鋼混組合箱梁與橋面板整體現(xiàn)澆施工關鍵技術

潘本金，任萬鵬

(陜西路橋集團有限公司，陜西 西安 710075)

0 引言

隨著中國經(jīng)濟快速發(fā)展和鋼鐵產(chǎn)能的提升，為響應交通運輸部去產(chǎn)能大力推廣鋼橋建設號召，鋼橋建設已進入蓬勃發(fā)展階段，立交工程、跨線橋施工隨處可見，其中跨線橋部分多以跨度大、自重小、造型美觀的鋼箱梁為首選結(jié)構形式。鋼混組合梁從受力角度來說，混凝土板具有良好的抗壓性能，鋼箱梁具有很好的抗拉性能，從而發(fā)揮材料的力學特性，具有承載力高、抗腐蝕、耐久性好、鋼材可回收利用等優(yōu)勢。但目前國內(nèi)外對這種橋梁多采用鋼箱梁+預制鋼筋混凝土疊合梁組合形式施工，橋面板是在現(xiàn)場架設預制板后將板周邊預留鋼筋焊接、澆筑鉸縫混凝土形成整體，在后期運行期間混凝土收縮、徐變易產(chǎn)生裂縫，對橋面板產(chǎn)生病害，影響橋梁使用功能和壽命。為了防止上述問題出現(xiàn)，經(jīng)與設計單位共同研究將使用鋼箱梁組合預制橋面板改為鋼箱梁+整體現(xiàn)澆混凝土橋面板施工技術，克服預制橋面板組合鉸縫后期產(chǎn)生裂縫的不利因素，對進一步提高橋梁施工質(zhì)量、使用壽命具有重要意義。本文就鋼混組合箱梁整體式現(xiàn)澆橋面板施工提出創(chuàng)新技術，對鋼箱梁安裝在墩頂設預抬值、箱梁翼緣板懸臂吊架模法整體現(xiàn)澆橋面板、同步頂升落梁就位，對橋面板產(chǎn)生擠壓應力的關鍵技術展開介紹。

1 工程概況

旬邑—陜甘界高速公路是國家高速公路銀百線(G69)陜西境段，路線終點設赤道立交樞紐工程，其B匝道橋上跨高速公路主線，從行車視角美學角度考慮，第2聯(lián)(5～9號墩)跨徑為(24+2×35+24)m， 橋長118m，設計為鋼混疊合梁橋型。設計荷載為公路-Ⅰ級，橋面寬度為2×0.5m(護欄)+11.75m(行車道)，橋下凈空5m。下部結(jié)構采用柱式墩，肋板臺，樁基礎。本橋位于R=300m圓曲線上。全橋鋼材采用Q345qD，總重410t，設左、右主縱梁，中間由橫梁聯(lián)系并設小縱梁。鋼混組合梁底板厚度由14，16，20mm向外加厚；上翼緣板厚25，16mm，腹板厚14，16mm,腹板向內(nèi)加厚，加勁板厚20，16mm。梁總高度1.70m，其中鋼箱梁高1.30m。橋面板由倒角15cm厚過渡到40cm，翼緣板懸臂厚25cm。橋面板鋼筋225t，C50無收縮混凝土518m3。本橋梁采取在墩頂設預抬值安裝鋼箱梁，翼緣板吊架模法現(xiàn)澆橋面板再落梁技術，即鋼箱梁在廠內(nèi)分段加工，汽車運輸至工地支架安裝(見圖1)。采用箱梁安裝在墩頂設預抬值，橋面板在鋼箱梁上無支架現(xiàn)澆，翼緣板借用鋼箱梁懸吊架模法施工，最后在墩頂用千斤頂同步頂升落梁到設計橋梁高度成橋。箱梁設預抬值安裝，最終落梁對橋面板產(chǎn)生擠壓應力，橋面板受力更好；翼緣板吊架模法施工受力全部著力于鋼箱梁上，模架受力在一個受力體系內(nèi)完成，解決了滿堂支架法施工與鋼箱梁各自受力可能產(chǎn)生不同沉降的問題，整體受力效果好；同步頂升千斤頂各點同步頂升、同步落梁對橋梁受力效果好。

圖1 鋼混組合梁結(jié)構斷面

2 鋼箱梁預抬高度節(jié)段安裝關鍵技術

鋼箱梁分為A，B，C，D 4種類型7個梁段在工廠加工成型，汽車運輸至工地現(xiàn)場，采用鋼管墩式支架、汽車式起重機安裝焊接成整體。在節(jié)段拼裝位置設鋼管臨時墩承載梁體。

2.1 澆筑支架基礎

普通地基處理按壓實度≥95%，承載力≥250kPa的標準，在地基上澆筑250cm×250cm(長×寬)、厚60cm C20混凝土基礎，按要求標準埋設鋼管立柱法蘭盤預埋件。

2.2 安裝鋼管立柱支架

鋼管立柱采用φ478圓鋼管，根據(jù)混凝土基礎頂面與鋼箱梁安裝高度，確定鋼管立柱高度，鋼管立柱按200cm×200cm間距在基礎上呈正方形角點布置，與法蘭螺栓連接，立柱間采用∟10×8斜向剪刀撐焊接連接保持穩(wěn)定。鋼管頂端焊接20mm厚鋼板，底面四周設加勁肋與鋼管頂端焊接，在鋼管頂部鋼板上安裝I30a橫梁，梁長與半幅箱梁底同寬。

2.3 鋼箱梁墩頂設預抬值節(jié)段安裝

鋼箱梁在墩頂設預抬值安裝，使橋梁整體形成一個向上的預拱度，本橋6～8號墩頂設10，13，10cm預抬值，通過成橋下落達到設計標高，對鋼箱梁上面的橋面板產(chǎn)生了擠壓應力，相對于傳統(tǒng)安裝標高一次到位，雖存在二次落梁施工，但減少了因預制梁板鉸縫施工后期帶來的裂縫問題，從而提高整體式橋面板受力后的橋梁運營使用壽命，梁板受力更好(見圖2)。施工時，在鋼箱梁安裝前，按設計要求完成支座安裝，在墩頂橋跨前、后設4處φ235鋼管支墩，鋼管支墩上、下焊接20mm厚鋼板，墩頂鋼管支墩高度分別為10，13，10cm，其他各支點根據(jù)預拱度坐標計算高度設置，鋼管支墩內(nèi)充填混凝土以提高承載力。鋼箱梁安裝時，在墩頂部位，鋼箱梁落在鋼管支墩上，另一端頭部位落在鋼管臨時墩中間部位，在工字鋼橫梁上用鋼墊塊調(diào)節(jié)安裝高度。鋼箱梁落在支架橫梁上所有的鋼管支墩上，測量預抬值標高滿足安裝精度后，完成鋼箱梁各節(jié)段二氧化碳氣體保護焊焊接連接成整體。完成全橋鋼箱梁安裝，從而使鋼箱梁安裝相對于設計標高整體形成了一個向上的預拱度。

圖2 鋼混組合箱梁中跨6～8號墩頂設預抬值安裝簡圖(單位:cm)

3 懸臂吊架模法橋面板施工關鍵技術

3.1 懸臂吊架模法施工技術

現(xiàn)有橋面板施工技術大多以落地滿堂支架法進行施工，材料用量多，地基處理要求高，費時費工，施工成本高；再者橋面板荷載由鋼箱梁與滿堂支架二者共同受力，易產(chǎn)生不均勻沉降，因此考慮利用鋼箱梁縱橫梁、懸臂吊架模法施工橋面板，橋面板荷載全部由鋼箱梁承受，在一個受力體系內(nèi)完成，克服了橋面板施工靠滿堂支架與鋼箱梁二者受力的不利影響，保證了施工質(zhì)量，降低了施工成本。

3.1.1翼緣板懸臂吊架模法施工技術

鋼箱梁翼緣板懸臂須現(xiàn)澆混凝土寬度1.125m，墩頂處厚40cm，墩頂以外通過15cm厚倒角過渡到邊部25cm板厚。經(jīng)方案論證優(yōu)選，采用懸臂吊架模法施工技術。懸吊裝置尾部采用頂壓、另一端懸掛模板的技術方案，即采用雙拼[12、長200cm作為承重梁(縱向間距100cm)橫橋向布置，在鋼梁剪力釘內(nèi)外2排位置采用φ48×3.5鋼管做承重梁支撐，并在承重梁內(nèi)側(cè)端部采用φ20 U形螺栓做拉桿，懸吊部位采用3道φ20螺桿做吊桿，吊桿頂端穿過承重梁設φ48×3.5鋼管錨固，吊桿下端采用雙φ48×3.5 鋼管懸吊蝴蝶卡鎖定，在下端鋼管上鋪設6cm×8cm 方木(間距30cm)縱向背肋，在方木上鋪設20mm厚竹膠板做模板，組成翼緣板懸吊架模系統(tǒng)。其荷載傳遞自上而下為：頂端懸掛鋼管→吊模承重梁→吊桿→竹膠板→縱向方木背肋→橫向鋼管。翼緣板懸臂吊架模設計斷面如圖3所示。

圖3 翼緣板懸臂吊架模設計斷面(單位：cm)

3.1.2懸臂吊架模法體系受力驗算

3.1.2.1荷載分類及計算

1)永久荷載(荷載分項系數(shù)取1.2)。鋼筋混凝土重度取26kN/m3，結(jié)構高度0.40m，均厚0.28m；模板及支撐方木的自重根據(jù)JGJ 166—2016《建筑施工碗扣式鋼管腳手架安全技術規(guī)范》中表4.2.4取0.50kN/m2；配件自重：腳手板自重標準值統(tǒng)一按0.35kN/m2取值，欄桿與擋腳板自重標準值按0.14kN/m2取值。

2)可變荷載分項系數(shù)取1.4，人員及施工設備荷載取2.5kN/m2，傾倒混凝土產(chǎn)生的沖擊荷載取4kN/m2，振搗混凝土時產(chǎn)生的荷載取2.0kN/m2。

3.1.2.2荷載效應組合計算

荷載計算：支撐材料，底模為竹膠板，板底鋪設方木，斷面尺寸為6cm×8cm，間距30cm，方木下為φ48×3.5鋼管。

恒、活載計算：恒載分項系數(shù)取1.2，活載分項系數(shù)取1.4。

恒載：q1(翼緣板)=26×0.28(均厚)=7.28kN/m2，q3(支架、模板系統(tǒng)自重)=0.35+0.14+1.1=1.5kN/m2。

活載：q4(人員及施工設備荷載)取2.5kN/m2，q5(傾倒混凝土產(chǎn)生的沖擊荷載)取4kN/m2，q6(振搗混凝土時產(chǎn)生的荷載)取2.0kN/m2。

荷載效應組合計算：Q(翼緣板)=1.2×(q1+q3)+1.4×(q4+q5)=1.2×(7.28+1.5)+1.4×(2.5+4)=19.636kN/m2。

雙拼[12跨徑取距離1.325m，間距取最大的1m，按簡支梁體系驗算。

3.1.2.3翼緣板懸臂吊架模受力驗算

吊架按1m間距布置，每個吊架布置3根吊桿，懸臂板下荷載：G1=(7.28+1.5)kN/m2×1.25m×1m/3=3.7kN，G2=19.636kN/m2×1.25m×1m/3= 8.2kN。

計算結(jié)果：支點反力Fmax=65kN，變形δmax=2.5mm≤L/400=1 125/400=2.8mm，滿足要求；剪切應力τmax=34MPa<[τ]=125MPa,滿足要求；組合應力σmax=156MPa<[σ]=215MPa,滿足要求。各類桿件受力驗算均滿足施工要求。此種懸臂吊架模體系技術新穎、結(jié)構簡單、節(jié)省材料、降低成本。依靠鋼箱梁承受翼緣板懸臂端混凝土施工，避免了滿堂支架體系施工造成的不均勻沉降問題，保證了施工質(zhì)量，如圖4所示。

圖4 翼緣板懸臂吊架模側(cè)、底、頂面

3.1.3中縫懸托架模施工技術

相鄰鋼箱梁中縫懸澆施工利用鋼箱梁自身受力，采用雙拼[12、長280cm吊模作為承重梁，布設于鋼箱梁縱梁一側(cè)的小橫梁與小橫梁間下翼緣板上，利用鋼箱梁小橫梁下翼緣板鋼板頂面做支撐，安裝縱向承重梁橫向間距100cm，在承重梁上安裝鋼管支架底托，搭設φ48×3.5豎向鋼管支架，在鋼管頂部設[12分配梁，在分配梁上鋪設間距30cm的6cm×8cm方木做背肋，其上鋪設15mm厚竹膠板，按孔口四周向上倒角15cm過渡，組成中縫懸托架模體系現(xiàn)澆混凝土施工。其模架施工結(jié)構技術新穎、節(jié)省材料、方便施工、安全可靠，如圖5所示。

圖5 鋼箱梁中縫懸托架模體系頂、底面

3.1.4鋼箱梁箱內(nèi)頂架模施工技術

在鋼箱梁梁體內(nèi)頂口搭設普通鋼管支架，鋪設15mm厚竹膠板，背肋采用間距30cm的6cm×8cm方木。模架設計時考慮鋼筋混凝土荷載、模架自重、施工荷載要求。

3.2 支架預壓

支架預壓采用小砂袋法進行，設計橋面板板厚25cm，1m2混凝土及鋼筋自重約0.824t，按1.1倍進行預壓，砂袋采用人工配合起重機進行加載。邊部翼緣板及箱間板位置1m2堆放0.91t砂袋。支架預壓的目的是消除支架的非彈性變形和方木等變形。獲得支架在荷載作用下的彈性變形數(shù)據(jù)，確定合理的施工預拱度，滿足箱梁成橋的標高與線形設計要求。

3.3 橋面板鋼筋安裝及混凝土澆筑

首先澆筑鋼箱梁在墩頂內(nèi)置式蓋梁部分混凝土，達到設計強度后，吊裝綁焊橋面板鋼筋完成，檢驗鋼筋安裝施工質(zhì)量，澆筑橋面板無收縮混凝土。混凝土澆筑順序為先澆筑跨中部分，由跨中向墩頂逐步澆筑，墩頂前、后5m范圍預留不澆筑，待橋面板混凝土強度達到設計強度的90%后，拆除鋼箱梁安裝時的鋼管臨時墩支架后，由鋼箱梁全部承受橋梁荷載，再澆筑墩頂預留部分橋面板混凝土，完成第1次橋梁受力體系轉(zhuǎn)換，如圖6所示。

圖6 鋼混組合梁橋面板整體式鋼筋混凝土施工

3.4 支架拆除

人工拆除吊架模系統(tǒng)、底模、側(cè)模板。鋼箱梁安裝的臨時墩支架拆除由兩端向跨中逐步進行，以逐步拆除5～6，9～8跨，再拆除6～7，8～7跨的順序，切割人員對稱同步拆除臨時墩頂鋼墊塊，使鋼橋全部荷載由6～8號墩頂鋼管支墩承受。起重機起吊拆除工字鋼橫梁、鋼管，拆除混凝土基礎。

4 同步頂升落梁關鍵技術

選擇與墩頂梁體荷載相匹配的智能千斤頂，墩頂千斤頂?shù)目傢斏坎淮笥诹后w計算荷載的80%，本橋7號墩選用200t千斤頂6臺，6，8號墩分別選用4臺，墩頂3臺智能千斤頂同步實施頂升落梁。以7號墩千斤頂智能控制箱為主機，6，8號墩千斤頂智能控制箱為輔機，通過無線信號傳輸命令，實現(xiàn)墩頂箱梁下方的若干千斤頂同步頂升，抽取鋼管支墩、同步回油，完成落梁到墩頂支座上。落梁時，若干千斤頂同步頂升，使鋼箱梁與蓋梁間的鋼管支墩不受力，抽取較高鋼管支墩，更換較低鋼管支墩，千斤頂回油，落梁于較低鋼管支墩上，然后，抽取部分位于千斤頂下方的頂升鋼管支墩，再安放千斤頂重復頂升，鋼箱梁逐步下落，如此循環(huán)完成落梁后，對鋼箱梁橋面板產(chǎn)生了擠壓應力，完成第2次橋梁受力體系轉(zhuǎn)換。采用上述落梁方法提高了梁體安裝定位精度，避免了各墩各點不同步落梁易產(chǎn)生梁體扭曲變形的風險，落梁速度快，縮短了施工工期，降低了工程投入，保證了質(zhì)量安全，在大體量落梁技術上取得了創(chuàng)新成果，如圖7所示。

圖7 7號墩智能千斤頂主控機箱同步頂升落梁

5 施工質(zhì)量控制要點

5.1 鋼箱梁墩頂設預抬值安裝、焊接質(zhì)量控制

在設置鋼箱梁安裝支架時，按墩頂設計預抬值計算支架各支點處預拱度，合理設置支架高度，在鋼箱梁安裝時，嚴格按計算預拱度標高安裝就位。鋼箱梁節(jié)段拼裝需滿足規(guī)范規(guī)定的焊縫寬度和標高精度，相鄰節(jié)段安裝高差≤3mm。電焊工須持證上崗，在鋼箱梁正式焊接前，按焊接材質(zhì)、焊接環(huán)境、焊接溫度完成焊接工藝評定，評定合格后才能進行大面積焊接施工。焊縫采取雷達探傷檢驗。

5.2 吊架模安裝質(zhì)量控制

吊架模承重梁后端U形螺栓與剪力釘焊接要牢靠，焊縫飽滿。鋼管支撐安裝要垂直，吊架承重的關鍵是靠承重梁內(nèi)側(cè)的一撐一拉杠桿原理受力作用，由外側(cè)受拉吊桿傳遞模板承托吊架，施工時應認真檢查確保各部位錨固受力牢靠不變形。

5.3 橋面板現(xiàn)澆質(zhì)量控制

按質(zhì)量評定標準要求驗收橋面板鋼筋安裝質(zhì)量，澆筑混凝土前將模內(nèi)雜物清除干凈，高壓水槍沖洗，混凝土嚴格控制坍落度，混凝土分段連續(xù)完成澆筑，嚴格控制收面平整度在5mm以內(nèi)，并做好橋面早期保濕養(yǎng)護工作。

5.4 同步頂升落梁質(zhì)量控制

為了保證同步整體緩慢落梁，實施前應合理組織安排，統(tǒng)一指揮，發(fā)號施令，確保對稱同步實施，千斤頂與鋼管支墩應保持垂直受力，拆裝過程要細心，防止受力偏移發(fā)生危險，施工人員要做好安全防護措施，確保落梁安全。

6 結(jié)語

赤道立交B匝道鋼混組合箱梁采用墩頂預抬高度、橋面板整體現(xiàn)澆施工技術，落梁對橋面板產(chǎn)生擠壓應力，消除橋面板在運行期間產(chǎn)生的混凝土收縮、徐變易引起裂縫的不利因素，提高橋梁使用壽命；同步頂升落梁技術保證了落梁安全；箱梁翼緣板懸臂端使用槽鋼承重梁懸吊架模法施工，靠鋼箱梁自身承受整體懸澆橋面板混凝土自重，在技術創(chuàng)新上更進了一步，其結(jié)構安全可靠、架體輕盈、用料少、進度快，具有良好的經(jīng)濟和環(huán)保效益。