大跨組合梁斜拉橋橋面板預(yù)制安裝施工技術(shù)

韓 石，王永亮，王文帥，Jian YANG

（1．青海省高等級公路建設(shè)管理局，青海 西寧 810008；2．長安大學(xué) 公路學(xué)院 ，陜西 西安 7100643；3．STV．Inc，紐約 10003）

0 引 言

從20世紀(jì)80年代提出組合梁斜拉橋的思想之后，它一直被認(rèn)為是綜合混凝土斜拉橋和鋼斜拉橋兩者優(yōu)勢的一種斜拉橋結(jié)構(gòu)方案［1－4］?；炷翗蛎姘迮c鋼梁之間采用抗剪連接件連接，通過現(xiàn)澆接縫將鋼和混凝土有效地結(jié)合成整體主梁共同受力，充分發(fā)揮了混凝土的抗壓性能和鋼材的抗拉性能，因此在中國得到廣泛應(yīng)用［5－7］。組合梁斜拉橋相比混凝土斜拉橋與鋼梁斜拉橋具有較大的經(jīng)濟(jì)性，彌補了混凝土斜拉橋和鋼斜拉橋在跨度為300～600m時經(jīng)濟(jì)指標(biāo)不理想的缺陷，是一種極具競爭力的大跨橋梁結(jié)構(gòu)形式［8］。

組合梁斜拉橋主梁的施工普遍采用鋼梁與混凝土分步進(jìn)行的方法：一般先將鋼梁架設(shè)就位，再施工橋面板［9－10］。橋面板可以采用現(xiàn)場立模澆筑和提前預(yù)制現(xiàn)場安裝2種方式進(jìn)行施工。為了減少混凝土橋面板的收縮，防止橋面板開裂，現(xiàn)有的組合梁斜拉橋橋面板施工多采用預(yù)制安裝的思路［11］。通常的做法是：先連接安裝鋼主梁，以鋼梁作為橋面板施工的支撐平臺，在鋼主梁安裝預(yù)制混凝土橋面板，并澆筑濕接縫，形成組合結(jié)構(gòu)主梁［12］，這種預(yù)制安裝的橋面板施工方法可以實現(xiàn)橋梁的快速施工，縮短施工周期［13］。

對于大跨的組合梁斜拉橋，實現(xiàn)橋面板的快速施工，需要綜合考慮機械設(shè)備、施工部署、工序優(yōu)化等多個方面［14－15］。本文針對上述問題，介紹青海省主跨560m的海黃大橋主梁橋面板預(yù)制和安裝關(guān)鍵技術(shù)，為今后類似橋梁的設(shè)計和施工提供參考和借鑒。

1 工程概況

海黃大橋主橋為（104＋116＋560＋116＋104）m的雙塔雙索面鋼－混凝土組合梁斜拉橋，結(jié)構(gòu)為半漂浮體系，邊中跨比約為0．393，是目前黃河流域已建成的跨度最大的斜拉橋，橋梁的總體布置如圖1所示。為了提高主橋總體剛度，減少索塔彎矩及中跨跨中撓度，在邊跨設(shè)有一個輔助墩，距主塔116 m，2個主塔的高度分別為186．2m和193．6m。斜拉索呈空間平行雙索面扇形布置，全橋共176根斜拉索，梁上索距為12m或8m。主梁采用雙邊“上”字形邊主梁結(jié)合橋面板的整體斷面，如圖2所示，通過摩擦型高強螺栓與橫梁、小縱梁連接形成鋼梁段，橋面全寬為28m，中心線處梁高3．76m；預(yù)制橋面板采用C60混凝土，縱橫向濕接縫采用C60微膨脹混凝土。

圖1 橋梁總體布置

圖2 主梁標(biāo)準(zhǔn)斷面

海黃大橋所在地屬于高原涼溫干旱大陸性氣候，為青藏高原特殊型氣候區(qū)，氣溫呈現(xiàn)垂直分布，差異明顯；區(qū)內(nèi)地形復(fù)雜，高差大，氣溫隨海拔升高而遞減，降水量隨著海拔的升高而增加，且降水量主要集中在夏季，冬季基本無雨，降雨季節(jié)性強。針對這種特殊氣候，可采取一定的防護(hù)手段及優(yōu)化施工工序等措施。

海黃大橋上部結(jié)構(gòu)的施工工序為：首先使用橋面吊機同步對稱交錯安裝邊主梁，全橋邊主梁劃分為 A、B、C、D、E、F、G、H、J、K、L、M、N共13種類型梁段，長度分為4．86、8、12m三種，共95個梁段，最大吊裝質(zhì)量43．4t（A梁段）；然后繼續(xù)使用橋面吊機由遠(yuǎn)及近依次安裝橫梁，由近及遠(yuǎn)逐塊安裝穩(wěn)定板及小縱梁；完成鋼主梁架設(shè)后，安裝斜拉索并進(jìn)行第一次張拉，張拉完成后安裝預(yù)制橋面板并現(xiàn)澆濕接縫，使預(yù)制橋面板形成整體共同發(fā)揮作用，最后進(jìn)行斜拉索的第二次張拉，完成此梁段的安裝工作。采用預(yù)制橋面板來克服現(xiàn)場特殊氣候?qū)炷连F(xiàn)澆的影響，下文對橋面板的預(yù)制及安裝進(jìn)行詳述。

2 橋面板的預(yù)制

根據(jù)小縱梁及橫梁的布置，以主梁為中心線對稱布置4塊預(yù)制板，主梁中心線側(cè)預(yù)制板定義為內(nèi)側(cè)預(yù)制板，邊主梁側(cè)預(yù)制板定義為外側(cè)預(yù)制板，在預(yù)制板編號前分別注明N（內(nèi)側(cè)）或 W（外側(cè)）以示區(qū)別，橋面板在順橋向的布置如圖3所示。內(nèi)側(cè)預(yù)制板和外側(cè)預(yù)制板標(biāo)準(zhǔn)塊平面尺寸分別為600cm×350cm和568cm×350cm。標(biāo)準(zhǔn)段內(nèi)側(cè)預(yù)制板厚度為28cm，外側(cè)預(yù)制板厚度在邊主梁附近由28cm漸變至50cm，橋面板詳細(xì)尺寸見圖4。

圖3 橋面板順橋向總體布置

圖4 預(yù)制橋面板一般構(gòu)造

2．1 橋面板預(yù)制流程

首先鋼筋在工廠進(jìn)行調(diào)直和除銹，完成對鋼筋的加工后將其運到現(xiàn)場進(jìn)行綁扎安裝；預(yù)應(yīng)力筋張拉采用后張法，為此需要在綁扎時留有鋼束孔道，鋼束孔道采用塑料管成孔，且在波紋管處的連接管采用大一個直徑級別的同類管道，底模和側(cè)模的安裝可以與管道安裝同步進(jìn)行；完成后進(jìn)行混凝土的澆筑，橋面板采用C60混凝土，C60混凝土配合比如表1所示，當(dāng)混凝土抗壓強度達(dá)到2．5MPa時方可拆除側(cè)模板，并采用土工布或養(yǎng)生氈覆蓋配合噴淋灑水（溫水）的方法對混凝土進(jìn)行養(yǎng)生；當(dāng)橋面板強度達(dá)到90%時，采用龍門吊機、平板車以及履帶吊配合，將橋面板存放于存梁場。預(yù)制橋面板施工工藝如圖5所示，橋面板現(xiàn)場預(yù)制典型階段如圖6所示。

表1 橋面板C60混凝土配合比

2．2 質(zhì)量控制措施

圖5 預(yù)制橋面板施工工藝

圖6 預(yù)制橋面板制作典型階段

為保證鋼筋能夠更好地配合混凝土發(fā)揮作用，鋼筋接頭不設(shè)置在橋面板最大應(yīng)力處，且鋼筋接頭采用雙面搭接焊，并保證其具有足夠的搭接長度［16］；為了保證在混凝土澆筑期間不產(chǎn)生位移，鋼束管道采用定位鋼筋固定安裝，使其能牢固固定在模板內(nèi)的設(shè)計位置；為保證混凝土的質(zhì)量，混凝土配制所需的砂、碎石、水泥、外加劑等材料必須是同一生產(chǎn)廠家、同一料源，嚴(yán)禁混用；為防止?jié)仓^程中產(chǎn)生離析、泌水等問題，混凝土振搗應(yīng)遵循“分段負(fù)責(zé)、二次振搗、深入透層、表面泛漿”的原則；在進(jìn)行瀝青鋪裝以前，先對橋面板進(jìn)行界面處理，以提高橋面板和橋面鋪裝之間的黏結(jié)效果和整體性［17］；為了減小混凝土收縮、徐變對結(jié)構(gòu)的影響，預(yù)制橋面板要保證6個月以上的存梁時間；為防止地基下沉，存梁場地應(yīng)平整夯實，并用C25混凝土對地面進(jìn)行硬化，同時在存梁支點以枕木支墊。

圖7 施工設(shè)備總體布置

3 橋面板的安裝

橋面板完成預(yù)制并滿足橋面存梁時間的要求后，將預(yù)制橋面板運輸?shù)剿魉帡蚋浇?，通過索塔邊跨側(cè)的提升站，將橋面板提升起吊后，水平旋轉(zhuǎn)90°，平移至橋面，放置于平板車上，平板車將其運送至待架設(shè)點，通過橋面吊機完成構(gòu)件的吊裝、定位等工作。施工設(shè)備總體布置如圖7所示。

3．1主要施工設(shè)備

（1）提升站。提升站安裝在索塔邊跨側(cè)附近，用于提升鋼梁及橋面板，起吊能力為50t，提升站結(jié)構(gòu)布置如圖8所示。當(dāng)鋼梁桿件長度超過7m時，通過提升站起吊后，水平旋轉(zhuǎn)90°，平移至橋面上，再利用纜風(fēng)旋轉(zhuǎn)90°，放置于平板車上。提升站柱腳與鋼梁焊接成一體，在提升站范圍內(nèi)橋面板濕接縫先不施工，待鋼梁架設(shè)完成后，拆除提升站，割除柱腳與鋼梁間焊縫，磨平并補焊剪力釘后，再施工該部分橋面板濕接縫。

（2）運梁平板車。提升站提升橋面板后，通過橋面上設(shè)置的平板車將橋面板由提升區(qū)轉(zhuǎn)運至橋面吊機下方完成安裝作業(yè)。運梁平板車采用P23鐵軌作為滑道，最大運梁質(zhì)量為50t。

（3）橋面吊機。橋面吊機為動臂塔式吊機，布置如圖9所示，吊機采用液壓頂推方式移動。全回轉(zhuǎn)橋面吊機錨固采用焊接吊耳，吊耳下方的橫梁設(shè)置豎向加筋進(jìn)行加固，吊耳與橫梁焊接，橫橋向吊耳間距為16m，順橋向索塔區(qū)每道鋼橫梁均需布置，其余區(qū)域每12m布置一道。主梁安裝過程需要4臺橋面吊機協(xié)同工作，橋面吊機的最大起重質(zhì)量為50 t，滿足使用要求。

圖8 提升站布置

圖9 橋面吊機布置

主要施工設(shè)備現(xiàn)場照片如圖10所示。

3．2 橋面板吊裝

橋面板吊裝施工工序為：橋面吊機首先完成鋼梁構(gòu)件吊裝，為防止現(xiàn)澆濕接縫時混凝土漏漿，在鋼梁縱、橫梁橋面板支承面上粘貼5mm厚橡膠墊片，橡膠墊片不但可以保證鋼梁和混凝土緊密接觸，而且可以防止運營階段鋼混交界面鋼筋及栓釘?shù)匿P蝕，提高主梁耐久性；準(zhǔn)備工作完成后，利用提升站及運梁車將橋面板運至吊裝位置處，將橋面吊機大鉤與橋面板臨時吊點連接，準(zhǔn)備起吊橋面板；回轉(zhuǎn)橋面吊機，起升橋面吊機扒桿，并將橋面吊機回轉(zhuǎn)至橋面板安裝位置，緩慢下放橋面板，并進(jìn)行精確調(diào)位，保證相鄰橋面板的基準(zhǔn)線在一條直線上；以同樣方法安裝其余橋面板。

海黃大橋主梁在鋼梁上擱置預(yù)制橋面板，預(yù)制橋面板之間澆筑混凝土，通過剪力連接件形成整體共同受力［18－19］。在橋面板預(yù)制過程中，如未考慮到濕接縫處鋼筋與鋼筋的連接、鋼筋與栓釘?shù)南鄬ξ恢?，就會?dǎo)致在濕接縫處鋼筋與鋼筋、鋼筋與栓釘存在碰撞現(xiàn)象（圖11（a）），為此須對鋼筋或栓釘進(jìn)行一定的彎曲或切斷處理，這樣會影響濕接縫的連接，進(jìn)一步降低鋼主梁與混凝土橋面板的整體工作性能。海黃大橋通過對預(yù)制板進(jìn)行編號，并在預(yù)制前充分考慮到相鄰橋面板之間的鋼筋與栓釘相互碰撞的問題，實現(xiàn)橋面板高效有序的安裝過程和高精度的橋面板定位工作，從而使得橋面板之間鋼筋連接平順，無鋼筋與栓釘之間的碰撞現(xiàn)象（圖11（b）、（c）），避免了對橋面板鋼筋的切斷及彎曲，保證了海黃大橋施工快速、高效。

3．3 濕接縫施工

橋面板吊裝完成后，現(xiàn)場澆筑橋面板間濕接縫，待鋼梁與橋面板形成整體后，張拉橋面板預(yù)應(yīng)力，根據(jù)設(shè)計要求，每架設(shè)完成2個鋼梁節(jié)段后，澆筑一次濕接縫，以縮短施工工期。當(dāng)活載作用到橋面上時，濕接縫處上緣混凝土可能承受拉力而產(chǎn)生裂縫，為此濕接縫混凝土采用C60微膨脹混凝土，配合比如

圖10 主要施工設(shè)備

圖11 橋面板連接處布置

表2所示，可以給濕接縫施加一個壓應(yīng)力儲備，防止其開裂。

表2 濕接縫C60微膨脹混凝土配合比

濕接縫施工采用現(xiàn)澆混凝土，因濕接縫澆筑同鋼梁安裝穿插進(jìn)行，導(dǎo)致部分濕接縫的澆筑需要在冬季進(jìn)行?；炷猎诘蜏叵滤Y(jié)作用減緩，其強度及耐久性受到很大的影響；而且橋所在地區(qū)屬于高原涼溫干旱大陸性氣候，雨水多且集中于夏季，這些都對現(xiàn)澆混凝土產(chǎn)生不利影響。為此，需要通過采取一定措施保證混凝土澆筑的質(zhì)量。

在冬季施工的不利條件下，拌制混凝土應(yīng)優(yōu)先采用加熱水的方法，當(dāng)加熱水仍不能滿足要求時，再對骨料進(jìn)行加熱；攪拌前應(yīng)用熱水或蒸汽沖洗攪拌機，攪拌時間應(yīng)較常溫延長50%；應(yīng)盡量縮短混凝土的運輸距離，運輸及澆筑混凝土的部位應(yīng)有保溫措施；澆筑完成后采用塑料薄膜、土工布、電熱毯、棉被、彩條布的復(fù)合覆蓋層對濕接縫混凝土進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，如圖12所示。

圖12 濕接縫養(yǎng)生

海黃大橋橋位處降雨季節(jié)性強，主要集中于夏季，冬季基本無雨，故現(xiàn)澆混凝土前應(yīng)及時收集天氣預(yù)報資料，使混凝土施工盡可能避開大風(fēng)大雨天氣，并準(zhǔn)備必要的塑料薄膜遮蔽在已澆筑混凝土表面以防突降雨水。若混凝土澆筑遇到雨天，雨量較小時，及時測定砂、石含水量，調(diào)整施工配合比用水量；中雨時，加大砂、石含水量測量次數(shù)并及時調(diào)整水泥用量，設(shè)防雨棚；當(dāng)雨量很大時，為避免惡劣天氣對混凝土施工質(zhì)量產(chǎn)生的不利影響，應(yīng)暫停施工。

4 結(jié) 語

（1）海黃大橋主橋采用預(yù)制橋面板，可以減少現(xiàn)場施工條件對混凝土澆筑的不利影響，并且通過保證橋面板6個月的存梁時間，有效地減少了混凝土收縮、徐變對結(jié)構(gòu)的影響。

（2）橋面板預(yù)制主要在工廠進(jìn)行，在現(xiàn)場只需要進(jìn)行少量的拼接、連接等工作，通過對預(yù)制橋面板進(jìn)行編號及提高定位精度，保證了橋面板安裝能高效有序地進(jìn)行，施工過程中并無返工現(xiàn)象，縮短了施工工期。

（3）主梁安裝過程中，完成單節(jié)梁段吊裝、安裝橋面板及濕接縫施工共需6d左右，施工速度快，充分體現(xiàn)裝配化施工的特點，實現(xiàn)了橋梁的快速施工。

海黃大橋采用鋼－混組合梁，桿件自重輕，工業(yè)化程度高，很好地解決了高原地區(qū)運輸困難的問題，工廠完成大部分預(yù)制工作，現(xiàn)場進(jìn)行少量拼連工作，實現(xiàn)橋梁快速施工，可為同類橋梁的設(shè)計和施工提供指導(dǎo)和借鑒。