波紋鋼腹板預(yù)制箱梁施工技術(shù)

吳海亮

中鐵北京工程局集團(tuán)第一工程有限公司 陜西渭南 714001

波紋鋼腹板箱梁在設(shè)計過程中，充分考慮了波紋鋼腹板和混凝土組合效應(yīng)的有效受力特點，并通過使用高強的鋼板替代了重量較重的腹板混凝土，在不改變橋梁承載力的情況下，從而減輕橋梁上部荷載。近些年，各施工單位對鋼腹板橋梁的受力、設(shè)計情況及施工技術(shù)研究等方面均獲得了一些成果。陜西省旬邑至鳳翔高速公路西鳳大道分離式立交，采用25m波紋鋼腹板箱梁上跨既有西鳳大道的單箱單室預(yù)應(yīng)力先簡支后連續(xù)組合梁結(jié)構(gòu)。

K342+906．41西鳳大道分離式立交上跨西鳳大道，位于陜西省鳳翔縣西側(cè)的柳林鎮(zhèn)附近，地處山前沖洪積平原及黃土臺塬單元。該大橋上部結(jié)構(gòu)為4×25m簡支變連續(xù)波形鋼腹板小箱梁，梁高1．5m，頂板底板采用C50混凝土，波紋鋼腹板采用Q345qD級鋼材，工廠加工成型后現(xiàn)場拼裝，分次澆筑頂板及底板混凝土包覆鋼腹板Φ19×120剪力釘。連接時采用10．9級M22高強螺栓配合10mm角焊縫的連接方式。

1 波紋鋼腹板箱梁結(jié)構(gòu)特點

1.1 結(jié)構(gòu)自重輕

波紋鋼腹板在設(shè)計過程中，充分考慮鋼腹板和混凝土的組合效應(yīng)，因為波紋鋼腹板的重量跟混凝土預(yù)制箱梁相比，重量相對較輕，因此長度相同的波紋鋼腹板在重量上比預(yù)制混凝土箱梁減輕重量達(dá)32%以上。

1.2 結(jié)構(gòu)受力合理

波紋鋼腹板箱梁橋梁中應(yīng)力集中在頂板和底板與鋼腹板連接處，整體的截面回轉(zhuǎn)半徑幾乎達(dá)到了最大值，因此提高了波紋鋼腹板結(jié)構(gòu)受力效率。后期橋面施加動力荷載的情況下，頂板和底板主要是用來抗彎，波紋鋼腹板主要是用來抗剪，箱梁的彎矩由頂板、底板和波紋鋼腹板來承受。

1.3 提高材料的利用率

波形鋼腹板有較大的抗剪強度和抗壓強度，不承受軸向力，預(yù)應(yīng)力在作用時不會分流給波形鋼腹板，挺高了作用在底板、頂板混凝土的預(yù)應(yīng)力效率，相比預(yù)制混凝土箱梁減少了預(yù)應(yīng)力鋼材的使用。

普通25m預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁的腹板約占主梁自重的32%，采用波形鋼腹板代替?zhèn)鹘y(tǒng)的砼腹板可減輕主梁自重越32%，從而可以增加梁頂面截面寬度，節(jié)約建設(shè)費用，有利于發(fā)揮材料的利用率。相較與普通箱梁，波形鋼腹板箱梁由于自重減輕在腹板，因此在設(shè)計上可比普通箱梁頂面寬度大，縮減單跨箱梁數(shù)量。在同等橋梁預(yù)制梁片數(shù)少，從而減少了架設(shè)循環(huán)次數(shù)，縮短工期。

1.4 加快施工進(jìn)度

波紋鋼腹板節(jié)段在廠家整體軋制而成，減少現(xiàn)場施工作業(yè)工序，加快了預(yù)制進(jìn)度。PC箱梁在施工時，由于腹板處無需澆筑混凝土，因此減少了模板和鋼筋作業(yè)等工序，縮短了預(yù)制成型的時間。

1.5 提高PC箱梁工作性能

為提高波紋鋼腹板箱梁混凝土與鋼腹板整體的工作性能，避免普通混凝土箱梁在外部荷載的收縮、徐變等影響，在外部荷載的作用下，會造成普通箱梁梁體腹板出現(xiàn)裂縫和鋼筋腐蝕等現(xiàn)象，從而對箱梁受力造成影響。采用波紋鋼腹板替代混凝土腹板可以有效的避免上述問題，提高箱梁的耐久性和工作性能。

1.6 提高城鎮(zhèn)景觀美感

在城鎮(zhèn)主要道路上采用波紋鋼腹板可以獲得較強的美感，可以通過改變鋼腹板顏色與周邊環(huán)境相互輝映，因此在對美感要求較高的主干道上部采用此梁型是較好的選擇。

2 預(yù)制波紋鋼腹板箱梁施工流程

預(yù)制波紋鋼腹板箱梁施工流程見圖1。

2.1 波紋鋼腹板箱梁底板鋼筋

底板鋼筋在鋼筋場集中加工成型，人工搬運至現(xiàn)場在臺座底模上綁扎見圖2。

圖2 波紋鋼腹板箱梁底板鋼筋綁扎

（1）鋼筋、錨具、鋼絞線等材料在進(jìn)場后，抽樣復(fù)驗相關(guān)的技術(shù)性能指標(biāo)，并報試驗監(jiān)理工程師進(jìn)行現(xiàn)場監(jiān)督取樣，復(fù)試性

能指標(biāo)符合標(biāo)準(zhǔn)后，現(xiàn)場方可使用。進(jìn)場材料應(yīng)按交通產(chǎn)品嚴(yán)格落實使用與存儲的規(guī)定，并建立進(jìn)出場及使用臺賬。

（2）底板鋼筋骨架綁扎完成后，按照設(shè)計圖紙預(yù)應(yīng)力鋼束布置圖，安裝預(yù)應(yīng)力管道，并安裝定位鋼筋，嚴(yán)格按照預(yù)應(yīng)力管道坐標(biāo)進(jìn)行控制。在管道安裝過程中，調(diào)整預(yù)應(yīng)力管道的長度，使管道長度比設(shè)計梁長長40cm（雙端），對切割后的波紋管進(jìn)行整修，用比設(shè)計管徑大的套管連接，膠帶封堵密實，防止漏漿。

（3）孔道根據(jù)設(shè)計圖紙對平面位置進(jìn)行精準(zhǔn)定位，圖紙規(guī)定管道在直線段時0．8m/道，曲線段時0．4m/道。定位鋼筋設(shè)計形狀為U字型，定位時，采用電弧焊將U型筋固定在縱向主筋上，管道端部設(shè)置錨下加強筋，堵頭板安裝的錨墊板如與設(shè)計梁體縱橫向主筋重疊，可根據(jù)圖紙及監(jiān)理工程師的同意下，將縱橫向主筋位置挪動，保證預(yù)應(yīng)力管道坐標(biāo)位置。底板鋼筋綁扎完成后根據(jù)驗收標(biāo)準(zhǔn)對鋼筋位置偏差和波紋管坐標(biāo)進(jìn)行檢查，檢查無誤后可進(jìn)行波紋鋼腹板安裝。

2.2 鋼腹板箱梁外模安裝

波紋鋼腹板外模在模板廠定型加工，汽車運輸至現(xiàn)場。在綁扎完底板鋼筋后進(jìn)行拼裝并調(diào)整見圖3。

圖3 臺座模板打磨及外模安裝

西鳳大道分離式立交采用定型鋼模板，鋼模板剛度大，可模型性好，模板表面光滑平整，成型效果好。

（1）模板出廠時對拼裝節(jié)段進(jìn)行編號；現(xiàn)場組裝時，按出廠編號順序進(jìn)行拼裝，拼縫粘貼堵漏密封條。在正式組裝前，進(jìn)行試拼裝，檢查模板拼縫是否嚴(yán)密，螺栓孔是否對齊，表面平整度是否符合要求，并驗收模板的結(jié)構(gòu)尺寸。

（2）模板拼裝完成后，對與混凝土接觸的表面進(jìn)行除銹，打磨，并涂刷防水隔離劑，并最終檢查模板表面平整度，幾何尺寸，楔形塊是否支撐到位，模板用高強螺栓是否緊固，拼縫是否嚴(yán)密。

（3）模板安裝時不得與鋼筋作業(yè)相互重疊，底板鋼筋綁扎完成后安裝外側(cè)模板，中隔板及端隔板模板在鋼筋安裝完成后安設(shè)，安設(shè)中隔板和端隔板時，避免損壞已安裝成型的底板鋼筋。

（4）中隔板及端隔板模板安裝完成后，要復(fù)核結(jié)構(gòu)尺寸位置正確。澆筑混凝土?xí)r，經(jīng)常檢查模板變形值，并及時對模板偏差進(jìn)行糾正。

2.3 波形鋼腹板安裝

波紋鋼腹板在安裝前，做好施工放樣的準(zhǔn)備工作，找出安裝中線位置，做好標(biāo)記。安裝的鋼腹板臨時固定在箱梁模板槽口處，鋼腹板外側(cè)采用頂托形式見圖4，支撐螺桿長度根據(jù)調(diào)整長度提前準(zhǔn)備，也可根據(jù)現(xiàn)場實際情況進(jìn)行改動。

圖4 波紋鋼腹板外側(cè)頂撐

圖5 波紋鋼腹板現(xiàn)場焊接

為便于提高施工效率，底板普通鋼筋宜在波形鋼腹板安裝臨時定位之前進(jìn)行。并且在安裝前，將進(jìn)場的波紋鋼腹板節(jié)段按設(shè)計梁體長度進(jìn)行現(xiàn)場拼接，拼接成三個長節(jié)段見圖5，方便后續(xù)起吊和節(jié)省安裝時間。

波形鋼腹板在焊接之前要對焊縫處進(jìn)行打磨，可在吊裝之前進(jìn)行打磨，節(jié)省安裝時時間，降低施工難度。鋼腹板起吊到位后，人工配合使用10t龍門式起重機械調(diào)整好縱橫向位置以及傾斜角度，最后上M22高強螺栓。見圖7，圖8。

圖7 波紋鋼腹板吊裝對位

圖8 波紋鋼腹板現(xiàn)場安裝

施工高強螺栓前應(yīng)修整螺栓孔內(nèi)的毛刺、污物等影響螺栓預(yù)拉力的因素。保證高強螺栓能順利穿入孔內(nèi)。安裝螺栓時應(yīng)順暢穿過螺孔，不得強行敲入，穿入方向全橋一致，螺栓軸線垂直于鋼板表面。

螺栓連接施工時從中間的連接縫開始，對稱向兩端進(jìn)行。采用扭矩法擰緊高強度螺栓連接副，初擰、復(fù)擰和終擰應(yīng)在同一日內(nèi)完成。初擰應(yīng)由試驗確定，一般為終擰扭矩的50%。

2.4 波形鋼腹板焊接

波形鋼腹板現(xiàn)場焊接質(zhì)量直接決定波形鋼腹板PC組合橋梁的承載力可靠性及耐久性，應(yīng)該按照設(shè)計要求做好焊接工作，并使焊接質(zhì)量達(dá)到設(shè)計文件要求。波形鋼腹板焊接主要采用貼角焊縫連接。

波紋鋼腹板調(diào)整平面位置后，點固前，必須按設(shè)計文件檢查焊件坡口尺寸、根部間隙等，如不符合要求，不得進(jìn)行現(xiàn)場點固焊。點固焊應(yīng)與正式焊縫一樣的質(zhì)量要求。點固焊長度、間距及焊腳高度應(yīng)符合有關(guān)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)的要求。

在正式焊接前，應(yīng)檢查點固焊縫有無裂紋，確無裂紋后才能正式焊接。為控制焊接變形，在進(jìn)行節(jié)段間雙面貼角焊縫之前應(yīng)打磨節(jié)段間相鄰的防腐漆層，防止焊接過程中產(chǎn)生雜質(zhì)，見圖9。手工焊焊接的引弧應(yīng)放在焊接坡口之內(nèi)進(jìn)行。

焊接中應(yīng)盡量不斷弧，如有斷弧必須將?；√幣俪?：5斜坡后，并搭接50mm再引弧施焊。多層焊接宜連續(xù)施焊，應(yīng)注意控制層間溫度，每一層焊縫焊完后及時清理檢查，清除藥皮、熔渣、溢流和其他缺陷后，再焊下一層。

圖9 波紋鋼腹板對接焊縫打磨

嚴(yán)格檢查鋼腹板加工尺寸，確保焊縫間距為0-3mm,否則不予使用。焊接面相鄰塊偏差小于0．5mm,否則應(yīng)校正后再施焊。

焊接端部進(jìn)行磨平處理，以提高焊縫端部疲勞強度；焊后須對焊縫進(jìn)行清除飛濺、焊渣并去除毛刺，局部超限須進(jìn)行修磨處理。

2.5 高強螺栓施工控制要求

（1）西鳳大道波紋鋼腹板采用M22，10．9級高強度螺栓，螺栓安裝前應(yīng)按圖紙及工藝文件對零件編號、外形尺寸和坡口方向進(jìn)行確認(rèn)，無誤后方可組裝。高強螺栓安裝順序分為初擰、復(fù)擰和終擰，并在24h之內(nèi)將三項工作完成。扭矩應(yīng)符合《鋼結(jié)構(gòu)用高強度大六角螺栓》（GB/T1228）及《鋼結(jié)構(gòu)用扭剪型高強度螺栓連接副》（GB/T3632）的規(guī)定[1]。

（2）鋼腹板螺栓安裝前對連接摩擦面進(jìn)行打磨處理，復(fù)驗相關(guān)技術(shù)參數(shù)后，經(jīng)監(jiān)理及現(xiàn)場技術(shù)人員檢查合格后方可施作下道工序。

（3）安裝臨時螺栓，連接處采用臨時螺栓固定，其螺栓個數(shù)為接頭螺栓總數(shù)的1/2以上；并每個接頭不少于2個，沖釘穿入數(shù)量不宜少于臨時螺栓數(shù)量。組裝時先用沖釘對準(zhǔn)孔位，在適當(dāng)位置插入臨時螺栓用扳手?jǐn)Q緊。不準(zhǔn)用高強螺栓兼做臨時螺栓，以防螺栓損傷。

（4）安裝高強螺栓時應(yīng)能夠自由穿入孔內(nèi)，不得強行敲打。扭剪型高強螺栓的墊圈安裝在有螺母的一側(cè)，墊圈孔有倒角的一側(cè)應(yīng)和螺母接觸，不得反裝。螺栓不能自由穿入時，不得采用氣割擴(kuò)孔，要用鉸刀鉸孔，修孔時需使板層緊貼，以防鐵屑進(jìn)入板縫，鉸孔后用砂輪機清楚孔邊毛刺，并清除鐵屑。螺栓穿入方向宜一致，穿入高強度螺栓用扳手緊固后，再卸下臨時螺栓，用高強度螺栓進(jìn)行替換。不得在雨天安裝高強螺栓且摩擦面應(yīng)處于干燥狀態(tài)。

2.6 波紋鋼腹板與混凝土頂?shù)装宓倪B接

波形鋼腹板與混凝土頂板及底板的連接是關(guān)系到鋼腹板預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁整體性的關(guān)鍵構(gòu)造。設(shè)計采用焊釘與頂板和頂板進(jìn)行連接，施工時注意混凝土頂板底板的抗剪部件的施工質(zhì)量，以確保波紋鋼腹板箱梁的整體性。西鳳大道波紋鋼腹板箱梁頂?shù)装暹B接方式為栓釘連接，此方法通過栓釘連接件使混凝土與波形鋼腹板共同受力。通過栓釘與頂?shù)装寤炷燎度?，箱梁的整體性得到了較大幅度的提高。在施工過程中，嚴(yán)格按照設(shè)計圖紙鋼筋放置。

2.7 端橫梁與中橫梁連接

鋼腹板與端橫梁與中橫梁之間的連接是預(yù)制過程中重要的結(jié)合部位，箱梁整體性要通過端橫梁與中橫梁連接，將所受的剪力有效地傳遞給下部橋墩及橋臺。端橫梁與中橫梁通過開鋼筋穿入孔，嵌入端橫梁及中橫梁內(nèi)，與鋼腹板有效的成為整體。西鳳大道分離式立交鋼腹板伸入端橫梁內(nèi)，中橫梁通過預(yù)留鋼筋孔將中橫梁鋼筋穿過鋼腹板形成整體，使鋼腹板與混凝土更好地結(jié)合成一體。

2.8 頂板及底板混凝土澆筑

西鳳大道分離式立交波紋鋼腹板箱梁根據(jù)現(xiàn)場施工工藝需要將底板和頂板混凝土分兩次澆筑，第一次是在底板鋼筋綁扎完成，并在鋼腹板安裝完成后進(jìn)行；第二次是箱梁頂板內(nèi)模安裝完成，鋼筋綁扎完成后。在澆筑之前，對鋼腹板箱梁支撐系統(tǒng)、模板、鋼筋綁扎情況、波紋管襯管穿入及預(yù)埋件埋設(shè)情況等進(jìn)行全面檢查；并對拌合站試驗室提供的配合比、攪拌機的計量情況進(jìn)行檢查啊，確保澆筑時混凝土的質(zhì)量可靠保證。波紋鋼腹板箱梁澆筑方式采用連續(xù)澆筑，插入式震動器配合，振搗時觀察混凝土表面泛漿、表面不再出現(xiàn)氣泡時結(jié)束振搗，并在澆筑過程中嚴(yán)格控制振搗時間，防止過振。施工中禁止將振搗器碰撞鋼腹板，防止位置偏移。二次澆筑頂板時，對已經(jīng)澆筑完成的混凝土表面進(jìn)行鑿毛處理，保證新舊混凝土的結(jié)合。澆筑時，加強對頂板及底板與混凝土結(jié)合處的振搗，保證鋼混結(jié)合處混凝土密實[2]。

2.9 鋼絞線張拉壓漿施工

2.9.1 鋼絞線張拉

當(dāng)頂板與底板混凝土強度達(dá)到圖紙強度規(guī)定值的90%以上時方可進(jìn)行張拉施工作業(yè)，采用兩端對稱張拉和單端張拉的方法。

（1）張拉時鋼絞線采用張拉值和鋼絞線伸長值雙標(biāo)準(zhǔn)控制法，伸長值根據(jù)試驗室提供的實際彈性模量計算后得出張拉時的數(shù)值，作業(yè)過程中的伸長值與圖紙規(guī)定的伸長值偏差在規(guī)定的±6%以內(nèi)。

（2）按照設(shè)計圖紙要求對預(yù)應(yīng)力鋼絞線進(jìn)行編號、編束、下料及穿束。鋼絞線下料時應(yīng)用圓盤切割，不允許電氣焊割。鋼絞線、錨具避免生銹及損傷，避免脆性破壞。

（3）預(yù)應(yīng)力鋼絞線張拉前應(yīng)計算理論伸長值與設(shè)計伸長值的差異，如理論伸長值偏差過大，將數(shù)據(jù)進(jìn)行復(fù)核無誤后進(jìn)行張拉作業(yè)，張拉順序為0→初應(yīng)力σcon（10%）→σcon（20%）σcon（100%）→持荷5min→錨固。

（4）嚴(yán)格按照圖紙設(shè)計及規(guī)范規(guī)程的順序，對雙端張拉應(yīng)對稱和均勻進(jìn)行；對單端張拉，在張拉過程中應(yīng)進(jìn)行全程旁站，對張拉伸長值及油表讀數(shù)進(jìn)行詳細(xì)記錄。確保張拉力達(dá)到100%并且持荷5分鐘后進(jìn)行錨固。

（5）在現(xiàn)場旁站過程中，如發(fā)現(xiàn)實際測量的伸長值與計算理論伸長值偏差大于6%時，核實查明具體原因后采取調(diào)整措施，再繼續(xù)張拉，發(fā)生滑絲等不符合要求時，采用放張設(shè)備對鋼絞線進(jìn)行更換后重新進(jìn)行張拉作業(yè)。

（6）預(yù)應(yīng)力鋼絞線張拉完畢以后，禁止對鋼絞線采用電焊及氣割，將多余的鋼絞線用砂輪機進(jìn)行切割，保證外漏長度為3-5cm并不小于鋼絞線直徑的1．5倍。

2.9.2 預(yù)應(yīng)力孔道壓漿

（1）鋼絞線張拉完成后，對孔道進(jìn)行壓漿前，檢查壓漿機是否完好，壓力是否符合需要，為P型錨具的壓漿質(zhì)量，在管道的端部設(shè)置一根通氣孔，用以觀察孔道壓漿的密實度。

（2）壓漿前應(yīng)將管道內(nèi)積水排除，壓漿時，應(yīng)保證出漿端和進(jìn)漿端的漿液流動度相同時，關(guān)閉止?jié){閥并開始壓漿。

（3）在壓漿過程中要嚴(yán)格控制漿體的水灰比和工作壓力，并做好流動度的檢測記錄和壓漿過程中的記錄，保證管道壓漿質(zhì)量。

（4）波紋鋼腹板箱梁壓漿程序如下：

①安裝一次性止?jié){管和止?jié){閥，并將進(jìn)漿管道接入止?jié){閥處，使進(jìn)漿閥和出漿閥處于開通狀態(tài)[3]。②拌制水泥漿：水泥漿液的制備，應(yīng)先加入水達(dá)到配合比的質(zhì)量后，開啟水泥螺旋進(jìn)料開關(guān)，使水泥和水進(jìn)行拌合，拌合時間不得少于180s。③啟動壓漿機后，待出漿端處的漿體流動度與進(jìn)漿端的流動度相同時，關(guān)閉出漿端處的閥門，保壓時間3-5min，然后關(guān)閉進(jìn)漿閥后，卸去壓漿管后進(jìn)行其他孔道的壓漿。

3 結(jié)語

西鳳大道分離式立交橋上部結(jié)構(gòu)為（4×25）米波形鋼腹板預(yù)應(yīng)力先簡支后連續(xù)混凝土箱梁。這種結(jié)構(gòu)能夠?qū)摻Y(jié)構(gòu)和混凝土結(jié)構(gòu)有效結(jié)合起來，提升了箱梁整體的穩(wěn)定性和抗震性，并在一定程度上減少了上部結(jié)構(gòu)的重量，減輕下部荷載，徹底解決了普通混凝土箱梁腹板容易開裂等缺陷。具有技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)性好、施工簡便和廣闊的推廣前景。為波形鋼腹板預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁的推廣提供了方案支撐和技術(shù)指導(dǎo),該橋建成后將成為旬鳳高速公路穿越城市的一道獨特的建筑風(fēng)景。