòu)造設(shè)計(jì)、導(dǎo)梁主體、滑靴及連接系的設(shè)計(jì)等。

結(jié)語

未來的橋梁將繼續(xù)向輕型化、大跨徑發(fā)展，鋼-混組合梁作為目前世界上大跨徑橋梁的首選結(jié)構(gòu)形式，有很大的發(fā)展空間。波形鋼腹板PC組合梁作為鋼-混組合結(jié)構(gòu)的“后起之秀”，以其自身抗震性能好、造型美觀、造價(jià)低廉等特點(diǎn)發(fā)展異常迅速，尤其是在日本，波形鋼腹板組合梁十年間的建設(shè)已達(dá)到了數(shù)百座，相關(guān)的科技技術(shù)研究也走在了世界前列。未來若干年，我們可以積極地去探索如何利用波形鋼腹板采用掛模無支架法施工，目前日本已有成熟的工程實(shí)例可以借鑒。（1）學(xué)習(xí)和掌握頂推施工的核心關(guān)鍵技術(shù)。頂推施工的核心在于利用1/100的力推（拉）動(dòng)重達(dá)100倍的梁體，目前國(guó)內(nèi)常用的頂推方法多為拉進(jìn)法連續(xù)滑板式頂推，雖然頂進(jìn)法、夾進(jìn)法和步履式頂推在國(guó)內(nèi)也有成功的先例，但由于對(duì)頂推設(shè)備要求較高、技術(shù)難度復(fù)雜，掌握該技術(shù)的施工企業(yè)并不多。頂推施工技術(shù)不僅可以應(yīng)用于橋梁架設(shè)、箱涵頂進(jìn)、橋梁轉(zhuǎn)體、舊橋加固與改造、建筑物頂升平移、沉船打撈、設(shè)備安裝等領(lǐng)域，同時(shí)可以廣泛應(yīng)用與懸索橋鋼桁架安裝、鋼箱梁安裝等施工技術(shù)。（2）研究和學(xué)習(xí)大型臨時(shí)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與施工。頂推施工最關(guān)鍵的在于頂推預(yù)制平臺(tái)的設(shè)計(jì)，預(yù)制平臺(tái)不僅作為箱梁預(yù)制的基地，而且要承受頂推施工過程中的各種荷載，平臺(tái)的精度將直接決定著箱梁頂推的質(zhì)量。研究和掌握該技術(shù)一方面不僅為后續(xù)橋梁工程施工提供了技術(shù)支持，同時(shí)也能夠從節(jié)約工程造價(jià)，保證施工質(zhì)量和進(jìn)度方面為以后類似工程的施工提供經(jīng)驗(yàn)。（3）掌握新型預(yù)應(yīng)力體系的施工關(guān)鍵技術(shù)。目前國(guó)內(nèi)國(guó)際上的大型橋梁多采用體內(nèi)索與體外索相結(jié)合的施工工藝，其中大跨徑組合梁橋預(yù)應(yīng)力體系施工、節(jié)段拼裝預(yù)應(yīng)力體系施工等技術(shù)在斜拉橋、懸索橋以及不同形式的組合梁橋中多有應(yīng)用。

綜上所述，波形鋼腹板PC組合梁頂推施工技術(shù)是一項(xiàng)結(jié)構(gòu)形式新穎，技術(shù)難度復(fù)雜的系統(tǒng)工程。常莊干渠高架橋的建設(shè)對(duì)于該類型橋梁結(jié)構(gòu)的發(fā)展和頂推技術(shù)的成熟應(yīng)用起到了積極的推進(jìn)作用。

[1]陳宜言.波形鋼腹板預(yù)應(yīng)力混凝土橋設(shè)計(jì)與施工[M].北京：人民交通出版社，2009.

[2]上官興，等.連續(xù)梁橋頂推技術(shù)的新探索[C].湖南公路學(xué)會(huì)論文集，1995.

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