夏紹見(jiàn)

(中國(guó)中鐵七局集團(tuán)第一工程有限公司，河南 洛陽(yáng) 471000)

波形鋼腹板箱梁橋作為一種新型的鋼-混凝土組合結(jié)構(gòu)，其顯著的特點(diǎn)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(nèi)力減少，充分利用了混凝土抗壓、波形鋼腹板抗剪、屈服強(qiáng)度高的優(yōu)點(diǎn)，有效的將鋼、混凝土兩種材料結(jié)合起來(lái)，揚(yáng)長(zhǎng)避短，提高了材料的使用效率，是一種經(jīng)濟(jì)、合理、高效的結(jié)構(gòu)形式組合結(jié)構(gòu)橋梁，具有自重輕、抗震性能好、施工便捷、經(jīng)濟(jì)美觀等優(yōu)點(diǎn)[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(shí)基于波形鋼腹板橋的異步施工工藝也在逐步被創(chuàng)新和完善。異步施工利用鋼腹板作為承重構(gòu)件，可實(shí)現(xiàn)3個(gè)節(jié)段工序同時(shí)施工，大大縮短了施工周期[5-7]。

針對(duì)地理位置復(fù)雜的大跨度橋梁，塔吊性能無(wú)法滿足鋼腹板節(jié)段的吊重，異步施工技術(shù)工效快，又能解決吊裝難題，目前國(guó)內(nèi)在該方面研究較少。本文以在建橋梁為研究對(duì)象，基于波形鋼腹板異步施工工法，通過(guò)在異步掛籃上增設(shè)吊裝桁架的改進(jìn)，進(jìn)行自吊式異步掛籃關(guān)鍵技術(shù)與工效的分析，為同類(lèi)型橋梁施工提供參考。

1 工程概況

國(guó)道207是河南省焦作至溫縣的一條運(yùn)輸和旅游交通要道，線路兩次上跨南水北調(diào)大橋，跨越干渠處設(shè)計(jì)為(80+140+80)m波形鋼腹板PC預(yù)應(yīng)力組合箱梁橋，全橋縱斷面如圖1所示。橋梁分幅設(shè)計(jì)，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(yù)應(yīng)力采用體內(nèi)與體外相結(jié)合的體系。

圖1 南水北調(diào)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(tǒng)菱形掛籃和三角掛籃。常規(guī)掛籃懸臂澆筑施工局限于單個(gè)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(shí)先澆筑底板、再澆筑同節(jié)段頂板，如圖3所示。

圖3 常規(guī)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(duì)大橋采用異步施工新型澆筑方法。異步施工采用鋼腹板進(jìn)行掛籃主桁的承重，將施工節(jié)段分為n-1節(jié)段頂板施工節(jié)段，n節(jié)段底板施工節(jié)段，n+1鋼腹板安裝節(jié)段，如圖4所示，3個(gè)作業(yè)面同時(shí)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(shè)計(jì)了起吊桁架，以達(dá)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(shè)計(jì)

3.1 承重主桁部分設(shè)計(jì)

異步掛籃較傳統(tǒng)掛籃有所不同，其主桁系統(tǒng)重心較低，利用箱梁懸挑的鋼腹板進(jìn)行承重。掛籃由承重主桁、導(dǎo)向系統(tǒng)、行走機(jī)構(gòu)、懸吊系統(tǒng)、模板系統(tǒng)、防護(hù)工作平臺(tái)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(tǒng))。

掛籃支腿設(shè)置在鋼腹板上翼緣雙PBL鍵內(nèi)，掛籃行走方便，不需要進(jìn)行軌道錨固，行走時(shí)采用鋼銷(xiāo)鉸接錨固在鋼腹板的?60 mm開(kāi)孔鋼板內(nèi)提供反力，利用液壓油缸推動(dòng)掛籃支腿前移，往復(fù)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(tǒng)掛籃的梁頂軌道及錨固預(yù)留孔洞。

3.2 起吊系統(tǒng)設(shè)計(jì)

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(tǒng)

為實(shí)現(xiàn)異步掛籃的吊裝功能，在異步掛籃上增設(shè)吊裝桁架，吊車(chē)配合將波形鋼腹板吊裝至橋面，采用簡(jiǎn)易運(yùn)輸小車(chē)運(yùn)輸至吊裝范圍。根據(jù)鋼腹板的尺寸以及旋轉(zhuǎn)角度，確定吊裝桁架的寬度以及高度，如圖8所示。鋼腹板節(jié)段劃分的最大重量4.3 t，選用配備吊裝小車(chē)(5 t+5 t)，先三點(diǎn)式抬吊水平運(yùn)輸，再翻轉(zhuǎn)垂直、調(diào)整對(duì)位。此項(xiàng)設(shè)計(jì)，一是為了省去了大型塔吊的費(fèi)用，二是自吊式便于施工、降低了安全風(fēng)險(xiǎn)。

圖8 異步掛籃上配置吊裝桁架

3.3 左右幅連體式設(shè)計(jì)

本橋分左右雙幅，常規(guī)掛籃因橫梁寬度問(wèn)題，施工時(shí)左右幅需要錯(cuò)開(kāi)2～3個(gè)節(jié)段，本次對(duì)掛籃結(jié)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化，考慮左右雙幅同步施工，采用連體掛籃，掛籃之間對(duì)橫梁采用法蘭連接的形式，掛籃行走采用智能液壓系統(tǒng)遙控操作，左右雙幅同步前移，既能確保行走的位移準(zhǔn)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(gè)施工過(guò)程提升了懸臂的施工工效，可節(jié)省工期約1.5個(gè)月。

圖9 左右幅整體式異步掛籃結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

4 關(guān)鍵施工技術(shù)

本橋邊跨共18個(gè)節(jié)段，如圖10所示。其中0#、1#塊和邊跨17#、18#段采用支架現(xiàn)澆，16#段為合攏段，其余均為掛籃懸澆段，總體施工順序?yàn)椋?#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(shí)施工，長(zhǎng)度8.8 m，中心高度8.5 m，采用盤(pán)扣支架施工，采用體內(nèi)臨時(shí)固結(jié)的體系，通過(guò)對(duì)最不利工況的選擇和不平衡彎矩的計(jì)算，在每個(gè)墩頂設(shè)置兩個(gè)C40臨時(shí)支墩，每個(gè)支墩內(nèi)埋入38根?32 mm精軋螺紋鋼進(jìn)行錨固設(shè)計(jì)。1#段鋼腹板提前預(yù)埋，首塊鋼腹板定位精度極其重要，將直接影響后續(xù)鋼腹板的準(zhǔn)確就位。

4.2 掛籃安裝與行走

0#塊和1#塊澆筑并預(yù)應(yīng)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(tǒng)，掛籃前后支點(diǎn)支撐在鋼腹板上翼緣板的雙PBL鍵凹槽內(nèi)，槽內(nèi)設(shè)置四氟滑板，減小摩擦便于遷移。

圖10 橋跨節(jié)段劃分示意圖(單位：mm)

橋梁左右雙幅的掛籃通過(guò)連接板及法蘭進(jìn)行整體式連接。為了確保整體式掛籃的行走精度，優(yōu)化了常規(guī)的機(jī)械頂升前進(jìn)，可增設(shè)液壓控制系統(tǒng)，一個(gè)泵站可控制雙幅T構(gòu)的4套掛籃，遙控操作，位移準(zhǔn)確。

4.3 懸臂端鋼腹板運(yùn)輸及安裝定位

鋼腹板從橋面由運(yùn)輸小車(chē)運(yùn)送至掛籃尾部，利用掛籃上增設(shè)的起吊桁架起升吊裝，利用鋼腹板上翼緣PBL鍵的開(kāi)孔作為吊點(diǎn)，三點(diǎn)式吊裝，一個(gè)電動(dòng)葫蘆懸掛鋼腹板頂部2個(gè)吊點(diǎn)，另一個(gè)葫蘆懸掛鋼腹板底部1個(gè)吊點(diǎn)，先水平運(yùn)輸，移動(dòng)到位后，底部緩慢下放，變?yōu)榇怪钡跹b，由另一側(cè)吊裝葫蘆受力，逐步調(diào)整對(duì)位。

4.4 懸臂施工過(guò)程應(yīng)力分布

根據(jù)本文異步施工工法，懸臂施工過(guò)程中最大懸臂狀態(tài)及成橋狀態(tài)結(jié)構(gòu)應(yīng)力分布如圖11和圖12所示，其最大應(yīng)力分別為16.4 MPa和16.6 MPa，小于設(shè)計(jì)要求22.4 MPa,施工過(guò)程中結(jié)構(gòu)處于安全狀態(tài)。

圖11 最大懸臂狀態(tài)主梁應(yīng)力圖

圖12 成橋狀態(tài)主梁應(yīng)力圖

5 異步吊裝式施工的優(yōu)越性

鋼腹板異步掛籃上增設(shè)起吊桁架以及左右雙幅的整體式掛籃設(shè)計(jì)，自重輕、重心低、施工周期短且節(jié)省了大型塔吊設(shè)備的費(fèi)用，與傳統(tǒng)鋼腹板懸臂施工工藝相比，在設(shè)備優(yōu)化、施工工效、安全性能以及經(jīng)濟(jì)效益上有著顯著的提高。

5.1 提升安全性能

傳統(tǒng)菱形掛籃重心高，約7～8 m，自重大，單個(gè)掛籃重量約60 t，需要與梁體多點(diǎn)錨固，前移慢，安全性較差。異步掛籃自重較輕，單個(gè)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(wú)須與梁體后錨。

5.2 優(yōu)化設(shè)備、節(jié)約費(fèi)用

大跨度橋梁施工，常規(guī)掛籃需要租賃大型塔吊或采用汽車(chē)吊配合節(jié)段鋼腹板吊裝，本橋主跨140 m上跨南水北調(diào)干渠，施工周期長(zhǎng)且地域受限，大型塔吊進(jìn)場(chǎng)及月租費(fèi)用較高，工期越長(zhǎng)越不經(jīng)濟(jì)。傳統(tǒng)掛籃懸臂施工與吊裝式異步掛籃的吊裝設(shè)備經(jīng)濟(jì)性分析如表1所示。通過(guò)在異步掛籃上設(shè)計(jì)起吊桁架，實(shí)現(xiàn)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(duì)位要求，同時(shí)經(jīng)濟(jì)性良好，可節(jié)約費(fèi)用106萬(wàn)元。

表1 兩種工法吊裝設(shè)備經(jīng)濟(jì)性對(duì)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(gè)作業(yè)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(tǒng)掛籃懸臂澆筑施工工效對(duì)比如表2所示。與傳統(tǒng)掛籃相比，一個(gè)懸澆節(jié)段施工周期可提前約2 d，南水北調(diào)全橋可節(jié)約30 d。

表2 兩種工法施工工效對(duì)比

(2)對(duì)于分左右雙幅的橋梁，一般會(huì)錯(cuò)開(kāi)2～3個(gè)節(jié)段，避免掛籃行走的沖突。本次對(duì)左右雙幅的掛籃進(jìn)行整體式設(shè)計(jì)，雙幅橋梁同步前移施工，提升了全橋的施工工效，可節(jié)省工期約1.5個(gè)月。

6 結(jié)束語(yǔ)

本文以國(guó)道207項(xiàng)目上跨南水北調(diào)大橋?qū)嶋H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(yōu)化結(jié)合、橋梁左右雙幅掛籃的整體式設(shè)計(jì)，使施工效率得到進(jìn)一步的提高，安全性得到更可靠的保證，同時(shí)也使施工成本投入更加經(jīng)濟(jì)。