預制橋面板拼裝施工工藝優化研究

尹君，武其亮 （中鐵四局集團管理與技術研究院，安徽 合肥 230023）

0 前言

在創新和引領為主導的新時代背景下，科技創新已經成為引領建筑業蓬勃發展的新生力量。當傳統橋梁施工技術已不能滿足建設者的需求時，新型工業化制件、裝配式橋梁施工的案例逐漸涌出，如湖南張花高速公路牛路河特大橋、上海國定中路下匝道橋、港珠澳大橋、預制房屋結構[1-7]等建筑均不同程度地采用了預制拼裝技術。濟祁高速壽縣淮河特大橋引橋是國內首座大規模應用預制構件拼裝施工的高速公路橋梁，主要包括預制PHC管樁、預制空心橋墩、預制鋼板組合梁以及預制橋面板等四個分項工程。在預制橋面板安裝階段，文章對比分析了預制橋面板安裝方案和B1板受力情況，在保證施工質量的前提下，對安裝工藝進行了優化，加快了施工進度，節約了施工成本，開辟了預制橋面板安裝工藝的新思路。

1 工程概況

濟南至祁門高速公路（淮南至合肥段）路基工程02標段均為壽縣淮河特大橋引橋，全長5.11km。橋面設計為預制鋼筋混凝土面板，強度C40和C40 PVA，全線共計8176塊，分為邊板（B型）和中板（Z型）兩種類型，其中 B 型板包括 B1、B2、B3、B4、B4`五種類型，Z 型板包括 Z1、Z2、Z3、Z4、Z4`五種類型。單幅單跨橫橋向布置4塊，縱橋向布置7塊，其中Z型板三邊鋪設在鋼梁表面，而B型板僅有一邊鋪設在鋼梁表面，其余三邊均處于懸空狀態，與鋼梁垂直投影重疊距離僅有5cm（圖1）。

圖1 橋梁模型組裝圖

2 施工方法

根據預制橋面板安裝工藝流程圖（圖2），預制橋面板安裝施工方法如下：

圖2 工藝流程圖

2.1 預制橋面板安裝試驗

試驗選取重量最大的B1預制橋面板安裝作為研究對象，先行安裝Z型板，再安裝B型板。B1板安裝時，起臨時固結作用的上、下層鋼筋接頭對稱、間隔、均勻焊接，焊接數量分別取 6、12、18、24、30 根，并根據單板橫向相對高差值將B1板橫坡度均設置為設計值2%。

2.2 預制橋面板選型、運輸

將存板區按照橋面板板型及每種板型對應的數量劃分大小不同的十個區間，并統一命名為B1、B2、B3、B4、B4`、Z1、Z2、Z3、Z4、Z4`區。橋面板預制流程結束后，將拆模后的橋面板統一運輸至對應型號的存板區存放、鑿毛、養生、涂刷水泥漿防銹。預制橋面板運輸采用按需運輸的原則進行，根據預制橋面板安裝現場對預制橋面板型號、數量和存放時間的要求，從對應存板區選取適宜預制橋面板裝車，逐步運輸至施工現場。

2.3 測量放樣

施工選擇預制橋面板與主縱梁接觸邊所對應的角點作為坐標控制點。采用后方交會法，在已安裝好的鋼梁表面放樣出預制橋面板坐標控制點位置，并使用紅色油漆顯著標示。使用水準儀測定坐標控制點高程，確保坐標控制點高程符合規范及設計要求。

2.4 預制橋面板安裝

經過方案比選研究，預制橋面板吊裝采用龍門吊與履帶吊組合起吊的方式，履帶吊以安裝Z型板為主，龍門吊以安裝B型板為主，安裝時由專人指揮起吊設備將預制橋面板緩慢準確安裝在鋼梁表面，使得預制橋面板角點與鋼梁表面坐標控制點重合，以確保預制橋面板安裝位置正確。預制橋面板安裝順序按照先中板、后邊板、先中間、后兩端的順序逐孔安裝。B型板安裝時，先行均勻焊接B型板上、下層一定數量的鋼筋，用以臨時固定B型板，并按要求控制單板橫向相對高差（圖3a）。

圖3 預制橋面板安裝及預留鋼筋接頭焊接

2.5 預制橋面板預留鋼筋焊接

預制橋面板安裝結束后，及時對所有預制橋面板預留鋼筋進行焊接，本工程共計292孔，每孔預制橋面板預留鋼筋焊接接頭平均3084個，焊接工程量較大，焊接質量直接決定工程施工質量的好壞。因此預制橋面板預留鋼筋接頭焊接采用CO2氣體保護焊和電弧焊相結合的方式，并統一采用滿焊的形式提高橋面質量（圖3b）。

2.6 濕接縫施工

當預制橋面板所有預留鋼筋接頭焊接完畢后，及時進行橋面濕接縫施工，綁扎鋼筋、清洗濕接縫區域、模板安裝、澆筑混凝土、養護（圖4a），使橋面形成一個結構整體，均勻受力（圖4b）。

圖4 濕接縫施工

3 結果與討論

3.1 預制橋面板安裝試驗

圖5為A、B、C、D和E五組B1板焊接結束后隨靜置時間延長其位移下沉量。結果顯示，隨著預制橋面板預留鋼筋接頭焊接數量的增加，其位移下沉量逐漸降低，而且達到最大下沉位移量的時間也隨預制橋面板預留鋼筋接頭焊接數量的增加而減少。E組試驗數據表明B1板安裝時共臨時焊接30根預留鋼筋接頭，上、下層各15根，縱橋向前端、中間和后端3個區域各焊接5根，最大下沉位移量之和Δh=4mm，符合JTG F80/1-2004標準要求。因此，實際施工中采用E組試驗參數要求安裝B型預制橋面板。

3.2 預制橋面板存放

本工程預制橋面板為鋼筋混凝土結構，預制結束后需統一轉運至存板區靜置180d以上，以消除混凝土收縮、徐變對其結構產生的影響[8]（圖6a）。其次，在預制橋面板靜置的前7d，完成預制橋面板與濕接縫接觸面的鑿毛工作，漏出新鮮混凝土顆粒，提高其表面粗糙度，以提高預制橋面板與濕接縫連接的密實度[9]（圖6b）。再次，在預制橋面板靜置的前28d，定期對其灑水養生，以確保預制橋面板強度符合規范及設計要求[10]（圖6c）。最后，在預制橋面板靜置期間，對其預留鋼筋頭涂刷水泥漿防銹，以保證后期焊接質量合格（圖6d）。

圖5 B1板位移下沉圖

圖6 預制橋面板存放、鑿毛、養生、防銹

3.3 橋梁線形和坡度控制

橋梁線形和坡度對應縱向和橫向兩種相對差值，其中橋面縱向高差形成橋梁的縱向線形和縱向坡度，而橋面橫向高差形成橋面橫坡度[11-12]。B型板水平方向坐標決定著橋梁的橫向線形，B型板滴水檐端高程決定著橋面橫向坡度。預制橋面板安裝過程中，使預制橋面板角點對準鋼梁表面已放樣坐標控制點，實現了橋梁平面線形的整體流暢性[13]。

圖7 B型板相對高差示意圖

橋梁高程控制工作始于樁基施工，嚴格控制每一道工序高程直至預制橋面板安裝完畢。采用控制B型板橫向相對高差的方法，保證橋面橫坡度符合規范及設計要求。設B型板與鋼梁接觸端為A高程點，護欄底座內側為B高程點（圖7），由勾股定理公式[14]可得：

式中h為AB點之間相對高差（mm）；L為AB之間水平距離（mm）；S為AB之間斜面距離（mm）；I為橋面橫坡度；

由橋面設計橫坡度I理論=2%，S=2050（mm）可得：

由4.1可知，預制橋面板安裝最大位移下沉量為4mm，為了保證橋面橫坡符合2%，預制橋面板安裝時應控制的相對高差h實際的值為：

3.4 B1板受力分析

由設計圖紙可知，B1型預制橋面板自重9058.904kg，是所有B型板中重量最重者，符合最重者滿足條件，則所有B型板均符合條件原理。B型板上層鋼筋為Φ25，下層鋼筋為Φ20，型號HRB400。Z型板上、下層鋼筋均為Φ20，型號HRB400，上層鋼筋受拉，下層鋼筋受壓，本文忽略橋面板與鋼梁之間的摩擦力。利用加權平均法求解B型板重心位置[15]，則B型板重心求解方法為：

圖8 B型板重心分解圖

圖9 B1型板受力分析圖

將B型板分解成4部分，設定B型板重心坐標為（x0,y0）,圖8給出了重心分析示意圖，則

式中G0為B型板重心；Gi為B型板分解后第i塊重心；xi為第i塊重心對應的橫坐標；

由圖8分別求出圖中矩形、大三角形、梯形和小三角形對應的面積 S1、S2、S3和 S4。

則圖8中矩形、大三角形、梯形和小三角形對應的重量 G1、G2、G3和 G4分別為

將 G1、G2、G3和 G4分別代入公式（3），則 B 型板重心橫坐標為

根據圖9，分別從水平方向和垂直方向對B1板受力情況進行分析。

①水平方向受力平衡:

式中F1為B1板上層鋼筋所受拉力（N）；F2為B1板下層鋼筋所受壓力（N）；

②垂直方向受力平衡:

式中F為鋼梁與B1板接觸面支撐力（N）；G為B1板重力（N）；

③根據力矩平衡原理，B1板力矩平衡公式：

式中h0是B1板上、下層鋼筋之間的距離（mm）；25是B1板與鋼梁接觸面長度的一半；

由4.1可知F1由15根鋼筋焊接接頭產生的拉力支撐，則每根鋼筋焊接接頭所分配的拉力為

根據型號HRB400、直徑為20mm鋼筋焊接接頭拉伸試驗屈服強度均值490MPa和抗拉強度均值630MPa[16]，以及國家規范規定的標準數值[17-18]可知，本工程同類型鋼筋接頭拉伸試驗極限荷載均值f極值=205.87（kN）具有較大的準確性。顯然 F單＜f極值，即 B型預制橋面板臨時焊接預留鋼筋接頭所產生的拉力之和遠大于B1板自重，故該優化工藝可行。

3.5 經濟效益分析

原有B型預制橋面板安裝工藝需在鋼梁側面安裝臨時翼緣，并在臨時翼緣下部增設臨時支撐。而優化之后的安裝工藝完全不需要臨時翼緣和臨時支撐，直接焊接特定數量B型板預留鋼筋接頭以臨時固定預制橋面板，其兩種施工工藝在單孔預制橋面板安裝過程中所產生的費用比較詳見表1：

優化前后費用對比表 表1

表1數據表明，優化后預制橋面板安裝工藝比優化前單孔節約施工成本32617.00元，本工程共計292孔，全線可節約施工成本9524164.00元。

3.6 預制橋面板安裝誤差控制

根據中華人民共和國《公路工程質量檢驗評定標準》（JTG F80/1-2004）和中華人民共和國《公路橋涵施工技術規范》（JTG/T F50-2011）可知[19-20]，預制橋面板安裝誤差控制標準詳見表2：

安裝誤差標準 表2

4 結論

本文實現了不用臨時翼緣成功安裝B型預制橋面板的目標，且滿足橋面2%橫坡度的設計要求，橋梁線形和縱坡度符合規范及設計要求。采用該種預制橋面板安裝優化工藝可節約施工成本9524164.00元，同時施工工序簡便快捷、質量可靠，為預制橋面板拼裝施工開闊了新的應用前景。