宋勝錄

1. 上海建工集團(tuán)股份有限公司 上海 200080；2. 上海建工四建集團(tuán)有限公司 上海 201103

與傳統(tǒng)的預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁結(jié)構(gòu)形式相比，波形鋼腹板PC組合結(jié)構(gòu)具有自重輕、施工方便、抗震性能好等優(yōu)點(diǎn)，具有很好的推廣應(yīng)用前景[1]。波形鋼腹板PC組合結(jié)構(gòu)因其結(jié)構(gòu)受力和施工性能優(yōu)勢以及良好的經(jīng)濟(jì)效益，得到了國內(nèi)工程界越來越多的認(rèn)可，目前在國內(nèi)外均得到了廣泛的應(yīng)用[2]。

1 工程概況

伊朗德黑蘭北部高速公路6#特大橋建設(shè)地點(diǎn)位于伊朗首都德黑蘭北部山區(qū)，跨越桑干河谷，是Tehran-Shrine高速公路一期工程的關(guān)鍵性工程。該橋?yàn)楦叨沾罂缍炔ㄐ武摳拱錚C箱梁橋，全長319 m，跨徑布置為83 m＋153 m＋83 m（圖1）。主橋采用雙幅橋布置，橋面寬2 m×13.1 m，單幅主橋箱梁采用單箱單室斷面。主橋頂、底板采用C50混凝土，腹板采用波形鋼腹板。根部梁高8.8 m，頂板寬13.1 m，底板寬6.5 m。波形鋼腹板厚度為10～22 mm，波形采用1600型，波板水平幅寬430 mm，斜幅寬430 mm，斜幅水平方向長370 mm，波高220 mm?？缰辛焊?.5 m，為主跨的1/43，梁高從根部到跨中按照1.8次拋物線變化（圖2）。最大懸臂共劃分為15個(gè)節(jié)段，主墩最高65 m，單幅橋每個(gè)橋臺處需安裝4只阻尼器，全橋共采用16只阻尼器，每只阻尼器按最大阻尼力±2 000 kN，最大位移±350 mm設(shè)計(jì)。

圖1 伊朗6#橋立面布置示意

圖2 主梁橫截面（單位：cm）

2 施工工藝特點(diǎn)及難點(diǎn)

2.1施工工藝

根據(jù)相關(guān)設(shè)計(jì)要求及施工現(xiàn)場的條件限制，總體施工方案為：墩頂0#、1#塊采用托架現(xiàn)澆法施工，待0#、1#塊施工完成后，在0#、1#塊上拼裝懸臂掛籃，2#～17#塊采用掛籃懸臂澆筑施工，邊跨直澆段采用落地支架現(xiàn)澆施工。其中，波形鋼腹板1#～5#段采用塔吊吊裝安裝，6#～17#段及合龍段采用小平車水平運(yùn)輸掛籃，再配合電動葫蘆安裝。合龍段混凝土采用吊架進(jìn)行施工，合龍時(shí)采用先邊跨、后中跨的順序進(jìn)行施工。

2.2施工難點(diǎn)

1）地處山區(qū)，交通運(yùn)輸困難，特別是波形鋼腹板的運(yùn)輸與安裝，難度相對較大。伊朗6#橋建設(shè)所用波形鋼腹板，采用中國國內(nèi)制造，然后運(yùn)輸至現(xiàn)場進(jìn)行安裝施工（約1 100 t波形鋼腹板）的方式，波形鋼腹板要經(jīng)過海運(yùn)、1 000 km的陸路運(yùn)輸，然后才能到達(dá)安裝現(xiàn)場。

2）山區(qū)高墩大跨度波形鋼腹板橋懸臂施工時(shí)，波形鋼腹板箱梁頂部的水平運(yùn)輸及安裝施工存在難題。在山東鄄城黃河大橋的波形鋼腹板掛籃施工中，波形鋼腹板采取橋面豎直運(yùn)輸方式[3-6]，掛籃設(shè)計(jì)得比較笨重（掛籃設(shè)計(jì)必須滿足波形鋼腹板在橋面上豎直安裝的要求）。參考此案例，通過施工方案優(yōu)化，將懸臂根部范圍的波形鋼腹板節(jié)段縮短為3.2 m模數(shù)，減輕節(jié)段質(zhì)量，根部1#～5#段采用塔吊安裝施工，將掛籃設(shè)計(jì)為輕型掛籃，通過在掛籃頂部設(shè)置電動葫蘆，滿足波形鋼腹板的吊裝要求，從而解決了6#～17#大懸臂節(jié)段的波形鋼腹板橋面水平運(yùn)輸及安裝的難題。

3）高溫環(huán)境下，大跨度波形鋼腹板橋合龍施工存在變形的難題。伊朗6#橋左幅橋于2016年6月進(jìn)行中跨合龍，當(dāng)?shù)卣幱诟邷貤l件，現(xiàn)場溫度達(dá)37 ℃，且山區(qū)晝夜溫差較大。在合龍施工中，提前對橋面灑水降溫，將波形鋼腹板先行單邊進(jìn)行安裝焊接，再臨時(shí)進(jìn)行骨架的單邊焊接，并通過連續(xù)的溫度測試，選擇在相對溫度較低的環(huán)境下進(jìn)行中跨合龍施工，從而保證了整個(gè)中跨合龍施工的順利進(jìn)行。

3高墩大跨波形鋼腹板組合梁橋懸臂施工技術(shù)

3.1高墩波形鋼腹板0#、1#塊托架施工

由于0#塊墩身較高，采用傳統(tǒng)的落地支架法進(jìn)行施工難度大。因此通過方案優(yōu)化比選，采用墩身預(yù)埋牛腿、加焊三角支架和貝雷架的托架法進(jìn)行施工，其具有施工方便快速、受力明確、實(shí)用性強(qiáng)、構(gòu)件可循環(huán)利用，且對墩身影響小等優(yōu)點(diǎn)，且能夠適合各種高墩0#塊的施工。根據(jù)伊朗6#橋的特點(diǎn)，結(jié)合現(xiàn)場施工要求，進(jìn)行了專項(xiàng)托架設(shè)計(jì)，托架采用型鋼和貝雷架進(jìn)行支承。

0#、1#節(jié)段波形鋼腹板的安裝精度直接決定了后續(xù)波形鋼腹板懸臂施工的安裝精度。由于波形鋼腹板自重較大、定位精度要求高，且0#塊普通鋼筋密集，故波形鋼腹板安裝定位困難。如何使其牢靠、精確定位是保證0#、1#段施工質(zhì)量的關(guān)鍵。經(jīng)研究，通過制作一個(gè)馬凳（鋼支架）定位鋼腹板的底部，然后利用手拉葫蘆進(jìn)行精確定位，并將箱梁兩側(cè)鋼腹板用固定框架進(jìn)行連接，形成穩(wěn)定的固定體系，從而實(shí)現(xiàn)對波形鋼腹板的精確定位。

0#、1#塊混凝土施工屬于高空大體積混凝土施工。受當(dāng)?shù)夭牧瞎?yīng)、施工現(xiàn)場混凝土攪拌站生產(chǎn)及運(yùn)輸能力的限制，需對0#塊混凝土配合比設(shè)計(jì)及澆筑工序進(jìn)行特殊設(shè)計(jì)。

1）因地制宜采用天然砂摻加石屑作為混凝土細(xì)骨料進(jìn)行混凝土配合比設(shè)計(jì)，不僅大大改善了細(xì)骨料的級配特性，而且解決了伊朗當(dāng)?shù)靥烊簧叭狈Φ膯栴}，通過配合比試驗(yàn)，能夠滿足C50高強(qiáng)混凝土的配制及泵送性能要求。天然砂摻加石屑混凝土配合比為：水泥∶水∶天然砂∶石屑∶碎石＝495∶193∶468∶190∶1 004。其中，外加劑采用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%的ZWL-Ⅳ高效減水劑。

2）采取分2次進(jìn)行澆筑的方法進(jìn)行施工。第1次混凝土澆筑高度為3.5 m，第2次混凝土澆筑高度為5.3 m，解決了混凝土攪拌生產(chǎn)能力和運(yùn)輸限制的難題。

3.2高墩大跨波形鋼腹板橋懸臂施工掛籃設(shè)計(jì)

通過吸取國內(nèi)外大跨度波形鋼腹板橋懸臂施工的掛籃形式設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)[2]，最終采用菱形結(jié)構(gòu)，單肢掛籃自重67 t（最大梁質(zhì)量為197.7 t），掛籃自重與最大箱梁節(jié)段自重比例為0.338。

該菱形掛籃設(shè)計(jì)由以下幾個(gè)主要部分組成（圖3）：

圖3 掛籃結(jié)構(gòu)示意

1）主桁系統(tǒng)：掛籃主桁架為型鋼組合結(jié)構(gòu)，由主梁、立柱、拉桿組成單片主桁，通過節(jié)點(diǎn)板及銷軸連接成桁架結(jié)構(gòu)，共2片，并采用橫向平聯(lián)桁架連接成為一體。

2）底模平臺：由縱梁和下橫梁組成整體平臺，掛籃底板縱梁為HN400 mm×200 mm型鋼。

3）吊掛系統(tǒng)：由前上橫梁、前后吊掛精軋螺紋鋼筋組成，前上橫梁為結(jié)構(gòu)主要承力構(gòu)件，采用2I56a型鋼。

4）錨固系統(tǒng)：由錨固部件、精軋螺紋鋼筋、分配梁等組成，以便掛籃在灌注混凝土?xí)r具有必要的穩(wěn)定性。

5）波形鋼腹板安裝系統(tǒng)：掛籃桁架頂部設(shè)置5 t移動桁車及一個(gè)5 t電動葫蘆。

該菱形掛籃的設(shè)計(jì)創(chuàng)新點(diǎn)如下：

1）掛籃采用優(yōu)化的菱形型鋼組合結(jié)構(gòu)，并通過節(jié)點(diǎn)板及銷軸連接成桁架結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)清晰，受力明確。

2）菱形架高度比傳統(tǒng)設(shè)計(jì)標(biāo)高增高2 000 mm，以滿足鋼腹板的高度空間要求。

3）掛籃采用精加工裝配式通用構(gòu)件設(shè)計(jì)，減少運(yùn)輸成本，提高現(xiàn)場安裝精度，拆裝方便，并能夠循環(huán)利用。

4）主結(jié)構(gòu)采用材質(zhì)Q345的鋼材，可進(jìn)一步提高受力抗變形性能。其他非結(jié)構(gòu)件用材的截面，經(jīng)驗(yàn)算后適度減少15%左右，進(jìn)一步減輕了掛籃自重（圖4）。

圖4 掛籃拼裝完成

3.3鋼腹板的橋面水平運(yùn)輸及安裝定位

波形鋼腹板創(chuàng)新性地采用了塔吊吊裝、水平小車運(yùn)輸與安裝的方法，將波形鋼腹板懸臂施工時(shí)傳統(tǒng)的箱梁頂垂直運(yùn)輸改為水平運(yùn)輸（圖5），不僅大大降低了掛籃的設(shè)計(jì)高度，而且也提高了運(yùn)板的安全性和穩(wěn)定性。

圖5 波形鋼腹板水平運(yùn)輸小車

1#～5#節(jié)段波形鋼腹板采用塔吊吊裝定位，6#～17#及合龍段采用5 t掛籃桁車配合5 t手拉葫蘆進(jìn)行精確定位（圖6）?？紤]到波形鋼腹板的縱向波形，其與平面鋼板相比，平面穩(wěn)定性更好，運(yùn)輸、吊裝及定位安裝等過程的變形均較小。針對懸臂施工波形鋼腹板的定位，其主要方法為：

圖6 波形鋼腹板定位施工

1）在波形鋼腹板定位調(diào)整及臨時(shí)固定就位后，進(jìn)行根部波形鋼板之間的連接焊接。

2）波形鋼腹板根部生根定位：利用波形鋼腹板上部及下部埋入混凝土頂?shù)装鍍?nèi)的剪力鍵鋼筋預(yù)留孔及波形鋼腹板之間的螺栓孔，采用螺栓臨時(shí)固定連接。

3）前端固定定位：在波形鋼腹板前端底部設(shè)置臨時(shí)馬凳（鋼支撐），調(diào)節(jié)固定波形鋼腹板前端標(biāo)高及位置。

4）左右兩幅波形鋼腹板前端連接固定：通過在內(nèi)側(cè)設(shè)置臨時(shí)連接鋼桁架，將左右兩幅波形鋼腹板進(jìn)行連接固定。

3.4波形鋼腹板橋懸臂施工控制

為確保主橋在施工過程中結(jié)構(gòu)受力和變形始終處于安全范圍內(nèi)、成橋后主梁的線形符合設(shè)計(jì)要求、結(jié)構(gòu)恒載受力狀態(tài)接近設(shè)計(jì)期望，在伊朗6#橋建設(shè)過程中進(jìn)行了全過程施工控制。合龍施工完成后，主橋應(yīng)力實(shí)測與理論值差別控制在±2 MPa范圍內(nèi)，極少測點(diǎn)差值為－4 MPa，橋梁整體受力在可控范圍內(nèi)，成橋后線形平順，實(shí)測與理論偏差在2 cm以內(nèi)，成橋線形控制良好。

4 結(jié)語

本工程橋位位于地震烈度9度區(qū)，為減輕自重，進(jìn)一步提高該橋結(jié)構(gòu)抗震性能，縮短施工周期，減少施工對環(huán)境的影響，經(jīng)過多方案對比研究，提出了83 m＋153 m＋83 m＝319 m的波形鋼腹板預(yù)應(yīng)力混凝土箱形連續(xù)梁橋。德黑蘭北部高速公路6#橋成功實(shí)現(xiàn)了大跨度波形鋼腹板橋在伊朗國家的應(yīng)用。該橋于2016年10月順利實(shí)現(xiàn)橋梁主跨結(jié)構(gòu)合龍。

2020年2月，德黑蘭北部高速公路一期工程順利實(shí)現(xiàn)通車，其作為一種新型結(jié)構(gòu)形式在地震多發(fā)的伊朗國家進(jìn)行推廣與應(yīng)用，對我國橋梁建造技術(shù)走向世界具有重要的歷史意義。