南京長江五橋波形鋼腹板箱梁節(jié)段預(yù)制拼裝技術(shù)*

種愛秀，周 橋,2,3，嚴登山，李自強，黎大康

(1.中交第二航務(wù)工程局有限公司，湖北 武漢 430040；2.中交公路長大橋建設(shè)國家工程研究中心有限公司，北京 100088；3.交通運輸行業(yè)交通基礎(chǔ)設(shè)施智能制造技術(shù)研發(fā)中心，湖北 武漢 430040；4.長大橋梁建設(shè)施工技術(shù)交通行業(yè)重點實驗室，湖北 武漢 430040)

1 工程概況

南京長江五橋引橋包括跨立新路橋、跨豐子河橋及跨大堤及濱江大道橋3個區(qū)段，3座跨線橋主梁均為節(jié)段預(yù)制拼裝波形鋼腹板預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁形式。本文以跨大堤及濱江大道橋為例，進行預(yù)制拼裝技術(shù)的闡述。

跨大堤及濱江大道橋跨徑布置為(41+78+45)m，單箱雙室斜腹板變截面箱梁結(jié)構(gòu)，頂板寬18.7m，底板寬8.4～9.9m，梁高2.2～4.5m。沿主梁縱向劃分126個預(yù)制節(jié)段，0號塊為現(xiàn)澆節(jié)段，長2.0m，1～14號節(jié)段為變高梁段，長1.5，2.4，3.2m，懸拼梁段最大吊重約99.4t(見圖1)。

圖1 跨大堤及濱江大道橋跨尺寸

波形鋼腹板為1 600型，采用雙PBL鍵與混凝土頂板連接，在其頂部焊接倒“Π”形開孔鋼板，兼作箱梁頂板加腋處混凝土澆筑時的部分底模；波形鋼腹板與混凝土底板采用埋入式連接；波形鋼腹板節(jié)段間采用對接焊連接。

波形鋼腹板組合箱梁結(jié)構(gòu)輕巧、造型美觀，為進一步保障施工質(zhì)量、縮短現(xiàn)場施工時間、減少對既有交通環(huán)境影響，提出短線匹配預(yù)制、架橋機懸臂拼裝施工工藝，波形鋼腹板在鋼結(jié)構(gòu)廠制造，運輸至混凝土構(gòu)件預(yù)制場地，采用短線匹配預(yù)制工藝逐節(jié)段成型組合梁節(jié)段，待存放期滿足要求后轉(zhuǎn)運至施工場地。梁段預(yù)制的同時施工下部結(jié)構(gòu)，然后吊裝2個中間墩1號節(jié)段，澆筑0號節(jié)段，架橋機過跨到位，懸臂拼裝波形鋼腹板組合箱梁節(jié)段，依次完成邊跨及中跨合龍，解除墩梁臨時固結(jié)約束后完成連續(xù)梁體系轉(zhuǎn)換。

2 大跨徑變截面組合箱梁節(jié)段匹配預(yù)制

2.1 難點分析

與常規(guī)混凝土預(yù)制拼裝節(jié)段梁及現(xiàn)澆施工的波形鋼腹板組合梁橋相比，變截面組合箱梁節(jié)段匹配預(yù)制存在以下難點。

1)箱梁結(jié)構(gòu)具有變截面、寬幅、多箱室等特點，對生產(chǎn)線布置、鋼筋綁扎臺座設(shè)計、模板系統(tǒng)設(shè)計、梁段存放及運輸?shù)榷继岢隽烁咭蟆?/p>

2)節(jié)段間波形鋼腹板對接焊連接。預(yù)制時波形鋼腹板入模難度大、定位精度要求高、混凝土澆筑過程中波形鋼腹板易變位，需提出高效的組合鋼筋籠入模方式及波形鋼腹板定位措施。

3)鋼筋混凝土結(jié)合部普通鋼筋、連接件間相互干擾影響，需優(yōu)化鋼筋籠綁扎順序、優(yōu)選結(jié)合區(qū)混凝土原材料及配合比，精細化布料、振搗等。

4)波形鋼腹板箱梁橫向抗彎及抗扭剛度較弱，梁段在預(yù)制、吊裝及存放等過程中所產(chǎn)生的變形量不可忽略，需采取措施提高抵抗橫向彎曲、空間扭轉(zhuǎn)的能力。

2.2 施工關(guān)鍵技術(shù)

1)鋼筋-鋼腹板組合骨架入模 波形鋼腹板組合梁節(jié)段鋼筋骨架入模方式可分為分部入模和整體入模。分部入模流程為：底板底層鋼筋吊裝→波形鋼腹板吊裝定位→波形鋼腹板貫穿鋼筋調(diào)整、固定→底板頂層鋼筋安裝→頂板鋼筋籠吊裝→波形鋼腹板頂部貫穿鋼筋安裝；整體入模則為頂、底板鋼筋籠與波形鋼腹板制作為整體后吊裝入模。整體入模可縮短預(yù)制臺座內(nèi)的作業(yè)時間，但會增加整體吊裝難度及波形鋼腹板在預(yù)制臺座內(nèi)難以調(diào)整的風險；分部入模易施工，但鋼筋骨架組裝效率較低。結(jié)合本項目連接構(gòu)造形式及鋼筋布置特點，采用BIM技術(shù)進行虛擬拼裝，最終選用分部入模。對于被鋼筋混凝土連接件或波形鋼腹板斷開的區(qū)域，應(yīng)增加輔助連接鋼筋，以提高鋼筋籠吊裝時的整體穩(wěn)定性，減少變形。

2)短線匹配預(yù)制模板系統(tǒng)設(shè)計與使用 波形鋼腹板組合梁節(jié)段預(yù)制模板系統(tǒng)設(shè)計需考慮以下幾點：①固定端模應(yīng)在腹板區(qū)域設(shè)置活動塊，方便波形鋼腹板下放入模；②固定(浮動)端模、側(cè)模應(yīng)布置波形鋼腹板三向調(diào)位及定位工裝；③為避免混凝土澆筑過程中漏漿，在波形鋼腹板與箱梁頂、底板結(jié)合部位設(shè)置斷面方向鋼頂板與內(nèi)(側(cè))模間可調(diào)節(jié)式止?jié){裝置、采取固定端模與波形鋼腹板間安裝端頭底模等止?jié){措施。專用匹配預(yù)制模板系統(tǒng)如圖2所示。

圖2 專用匹配預(yù)制模板系統(tǒng)

針對變截面特點，將端模分為端模固定塊、端?；顒訅K，固定塊與端模支架焊接固定，確保端模頂標高不變，通過調(diào)整、更換端模底部變化塊形式擬合箱梁斷面變化；同時，將底模設(shè)置為高度可調(diào)節(jié)的結(jié)構(gòu)形式，以滿足梁高變化需求。

3)波形鋼腹板模內(nèi)安裝定位 利用PBL連接件預(yù)留孔進行吊裝。吊裝邊腹板節(jié)段時，在底部纜風繩牽引下，沿側(cè)模傾斜入模；中腹板節(jié)段則垂直吊裝入模。

波形鋼腹板模內(nèi)定位包括匹配梁側(cè)定位、固定端模側(cè)定位。由于波形鋼腹板節(jié)段出廠前已按制造線形預(yù)拼，并在相鄰節(jié)段間設(shè)置臨時匹配連接件，因而除起始節(jié)段外的標準節(jié)段，波形鋼腹板均可通過臨時匹配件與匹配梁進行連接后調(diào)位，各匹配件間應(yīng)緊密貼合并打入沖釘。固定端模側(cè)利用固定端模及側(cè)模處三向調(diào)位工裝，輔助千斤頂、手拉葫蘆等措施將波形鋼腹板精確定位，并通過限位擋板及止?jié){耳座等進行固定。波形鋼腹板定位后，應(yīng)再次進行定位復(fù)測，并確保定位措施能有效控制波形鋼腹板在澆筑過程中的移位。

4)鋼筋混凝土結(jié)合部混凝土澆筑 確保波形鋼腹板與混凝土頂、底板結(jié)合部混凝土澆筑質(zhì)量是關(guān)鍵控制內(nèi)容。針對埋入式連接構(gòu)造，底板布料順序為：底板中央→被波形鋼腹板隔開的箱室內(nèi)側(cè)承托→被波形鋼腹板隔開的箱室外側(cè)承托，橫向兩側(cè)對稱澆筑。為確保底板混凝土澆筑的均勻性，澆筑時在固定端模頂面掛設(shè)串筒，并經(jīng)溜槽輸送至底板進行布料澆筑；局部波形鋼腹板承托不易布料處則利用鐵鍬、灰斗、人工布料，嚴禁用振搗棒直接“趕料”?；炷琳駬v以插入式振搗為主、附著式為輔。

5)新型組合梁脫模、吊裝與存放 波形鋼腹板箱梁橫向抗彎剛度及空間抗扭剛度偏小，需研究脫模及吊裝時機、吊點及存放支點布置、轉(zhuǎn)運過程中的增強措施等。通過有限元分析及現(xiàn)場測試，結(jié)果表明：①混凝土抗壓強度分別達到設(shè)計強度的75%，85%后方可進行脫模、吊裝作業(yè)；②針對寬幅雙箱室節(jié)段梁，采用12吊點方案進行起吊，雙層存梁時，需在中腹板處增加柔性支墊；③在箱室內(nèi)增加交叉剛性支撐，可有效減小橋面板橫向撓曲變形，提高抵抗側(cè)向偶然撞擊的能力。交叉剛性支撐為槽鋼，在模板拆除后、箱梁吊運前安裝，如圖3所示。

圖3 交叉剛性支撐

3 波形鋼腹板箱梁節(jié)段架橋機懸臂拼裝

3.1 難點分析

以主跨78m的跨大堤及濱江大道橋為例，波形鋼腹板箱梁節(jié)段架橋機懸臂拼裝需解決以下幾個問題。

1)墩頂塊及1號塊均在支架上施工，1號塊安裝精度直接決定整個T構(gòu)拼裝精度，需確保墩旁支架剛度及強度，同時采取措施減少架橋機過跨帶來的不利影響。

2)標準節(jié)段懸臂拼裝包括頂、底板環(huán)氧膠涂抹，頂、底板臨時預(yù)應(yīng)力張拉，永久預(yù)應(yīng)力張拉，波形鋼腹板節(jié)段間臨時連接及永久連接等，連接工序多，需優(yōu)化，使其既能滿足施工過程中受力要求，還能提高現(xiàn)場拼裝效率。

3.2 總體安裝方案

根據(jù)引橋總體施工部署，跨大堤及濱江大道橋波形鋼腹板箱梁采用TPJ52架橋機對稱懸拼施工，先安裝左幅再安裝右幅。首先搭設(shè)墩頂1，2號塊拼裝支架和0號塊現(xiàn)澆支架，采用履帶式起重機吊裝1號塊；0號塊現(xiàn)澆完成后，在0，1，2號塊上拼裝橋面吊機，對稱拼裝標準節(jié)段。邊跨箱梁在架橋機上調(diào)節(jié)定位，預(yù)應(yīng)力張拉后直接落梁到邊墩支座上；澆筑中跨濕接縫，完成中跨合龍。由于架橋機跨度較小，需在中跨跨中設(shè)臨時墩，用以架橋機過跨，如圖4所示。

圖4 架橋機懸臂拼裝典型工序

3.3 1號塊高精度安裝

1號塊采用200t履帶式起重機進行安裝。吊裝前在墩旁支架上放樣1號節(jié)段縱橫橋向邊線，定位箱梁兩側(cè)腹板及底板位置，焊接外腹板兩側(cè)及順橋向靠近墩頂側(cè)的限位擋板，橫向限位擋板與箱梁間預(yù)留1cm空隙；利用4臺三向千斤頂進行位置精準調(diào)整，先驅(qū)動平推頂，調(diào)整軸線及里程位置，然后驅(qū)動豎向頂，調(diào)整標高，調(diào)整完成后復(fù)測，直至定位精度滿足要求，軸線偏位<2mm，四角頂面高程偏差為±2mm；精調(diào)完成后，將準備好的梁底楔形墊塊塞緊，保證回頂后梁體無回落；用薄鋼板塞入并焊接橫橋向限位擋塊與箱梁間縫隙，使箱梁橫橋向限位牢固；順橋向限位擋塊始終與箱梁底板端面密貼。通過2根JL32精軋螺紋鋼筋臨時錨固梁體與墩旁支架，利用頂、底板內(nèi)臨時預(yù)應(yīng)力將0號塊兩側(cè)1號塊拉結(jié)固定，以消除0號塊混凝土現(xiàn)澆部分側(cè)壓力對1號塊的影響。

3.4 標準節(jié)段懸臂拼裝

1)2號塊拼裝 由于1號塊支承于支架上方，而2號塊通過架橋機安裝，節(jié)段支撐條件的差異必然帶來匹配口變形差異，進而影響2個節(jié)段的順利密貼。2號塊安裝前，一方面通過計算分析掌握吊裝過程中的變形量，另一方面對1號塊進行精確測量，對比兩者變形差，提出調(diào)整措施。此外，還需控制箱梁頂板內(nèi)橫向預(yù)應(yīng)力的張拉時機。

2)鋼筋混凝土匹配連接 節(jié)段試拼完成后，在規(guī)定時間內(nèi)完成涂膠作業(yè)，并將待安裝節(jié)段向已安裝節(jié)段靠攏完全拼接；安裝拼裝節(jié)段頂、底板的臨時預(yù)應(yīng)力拉桿，按設(shè)計值和規(guī)定的順序張拉臨時預(yù)應(yīng)力；環(huán)氧膠固化后，張拉頂板體內(nèi)縱向預(yù)應(yīng)力束，并及時進行預(yù)應(yīng)力管道壓漿，完成1對梁段的拼接；隨后完成波形鋼腹板節(jié)段間的焊接，如圖5所示。

圖5 標準節(jié)段架橋機懸臂拼裝

4 結(jié)語

將節(jié)段預(yù)制拼裝技術(shù)與波形鋼腹板組合梁相結(jié)合，節(jié)段輕巧、造型美觀、接縫抗剪及抗震性能優(yōu)越、質(zhì)量易控制、施工速度快。2020年7月18日，南京長江五橋北引橋主體結(jié)構(gòu)貫通，標志著3座波形鋼腹板箱梁橋400榀節(jié)段梁全部順利拼裝完成。項目實施過程中，研發(fā)了專用匹配預(yù)制模板系統(tǒng)，可同時滿足波形鋼腹板快速入模、高精度定位及匹配連接、鋼筋混凝土結(jié)合部高質(zhì)量澆筑等多項要求；應(yīng)用鋼筋籠分部入模工藝，既能保證施工精度，也可提高組拼工效；提出多項措施確保波形鋼腹板組合梁節(jié)段吊裝運輸過程中的結(jié)構(gòu)安全、精準密貼等。