大跨径波形钢腹板梁桥异步施工控制关键技术研究_陈小宁.pdf

运输经理世界隧道与桥梁工程1项目概况项目采用一级公路标准建设，双向六车道，该危桥改造工程考虑在老桥下游新建半幅 17m 宽桥梁，设计速度 80km/h。桥跨布置采用（25+26+25）m 现浇箱梁+（335）m 组合箱梁+（240）m 组合箱梁+（72.5+125+72.5）m 波形钢腹板变截面连续箱梁+（335）m组合箱梁+3（435）m 组合箱梁+（35+40+35）m 组合箱梁+（340）m 组合箱梁+（535）m 组合箱梁+（322）m 空心板梁，全桥共计 12 联、40 跨，桥梁总长1530.16m。主桥采用（72.5+125+72.5）m 波形钢腹板变截面连续箱梁跨越某主航道，南北两侧引桥以 35m、40m 组合箱梁为主，第一联采用现浇箱梁，第十二联采用 22m 空心板梁，整体效果如图 1 所示。图 1 桥梁整体效果图2大跨径波形钢腹板梁桥特点该大桥主桥上部结构为（72.5+125+72.5）m 波形钢腹板变截面连续梁。相较于其他梁桥结构，波形钢腹板梁桥具有结构耐久性好、预应力效率高、自重轻、施工便捷等优势。传统梁桥结构一般采用混凝土腹板，但随着梁桥承受剪力增加，桥梁腹板出现开裂情况，产生褶皱效应，使得桥梁底板混凝土收缩，影响桥梁结构的安全性。应用波形钢腹板可降低底板混凝土徐变风险，同时有助于提升建设效率、缩短工期，确保桥梁结构的完整性和稳固性。近年来，波形钢腹板梁桥设计理论更为成熟，在大跨径梁桥设计中，该桥型的竞争优势非常明显1。3大跨径波形钢腹板梁桥异步施工优势分析3.1 受力性能方面采用传统的悬臂浇筑工艺建设大跨径梁桥，施工产生的荷载经过挂篮结构传递到已浇筑区域，但无法将荷载分配到波形钢腹板上。异步施工工艺是在悬臂浇筑期间，直接将波形钢腹板作为大跨径梁桥的承力结构，可以承担挂篮荷载、其他施工荷载，不仅能够提高桥梁施工材料的利用率，还可以保障施工效率2。3.2 挂篮构造方面对于大跨径波形钢腹板梁桥，传统施工工艺的弊端非常明显，存在挂篮自重大、钢材损耗大、结构受力不均等问题，施工过程中的安全隐患较大。波形钢腹板起吊时，挂篮高度限制起吊空间，增加起吊难度，影响后期施工作业。甚至出现后锚不稳的问题，引起错台、裂缝、挂篮失稳风险。波形钢腹板梁桥采用异步施工后，简化挂篮结构形式，减轻挂篮自重，节约钢材。在此期间，挂篮结构由悬臂转换为简支，使得挂大跨径波形钢腹板梁桥异步施工控制关键技术研究陈小宁（南京市公路事业发展中心，江苏 南京 210000）摘 要：为了提高大跨径波形钢腹板梁桥的施工质量，结合某大桥危桥改造工程，分析大跨径波形钢腹板梁桥特点，对桥梁异步施工的优势展开探讨，同时详细研究大跨径波形钢腹板梁桥异步施工关键技术，探析异步施工工艺在大跨径波形钢腹板梁桥中的应用价值，促进我国桥梁建设事业的创新发展，以期为同类型施工提供参考。关键词：大跨径；梁桥；异步施工；挂篮构造中图分类号：U445.4文献标识码：A112运输经理世界隧道与桥梁工程篮后的锚固系统更为简单，可以自主保持平衡，确保施工的安全性。挂篮施工时，波形钢腹板顶板开孔钢板作为桥梁挂篮的行走轨道，简洁、稳定系数大，现场拼装难度低，同时增强挂篮的抗倾覆性能力3。3.3 施工作业方面在波形钢腹板梁桥建设中，常规的悬臂浇筑法是在同一断面浇筑模板、钢筋、混凝土顶板、混凝土底板，进行预应力张拉后安装波形钢腹板。但这种施工工艺的工序相互干扰，严重限制施工效率的提升。异步施工是将波形钢腹板作为主要承重构件，同时错开梁桥施工时的节段顶板、底板、腹板浇筑作业，每一节点作业和波形钢腹板吊装作业同时进行。此种异步施工可以在保证施工质量、安全的基础上，简化挂篮构造，控制挂篮施工的用钢量，且作业空间大，消除重叠施工的隐患。4大跨径波形钢腹板梁桥异步施工关键技术要点4.1 桥梁结构设计该 大 桥 危 桥 改 造 项 目 中 箱 梁 0#块 节 段 共 长9.8m，在支架上浇筑。两侧各有 14 个悬浇节段，节段长度为 73.2m、74.8m。1#14#梁段采用挂篮悬臂浇筑施工。主桥（单幅）共有 3 个合龙段，含 1 个中跨合龙段和 2 个边跨合龙段，合龙段长均为 3.2m，在吊 架 上 浇 筑。边 跨 现 浇 段 长 8.4m，在 支 架 上 浇 筑。纵 向 预 应 力 钢 束 设 置 了 顶 板 束（T）、顶 板 预 备 束（Ty）、顶 板 合 龙 束（H）、底 板 束（B）、底 板 预 备 束（By）和体外束共 6 种，除边跨顶板合龙束、边跨底板预备束为单端张拉外，其余均为两端张拉。4.2 基本流程基于大跨径波形钢腹板梁桥异步施工工艺，主桥主要的施工流程如下：第一步，进行基础、承台、桥墩及桥台等施工作业，并由工厂制造波形钢腹板。之后立模浇筑 0#块，预埋波形钢腹板，完成墩梁临时固结，张拉悬浇束和本段横向束、竖向筋；安装 1#钢腹板并进行焊接，钢腹板安装完成后，利用钢腹板自承重能力，在钢腹板上进行挂篮上下横梁底模板体系的安装。第二步，浇筑 1#块底板混凝土，安装 2#块钢腹板并焊接，挂篮前移。1#块顶板、2#14#块悬浇段施工采用异步法悬臂施工：首先，将挂篮移动到 n 节段，n节段底模板和 n-1 顶板内模随挂篮同步移动到位，然后安装 n 节段底板和 n-1 节段顶板普通钢筋，并浇筑n-1 节段顶板混凝土和 n 节段底板混凝土。其次，混凝土养生期间，吊装 n+1 节段波形钢腹板。最后，混凝土强度达到要求后，张拉 n-1 节段纵向束，同时将挂篮前移，循环至下一节段，如图 2 所示。第三步，现浇桥梁结构中的边跨段支架。后撤挂篮，一边安装波形钢腹板，绑扎顶、底板钢筋，浇筑边跨合龙段混凝土，一边张拉边跨。随后拆除边跨支架、吊架，解除主墩临时固结，成为单悬臂体系。安装波形钢腹板，绑扎顶、底板钢筋，浇筑中跨合龙段混凝土，待强度达到设计要求后张拉 Bc1Bc10，并从边跨到中跨对称张拉体外预应力束，涂装波形钢腹板，完成桥面系及附属设施后成桥。图 2 悬臂块异步施工步骤示意图4.3 技术要点4.3.1安装底板、腹板钢筋（1）安装期间，施工人员需应用保护层垫块，避免在施工后期骨架重量增加，提高安装难度。在此期间，为预防模板损伤，应用撬棍时，还需严格控制底板上下层钢筋结构的支撑重量，立筋需符合施工荷载。为控制底板上层钢筋自重，不同层级垫块使用后应立即布设马镫、对支架立筋。（2）选择保护层垫块时，需严格控制垫块材料，选用高强度、刚度的材料。制作混凝土垫块时，垫块强度应大于混凝土强度等级。垫块保护层规格一般为7cm7cm7cm，桥梁结构高度超过 1.5m 后，可应用10cm10cm10cm 混凝土保护层垫块。但对于钢腹板 垫 块，其 结 构 需 设 置 为 梅 花 形，间 距 不 得 超 过750mm。绑扎底板、腹板钢筋时，还需提前预留预应力孔道，避免在钢筋成型后难以预留孔道。需要注意的是，施工人员应结合桥梁设计，根据不同梁段灵活移动钢筋垫块，有序完成钢筋绑扎、立模、浇筑混凝土、施加预应力作业。（3）波形钢腹板安装阶段，针对波形钢腹板的柔性特征，需在施工过程中对其进行空间定位，避免横向偏位严重，造成两侧悬臂端不能正常合龙。所以需要在钢腹板端部截面设置 12 个坐标观测点用于安装定位。在钢腹板上缘设置测点，用于控制腹板标高及水平坐标，在钢腹板下缘设置测点，用于控制腹板水平坐标，以此加强波形钢腹板施工监测。4.3.2混凝土浇筑在大跨径波形钢腹板梁桥异步施工中，混凝土浇筑前需做好质量管理，施工材料应符合桥梁施工要求。在该危桥改造项目中，混凝土采用 C55，弹性模量 为 3.55E4MPa，混 凝 土 线 膨 胀 系 数（以 计）为1.0E-5，波 形 钢 腹 板 采 用 1600 型 波 形 钢 板，Q345D钢材。113运输经理世界隧道与桥梁工程通常需要进行 2 次混凝土浇筑，在应用异步挂篮施工工艺完成钢筋绑扎后，安装混凝土模板、预应力管道，进行首次混凝土浇筑浇筑高度为 4m。浇筑结束后，当混凝土强度符合设计值时，进行二次浇筑。底板、顶板混凝土浇筑时，重点控制波形钢腹板剪力键埋入底板、顶板的深度，避免混凝土浇筑造成挂篮前端下挠变形。在此期间，由于钢腹板、前段钢腹板已焊接固定，所以浇筑后混凝土底板、顶板与波形钢腹板产生相对位移，使得波形钢腹板埋入深度产生变化。4.3.3悬浇段施工在大跨径钢腹板梁桥异步施工中，悬浇段的关键技术为异步悬臂浇筑法。该技术是在传统悬臂法的基础上，通过在波形钢腹板顶增设翼缘板的方式，让波形钢腹板具有较强的侧向、纵向抗弯能力。翼缘板通常作为钢腹板的连接板，宽度一般为 30cm。在悬浇段施工过程中，作业区从第 n 段扩大到 n-1、n、n+1节段。相较于传统悬臂法，异步悬臂浇筑法可以提升大跨径梁桥结构中波形钢腹板的利用率，使其作为承重 构 件，减 轻 挂 篮 重 量，缩 短 工 期。具 体 施 工 流 程如下：（1）安装 1#钢腹板并进行焊接。钢腹板安装完成后，利用钢腹板自承重能力，在钢腹板上进行挂篮上下横梁底模板体系的安装；浇筑 1#块底板混凝土，安装 2#块钢腹板并焊接，龙门架前移；前移就位后，交替施工安装 3#块钢腹板、1#块顶板混凝土，浇筑 2#块底板，待 1#块混凝土强度达到设计强度 90%后，张拉 1#块预应力钢束。（2）边跨现浇段及边跨合龙施工。施工人员可拆除龙门架，先后浇筑边跨现浇段及合龙段混凝土，待混凝土强度达到设计强度 90%后，张拉边跨预应力钢束，拆除临时支撑。（3）中跨合龙段施工时，施工人员需要安装主跨跨中合龙段吊架，然后在悬臂端配重后锁定劲性骨架，并浇筑跨中合龙段混凝土，待混凝土强度达到设计强度 90%后，张拉相应预应力钢束。4.3.4挂篮安装与行走在大跨径波形钢腹板梁桥施工中，块钢腹板混凝土浇筑、预应力张拉结束后，开始安装#块钢腹板，同时将钢腹板作为挂篮施工的承重结构，安装挂篮及其起吊系统。运输、安装悬臂端钢腹板时，钢腹板可由运输小车从桥面输送到挂篮尾端，然后通过在挂篮设置起吊桁架的方式进行吊装。起吊时，钢腹板上翼缘 pbl 键的开孔可作为吊点，吊装方法为“三点式吊装”。吊装期间，一个电动葫芦可悬挂个吊点，另一个电动葫芦悬挂个吊点，分别悬挂 2 个钢腹板顶端吊点和底部 1 个吊点。钢腹板移动到位后，操作底部吊点，将其缓慢下放，另一侧吊装葫芦受力后调整钢腹板位置，使其就位，然后进行挂篮施工。挂篮前后支点分别支撑在钢腹板上翼缘板的凹槽中，槽中的四氟滑板可以减小支撑构件的摩擦，使其移动更为灵活。桥梁结构左右挂篮一般会借助法兰、连接板整体式连接，在此期间，为保证该类整体式挂篮行走施工的可靠性，还需优化机械顶升前进工艺，应用液压控制系统，远程遥控操作挂篮，精准控制挂篮行走活动。4.3.5移动支架异步施工移动支架异步施工是在大跨径波形钢腹板梁桥建设中的 0#块施工、典型节段施工、合龙段施工阶段，依次应用移动支架，支持桥梁异步施工。具体指大跨径波形钢腹板梁桥的第 n-1 节段顶板混凝土施工、第n 节段底板混凝土施工、第 n+1 节段波形钢腹板施工。除此之外，移动支架异步施工技术同样可以应用在桥梁节段支架拆除、支架搭设环节，有利于扩大工作面，循环利用支架，满足异步施工要求，同时缩短工期、降低支架搭设成本，且整体技术难度小，可满足大跨径波形钢腹板梁桥异步施工质量、安全管理需求。5结语综上所述，在波形钢腹板梁桥建设中，异步施工技术能够减少挂篮结构对波形钢腹板施工造成的各类问题，确保桥梁施工的安全性。在此过程中，相关人员可结合桥梁结构整体设计，做好异步施工过程中的安装、浇筑作业，完善大跨径钢腹板梁桥异步施工设计方案，加强施工环节的安全、质量管理，使得大跨径梁桥在异步施工技术的支持下，结构受力均匀、整体性能良好。参考文献：1夏绍见.大跨度波形钢腹板 PC 箱梁桥异步施工技术J.国防交通工程与技术，2020（6）：48-51+47.2韩珠峰.波形钢腹板钢-混组合梁桥 RW 异步施工主梁受力性能研究J.特种结构，2020（4）：107-110.3王利刚，沈伟，施宏侣.浅谈大跨度波形钢