波紋鋼腹板預制箱梁施工技術

吳海亮

中鐵北京工程局集團第一工程有限公司 陜西渭南 714001

波紋鋼腹板箱梁在設計過程中，充分考慮了波紋鋼腹板和混凝土組合效應的有效受力特點，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、設計情況及施工技術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應力先簡支后連續組合梁結構。

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的柳林鎮附近，地處山前沖洪積平原及黃土臺塬單元。該大橋上部結構為4×25m簡支變連續波形鋼腹板小箱梁，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 波紋鋼腹板箱梁結構特點

1.1 結構自重輕

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

1.2 結構受力合理

波紋鋼腹板箱梁橋梁中應力集中在頂板和底板與鋼腹板連接處，整體的截面回轉半徑幾乎達到了最大值，因此提高了波紋鋼腹板結構受力效率。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，預應力在作用時不會分流給波形鋼腹板，挺高了作用在底板、頂板混凝土的預應力效率，相比預制混凝土箱梁減少了預應力鋼材的使用。

普通25m預應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傳統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，節約建設費用，有利于發揮材料的利用率。相較與普通箱梁，波形鋼腹板箱梁由于自重減輕在腹板，因此在設計上可比普通箱梁頂面寬度大，縮減單跨箱梁數量。在同等橋梁預制梁片數少，從而減少了架設循環次數，縮短工期。

1.4 加快施工進度

波紋鋼腹板節段在廠家整體軋制而成，減少現場施工作業工序，加快了預制進度。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等工序，縮短了預制成型的時間。

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裂縫和鋼筋腐蝕等現象，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 提高城鎮景觀美感

在城鎮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 預制波紋鋼腹板箱梁施工流程

預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、鋼絞線等材料在進場后，抽樣復驗相關的技術性能指標，并報試驗監理工程師進行現場監督取樣，復試性

能指標符合標準后，現場方可使用。進場材料應按交通產品嚴格落實使用與存儲的規定，并建立進出場及使用臺賬。

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

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

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，汽車運輸至現場。在綁扎完底板鋼筋后進行拼裝并調整見圖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段進行編號；現場組裝時，按出廠編號順序進行拼裝，拼縫粘貼堵漏密封條。在正式組裝前，進行試拼裝，檢查模板拼縫是否嚴密，螺栓孔是否對齊，表面平整度是否符合要求，并驗收模板的結構尺寸。

（2）模板拼裝完成后，對與混凝土接觸的表面進行除銹，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，拼縫是否嚴密。

（3）模板安裝時不得與鋼筋作業相互重疊，底板鋼筋綁扎完成后安裝外側模板，中隔板及端隔板模板在鋼筋安裝完成后安設，安設中隔板和端隔板時，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，要復核結構尺寸位置正確。澆筑混凝土時，經常檢查模板變形值，并及時對模板偏差進行糾正。

2.3 波形鋼腹板安裝

波紋鋼腹板在安裝前，做好施工放樣的準備工作，找出安裝中線位置，做好標記。安裝的鋼腹板臨時固定在箱梁模板槽口處，鋼腹板外側采用頂托形式見圖4，支撐螺桿長度根據調整長度提前準備，也可根據現場實際情況進行改動。

圖4 波紋鋼腹板外側頂撐

圖5 波紋鋼腹板現場焊接

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行。并且在安裝前，將進場的波紋鋼腹板節段按設計梁體長度進行現場拼接，拼接成三個長節段見圖5，方便后續起吊和節省安裝時間。

波形鋼腹板在焊接之前要對焊縫處進行打磨，可在吊裝之前進行打磨，節省安裝時時間，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 波紋鋼腹板現場安裝

施工高強螺栓前應修整螺栓孔內的毛刺、污物等影響螺栓預拉力的因素。保證高強螺栓能順利穿入孔內。安裝螺栓時應順暢穿過螺孔，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，對稱向兩端進行。采用扭矩法擰緊高強度螺栓連接副，初擰、復擰和終擰應在同一日內完成。初擰應由試驗確定，一般為終擰扭矩的50%。

2.4 波形鋼腹板焊接

波形鋼腹板現場焊接質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，應該按照設計要求做好焊接工作，并使焊接質量達到設計文件要求。波形鋼腹板焊接主要采用貼角焊縫連接。

波紋鋼腹板調整平面位置后，點固前，必須按設計文件檢查焊件坡口尺寸、根部間隙等，如不符合要求，不得進行現場點固焊。點固焊應與正式焊縫一樣的質量要求。點固焊長度、間距及焊腳高度應符合有關規范標準的要求。

在正式焊接前，應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，在進行節段間雙面貼角焊縫之前應打磨節段間相鄰的防腐漆層，防止焊接過程中產生雜質，見圖9。手工焊焊接的引弧應放在焊接坡口之內進行。

焊接中應盡量不斷弧，如有斷弧必須將停弧處刨成1：5斜坡后，并搭接50mm再引弧施焊。多層焊接宜連續施焊，應注意控制層間溫度，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,否則應校正后再施焊。

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

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，螺栓安裝前應按圖紙及工藝文件對零件編號、外形尺寸和坡口方向進行確認，無誤后方可組裝。高強螺栓安裝順序分為初擰、復擰和終擰，并在24h之內將三項工作完成。扭矩應符合《鋼結構用高強度大六角螺栓》（GB/T1228）及《鋼結構用扭剪型高強度螺栓連接副》（GB/T3632）的規定[1]。

（2）鋼腹板螺栓安裝前對連接摩擦面進行打磨處理，復驗相關技術參數后，經監理及現場技術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，其螺栓個數為接頭螺栓總數的1/2以上；并每個接頭不少于2個，沖釘穿入數量不宜少于臨時螺栓數量。組裝時先用沖釘對準孔位，在適當位置插入臨時螺栓用扳手擰緊。不準用高強螺栓兼做臨時螺栓，以防螺栓損傷。

（4）安裝高強螺栓時應能夠自由穿入孔內，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，墊圈孔有倒角的一側應和螺母接觸，不得反裝。螺栓不能自由穿入時，不得采用氣割擴孔，要用鉸刀鉸孔，修孔時需使板層緊貼，以防鐵屑進入板縫，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，用高強度螺栓進行替換。不得在雨天安裝高強螺栓且摩擦面應處于干燥狀態。

2.6 波紋鋼腹板與混凝土頂底板的連接

波形鋼腹板與混凝土頂板及底板的連接是關系到鋼腹板預應力混凝土箱梁整體性的關鍵構造。設計采用焊釘與頂板和頂板進行連接，施工時注意混凝土頂板底板的抗剪部件的施工質量，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底板連接方式為栓釘連接，此方法通過栓釘連接件使混凝土與波形鋼腹板共同受力。通過栓釘與頂底板混凝土嵌入，箱梁的整體性得到了較大幅度的提高。在施工過程中，嚴格按照設計圖紙鋼筋放置。

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制過程中重要的結合部位，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，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，中橫梁通過預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現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行；第二次是箱梁頂板內模安裝完成，鋼筋綁扎完成后。在澆筑之前，對鋼腹板箱梁支撐系統、模板、鋼筋綁扎情況、波紋管襯管穿入及預埋件埋設情況等進行全面檢查；并對拌合站試驗室提供的配合比、攪拌機的計量情況進行檢查啊，確保澆筑時混凝土的質量可靠保證。波紋鋼腹板箱梁澆筑方式采用連續澆筑，插入式震動器配合，振搗時觀察混凝土表面泛漿、表面不再出現氣泡時結束振搗，并在澆筑過程中嚴格控制振搗時間，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，對已經澆筑完成的混凝土表面進行鑿毛處理，保證新舊混凝土的結合。澆筑時，加強對頂板及底板與混凝土結合處的振搗，保證鋼混結合處混凝土密實[2]。

2.9 鋼絞線張拉壓漿施工

2.9.1 鋼絞線張拉

當頂板與底板混凝土強度達到圖紙強度規定值的90%以上時方可進行張拉施工作業，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準控制法，伸長值根據試驗室提供的實際彈性模量計算后得出張拉時的數值，作業過程中的伸長值與圖紙規定的伸長值偏差在規定的±6%以內。

（2）按照設計圖紙要求對預應力鋼絞線進行編號、編束、下料及穿束。鋼絞線下料時應用圓盤切割，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）預應力鋼絞線張拉前應計算理論伸長值與設計伸長值的差異，如理論伸長值偏差過大，將數據進行復核無誤后進行張拉作業，張拉順序為0→初應力σcon（10%）→σcon（20%）σcon（100%）→持荷5min→錨固。

（4）嚴格按照圖紙設計及規范規程的順序，對雙端張拉應對稱和均勻進行；對單端張拉，在張拉過程中應進行全程旁站，對張拉伸長值及油表讀數進行詳細記錄。確保張拉力達到100%并且持荷5分鐘后進行錨固。

（5）在現場旁站過程中，如發現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整措施，再繼續張拉，發生滑絲等不符合要求時，采用放張設備對鋼絞線進行更換后重新進行張拉作業。

（6）預應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 預應力孔道壓漿

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

（2）壓漿前應將管道內積水排除，壓漿時，應保證出漿端和進漿端的漿液流動度相同時，關閉止漿閥并開始壓漿。

（3）在壓漿過程中要嚴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，保證管道壓漿質量。

（4）波紋鋼腹板箱梁壓漿程序如下：

①安裝一次性止漿管和止漿閥，并將進漿管道接入止漿閥處，使進漿閥和出漿閥處于開通狀態[3]。②拌制水泥漿：水泥漿液的制備，應先加入水達到配合比的質量后，開啟水泥螺旋進料開關，使水泥和水進行拌合，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漿端的流動度相同時，關閉出漿端處的閥門，保壓時間3-5min，然后關閉進漿閥后，卸去壓漿管后進行其他孔道的壓漿。

3 結語

西鳳大道分離式立交橋上部結構為（4×25）米波形鋼腹板預應力先簡支后連續混凝土箱梁。這種結構能夠將鋼結構和混凝土結構有效結合起來，提升了箱梁整體的穩定性和抗震性，并在一定程度上減少了上部結構的重量，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。具有技術先進、經濟性好、施工簡便和廣闊的推廣前景。為波形鋼腹板預應力混凝土橋梁的推廣提供了方案支撐和技術指導,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景。