大跨度波形钢腹板PC箱梁桥施工关键技术分析

2016-04-20丁群峰王谦苏立超

公路与汽运 2016年2期

关键词：桥梁施工技术

丁群峰,王谦,苏立超

(1.中铁西南科学研究院有限公司,四川成都 610000;2.邢台路桥建设总公司,河北邢台 054000)

大跨度波形钢腹板PC箱梁桥施工关键技术分析

丁群峰1,王谦1,苏立超2

(1.中铁西南科学研究院有限公司,四川成都 610000;2.邢台路桥建设总公司,河北邢台 054000)

摘要:波形钢腹板组合箱梁桥以结构轻盈、桥形美观、施工便捷、造价低廉、受力合理等特点在国内得到了空前发展。文中以邢衡(邢台—衡水)高速公路(70+120+70)m南水北调大桥为背景,对大跨度波形钢腹板组合箱梁桥关键施工技术进行分析和探讨,为国内同类桥梁设计、建造提供经验和参考。

关键词:桥梁;波形钢腹板;箱梁桥;施工技术

波形钢腹板组合箱梁桥有效解决了钢筋砼结构腹板开裂问题,也解决了纯钢结构桥面铺装的粘结性问题,显著降低了结构自重,提高了结构的整体刚度及抗震能力。该文以邢衡(邢台—衡水)高速公路南水北调大桥为例,对大跨径波形钢腹板组合箱梁桥挂篮悬浇施工工艺进行探讨。

1 南水北调大桥施工方案

该桥跨径组合为(70+120+70)m,为连续变截面波形钢腹板组合箱梁桥,共分为114个节段(见图1)。其中:主墩0#、1#块共12个节段采用满堂支架法施工,2#～12#块共88个节段采用挂篮逐段悬浇法施工;中边跨合龙段13#块共6个节段采用吊架施工;边墩14#、15#块共8个节段采用满堂支架法施工。

2 南水北调大桥波形钢腹板的构造

该桥支点梁高为7.5 m,跨中梁高为3.5 m,底板宽7.5 m,顶板宽14.012 m,梁高按二次抛物线变化,为单箱单室。波形钢腹板采用Q345D钢材。波形钢腹板波长为1 600 mm,波高220 mm,水平面板宽430 mm,斜幅水平方向长370 mm,水平折叠角度为30.7°,弯折半径为15t(t为波形钢腹板厚度),钢板厚度为14、16、18、20和22 mm。

图1 南水北调大桥中跨节段划分(单位:cm)

波形钢腹板节段长度为4 800 mm。波形钢板与砼顶板采用Twin-PBL连接、与砼板采用Single -PBL+栓钉连接(见图2、图3),波形钢腹板节段间纵向连接采用搭接贴角焊接+高强螺栓的方式。

3 大跨度翼缘型波形钢腹板施工技术

图2 钢腹板与顶板连接示意图

3.1 全桥关键节段0#、1#块现浇砼施工

(1)前期技术准备。0#、1#块是全桥质量控制的关键节段,主要表现为设计钢筋复杂、预埋件繁多、波形钢腹板构件庞大、三向预应力聚集等控制难点极多、要求精度极高。为确保该节段施工的高质量、高效率,在施工前对设计图纸进行反复研究,将系统抽象的设计图纸拆解为具体、形象、操作性强的施工次序详细分解书。编制该分解书需识别出0#、1#块所有的钢筋、波形钢腹板、预埋件等永久性材料,主要包括箱梁受力钢筋、构造钢筋、支座预埋筋、监测控制基准点、锚下加强筋、三向预应力锚夹具及管道、转向器、挂篮锚固预埋件、应变片、墩顶体外索张拉用千斤顶悬挂预留孔、泄水管预留孔、检修孔等,识别后将所有需埋入砼的永久性材料根据施工先后次序、交叉情况进行统一编号,明确各构件安装次序,避免因初期准备不充分造成安装次序不得当带来的窝工、返工等问题,确保施工现场工人思路明确、工序衔接紧密、顺畅流水作业。

图3 钢腹板与底板连接示意图

(2)现浇段0#、1#块波形钢腹板的高精度定位。1#块钢腹板的定位精度直接影响后续节段钢腹板的施工质量,对于波形钢腹板组合箱梁桥这一特殊结构受力至关重要。1#块波形钢腹板的定位主要是其空间姿态的定位,必须采取有效措施保证在钢筋、模板工程施工中其定位牢固,不受其他外界条件的影响。因1#、2#桥墩较低,采用25 t吊车进行钢腹板的起吊安装。为提高安装效率,安装前,在箱梁底模板上勾勒出钢腹板投影线,以便于粗略定位;然后将设置在上翼缘开孔钢板上的吊具悬挂于箱梁顶模板及横向组合钢吊架上(见图4)。钢腹板的精确定位分为粗调、细调和微调三步。钢腹板安装定位采用“上挂下支、内撑外顶”的组合方法,即波形钢腹板顶面采用固定在箱梁顶模板上的组合型钢支架作为悬吊装置、底面翼缘板采用焊接于底模板上的工字钢作为支撑,箱室内采用加强型可调式钢管进行内部支撑,箱室外采用可调螺栓于波形钢腹板和箱梁侧模板体系进行外顶,以此形成空间稳定的钢腹板紧固及调整体系(见图5),避免波形钢腹板受钢筋绑扎、箱室内模板安装、砼浇筑等的影响而发生移位。

图4 墩顶组合钢吊架

图5 钢腹板定位组合

3.2 节段间波形钢腹板纵向接长处施工质量控制

该桥相邻两节段波形钢腹板搭接长度为120 mm,采用贴角焊与高强度螺栓组合的连接方法,施工中,要高度重视贴角焊焊缝的质量控制。波形钢腹板作为主要抗剪构件,纵向接长处的内在质量异常重要,而高空立焊是该种结构施工的重点之一。为确保工程质量,提高工作效率,降低人为因素对贴角焊施工质量的影响,引进全位置自动化无死角焊接小车。方法如下:调整好焊接参数及走行标尺,于波形钢腹板内外两侧各布置一台焊接小车,同时同处均匀施焊。该方法可最大程度降低焊接过程中钢腹板的整体变形,焊接效率得到极大提升,焊接质量也得到有效保证,且焊缝均匀、饱满、表面光亮、无夹渣和焊瘤等缺陷。

连接处采用高强度螺栓连接时,应对高强度螺栓连接副的原材料及力学性能进行检测。该桥采用M22高强度螺栓,为便于高强度螺栓的安装,设计螺栓孔开孔直径为24 mm,螺栓孔内外两侧采用ϕ80 mm Q345D防锈钢垫片,采用双螺母对螺杆进行双重固定。钢垫片中心应与螺栓孔中心同心,如因个别节段钢腹板倾斜角度误差导致钢垫片不能将螺栓孔封堵严密,则应适当加大钢垫片直径,以确保螺母拧紧后钢垫片与波形钢板螺栓孔位贴合紧密,防止外界空气进入螺栓与波形钢板缝隙而对该处钢板母材造成锈蚀等。

3.3 翼缘型抗剪连接件施工关键技术

波形钢腹板与箱梁顶、底板砼的连接关系到波形钢腹板组合箱梁桥的整体性,主要起传递波形钢腹板与砼翼板纵向水平剪应力的作用,也能抵抗砼与波形钢板翼缘板之间的掀起作用,提高钢混组合效能及整体结构安全性。

因抗剪连接件处为钢-砼过渡段,应力集中效应较为显著,将该部位施工作为重点加以控制。贯穿钢筋必须严格居于孔位中心,并与横向主筋形成整体且定位牢固,以充分保证填充孔砼销的施工质量。贯穿钢筋安装偏差不得超过5 mm。此外,翼缘板处应增设局部加强钢筋,以抵抗钢混组合截面处应力集中所导致的局部砼破坏。

该桥采用翼缘型抗剪连接件,下翼缘板为宽420 mm平钢板,该翼缘板顶面与底板砼顶面平齐,翼缘板下方砼与两侧砼不存在压力差,操作空间受限等导致该处砼施工难度极大,且在浇筑砼时不能直观确定翼缘板下砼的密实程度。为解决上述问题,并将隐蔽处砼的密实情况直观地反映出来,在翼缘板处每个波长范围内均匀设置6个ϕ30 mm排浆孔,方便翼缘板下方的砼在振捣力作用下排浆。

3.4 大跨度波形钢腹板施工监控及线形控制

为确保大跨度波形钢腹板组合箱梁桥的施工线形,同时为该类桥梁建设提供更多的数据支撑和经验,施工中进行严格监控,采集应力应变及梁底线形现场数据,通过科学细致的数据分析指导施工,确保大桥的较高精度合龙。

该桥由4个T构组成,中跨120 m跨越南水北调中干渠,1#、2#墩前期节段施工相对独立,1#、2#墩两侧的导线点、水准点闭合成为控制全桥标高、平面位置测量的关键环节。监测小组定期对所设置的导线点、水准点进行闭合,并及时排查降雨、降雪等特殊天气对导线点、水准点造成的影响,确保基准点数据的准确性和真实性。悬臂施工中加强对波形钢腹板监测断面的反复复核,确保安装质量和线形。

施工中执行“南水北调大桥上部结构立模标高通知单”制度,通知单包括底模设计标高、该节段成桥预拱度、该节段施工预拱度、挂篮调整值、底模立模标高及波形钢腹板空间姿态定位8个翼缘板点位的三维数据,施工中根据监测数据结合理论线形及时进行修正。对由监控单位下发的立模标高通知单,监测小组先对其中数据进行复核、验算,确定无误后反馈给监控单位统一执行,且阶段性召开监控测量工作讨论会,对监控测量中遇到的问题和后续的控制环节进行讨论,明确各方的工作思路。在进行测量控制过程中,监测小组成员间进行互检,由2名测量员对测量数据进行采集,核对无误后与监控单位进行数据核对,最大程度上减小测量误差,从而实现高精度中跨合龙。