大跨度波形鋼腹板PC箱梁橋施工關(guān)鍵技術(shù)分析

丁群峰,王謙,蘇立超

(1.中鐵西南科學(xué)研究院有限公司,四川成都 610000;2.邢臺(tái)路橋建設(shè)總公司,河北邢臺(tái) 054000)

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大跨度波形鋼腹板PC箱梁橋施工關(guān)鍵技術(shù)分析

丁群峰1,王謙1,蘇立超2

(1.中鐵西南科學(xué)研究院有限公司,四川成都 610000;2.邢臺(tái)路橋建設(shè)總公司,河北邢臺(tái) 054000)

摘要:波形鋼腹板組合箱梁橋以結(jié)構(gòu)輕盈、橋形美觀、施工便捷、造價(jià)低廉、受力合理等特點(diǎn)在國(guó)內(nèi)得到了空前發(fā)展。文中以邢衡(邢臺(tái)—衡水)高速公路(70+120+70)m南水北調(diào)大橋?yàn)楸尘?對(duì)大跨度波形鋼腹板組合箱梁橋關(guān)鍵施工技術(shù)進(jìn)行分析和探討,為國(guó)內(nèi)同類橋梁設(shè)計(jì)、建造提供經(jīng)驗(yàn)和參考。

關(guān)鍵詞:橋梁;波形鋼腹板;箱梁橋;施工技術(shù)

波形鋼腹板組合箱梁橋有效解決了鋼筋砼結(jié)構(gòu)腹板開裂問題,也解決了純鋼結(jié)構(gòu)橋面鋪裝的粘結(jié)性問題,顯著降低了結(jié)構(gòu)自重,提高了結(jié)構(gòu)的整體剛度及抗震能力。該文以邢衡(邢臺(tái)—衡水)高速公路南水北調(diào)大橋?yàn)槔?對(duì)大跨徑波形鋼腹板組合箱梁橋掛籃懸澆施工工藝進(jìn)行探討。

1 南水北調(diào)大橋施工方案

該橋跨徑組合為(70+120+70)m,為連續(xù)變截面波形鋼腹板組合箱梁橋,共分為114個(gè)節(jié)段(見圖1)。其中:主墩0#、1#塊共12個(gè)節(jié)段采用滿堂支架法施工,2#～12#塊共88個(gè)節(jié)段采用掛籃逐段懸澆法施工;中邊跨合龍段13#塊共6個(gè)節(jié)段采用吊架施工;邊墩14#、15#塊共8個(gè)節(jié)段采用滿堂支架法施工。

2 南水北調(diào)大橋波形鋼腹板的構(gòu)造

該橋支點(diǎn)梁高為7.5 m,跨中梁高為3.5 m,底板寬7.5 m,頂板寬14.012 m,梁高按二次拋物線變化,為單箱單室。波形鋼腹板采用Q345D鋼材。波形鋼腹板波長(zhǎng)為1 600 mm,波高220 mm,水平面板寬430 mm,斜幅水平方向長(zhǎng)370 mm,水平折疊角度為30.7°,彎折半徑為15t(t為波形鋼腹板厚度),鋼板厚度為14、16、18、20和22 mm。

圖1 南水北調(diào)大橋中跨節(jié)段劃分(單位:cm)

波形鋼腹板節(jié)段長(zhǎng)度為4 800 mm。波形鋼板與砼頂板采用Twin-PBL連接、與砼板采用Single -PBL+栓釘連接(見圖2、圖3),波形鋼腹板節(jié)段間縱向連接采用搭接貼角焊接+高強(qiáng)螺栓的方式。

3 大跨度翼緣型波形鋼腹板施工技術(shù)

圖2 鋼腹板與頂板連接示意圖

3.1 全橋關(guān)鍵節(jié)段0#、1#塊現(xiàn)澆砼施工

(1)前期技術(shù)準(zhǔn)備。0#、1#塊是全橋質(zhì)量控制的關(guān)鍵節(jié)段,主要表現(xiàn)為設(shè)計(jì)鋼筋復(fù)雜、預(yù)埋件繁多、波形鋼腹板構(gòu)件龐大、三向預(yù)應(yīng)力聚集等控制難點(diǎn)極多、要求精度極高。為確保該節(jié)段施工的高質(zhì)量、高效率,在施工前對(duì)設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行反復(fù)研究,將系統(tǒng)抽象的設(shè)計(jì)圖紙拆解為具體、形象、操作性強(qiáng)的施工次序詳細(xì)分解書。編制該分解書需識(shí)別出0#、1#塊所有的鋼筋、波形鋼腹板、預(yù)埋件等永久性材料,主要包括箱梁受力鋼筋、構(gòu)造鋼筋、支座預(yù)埋筋、監(jiān)測(cè)控制基準(zhǔn)點(diǎn)、錨下加強(qiáng)筋、三向預(yù)應(yīng)力錨夾具及管道、轉(zhuǎn)向器、掛籃錨固預(yù)埋件、應(yīng)變片、墩頂體外索張拉用千斤頂懸掛預(yù)留孔、泄水管預(yù)留孔、檢修孔等,識(shí)別后將所有需埋入砼的永久性材料根據(jù)施工先后次序、交叉情況進(jìn)行統(tǒng)一編號(hào),明確各構(gòu)件安裝次序,避免因初期準(zhǔn)備不充分造成安裝次序不得當(dāng)帶來(lái)的窩工、返工等問題,確保施工現(xiàn)場(chǎng)工人思路明確、工序銜接緊密、順暢流水作業(yè)。

圖3 鋼腹板與底板連接示意圖

(2)現(xiàn)澆段0#、1#塊波形鋼腹板的高精度定位。1#塊鋼腹板的定位精度直接影響后續(xù)節(jié)段鋼腹板的施工質(zhì)量,對(duì)于波形鋼腹板組合箱梁橋這一特殊結(jié)構(gòu)受力至關(guān)重要。1#塊波形鋼腹板的定位主要是其空間姿態(tài)的定位,必須采取有效措施保證在鋼筋、模板工程施工中其定位牢固,不受其他外界條件的影響。因1#、2#橋墩較低,采用25 t吊車進(jìn)行鋼腹板的起吊安裝。為提高安裝效率,安裝前,在箱梁底模板上勾勒出鋼腹板投影線,以便于粗略定位;然后將設(shè)置在上翼緣開孔鋼板上的吊具懸掛于箱梁頂模板及橫向組合鋼吊架上(見圖4)。鋼腹板的精確定位分為粗調(diào)、細(xì)調(diào)和微調(diào)三步。鋼腹板安裝定位采用“上掛下支、內(nèi)撐外頂”的組合方法,即波形鋼腹板頂面采用固定在箱梁頂模板上的組合型鋼支架作為懸吊裝置、底面翼緣板采用焊接于底模板上的工字鋼作為支撐,箱室內(nèi)采用加強(qiáng)型可調(diào)式鋼管進(jìn)行內(nèi)部支撐,箱室外采用可調(diào)螺栓于波形鋼腹板和箱梁側(cè)模板體系進(jìn)行外頂,以此形成空間穩(wěn)定的鋼腹板緊固及調(diào)整體系(見圖5),避免波形鋼腹板受鋼筋綁扎、箱室內(nèi)模板安裝、砼澆筑等的影響而發(fā)生移位。

圖4 墩頂組合鋼吊架

圖5 鋼腹板定位組合

3.2 節(jié)段間波形鋼腹板縱向接長(zhǎng)處施工質(zhì)量控制

該橋相鄰兩節(jié)段波形鋼腹板搭接長(zhǎng)度為120 mm,采用貼角焊與高強(qiáng)度螺栓組合的連接方法,施工中,要高度重視貼角焊焊縫的質(zhì)量控制。波形鋼腹板作為主要抗剪構(gòu)件,縱向接長(zhǎng)處的內(nèi)在質(zhì)量異常重要,而高空立焊是該種結(jié)構(gòu)施工的重點(diǎn)之一。為確保工程質(zhì)量,提高工作效率,降低人為因素對(duì)貼角焊施工質(zhì)量的影響,引進(jìn)全位置自動(dòng)化無(wú)死角焊接小車。方法如下:調(diào)整好焊接參數(shù)及走行標(biāo)尺,于波形鋼腹板內(nèi)外兩側(cè)各布置一臺(tái)焊接小車,同時(shí)同處均勻施焊。該方法可最大程度降低焊接過(guò)程中鋼腹板的整體變形,焊接效率得到極大提升,焊接質(zhì)量也得到有效保證,且焊縫均勻、飽滿、表面光亮、無(wú)夾渣和焊瘤等缺陷。

連接處采用高強(qiáng)度螺栓連接時(shí),應(yīng)對(duì)高強(qiáng)度螺栓連接副的原材料及力學(xué)性能進(jìn)行檢測(cè)。該橋采用M22高強(qiáng)度螺栓,為便于高強(qiáng)度螺栓的安裝,設(shè)計(jì)螺栓孔開孔直徑為24 mm,螺栓孔內(nèi)外兩側(cè)采用?80 mm Q345D防銹鋼墊片,采用雙螺母對(duì)螺桿進(jìn)行雙重固定。鋼墊片中心應(yīng)與螺栓孔中心同心,如因個(gè)別節(jié)段鋼腹板傾斜角度誤差導(dǎo)致鋼墊片不能將螺栓孔封堵嚴(yán)密,則應(yīng)適當(dāng)加大鋼墊片直徑,以確保螺母擰緊后鋼墊片與波形鋼板螺栓孔位貼合緊密,防止外界空氣進(jìn)入螺栓與波形鋼板縫隙而對(duì)該處鋼板母材造成銹蝕等。

3.3 翼緣型抗剪連接件施工關(guān)鍵技術(shù)

波形鋼腹板與箱梁頂、底板砼的連接關(guān)系到波形鋼腹板組合箱梁橋的整體性,主要起傳遞波形鋼腹板與砼翼板縱向水平剪應(yīng)力的作用,也能抵抗砼與波形鋼板翼緣板之間的掀起作用,提高鋼混組合效能及整體結(jié)構(gòu)安全性。

因抗剪連接件處為鋼-砼過(guò)渡段,應(yīng)力集中效應(yīng)較為顯著,將該部位施工作為重點(diǎn)加以控制。貫穿鋼筋必須嚴(yán)格居于孔位中心,并與橫向主筋形成整體且定位牢固,以充分保證填充孔砼銷的施工質(zhì)量。貫穿鋼筋安裝偏差不得超過(guò)5 mm。此外,翼緣板處應(yīng)增設(shè)局部加強(qiáng)鋼筋,以抵抗鋼混組合截面處應(yīng)力集中所導(dǎo)致的局部砼破壞。

該橋采用翼緣型抗剪連接件,下翼緣板為寬420 mm平鋼板,該翼緣板頂面與底板砼頂面平齊,翼緣板下方砼與兩側(cè)砼不存在壓力差,操作空間受限等導(dǎo)致該處砼施工難度極大,且在澆筑砼時(shí)不能直觀確定翼緣板下砼的密實(shí)程度。為解決上述問題,并將隱蔽處砼的密實(shí)情況直觀地反映出來(lái),在翼緣板處每個(gè)波長(zhǎng)范圍內(nèi)均勻設(shè)置6個(gè)?30 mm排漿孔,方便翼緣板下方的砼在振搗力作用下排漿。

3.4 大跨度波形鋼腹板施工監(jiān)控及線形控制

為確保大跨度波形鋼腹板組合箱梁橋的施工線形,同時(shí)為該類橋梁建設(shè)提供更多的數(shù)據(jù)支撐和經(jīng)驗(yàn),施工中進(jìn)行嚴(yán)格監(jiān)控,采集應(yīng)力應(yīng)變及梁底線形現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù),通過(guò)科學(xué)細(xì)致的數(shù)據(jù)分析指導(dǎo)施工,確保大橋的較高精度合龍。

該橋由4個(gè)T構(gòu)組成,中跨120 m跨越南水北調(diào)中干渠,1#、2#墩前期節(jié)段施工相對(duì)獨(dú)立,1#、2#墩兩側(cè)的導(dǎo)線點(diǎn)、水準(zhǔn)點(diǎn)閉合成為控制全橋標(biāo)高、平面位置測(cè)量的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。監(jiān)測(cè)小組定期對(duì)所設(shè)置的導(dǎo)線點(diǎn)、水準(zhǔn)點(diǎn)進(jìn)行閉合,并及時(shí)排查降雨、降雪等特殊天氣對(duì)導(dǎo)線點(diǎn)、水準(zhǔn)點(diǎn)造成的影響,確保基準(zhǔn)點(diǎn)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和真實(shí)性。懸臂施工中加強(qiáng)對(duì)波形鋼腹板監(jiān)測(cè)斷面的反復(fù)復(fù)核,確保安裝質(zhì)量和線形。

施工中執(zhí)行“南水北調(diào)大橋上部結(jié)構(gòu)立模標(biāo)高通知單”制度,通知單包括底模設(shè)計(jì)標(biāo)高、該節(jié)段成橋預(yù)拱度、該節(jié)段施工預(yù)拱度、掛籃調(diào)整值、底模立模標(biāo)高及波形鋼腹板空間姿態(tài)定位8個(gè)翼緣板點(diǎn)位的三維數(shù)據(jù),施工中根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)結(jié)合理論線形及時(shí)進(jìn)行修正。對(duì)由監(jiān)控單位下發(fā)的立模標(biāo)高通知單,監(jiān)測(cè)小組先對(duì)其中數(shù)據(jù)進(jìn)行復(fù)核、驗(yàn)算,確定無(wú)誤后反饋給監(jiān)控單位統(tǒng)一執(zhí)行,且階段性召開監(jiān)控測(cè)量工作討論會(huì),對(duì)監(jiān)控測(cè)量中遇到的問題和后續(xù)的控制環(huán)節(jié)進(jìn)行討論,明確各方的工作思路。在進(jìn)行測(cè)量控制過(guò)程中,監(jiān)測(cè)小組成員間進(jìn)行互檢,由2名測(cè)量員對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行采集,核對(duì)無(wú)誤后與監(jiān)控單位進(jìn)行數(shù)據(jù)核對(duì),最大程度上減小測(cè)量誤差,從而實(shí)現(xiàn)高精度中跨合龍。

4 波形鋼腹板組合箱梁橋的應(yīng)用建議

(1)南水北調(diào)大橋主墩內(nèi)襯砼設(shè)計(jì)長(zhǎng)度止于2#塊1/3節(jié)段處,在有凈高限制等要求的工程案例中,為增加波形鋼腹板的抗拔和防屈曲能力,內(nèi)襯砼設(shè)計(jì)長(zhǎng)度可適當(dāng)加長(zhǎng)和加厚,以使腹板所承受的大部分剪力由內(nèi)襯砼承擔(dān)。

(2)進(jìn)一步優(yōu)化抗剪連接件設(shè)計(jì),特別是對(duì)于翼緣型抗剪連接件中開孔鋼板和水平翼緣板與砼界面上的應(yīng)力集中問題,應(yīng)盡量消除邊緣棱角處的應(yīng)力集中,并適當(dāng)增大鋼板與砼的接觸面積。

(3)波形鋼腹板節(jié)段間采用高強(qiáng)螺栓+貼角焊縫的連接方法,既便于現(xiàn)場(chǎng)波形鋼腹板的安裝,也能提高整橋的安全儲(chǔ)備。

(4)進(jìn)一步推進(jìn)懸臂拼裝、頂推等施工工藝,實(shí)現(xiàn)模塊化生產(chǎn),使波形鋼腹板的便捷性得到更大程度的體現(xiàn)和應(yīng)用。

(5)進(jìn)一步推進(jìn)耐候鋼等材料在波形鋼腹板組合箱梁橋中的應(yīng)用,降低鋼混組合結(jié)構(gòu)體系的防腐及維護(hù)費(fèi)用。

(6)盡快制定波形鋼腹板PC組合箱梁橋相關(guān)施工規(guī)范以指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)施工,同時(shí)加強(qiáng)對(duì)鋼-砼組合界面、抗剪連接件的研究,詳細(xì)而深入地研究界面力學(xué)的相關(guān)行為,逐步深化和完善設(shè)計(jì)理論。

參考文獻(xiàn):

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[5]韓振勇,湯洪雁,王秀艷.波形鋼腹板組合箱梁應(yīng)用的研究[J].天津建設(shè)科技,2009(5).

收稿日期:2015-11-19

中圖分類號(hào):U445.4

文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A

文章編號(hào):1671-2668(2016)02-0184-03