波形鋼腹板連續剛構橋懸臂施工技術研究

樊江FAN Jiang

（中國鐵建昆侖投資集團有限公司，成都 610000）

1 概述

云南省墨江至臨滄高速公路地約科1 號大橋為3×30m+72m+125m+72m+3×30m 波形鋼腹板連續剛構橋+預應力混凝土連續T 形梁橋，橋梁全長455m，為跨谷高架橋，橋面距離谷底最大高差108.059m。采用16～25mm 厚度的，材質為Q345C 鋼的1600 型波形鋼板制作波形鋼腹板。采用體內預應力與體外預應力相互結合的方式設置預應力。

相較于傳統預應力混凝土箱梁橋主梁自重的30%～40%的主梁自重來自混凝土腹板，波形鋼腹板橋梁在橋梁上部結構自重占比得到了極大的減輕。而且波形鋼腹板具備折疊效應，不承受軸向力和彎矩，且具有很高的抗剪屈曲性能。根據這些特性，波形鋼腹板在預應力混凝土橋梁中的應用不僅極為合理，而且其能夠承擔足夠的剪力，在混凝土頂板以及底板的預應力效率提高方面有突出表現。另外施工過程中，像腹板的模板這些傳統的施工步驟的減少，促使現場的工程量得到了極大的減輕。但與傳統的預應力混凝土箱梁相比，波形鋼腹板面外方向的剛度存在不足的缺點，為了防止截面變形，曲線橋或斜橋在適當的間隔范圍內需要設置橫隔板。例如在曲線橋中波形鋼腹板的最小平面彎曲半徑達到140m。

2 懸臂施工技術研究

2.1 0#塊施工

地約科大橋施工采用掛籃對稱懸臂平衡澆筑方式，在懸澆過程中，遵循對稱、均衡、同步的原則，兩端不平衡重量最大不超過一個梁端的底板自重。

橋墩施工完成后，在墩頂旁搭托架澆筑箱梁0#塊，因0#塊存在結構和受力情況復雜，且縱向及豎向預應力管道集中，鋼筋密集，混凝土方量大等特點。為避免出現有害裂縫，保證施工質量，澆筑過程中需控制混凝土水化熱帶來的影響，且分層澆筑時還需合理明確分層位置，盡量縮短各層混凝土澆筑時間差，以防止因各層混凝土收縮不均衡導致的混凝土開裂的情況出現，另外0#塊內外的澆水養生也同樣要注意，對塊件內的通風降溫要加強，避免因內外溫差過大造成混凝土開裂

2.2 掛籃設計及拼裝

整個掛籃施工全程分為四個內容：掛籃加工、掛籃安裝、掛籃加載試驗、掛籃施工監控。因掛籃屬于特殊構件，存在長時間且反復使用的特點，因此掛籃主要受力系統構件全部交由專業鋼結構加工廠家進行加工，其余配件和模板等均由本公司內的專業加工人員在工地現場加工。

掛籃拼裝的順序是：安裝波形鋼腹板間臨時支架→鋪設四氟滑板軌道→安裝掛籃前、后支點（臨時穩固）→連接縱梁→前、后上橫梁→吊桿→前、后下橫梁→底縱梁→模板。

特別要注意，支點與連接縱梁、前后上橫梁焊接牢固之前，施工過程中容易傾覆，應采取臨時穩固措施。

掛籃要有足夠的剛度，在拼裝完成后，需要按照圖紙逐步的詳細檢查，尤其是各個結點、銷子、錨桿的連接情況，確保拼裝穩妥可靠。進行預壓測試時，應按其110%需承受的全部荷載進行預壓，最大程度的消除非彈性變形，避免因掛籃變形造成塊件結合面開裂，并記錄彈性變形曲線，確定立模標高和預拱度。

2.3 懸臂澆筑

波形鋼腹板PC 箱梁橋采用節段懸臂法澆注施工，其施工步驟為圖1 所示。

圖1 節段懸臂法澆注施工步驟

波形鋼腹板箱梁橋懸臂澆注一般多用菱形掛籃，但預留了波形鋼腹板的吊裝設備與空間。借助其上翼緣板與下緣混凝土突緣，波形鋼腹板也可以成為節段懸澆的工作平車承重結構。

懸臂澆注用掛籃設計要求類同PC 箱梁橋的節段懸澆掛籃，唯應注意波形鋼腹板吊裝定位系統的設計、鋼-混凝土連接處混凝土施工以及混凝土橫隔施工等不同之處。

懸臂塊件澆筑時，為防止新舊混凝土接縫處出現豎向接縫，應由懸臂端向已澆筑塊件方向澆筑混凝土。在混凝土齡期不低于7 天且其強度達到強度等級的90%及以上時方可施加預應力。

2.4 箱梁合龍施工

箱梁合龍順序應先邊跨、后中跨，在單T 完成前應提早做好邊跨的合龍準備工作，以便單T 完成搶先合龍邊跨，盡可能將長懸臂和中跨、邊跨合龍避開大風季節。張拉合龍鋼束前，應采用加強整跨箱梁頂部的澆水或者覆蓋整跨箱梁等措施減少箱梁懸臂的日照溫差。

2.5 邊跨合龍

合龍前，先安裝邊跨吊架，兩支點分別支撐在邊跨現澆段梁端和懸臂端，同時中跨要施加吊架平衡。在邊跨、中跨最大懸臂位置同時對稱設置1/2 合龍段重量的平衡水箱（或砂箱），澆筑邊跨合龍段混凝土時，要同時卸載邊跨平衡箱中等量的水（或砂）。

混凝土齡期不低于7 天且其強度達到90%設計強度開始張拉邊跨頂板、底板預應力鋼束。此時即可拆除邊跨合龍段吊架，但需保持等待荷載在原處，以保持T 構懸臂兩端平衡，且應保持中跨平衡重不卸載。（圖2）

圖2 邊跨合攏工況圖

2.6 中跨合龍

中跨合龍前要采取勁性骨架鎖定，安裝吊架，兩支點分別支撐于兩懸臂端。澆筑合龍段混凝土時，應同時卸載中跨平衡箱中等量的水（或砂），混凝土齡期不低于7 天且其強度達到90%設計強度開始張拉邊跨頂板、底板預應力鋼束。張拉完成后拆除所有吊架、模板及等代荷載。（圖3）

圖3 合攏段施工工藝流程圖

2.7 梁端混凝土施工

混凝土強度不低于90%的設計強度且齡期大于等于7 天才能進行預應力張拉，并且縱向預應力張拉后方可拆模，橫向預應力張拉前，箱梁翼緣范圍內不得堆載重物，梁端自重誤差需嚴格控制在-3%～+3%范圍內。

掛籃的前吊帶應采用鋼板吊帶，嚴禁采用含碳量高的精軋螺紋粗鋼筋等脆性材料，縱梁最大程度上要提高掛籃剛度，不可采用貝雷梁或萬能桿件。掛籃自重不得大于最重的懸澆梁段自重的0.5 倍，掛籃前吊帶應設置可調節標高的裝置，任何梁端混凝土的澆筑全部要求從懸臂端部向已澆筑端順序澆筑，避免產生豎向裂縫。

3 波形鋼腹板施工

3.1 波形鋼腹板加工及運輸

波形鋼腹板以壓模法加工制作，而結構尺寸的控制在整個加工過程中尤為重要，必須在工廠進行預拼裝，確保現場安裝時順利進行。波形鋼腹板在運輸、儲存時可多層疊放，但層數一般要多于5 層，且底層鋼板下方應放置與其外形相同的存放墊。（圖4）

圖4 波形鋼腹板底面圖

3.2 波形鋼腹板的焊接

現場波形鋼腹板安裝定位后，才可進行節段板之間的立縫焊接。焊接工作開始之前，做焊接工藝評定。可采用全自動焊接小車對貼角焊縫進行無死角焊接。

焊接順序：①首先固定腳手架，人員穿好安全帶。②施焊前對連接貼角面30～50mm 范圍內的鐵銹、污物等進行清除，直至露出鋼材金屬光澤。③在施焊周圍設立擋風防雨圍擋，防止風雨對焊接質量影響。④施焊時嚴禁在母材的非焊接部位進行引弧。⑤多層焊接宜采用連續施焊且盡量把控好層間溫度，在焊完一層焊縫后要及時清除藥皮、熔渣、溢流并檢查無缺陷后方可進行下一層施焊。

波形鋼腹板間的縱向連接，節段內連接可在工廠內完成，節段間的連接在懸澆過程中完成，縱向連接采用雙面搭接貼腳焊，施工時采用螺栓進行臨時固定，調整到位后焊接。

本橋現場焊接主要以CO2氣體保護焊為主，手工焊電為輔的焊接工藝。因CO2氣體保護焊主要有以下優點：

①生產率高。CO2氣體保護焊的電流密度很大，電弧熱量集中，焊絲的融敷很大，遠大于焊條電弧焊。

②成本低。CO2氣體的來源比較廣，價格低廉且能源消耗也少于焊條電弧焊。（電弧熱能利用率高實心焊絲基本沒有焊渣或焊劑消耗的能量），通常CO2氣體保護焊的成本僅為焊條電弧焊的4‰～5‰，是目前廉價的焊接方法。

③焊接變形小。CO2氣體保護焊具有熱量集中，加熱面積小的特點，同時CO2氣體從噴嘴焊向焊件，還可以將焊件的一些熱量帶走，從而使焊接熱影響區減小，焊接變形明顯減小，尤其在焊接薄板時更為突出。

④抗銹能力強。CO2氣體保護焊對鐵銹和水分的敏感性比埋弧焊和氬弧焊低，在焊接低合金鋼時，不易產生冷裂紋。

3.3 波形鋼腹板與混凝土頂、底板的連接

波形鋼腹板與頂板間采用開口扳連接，與底板間采用外包式鋼板+焊釘連接。施工時要嚴格保證連接件及相關部位的施工質量，確保箱梁的整體性。在澆筑混凝土前，應仔細檢查各連接部位，確保在混凝土澆筑振搗時，連接件位置不出現偏移，如有必要可以采取臨時措施加以保證，若偏移超出允許值需及時糾偏。

3.4 波形鋼腹板與橫梁、跨間橫隔板及內襯混凝土的連接

波形鋼腹板與橫梁及橫隔板連接分別采用板連接與焊釘連接的方式，同時設有內襯混凝土的位置，連接方式采用波形鋼腹板上設焊釘的方式，本部分混凝土與底、頂板同時澆筑。施工前需進行必要的焊接工藝試驗，在試驗滿足條件后方可進行施工，施工時盡量控制好混凝土振搗棒，避免其與焊釘發生直接碰觸。

4 主跨結構施工監控

4.1 主梁撓度監測

在施工監控中，控制成橋現行的主要監測依據來自撓度觀測資料。撓度觀測需盡量降低溫度變化帶來的影響，觀測時間一般安排在早晨太陽出來前進行，觀測過程中對觀測時間節點和環境溫度進行詳細記錄。高程觀察點需在每個施工塊件上布置5 個且保持對稱，高程控制點在離塊件前端10cm 處使用φ16 圓鋼筋進行布置，同時要求垂直方向與頂板的上下層鋼筋點焊牢并豎直。測點（鋼筋）露出箱梁混凝土表面2cm 且需要磨平并用紅油漆標記。

4.2 主跨結構應力監測

選取每幅橋邊跨L/4、墩頂、0#塊邊緣、中跨L/4、11 號塊過渡段、中跨合龍段等15 處作為全橋主梁應力控制截面的設置位置；并在靠近支座處、過渡段等位置設置16 處波紋鋼腹板剪力監測斷面。為應對過渡段底板節段可能發生的應力集中及突變，將過渡段底板混凝土替換為鋼板，并對其應力進行加密監測。

4.3 體外束監測

體外束有效索力監測波形鋼腹板PC 連續梁橋是一種體內束與體外束結合的結構，因采用波形鋼腹板作為腹板，故在結構中不存在腹板束，若過多施加頂板束，底板的拉應力可能會被引出。進行體外束的監測，可以有效地對體外束施加進行判斷。本橋體外束檢測數量為6 根，每跨選擇兩根。監測設備擬采用磁通量傳感器，用索力動測儀抽樣復核。

5 技術成果

施工過程中開展QC 小組活動，提高波形鋼腹板安裝質量，形成工法。根據監測、計算數據及模型成果，及時調整預拱度及線性數據，為施工做指導。施工完后根據施工過程中的技術資料，監測資料及各方相關專家的意見形成波形鋼腹板連續剛構梁的技術報告，并上報有關部門，吸取施工過程中好的有利的施工方法，排除繁瑣復雜的步驟，更加優化波形鋼腹板連續剛構的施工技術。