公路施工：曲线大跨度波形钢腹板PC箱梁精确安装与快速悬浇施工工法

曲线大跨度波形钢腹板曲线大跨度波形钢腹板 PC 箱梁精确安装与快速悬浇箱梁精确安装与快速悬浇 施工工法施工工法 1. 前言前言 波形钢腹板PC箱梁是用波形钢板代替混凝土作为箱梁腹板的一种较为新颖 的桥梁上部结构形式，它由混凝土翼板、波形钢腹板、体外索、体内束等组成。 波形钢腹板箱梁桥有效的结合了钢材和混凝土的优点， 充分发挥了混凝土顶底板 较高的抗压强度及波形钢腹板自重轻、抗剪强度高的特点，与传统的预应力混凝 土箱梁相比， 波形钢腹板 PC 组合箱梁在提高结构性能、 减少工程量、缩短工期、 降低成本等方面都有很大的优势，且施工性能和美观方面也具有很大的吸引力。 随着波形钢腹板 PC 箱梁桥的优点越来越多地被设计人员所熟知， 波形钢腹板 PC 箱梁桥在我国将迎来一个快速发展的时期。 曲线大跨度波形钢腹板 PC 箱梁桥在施工中主要存在三个方面问题第一， 波形钢腹板高空精准安装；第二，悬臂浇筑过程中，波形钢腹板与挂篮施工工序 问题；第三，0 号块钢筋密集，预应力管道较多，混凝土振捣密实度要求高。为 了解决上述曲线大跨度波形钢腹板 PC 箱梁桥在施工中存在的问题，项目组对波 形钢腹板安装与悬浇工法进行深入研究，包括波形钢腹板的精准定位、波形钢腹 板与挂篮施工工序优化、腹板与底板的倒角处混凝土振捣方法。总结形成曲线 大跨度波形钢腹板 PC 箱梁精确安装与快速悬浇施工工法，加快了施工进度，提 高了施工质量，降低了工程造价，取得了较好的经济效益与社会效益。经国家一 级查新机构查新， 此工法部分核心技术内容， 填补了国内相关空白， 并获批了 “中 交三公局局级优秀工法”，受理实用新型专利 2 项“波形钢腹板 PC 组合箱梁桥 施工用定位固定装置”、“一种波形钢腹板 PC 组合箱梁桥施工用支撑装置”。 2. 工法特点工法特点 （（1））波形钢腹板安装定位采用塔吊垂直提升就位波形钢腹板安装定位采用塔吊垂直提升就位，，支撑钢方凳进行高度定支撑钢方凳进行高度定 位，三点法精调空间位置位，三点法精调空间位置 波形钢腹板由塔吊和手拉葫芦运送至预定位置，用钢方凳临时固定钢腹板， 随后采用三点法对波形钢腹板的标高、横向坐标和纵向坐标进行精确调整，确定 波形钢腹板的空间姿态位置。 （（2））先行安装波形钢腹板先行安装波形钢腹板，，用螺栓临时固定用螺栓临时固定，，同时进行挂篮前移准备工作同时进行挂篮前移准备工作，， 提升施工效率提升施工效率 第 1 页 共 22 页 常规施工顺序为先移动挂篮，通过临时吊架安装钢腹板，存在施工效率低、 进度慢等缺点。本工法将波形钢腹板运送至悬臂浇筑箱梁下方，利用塔吊垂直提 升就位，通过螺栓将相邻钢腹板临时栓接，同时进行挂篮前移施工准备，增加施 工作业面，加快施工进度。 （（3））钢腹板与底板连接处钢筋密集钢腹板与底板连接处钢筋密集，，在倒角处开孔在倒角处开孔，，便于混凝土振捣便于混凝土振捣，，待待 浇筑到开孔位置，用钢板焊接封孔，保证钢腹板底部刚度浇筑到开孔位置，用钢板焊接封孔，保证钢腹板底部刚度 腹板与底板的倒角处混凝土较难振捣，易出现蜂窝、麻面等现象，在混凝土 振捣过程中，应该严格控制此处混凝土的振捣质量。由于 0 号块钢筋比较密集， 在倒角位置开孔，方便振捣，待浇筑到开口高度时，用钢板焊上，以保证混凝土 振动密实。 3. 适用范围适用范围 适用于大跨度曲线波形钢腹板PC箱梁桥施工中钢腹板精准安装与挂篮悬臂 浇筑快速施工。 4. 工艺原理工艺原理 波形钢腹板上下分别有一定宽度的翼缘板， 带上下翼缘板的波形钢腹板基本 可以等效为大型 H 型钢，刚度大，稳定性好； 根据 3 点确定面的原则，如图 4-1 所示，每个阶段钢板测试点位 P1P6，其 中 P1（P2）为每块波形钢腹板上缘后端点，P3（P4）为每块波形钢腹板上缘前端 点，P5（P6）为每块波形钢腹板下缘前端点，其侧视图如图 4-2 所示，a1-a11，截 面 a2-a22截面分别为各块段混凝土截面前沿截面位置 b1-b11截面、b2-b22截面分别 为各块段波形钢腹板前沿截面位置，混凝土截面前留有 l 长度的波形钢腹板，便 于与后一块段的波形钢腹板搭接，图中 b1-b11截面既是 n-1 号块段波形钢腹板的 前端，也是 n 号块段波形钢腹板的后端。 图 4-1 波形钢腹板测点 第 2 页 共 22 页 图 4-2 波形钢腹板测点侧视图 以 n 号块波形钢腹板测量为例， 由 n-1 块波形钢腹板计算得 b1和 b11的标高， 根据设计标高和预抛高值及箱梁截面尺寸，可求 a2和 a22的标高值，由此可求出 n 号块波形钢腹板上缘和下缘的斜率，进而求出 b2和 b22的标高值。对于波形钢 腹板的横向坐标和纵向坐标，采用与放样坐标系相一致的坐标系，根据相对坐标 和绝对坐标的关系，求出测量各点的横向坐标值和纵向坐标值。对测点进行空间 姿态测量并对波形钢腹板进行精确调整， 通过收放调整 4 个手拉葫芦进行钢腹板 精确定位。采用设置支撑钢方凳进行高度定位，在腹板外侧依靠底模水平方向支 撑钢腹板， 钢腹板之间相对位置可采用双肢角钢析架相对定位， 以确保在浇筑底、 顶板混凝土时钢腹板不移位。 钢腹板安装后即可进行挂篮前移的施工准备，采用手拉葫芦方法推进时，不 可将受力点设置于波形钢腹板上。挂篮为一改制挂篮，其已在一个连续刚构桥施 工过， 改制的主要目的是为了适应珊溪大桥的宽度及浇筑节段的长度，挂篮主要 改制如下适当主桁架之间的距离，以适应本项目的需要；调整了行走系统，行 走原来依靠主桁架上滑轮进行，改为小车在轨道上进行；并取掉原预应力混凝土 悬浇箱梁中侧面的支架系统，有效减轻了挂篮的重量，改制后挂篮的总重量约为 470KN，挂篮的承载力、挠度等满足本桥的施工要求。本挂篮为菱形挂篮、主要 由挂篮主要由主桁架（菱形架为全焊接结构）、行走及锚固系统、吊带提吊系统 （吊带）、底篮底平台系统、模板系统几大部分组成。 第 3 页 共 22 页 图 4-3 挂篮系统总体图 各悬臂施工梁段，在浇筑阶段、挂篮拆除纵移阶段必须保持同步对称平衡施 工。砼浇筑按照底板、腹板、顶板，先前端后后端，最后浇筑与已浇梁段的结合 部位，并对施工缝严格按照设计和规范要求处理。 波形钢腹板在工厂加工成 36m 节段，汽车运至安装现场，塔吊垂直提升就 位超前安装，张拉完前一节段箱梁预应力束后，前移挂篮安装完成后进行底板、 顶板的混凝土浇筑。通过合理安排作业内容，加紧各工序之间的衔接，增加挂篮 同步施工作业面来提高效率，有效减少施工周期和管理投入。 5. 施工工艺施工工艺 5.1 施工工艺流程施工工艺流程 第 4 页 共 22 页 图5.1-1施工工艺流程图 5.2 操作要点操作要点 5.2.1 波形钢腹板的安装波形钢腹板的安装 本项目波形钢腹板本桥主桥波形钢腹板各块段重量及节段长度见下表， 根据 本桥左右线平面布置，选用中联 7035 型塔吊（即臂长 75m，臂端吊重 2.5t）和 挂篮以及人工配合安装。1块波形钢腹板的安装精度控制尤为重要，需保证钢腹 板高程及里程的准确性，安装需与测量人员及监控单位紧密配合。1块波形钢腹 板尺寸及重量为整桥钢腹板中较大的，安装定位工作难度较大