波形鋼腹板PC組合箱梁橋的新型異步施工技術(shù)分析

黃 強(qiáng)

(中鐵十八局集團(tuán)第一工程有限公司，河北 涿州 072750)

波形鋼腹板PC組合箱梁橋的新型異步施工技術(shù)分析

黃 強(qiáng)

(中鐵十八局集團(tuán)第一工程有限公司，河北 涿州 072750)

波形鋼腹板PC組合箱梁橋是一種新型的鋼-混凝土組合梁橋。為了進(jìn)一步了解波形鋼腹板PC組合箱梁橋的應(yīng)用范圍，本文以武西高速桃花峪黃河大橋跨大堤橋工程概況為研究背景，介紹其施工技術(shù)特點(diǎn)。同時(shí)根據(jù)其采用的新型異步懸臂澆筑法施工進(jìn)行分析，通過(guò)對(duì)其異步懸臂澆筑施工工藝、掛籃構(gòu)造進(jìn)行簡(jiǎn)述。本文致力于通過(guò)本文概述能對(duì)波形鋼腹板PC組合箱梁橋進(jìn)行進(jìn)一步推廣，促進(jìn)該橋型能夠在我國(guó)未來(lái)的橋梁工程建設(shè)中得到進(jìn)一步發(fā)展。

波形鋼腹板；PC組合箱梁橋；新型異步；施工技術(shù)

波形鋼腹板PC組合箱梁橋憑借其豐富的結(jié)構(gòu)形式在現(xiàn)代梁橋建設(shè)中被頻繁使用，其中連續(xù)梁和連續(xù)剛構(gòu)更是主要的波形鋼腹板PC組合箱梁橋的橋型。繼首座波形鋼腹板PC組合箱梁橋在法國(guó)落座之后，我國(guó)于20世紀(jì)90年代引入波形鋼腹板PC組合梁橋技術(shù)。隨著技術(shù)的日益完善與施工方案的不斷創(chuàng)新，波形鋼腹板PC組合箱梁橋的應(yīng)用越來(lái)越廣泛[1]。

波形鋼腹板PC箱梁是一種鋼與混凝土組合的結(jié)構(gòu)，由波形鋼腹板代替了混凝土箱梁腹板形成整體受力的箱梁。它充分利用了混凝土抗壓、波形鋼腹板抗剪屈服強(qiáng)度高的優(yōu)點(diǎn)，是一種經(jīng)濟(jì)、合理、高效的橋梁結(jié)構(gòu)，尤其適用于40～100 m的中等跨度橋梁。

波形鋼腹板PC組合箱梁區(qū)別于普通混凝土箱梁的獨(dú)特特征主要是采用波形鋼腹板、體外預(yù)應(yīng)力束、波形鋼腹板與上混凝土翼板、下混凝土翼板的抗剪連接件等3個(gè)方面。波形鋼腹板即折疊的鋼板，具有較高的剪切屈曲強(qiáng)度[2]。波形鋼腹板PC組合箱的梁橫向剛度和扭轉(zhuǎn)剛度都比傳統(tǒng)的混凝土箱梁的動(dòng)力特性要小的多；波形鋼腹板箱梁的動(dòng)力特性的改善可以通過(guò)增加橫隔板來(lái)實(shí)現(xiàn)。波形鋼腹板PC箱梁橋通過(guò)波形鋼腹板取代傳統(tǒng)的混凝土腹板成為其最大特點(diǎn)，而其最顯著的優(yōu)點(diǎn)在于減小混凝土腹板自重[3]，從而減少工程上部結(jié)構(gòu)自重內(nèi)力，進(jìn)一步減少了上部結(jié)構(gòu)對(duì)于混凝土、鋼筋、預(yù)應(yīng)力鋼筋的需求量，實(shí)現(xiàn)造價(jià)成本壓縮為預(yù)計(jì)的90%。

在目前的橋梁建造領(lǐng)域中，滿堂支架法、懸臂施工法、頂推法等方法被視為主要應(yīng)用于現(xiàn)代波形鋼腹板PC組合梁橋常采用的傳統(tǒng)實(shí)施方法[4]。傳統(tǒng)的工藝抗壓能力有限，橫向剛度不足，施工效率低。而采用新型異步澆注施工法能夠大幅提升施工的作業(yè)效率，縮短橋梁工期，降低施工單位作業(yè)成本。本文以武西高速桃花峪黃河大橋跨大堤橋工程為實(shí)際背景，對(duì)其異步施工技術(shù)進(jìn)行介紹。

1 工程概況

武西高速桃花峪黃河大橋作為全線重點(diǎn)控制性工程之一，桃花峪黃河大橋跨大堤橋的設(shè)計(jì)跨徑布置在黃河大橋32#墩～35#墩之間，波形鋼腹板PC連續(xù)梁跨徑布置為(75+135+75) m，其大體布置示意圖如圖1所示。

該橋梁建設(shè)采用的是懸臂灌注法施工技術(shù)，單箱單室波形鋼腹板箱形截面被用于波形鋼腹板預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁，桃花峪黃河大橋跨大堤橋箱梁頂板全寬1 605 cm，其兩側(cè)懸臂長(zhǎng)度均為352.5 cm，箱梁底板寬度為900 cm。橋面2%的橫坡由鋼腹板高差形成，箱底保持水平。箱梁階段分別為0#～17#塊，其中17#為直線段，節(jié)段長(zhǎng)度分別為3.2 m、4.8 m，全橋在5#、9#、13#和15#塊設(shè)置隔板，共32道。箱梁橫斷面如圖2所示。

鋼腹板采用了有6種不同板厚，分別為24、22、20、18、16、14 mm的Q345D低合金鋼材中的1600型波形鋼板。波段鋼腹板波紋水平段長(zhǎng)度430 mm，斜長(zhǎng)430 mm，斜段水平方向長(zhǎng)370 mm，波高220 mm。本橋標(biāo)準(zhǔn)節(jié)段長(zhǎng)度分別為3.2 m和4.8 m都是節(jié)段長(zhǎng)度取波長(zhǎng)1 600 mm的整倍數(shù)為了達(dá)到便利的波形鋼腹板的縱向連接。

雙開(kāi)孔鋼板連接這一連接方式被用于鋼腹板與箱梁頂板作業(yè)；波形鋼腹板與底板的連接使用了翼緣型角鋼剪力鍵連接；鋼腹板與中橫梁、端橫梁的連接使用的是穿孔板連接方式。波形鋼腹板的縱向連接設(shè)計(jì)采用雙面搭接貼角焊接，為了節(jié)段施工中連接方便，設(shè)計(jì)考慮用螺栓先做臨時(shí)固定后施焊的連接方法。

圖3 桃花峪黃河大橋跨大堤橋一個(gè)波段鋼腹板示意圖

2 施工總體方案

由于便道在工程左側(cè)，所以跨大堤橋總體施工順序?yàn)橄茸蠓?、后右幅?#梁段支架的設(shè)計(jì)與搭設(shè)、0#梁段混凝土澆筑施工、掛籃設(shè)計(jì)拼裝、鋼腹板施工、連續(xù)梁懸臂灌注、合攏段施工、預(yù)應(yīng)力施工、邊跨現(xiàn)澆段施工等工序是該連續(xù)梁的主要施工工序，也是其關(guān)鍵技術(shù)點(diǎn)。該連續(xù)梁的總體施工方案可以大致分為4步：第1步，完成主墩施工然后在承臺(tái)上搭設(shè)滿堂支架；第2步，在滿堂支架設(shè)置臨時(shí)錨固結(jié)構(gòu)；第3步，完成0#、1#梁段模板的安裝、綁扎鋼筋后進(jìn)行首塊鋼腹板的定位操作；第4步，對(duì)0#、1#梁段混凝土分頂?shù)装暹M(jìn)行兩次性澆筑成型的施工操作。

33#、34#兩個(gè)T構(gòu)兩端對(duì)稱連續(xù)梁進(jìn)行懸臂灌筑將采用菱形掛籃技術(shù)，利用塔吊進(jìn)行掛籃安裝相關(guān)操作。施工程序大致為：將采用4只掛籃以兩對(duì)、兩對(duì)的形式分別操作，同時(shí)施工2個(gè)T構(gòu)，通過(guò)預(yù)先給定的程序進(jìn)行施工及合攏次。首先進(jìn)行的左幅合攏段將采用采用吊架施工，左幅結(jié)束后，右幅合攏段開(kāi)始采用掛籃施工作業(yè)，實(shí)現(xiàn)邊跨現(xiàn)澆梁段在支架上施工。

3 異步施工關(guān)鍵技術(shù)

3.1 懸臂施工

菱形掛籃的波形鋼腹板起吊系統(tǒng)設(shè)置在掛籃前端，可以滿足前端垂直起吊。波形鋼腹板前端垂直起吊安裝工藝簡(jiǎn)單，波形鋼腹板運(yùn)輸至掛籃吊點(diǎn)正下方，電動(dòng)葫蘆起吊后沿縱向軌道后移至設(shè)計(jì)位置下放就位安裝。

波形鋼腹板PC組合箱梁懸臂段采用菱形施工，其具體施工工藝流程如圖4所示。

3.2 掛籃設(shè)計(jì)

兩片菱形桁架和主桁橫聯(lián)組成了掛籃的主要架構(gòu)。通過(guò)2I32b銷(xiāo)這兩片桁架均被接成菱形，被主桁橫聯(lián)將之聯(lián)成整體，成為組成該掛籃受力結(jié)構(gòu)主要部分。底籃由縱梁和前后橫梁組成，縱梁為型鋼結(jié)構(gòu)，縱梁為口對(duì)口I40b槽鋼；前后橫梁由2I56a工鋼背對(duì)背焊接而成[6]。底模為10 mm鋼板，下墊10號(hào)工字鋼，底籃如圖5所示。

圖4 具體施工工藝流程

圖5 底模底籃拼裝

掛籃設(shè)前后支座各2個(gè)，前支座支承在軌道頂面，前支座前端設(shè)有滾輪，可沿軌道滑行。后支座以反扣輪的形式沿軌道下緣滑動(dòng)，不需要加設(shè)平衡重。掛盤(pán)前移時(shí)，帶動(dòng)整個(gè)掛籃系統(tǒng)向前移動(dòng)。掛籃在灌注混凝土?xí)r，后端利用12根φ32精軋螺紋鋼錨固在已成梁段上，軌道通過(guò)軌道壓梁錨固在已成梁段上。

3.3 異步施工的實(shí)現(xiàn)

異步施工使得掛籃結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化。鋼腹板承重減少，作用位置從已澆節(jié)段轉(zhuǎn)移到未澆階段的波形鋼腹板上，圖6為拼裝完成的掛籃簡(jiǎn)圖，主要包括桅桿、異步澆筑施工平臺(tái)、模板支撐梁、主桁系統(tǒng)等部分。主桁架采用背對(duì)背方式，將后錨位置使用精軋螺紋鋼筋錨死，對(duì)前吊點(diǎn)使用千斤頂按每10噸一級(jí)加載。

圖6 掛籃拼裝

對(duì)于傳統(tǒng)掛籃進(jìn)行施工的波形鋼腹板PC組合箱梁橋工法，其作業(yè)區(qū)僅限n節(jié)段波形板安裝、立模、配筋、混凝土澆筑、預(yù)應(yīng)力張拉，施工作業(yè)面受限，周期長(zhǎng)。采用異步澆注法施工時(shí)能夠擴(kuò)大作業(yè)面，其作業(yè)區(qū)相較于傳統(tǒng)的掛籃作業(yè)區(qū)由原來(lái)的單個(gè)節(jié)段工作面擴(kuò)大到n-1，n，n+1共3個(gè)節(jié)段工作面。其中的n-1節(jié)段工作面進(jìn)行頂板施工、其n節(jié)段工作面進(jìn)行底板施工、n+1節(jié)段工作面進(jìn)行波形鋼腹板安裝，多個(gè)作業(yè)面同時(shí)進(jìn)行流水施工，在保障工程安全性的同時(shí)有效地提高了施工作業(yè)的效率，縮短了預(yù)計(jì)施工周期[7]。施工工藝流程如圖7所示。

4 結(jié)論

本文以桃花峪黃河大橋跨大堤橋的工程建設(shè)實(shí)例為研究對(duì)象，通過(guò)對(duì)工程背景、波形鋼腹板連接進(jìn)行描述，對(duì)其施工技術(shù)進(jìn)行深入研究。明確其波形鋼腹板PC組合箱梁懸臂段工藝流程后，進(jìn)一步對(duì)該工程使用的新型異步澆筑技術(shù)進(jìn)行研究分析。受困于我國(guó)復(fù)雜的地形地貌，橋梁工程的建設(shè)當(dāng)中更需要多采用新興技術(shù)，克服工程實(shí)操性的現(xiàn)有瓶頸。將本文做理論依據(jù)，將桃花峪黃河大橋跨大堤橋作為現(xiàn)實(shí)依托，加快加強(qiáng)對(duì)于采用了新型異步施工技術(shù)的波形鋼腹板PC組合箱梁橋這類工程的建設(shè)。

圖7 施工流程圖

[1]陳水生，劉律，桂水榮.波形鋼腹板PC組合箱梁橋在我國(guó)的研究進(jìn)展及應(yīng)用[J].公路工程，2015，40(3)：57-62.

[2]李淑琴，陳建兵，萬(wàn)水，等.我國(guó)幾座波形鋼腹板PC組合箱梁橋的設(shè)計(jì)與建造[J].工程力學(xué)，2009(a01)：115-118.

[3]王釗.波形鋼腹板PC組合箱梁橋施工控制要素[J].交通運(yùn)輸研究，2011(8)：109-111.

[4]王侃，王用中.波形鋼腹板PC箱梁橋的施工技術(shù)與效益分析[J].施工技術(shù)，2012，41(17)：1-5.

[5]史鵬飛.大跨度波形鋼腹板PC組合箱梁施工技術(shù)[J].鐵道建筑技術(shù)，2013(4)：82-84.

[6]跨大堤橋施工方案[DB/OL]．(2017-04-13)[2017-06-20].https： //wenku.baidu.com/view/2faeec100640be1e650e52ea551810a6f524 c893.html.

[7]王達(dá)，黃海珊，曹政，等.波形鋼腹板PC組合箱梁橋新型異步施工受力性能研究[J].公路交通科技，2016，33(8)：58-64.

AnalysisofNewAsynchronousConstructionTechnologyforPCCompositeBoxGirderBridgewithCorrugatedSteelWebs

HUANGQiang

(China Railway Eighteen Bureau Group First Engineering Co.， Ltd.， Zhuozhou 072750， China)

PC composite boxGirder Bridge with corrugated steel web is a new type of steel-concrete composite beam bridge. In order to know more about the application range of PC composite box Girder Bridge with corrugated steel web， the construction technology characteristics of the bridge project of the peach blossom valley of the Yellow River Bridge across the dike bridge was introduced in this paper. At the same time， according to the new type of asynchronous cantilever casting method， the construction technology of the cantilever casting and the structure of the hanging basket were briefly introduced. This paper is devoted to the generalization of PC composite box Girder Bridge with corrugated steel webs， and then can promote the development of bridge project in the future.

corrugated steel webs； PC composite box-girder； new asynchronous； construction technology

10.13542/j.cnki.51-1747/tn.2017.04.008

2017-10-11

黃強(qiáng)(1987—)，男，助理工程師，學(xué)士，研究方向：公路隧道、橋梁，電子郵箱：wangzhi201612@126.com。

U448

A

2095-5383(2017)04-0038-04