南京長(zhǎng)江五橋波形鋼腹板箱梁節(jié)段預(yù)制拼裝技術(shù)*

種愛(ài)秀，周 橋,2,3，嚴(yán)登山，李自強(qiáng)，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(zhǎng)大橋建設(shè)國(guó)家工程研究中心有限公司，北京 100088；3.交通運(yùn)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(zhǎng)大橋梁建設(shè)施工技術(shù)交通行業(yè)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖北 武漢 430040)

1 工程概況

南京長(zhǎng)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(gè)區(qū)段，3座跨線(xiàn)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?yàn)槔M(jìn)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(gè)預(yù)制節(jié)段，0號(hào)塊為現(xiàn)澆節(jié)段，長(zhǎng)2.0m，1～14號(hào)節(jié)段為變高梁段，長(zhǎng)1.5，2.4，3.2m，懸拼梁段最大吊重約99.4t(見(jiàn)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(kāi)孔鋼板，兼作箱梁頂板加腋處混凝土澆筑時(shí)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(duì)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(jìn)一步保障施工質(zhì)量、縮短現(xiàn)場(chǎng)施工時(shí)間、減少對(duì)既有交通環(huán)境影響，提出短線(xiàn)匹配預(yù)制、架橋機(jī)懸臂拼裝施工工藝，波形鋼腹板在鋼結(jié)構(gòu)廠(chǎng)制造，運(yùn)輸至混凝土構(gòu)件預(yù)制場(chǎng)地，采用短線(xiàn)匹配預(yù)制工藝逐節(jié)段成型組合梁節(jié)段，待存放期滿(mǎn)足要求后轉(zhuǎn)運(yùn)至施工場(chǎng)地。梁段預(yù)制的同時(shí)施工下部結(jié)構(gòu)，然后吊裝2個(gè)中間墩1號(hào)節(jié)段，澆筑0號(hào)節(jié)段，架橋機(jī)過(guò)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(shí)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(diǎn)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(diǎn)。

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

2)節(jié)段間波形鋼腹板對(duì)接焊連接。預(yù)制時(shí)波形鋼腹板入模難度大、定位精度要求高、混凝土澆筑過(guò)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(xì)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(guò)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(tái)座內(nèi)的作業(yè)時(shí)間，但會(huì)增加整體吊裝難度及波形鋼腹板在預(yù)制臺(tái)座內(nèi)難以調(diào)整的風(fēng)險(xiǎn)；分部入模易施工，但鋼筋骨架組裝效率較低。結(jié)合本項(xiàng)目連接構(gòu)造形式及鋼筋布置特點(diǎn)，采用BIM技術(shù)進(jìn)行虛擬拼裝，最終選用分部入模。對(duì)于被鋼筋混凝土連接件或波形鋼腹板斷開(kāi)的區(qū)域，應(yīng)增加輔助連接鋼筋，以提高鋼筋籠吊裝時(shí)的整體穩(wěn)定性，減少變形。

2)短線(xiàn)匹配預(yù)制模板系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(jì)需考慮以下幾點(diǎn)：①固定端模應(yīng)在腹板區(qū)域設(shè)置活動(dòng)塊，方便波形鋼腹板下放入模；②固定(浮動(dòng))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(guò)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(zhuān)用匹配預(yù)制模板系統(tǒng)如圖2所示。

圖2 專(zhuān)用匹配預(yù)制模板系統(tǒng)

針對(duì)變截面特點(diǎn)，將端模分為端模固定塊、端模活動(dòng)塊，固定塊與端模支架焊接固定，確保端模頂標(biāo)高不變，通過(guò)調(diào)整、更換端模底部變化塊形式擬合箱梁斷面變化；同時(shí)，將底模設(shè)置為高度可調(diào)節(jié)的結(jié)構(gòu)形式，以滿(mǎn)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(jìn)行吊裝。吊裝邊腹板節(jié)段時(shí)，在底部纜風(fēng)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(chǎng)前已按制造線(xiàn)形預(yù)拼，并在相鄰節(jié)段間設(shè)置臨時(shí)匹配連接件，因而除起始節(jié)段外的標(biāo)準(zhǔn)節(jié)段，波形鋼腹板均可通過(guò)臨時(shí)匹配件與匹配梁進(jìn)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(guò)限位擋板及止?jié){耳座等進(jìn)行固定。波形鋼腹板定位后，應(yīng)再次進(jìn)行定位復(fù)測(cè)，并確保定位措施能有效控制波形鋼腹板在澆筑過(guò)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(duì)埋入式連接構(gòu)造，底板布料順序?yàn)椋旱装逯醒搿徊ㄐ武摳拱甯糸_(kāi)的箱室內(nèi)側(cè)承托→被波形鋼腹板隔開(kāi)的箱室外側(cè)承托，橫向兩側(cè)對(duì)稱(chēng)澆筑。為確保底板混凝土澆筑的均勻性，澆筑時(shí)在固定端模頂面掛設(shè)串筒，并經(jīng)溜槽輸送至底板進(jìn)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(yán)禁用振搗棒直接“趕料”。混凝土振搗以插入式振搗為主、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(shí)機(jī)、吊點(diǎn)及存放支點(diǎn)布置、轉(zhuǎn)運(yùn)過(guò)程中的增強(qiáng)措施等。通過(guò)有限元分析及現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，結(jié)果表明：①混凝土抗壓強(qiáng)度分別達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的75%，85%后方可進(jìn)行脫模、吊裝作業(yè)；②針對(duì)寬幅雙箱室節(jié)段梁，采用12吊點(diǎn)方案進(jìn)行起吊，雙層存梁時(shí)，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(yùn)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(jī)懸臂拼裝

3.1 難點(diǎn)分析

以主跨78m的跨大堤及濱江大道橋?yàn)槔ㄐ武摳拱逑淞汗?jié)段架橋機(jī)懸臂拼裝需解決以下幾個(gè)問(wèn)題。

1)墩頂塊及1號(hào)塊均在支架上施工，1號(hào)塊安裝精度直接決定整個(gè)T構(gòu)拼裝精度，需確保墩旁支架剛度及強(qiáng)度，同時(shí)采取措施減少架橋機(jī)過(guò)跨帶來(lái)的不利影響。

2)標(biāo)準(zhǔn)節(jié)段懸臂拼裝包括頂、底板環(huán)氧膠涂抹，頂、底板臨時(shí)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(shí)連接及永久連接等，連接工序多，需優(yōu)化，使其既能滿(mǎn)足施工過(guò)程中受力要求，還能提高現(xiàn)場(chǎng)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(jī)對(duì)稱(chēng)懸拼施工，先安裝左幅再安裝右幅。首先搭設(shè)墩頂1，2號(hào)塊拼裝支架和0號(hào)塊現(xiàn)澆支架，采用履帶式起重機(jī)吊裝1號(hào)塊；0號(hào)塊現(xiàn)澆完成后，在0，1，2號(hào)塊上拼裝橋面吊機(jī)，對(duì)稱(chēng)拼裝標(biāo)準(zhǔn)節(jié)段。邊跨箱梁在架橋機(jī)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(jī)跨度較小，需在中跨跨中設(shè)臨時(shí)墩，用以架橋機(jī)過(guò)跨，如圖4所示。

圖4 架橋機(jī)懸臂拼裝典型工序

3.3 1號(hào)塊高精度安裝

1號(hào)塊采用200t履帶式起重機(jī)進(jìn)行安裝。吊裝前在墩旁支架上放樣1號(hào)節(jié)段縱橫橋向邊線(xiàn)，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(tái)三向千斤頂進(jìn)行位置精準(zhǔn)調(diào)整，先驅(qū)動(dòng)平推頂，調(diào)整軸線(xiàn)及里程位置，然后驅(qū)動(dòng)豎向頂，調(diào)整標(biāo)高，調(diào)整完成后復(fù)測(cè)，直至定位精度滿(mǎn)足要求，軸線(xiàn)偏位<2mm，四角頂面高程偏差為±2mm；精調(diào)完成后，將準(zhǔn)備好的梁底楔形墊塊塞緊，保證回頂后梁體無(wú)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(guò)2根JL32精軋螺紋鋼筋臨時(shí)錨固梁體與墩旁支架，利用頂、底板內(nèi)臨時(shí)預(yù)應(yīng)力將0號(hào)塊兩側(cè)1號(hào)塊拉結(jié)固定，以消除0號(hào)塊混凝土現(xiàn)澆部分側(cè)壓力對(duì)1號(hào)塊的影響。

3.4 標(biāo)準(zhǔn)節(jié)段懸臂拼裝

1)2號(hào)塊拼裝 由于1號(hào)塊支承于支架上方，而2號(hào)塊通過(guò)架橋機(jī)安裝，節(jié)段支撐條件的差異必然帶來(lái)匹配口變形差異，進(jìn)而影響2個(gè)節(jié)段的順利密貼。2號(hào)塊安裝前，一方面通過(guò)計(jì)算分析掌握吊裝過(guò)程中的變形量，另一方面對(duì)1號(hào)塊進(jìn)行精確測(cè)量，對(duì)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(shí)機(jī)。

2)鋼筋混凝土匹配連接 節(jié)段試拼完成后，在規(guī)定時(shí)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(shí)預(yù)應(yīng)力拉桿，按設(shè)計(jì)值和規(guī)定的順序張拉臨時(shí)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(shí)進(jìn)行預(yù)應(yīng)力管道壓漿，完成1對(duì)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(biāo)準(zhǔn)節(jié)段架橋機(jī)懸臂拼裝

4 結(jié)語(yǔ)

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(zhǎng)江五橋北引橋主體結(jié)構(gòu)貫通，標(biāo)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(xiàng)目實(shí)施過(guò)程中，研發(fā)了專(zhuān)用匹配預(yù)制模板系統(tǒng)，可同時(shí)滿(mǎn)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(xiàng)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(xiàng)措施確保波形鋼腹板組合梁節(jié)段吊裝運(yùn)輸過(guò)程中的結(jié)構(gòu)安全、精準(zhǔn)密貼等。