大跨度波形鋼腹板PC箱梁橋異步施工技術

夏紹見

(中國中鐵七局集團第一工程有限公司，河南 洛陽 471000)

波形鋼腹板箱梁橋作為一種新型的鋼-混凝土組合結構，其顯著的特點是采用厚度為10～30 mm的波形鋼板取代厚度為30～80 cm的混凝土腹板[1]，使箱梁自重減輕10%～25%，恒載內力減少，充分利用了混凝土抗壓、波形鋼腹板抗剪、屈服強度高的優點，有效的將鋼、混凝土兩種材料結合起來，揚長避短，提高了材料的使用效率，是一種經濟、合理、高效的結構形式組合結構橋梁，具有自重輕、抗震性能好、施工便捷、經濟美觀等優點[2-4]。

目前波形鋼腹板組合箱梁橋常采用的施工方法主要有滿堂支架、懸臂施工、頂推法等，其中以掛籃懸臂施工法居多，同時基于波形鋼腹板橋的異步施工工藝也在逐步被創新和完善。異步施工利用鋼腹板作為承重構件，可實現3個節段工序同時施工，大大縮短了施工周期[5-7]。

針對地理位置復雜的大跨度橋梁，塔吊性能無法滿足鋼腹板節段的吊重，異步施工技術工效快，又能解決吊裝難題，目前國內在該方面研究較少。本文以在建橋梁為研究對象，基于波形鋼腹板異步施工工法，通過在異步掛籃上增設吊裝桁架的改進，進行自吊式異步掛籃關鍵技術與工效的分析，為同類型橋梁施工提供參考。

1 工程概況

國道207是河南省焦作至溫縣的一條運輸和旅游交通要道，線路兩次上跨南水北調大橋，跨越干渠處設計為(80+140+80)m波形鋼腹板PC預應力組合箱梁橋，全橋縱斷面如圖1所示。橋梁分幅設計，單幅采用單箱單室直腹板變高箱型截面，主梁斷面如圖2所示。箱梁頂、底板采用C55混凝土，鋼腹板采用Q345D鋼材，主墩墩頂處梁高8.5 m，高跨比1/16.47，每幅箱梁頂板寬12.24 m，底板寬6.5 m，梁高和底板厚均按2次拋物線變化，混凝土頂板與波形鋼腹板采用雙PBL鍵連接，混凝土底板與波形鋼腹板采用單PBL鍵+栓釘連接。主橋縱向預應力采用體內與體外相結合的體系。

圖1 南水北調橋縱斷面

圖2 主梁斷面圖(單位：cm)

2 異步施工工法的選用

波形鋼腹板橋梁懸臂施工，一般選用傳統菱形掛籃和三角掛籃。常規掛籃懸臂澆筑施工局限于單個工作面，頂、底板鋼筋的綁扎以及安裝存在工作面交叉，施工時先澆筑底板、再澆筑同節段頂板，如圖3所示。

圖3 常規后支掛籃懸澆施工

大橋主跨140 m，為縮短施工周期，提高施工效率，對大橋采用異步施工新型澆筑方法。異步施工采用鋼腹板進行掛籃主桁的承重，將施工節段分為n-1節段頂板施工節段，n節段底板施工節段，n+1鋼腹板安裝節段，如圖4所示，3個作業面同時施工，互不干擾。為解決上跨干渠的鋼腹板吊裝的難題，在異步掛籃上設計了起吊桁架，以達到施工安全、工效快的目的。

圖4 異步懸澆施工

3 吊裝式異步掛籃的設計

3.1 承重主桁部分設計

異步掛籃較傳統掛籃有所不同，其主桁系統重心較低，利用箱梁懸挑的鋼腹板進行承重。掛籃由承重主桁、導向系統、行走機構、懸吊系統、模板系統、防護工作平臺等部分組成，如圖5～圖7所示。該掛籃自重較輕，自重僅約27.5 t(不含模板系統)。

掛籃支腿設置在鋼腹板上翼緣雙PBL鍵內，掛籃行走方便，不需要進行軌道錨固，行走時采用鋼銷鉸接錨固在鋼腹板的?60 mm開孔鋼板內提供反力，利用液壓油缸推動掛籃支腿前移，往復幾次，直到掛籃就位，既能確保掛籃行走的安全，又能避免傳統掛籃的梁頂軌道及錨固預留孔洞。

3.2 起吊系統設計

圖5 異步掛籃主體部分(單位：mm)

圖6 承重主桁 圖7 行走系統

為實現異步掛籃的吊裝功能，在異步掛籃上增設吊裝桁架，吊車配合將波形鋼腹板吊裝至橋面，采用簡易運輸小車運輸至吊裝范圍。根據鋼腹板的尺寸以及旋轉角度，確定吊裝桁架的寬度以及高度，如圖8所示。鋼腹板節段劃分的最大重量4.3 t，選用配備吊裝小車(5 t+5 t)，先三點式抬吊水平運輸，再翻轉垂直、調整對位。此項設計，一是為了省去了大型塔吊的費用，二是自吊式便于施工、降低了安全風險。

圖8 異步掛籃上配置吊裝桁架

3.3 左右幅連體式設計

本橋分左右雙幅，常規掛籃因橫梁寬度問題，施工時左右幅需要錯開2～3個節段，本次對掛籃結構進行了優化，考慮左右雙幅同步施工，采用連體掛籃，掛籃之間對橫梁采用法蘭連接的形式，掛籃行走采用智能液壓系統遙控操作，左右雙幅同步前移，既能確保行走的位移準確，又能使掛籃在中跨合攏之后能順利的解體后退，如圖9所示。整個施工過程提升了懸臂的施工工效，可節省工期約1.5個月。

圖9 左右幅整體式異步掛籃結構設計

4 關鍵施工技術

本橋邊跨共18個節段，如圖10所示。其中0#、1#塊和邊跨17#、18#段采用支架現澆，16#段為合攏段，其余均為掛籃懸澆段，總體施工順序為：0#塊→懸臂段→邊跨直線段→邊跨合攏段→中跨合攏段。

4.1 0#段施工

0#塊和1#塊同時施工，長度8.8 m，中心高度8.5 m，采用盤扣支架施工，采用體內臨時固結的體系，通過對最不利工況的選擇和不平衡彎矩的計算，在每個墩頂設置兩個C40臨時支墩，每個支墩內埋入38根?32 mm精軋螺紋鋼進行錨固設計。1#段鋼腹板提前預埋，首塊鋼腹板定位精度極其重要，將直接影響后續鋼腹板的準確就位。

4.2 掛籃安裝與行走

0#塊和1#塊澆筑并預應力張拉完成后，安裝2#塊與3#塊鋼腹板，利用鋼腹板作為支撐體系安裝掛籃與起吊系統，掛籃前后支點支撐在鋼腹板上翼緣板的雙PBL鍵凹槽內，槽內設置四氟滑板，減小摩擦便于遷移。

圖10 橋跨節段劃分示意圖(單位：mm)

橋梁左右雙幅的掛籃通過連接板及法蘭進行整體式連接。為了確保整體式掛籃的行走精度，優化了常規的機械頂升前進，可增設液壓控制系統，一個泵站可控制雙幅T構的4套掛籃，遙控操作，位移準確。

4.3 懸臂端鋼腹板運輸及安裝定位

鋼腹板從橋面由運輸小車運送至掛籃尾部，利用掛籃上增設的起吊桁架起升吊裝，利用鋼腹板上翼緣PBL鍵的開孔作為吊點，三點式吊裝，一個電動葫蘆懸掛鋼腹板頂部2個吊點，另一個葫蘆懸掛鋼腹板底部1個吊點，先水平運輸，移動到位后，底部緩慢下放，變為垂直吊裝，由另一側吊裝葫蘆受力，逐步調整對位。

4.4 懸臂施工過程應力分布

根據本文異步施工工法，懸臂施工過程中最大懸臂狀態及成橋狀態結構應力分布如圖11和圖12所示，其最大應力分別為16.4 MPa和16.6 MPa，小于設計要求22.4 MPa,施工過程中結構處于安全狀態。

圖11 最大懸臂狀態主梁應力圖

圖12 成橋狀態主梁應力圖

5 異步吊裝式施工的優越性

鋼腹板異步掛籃上增設起吊桁架以及左右雙幅的整體式掛籃設計，自重輕、重心低、施工周期短且節省了大型塔吊設備的費用，與傳統鋼腹板懸臂施工工藝相比，在設備優化、施工工效、安全性能以及經濟效益上有著顯著的提高。

5.1 提升安全性能

傳統菱形掛籃重心高，約7～8 m，自重大，單個掛籃重量約60 t，需要與梁體多點錨固，前移慢，安全性較差。異步掛籃自重較輕，單個重量約為27.5 t，掛籃高2 m，高出梁面約1.3 m，重心低，安全性好，且利用鋼腹板承重，無須與梁體后錨。

5.2 優化設備、節約費用

大跨度橋梁施工，常規掛籃需要租賃大型塔吊或采用汽車吊配合節段鋼腹板吊裝，本橋主跨140 m上跨南水北調干渠，施工周期長且地域受限，大型塔吊進場及月租費用較高，工期越長越不經濟。傳統掛籃懸臂施工與吊裝式異步掛籃的吊裝設備經濟性分析如表1所示。通過在異步掛籃上設計起吊桁架，實現異步掛籃的自吊功能，既滿足鋼腹板的靈活吊裝和快速精確空間對位要求，同時經濟性良好，可節約費用106萬元。

表1 兩種工法吊裝設備經濟性對比

5.3 提升施工工效

(1)利用鋼腹板承重，異步施工將梁面分為3個作業面平行施工，掛籃行走方便，且鋼腹板的安裝不占用工期。異步法與傳統掛籃懸臂澆筑施工工效對比如表2所示。與傳統掛籃相比，一個懸澆節段施工周期可提前約2 d，南水北調全橋可節約30 d。

表2 兩種工法施工工效對比

(2)對于分左右雙幅的橋梁，一般會錯開2～3個節段，避免掛籃行走的沖突。本次對左右雙幅的掛籃進行整體式設計，雙幅橋梁同步前移施工，提升了全橋的施工工效，可節省工期約1.5個月。

6 結束語

本文以國道207項目上跨南水北調大橋實際工程為依托，介紹了波形鋼腹板PC組合箱梁橋的異步施工方法，采用異步掛籃和起吊桁架的優化結合、橋梁左右雙幅掛籃的整體式設計，使施工效率得到進一步的提高，安全性得到更可靠的保證，同時也使施工成本投入更加經濟。