橫向預拼波形鋼腹板箱梁橋技術與效益分析

傅立軍 張宇峰 陳亞軍

摘要：采用預制波形鋼腹板工字梁橫向拼裝形成連續(xù)箱梁是一種新型的施工方法，可有效保證橋梁的施工質量，縮短施工工期。文章以新建機西高速2×50 m裝配式波形鋼腹板PC組合箱梁橋為工程背景，對橫向預制拼裝法的施工技術特點及材料用量、施工效益等方面進行分析。

關鍵詞：波形鋼腹板;橫向預制拼裝;工字梁;效益

中圖分類號：U448. 21+3文獻標識碼：A DOI： 10. 13282/j. cnki. wccst. 2019. 12. 027

文章編號：1673 - 4874（2019）12 - 0100 - 03

0引言

波形鋼腹板PC組合箱梁橋通過采用10～20 mm厚的有褶皺波紋形鋼板，替代30～80 cm厚的普通鋼筋混凝土箱梁腹板，顯著降低結構自重，并且橋梁跨度和腹板的抗剪能力得以提高[1]。這種新穎的橋梁結構具有造價低廉、預應力效率高、抗震性能好、受力合理及橋型美觀等優(yōu)點，展現(xiàn)出廣闊的應用前景。

隨著波形鋼腹板PC組合箱梁橋在公路橋梁中的大量應用，其施工技術及工藝不斷提高，近年我國研究提出了波形鋼腹板PC箱梁橋橫向拼裝快速施工建造技術，由構件尺寸與形式標準化設計、工廠化預制，現(xiàn)場焊接、拼裝形成工字梁[2]，再將工字梁橫向拼裝澆筑成箱梁。該施工技術有效保證了波形鋼腹板PC組合箱梁橋的施工質量，加快了施工進度，經(jīng)濟效益優(yōu)異，已應用于工程實體及實現(xiàn)了該類橋梁的預制工廠化及施工裝配化、標準化。

1 波形鋼腹板PC組合箱梁橋應用現(xiàn)狀及主要施工方法

1.1 應用現(xiàn)狀

我國于20世紀90年代引進波形鋼腹板PC組合梁橋，廣泛應用于簡支梁、連續(xù)梁、連續(xù)剛構和斜拉橋等多種梁式橋中。近年來，鋼結構橋在政策上得到進一步支持，這種新型橋梁結構在我國的土木工程建設中展現(xiàn)出了廣闊的應用前景[3]。表1所示為部分國內(nèi)已建、在建波形鋼腹板箱梁橋。

1.2主要施工方法

橋梁工程施工主要是根據(jù)其橋梁跨徑大小、工程項目環(huán)境、經(jīng)濟發(fā)展水平、技術裝備發(fā)展等因素綜合選擇適宜的施工方法[4]。通常上部結構采用的施工方法有滿堂支架法、頂推施工法、懸臂施工法、裝配式施工法等。

（1）滿堂支架法

滿堂支架法施工的主要優(yōu)點為現(xiàn)澆施工便捷、結構整體性質量高、施工造價經(jīng)濟性好;缺點為施工中需要大量模板和支架。目前主要適用于中、小跨徑波形鋼腹板PC箱梁橋，世界上第一座波形鋼腹板橋Cognac橋采用該法。

（2）頂推施工法

頂推施工是利用波形鋼腹板做鋼導梁，該方法簡化了導梁設施，提高了施工效率，并且降低了工程造價。其主要優(yōu)點是充分利用波形鋼腹板抗剪能力強、剛度大、穩(wěn)定性好的特性，高效地利用了自身結構材料。

（3）懸臂施工法

波形鋼腹板PC組合箱梁橋與普通PC箱梁橋懸臂法施工工藝類似，即采用懸臂掛籃進行施工，通過掛籃的前移，對稱地向兩側跨中逐段安裝波形鋼腹板和澆筑混凝土，并施加預應力直至全橋合龍。

（4）裝配式施工法

采用裝配式拼裝施工與傳統(tǒng)預制T型梁或小箱梁施工方法類似，由于其混凝土用量減少，預制梁段的重量較輕，施工機械設備更容易滿足要求。目前，波形鋼腹板PC組合箱梁橋縱向分節(jié)段或整體裝配式施工技術已較成熟，而預制波形鋼腹板梁橫向拼裝施工技術雖在工程建設中得到部分應用，其工藝標準還處于研究期，尚存在提升空間。

2 橫向預制拼裝法施工技術特點

波形鋼腹板PC組合箱梁橋能充分發(fā)揮鋼筋一混凝土兩種材料的力學性能，顯著減少結構自重，提高預應力導入效率，近年來在我國得到了快速發(fā)展。目前，該橋型施工多采用滿堂支架法或懸臂澆筑法，均為現(xiàn)澆混凝土，施工工藝復雜且速度較慢，結構質量不易控制，不能夠實現(xiàn)箱梁構件的工廠化、標準化加工和施工，這使得該類橋梁結構自身優(yōu)勢無法完全體現(xiàn)。

為了更為充分地發(fā)揮波形鋼腹板PC組合箱梁的技術經(jīng)濟效益，出現(xiàn)了一種由預制波形鋼腹板PC工字梁組拼形成連續(xù)箱梁橋的創(chuàng)新技術：即通過將波形鋼腹板PC連續(xù)箱梁橫斷面從中間劃分為兩個工字梁單元，再通過橫向濕接縫將兩個工字梁單元連接形成波形鋼腹板PC連續(xù)箱梁[5-6]。橫向拼裝施工技術能夠實現(xiàn)鋼混結構構件工廠化、標準化施工。波形鋼腹板PC組合箱梁的制作、安裝如圖1所示。

根據(jù)不同的橋梁結構設計寬度，橋梁橫向可由單個或多個閉合箱梁拼裝而成，各箱體間的連接方式以濕接縫為主。通過“化整為零”后波形鋼腹板工字梁成為關鍵部件，采用預制施工，再通過橫向拼裝現(xiàn)澆形成整體箱梁，實現(xiàn)“化零為整”。通過將PC組合箱梁整體施工分離化，實現(xiàn)構件工廠化和標準化施工，能更好保證橋梁施工質量，且有效縮短工期。

3 橫向預制拼裝法施工技術在賈魯河大橋中的應用效益分析

3.1 工程概況

機西高速公路賈魯河大橋主橋主跨采用2×50 m裝配式波形鋼腹板連續(xù)箱梁，雙幅雙向設計。橋梁單幅橫斷面由4片工字型梁組成，然后通過現(xiàn)場濕接段相互連接，形成2個組合箱梁，各腹板中心處箱梁等高，其高度均為3m。波形鋼腹板沿鉛垂方向設置，箱梁頂板頂面設置2%橫坡。

3.2 賈魯河大橋經(jīng)濟效益分析

混凝土腹板約占混凝土箱梁自重質量的20%～30%，通過采用波形鋼腹板代替普通混凝土腹板，梁體自重可減小15%～25%。使用鋼腹板直接減少了混凝土、普通鋼筋、預應力鋼筋的用量，進而減少了上部結構自重內(nèi)力，相應的結構造價也降低了8%～12%[7 -8]。

波形鋼腹板PC組合箱梁橋與普通PC箱梁橋相比，其上部結構材料數(shù)量發(fā)生了很大變化，表現(xiàn)在混凝土和鋼材用量大大減少。同時橋梁基礎、墩臺工程量也相應減少。表2列出了波形鋼腹板PC箱梁與普通PC箱梁上部工程材料用量的對比。

對表2中數(shù)據(jù)進行對比可知，前者波形鋼腹板PC組合箱梁橋上部結構混凝土用量為2 186 m3，后者PC連續(xù)箱梁橋為2 754 m3，前者混凝土用量是后者的79. 4%;對上部結構所用鋼材進行匯總合計，前者用鋼量是（240+ 72+ 668）= 980 t，后者用鋼量是（119+960） =1 079 t，前者用鋼量是后者的90. 8%，特別是預應力鋼筋用量，前者是后者的60.5%。由此可見，波形鋼腹板PC組合箱梁橋上部結構混凝土用量、鋼材用量均要小于普通PC箱梁橋。經(jīng)計算比較，賈魯河大橋主橋采用波形鋼腹板PC組合箱梁設計，較常規(guī)PC箱梁橋約節(jié)省工程造價12%。

4 結語

橫向預制拼裝法施工技術具有結構重量輕、預應力導入效率高、施工便捷、經(jīng)濟效益顯著的特點，充分發(fā)揮了波形鋼腹板PC箱梁結構的優(yōu)勢，進一步促進了該橋梁結構型式在中等跨徑橋梁的應用。本文通過對橫向預制拼裝法施工技術及其經(jīng)濟效益兩方面進行分析，得出了如下結論：

（1）采用預制波形鋼腹板工字梁橫向拼裝形成整體箱梁是一種新型的施工方法，有利于構件工廠化和標準化施工，能有效保證橋梁的施工質量，縮短施工工期，已建項目對類似工程具有指導、借鑒價值。

（2）波形鋼腹板PC組合箱梁較常規(guī)PC箱梁的混凝土、鋼材用量均有效減少，經(jīng)計算可節(jié)省工程造價約8%～12%。

參考文獻

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作者簡介：傅立軍（1986-），工程師，從事高速公路建設管理工作。