摘要：本文以我國首座大跨度波形鋼腹板PC結(jié)合連續(xù)梁—鄄城黃河公路大橋工程實(shí)踐為依托，介紹該類橋梁懸臂作業(yè)桁車設(shè)計(jì)的難點(diǎn)、關(guān)鍵技術(shù)及創(chuàng)新構(gòu)造。

關(guān)鍵詞：波形鋼腹板 PC結(jié)合梁 懸臂澆筑 桁車 設(shè)計(jì)施工

1.前言

波形鋼腹板PC結(jié)合連續(xù)梁橋與常規(guī)砼連續(xù)梁相比，具有自重小、抗震性能好、結(jié)構(gòu)受力合理、預(yù)應(yīng)力效率高且更換方便、避免腹板開裂、施工造價(jià)低、工作量小進(jìn)度快、造型美觀等諸多優(yōu)勢(shì)，近10年來在法國、日本等國家應(yīng)用廣泛。近年來我國在該橋型領(lǐng)域也開展了一定的研究，但僅僅局限于較小跨度的中小橋梁，施工工藝也局限于滿堂支架現(xiàn)澆或預(yù)制吊裝等。鄄城黃河公路大橋?yàn)槲覈鬃嗫邕B續(xù)大跨度波形鋼腹板PC結(jié)合梁橋，跨徑布置為70+11×120+70m，13孔一聯(lián)、連續(xù)長度1460m，其規(guī)模居世界第一。主梁采用特制懸臂施工桁車對(duì)稱節(jié)段懸澆，國內(nèi)尚屬首次，無經(jīng)驗(yàn)可循，技術(shù)難度大。中交集團(tuán)及時(shí)將該項(xiàng)目確定為2007年度重點(diǎn)科技攻關(guān)項(xiàng)目，通過深入的研究解決了多項(xiàng)技術(shù)難題，確保了該新型橋梁結(jié)構(gòu)優(yōu)質(zhì)高效的實(shí)施。下文結(jié)合該橋施工實(shí)踐，介紹懸臂作業(yè)桁車設(shè)計(jì)的難點(diǎn)、關(guān)鍵技術(shù)及創(chuàng)新構(gòu)造如圖1。

2.懸臂作業(yè)桁車設(shè)計(jì)難特點(diǎn)

與常規(guī)的砼連續(xù)箱梁懸澆掛籃相比，該懸臂作業(yè)桁車設(shè)計(jì)難特點(diǎn)在于圖2。（1）箱梁重量較輕，懸臂施工節(jié)段一般在4.8至6.4m，加之波形鋼腹板接頭安裝需要，作業(yè)桁車懸臂較長，變形較大。（2）懸臂作業(yè)桁車不僅要滿足常規(guī)懸澆掛籃砼澆筑施工要求，還需滿足鋼腹板安裝要求，必須考慮鋼腹板快速運(yùn)輸、安裝、定位功能，尤其鋼腹板從尾部經(jīng)過主桁縱移到懸臂端部安裝時(shí)，桁車的構(gòu)造更為復(fù)雜。（3）結(jié)合梁體系的受力特性決定了鋼砼結(jié)合部質(zhì)量的重要性，然而該部位模板與鋼腹板的銜接構(gòu)造復(fù)雜，加之鋼腹板加工安裝偏差，易造成漏漿影響鋼砼結(jié)合的質(zhì)量，必須采取特殊的構(gòu)造處理，確保砼澆注質(zhì)量。（4）鋼腹板代替常規(guī)砼腹板后，頂?shù)装屙艠?gòu)件成為相對(duì)獨(dú)立的塊件，施工桁車必須有針對(duì)措施保證頂、底板和腹板的整體性，避免砼澆筑過程中產(chǎn)生裂縫。

圖1 山東鄄城黃河公路大橋 圖2 本谷橋（日本）

3.懸臂作業(yè)桁車設(shè)計(jì)及計(jì)算

針對(duì)上述難點(diǎn)，結(jié)合鄄城黃河公路大橋主梁設(shè)計(jì)特點(diǎn)，經(jīng)過研究確定了桁車的功能、構(gòu)造，并進(jìn)行了強(qiáng)度和剛度計(jì)算分析。該橋縱、橫向布置見下圖3。

3.1懸臂作業(yè)桁車功能要求

全橋主梁均采用懸臂澆筑工藝，鋼腹板運(yùn)輸、就位、安裝是關(guān)鍵，決定著桁車的結(jié)構(gòu)形式。結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)施工條件，根據(jù)波形鋼腹板的運(yùn)輸、就位方式的不同，提出其不同的功能要求。

（1）位于灘地上的主梁，鋼腹板可以在陸地上運(yùn)輸至待安裝箱梁節(jié)段正下方，從懸臂節(jié)段的前端起吊。該類桁車則因地制宜，利用現(xiàn)有的常規(guī)掛籃改造，且以設(shè)備下方操作空間較大的菱形掛籃為宜。在掛籃懸臂部分，正對(duì)波形鋼腹板軸線位置上方，加裝縱梁、電動(dòng)葫蘆等。利用可縱向移動(dòng)的電動(dòng)葫蘆，在前端吊起鋼腹板后，垂直提升至待安裝高度，縱向后退，與前一階段波形鋼腹板對(duì)接，操作方便，經(jīng)濟(jì)適用；同時(shí)不必在桁車就為至下一節(jié)段后再開始安裝鋼腹板，每節(jié)段節(jié)省工期近半天。根據(jù)此工藝，除了常規(guī)掛籃具備的砼澆筑功能外，加裝的縱梁需要伸出至下一節(jié)段波形鋼腹板重心位置，利用此縱梁布置橫向糾偏調(diào)整裝置。（2）位于河道內(nèi)的主梁，波形鋼腹板無法在陸地上運(yùn)輸至待安裝箱梁節(jié)段正下方，各節(jié)段波形鋼腹板在相應(yīng)的主墩位置吊裝至0#塊，再利用輪胎平車向兩懸臂端運(yùn)輸至主桁尾部，通過主桁上布置的吊掛縱移系統(tǒng)移至懸臂端待安裝位置正上方，下放波形鋼腹板至設(shè)計(jì)位置，精確定位并安裝。綁扎鋼筋后，閉合結(jié)合部模板，按底板-頂板的順序一次性連續(xù)澆筑完成節(jié)段砼。根據(jù)此工藝，懸臂桁車的功能要求包括：①砼頂板、底板砼澆筑承重功能及模板功能；②波形鋼腹板安裝移動(dòng)、調(diào)整糾偏定位功能；③上、下承托位置側(cè)模板與鋼腹板的匹配密封功能；④桁車在已澆梁段上縱移及錨固功能。以下主要針對(duì)結(jié)構(gòu)、功能較為復(fù)雜，適用于江河、深谷等建設(shè)條件的水中桁車進(jìn)行介紹。

3.2 桁車總體布置及構(gòu)造簡介

桁車根據(jù)功能要求，分為三角主桁、支撐架、底板承重系統(tǒng)、頂板承重系統(tǒng)、桁車行走系統(tǒng)、澆筑后錨系統(tǒng)、波形鋼腹板吊掛安裝系統(tǒng)、操作平臺(tái)系統(tǒng)等。具體見圖4、5、6。各系統(tǒng)構(gòu)造簡介及主要作用見表1。

圖3鄄城黃河公路大橋主梁1/2中跨縱斷面布置圖 圖4 水中三角懸臂桁車

圖5鄄城黃河公路大橋主梁橫斷面布置圖 圖6 懸臂作業(yè)桁車總體布置縱斷面圖

表1 桁車構(gòu)造及功能一覽表

單臺(tái)桁車含防護(hù)體系、行走系統(tǒng)、操作平臺(tái)等所有附屬結(jié)構(gòu)總重86.2t，與最大節(jié)段重量167t的比率為52%，滿足設(shè)計(jì)要求的不超過100t的要求。結(jié)合鄄城黃河公路大橋主梁各部尺寸，（圖中7）H1=波形鋼腹板最大高度（5.5m）+電動(dòng)葫蘆最小工作高度（1.5m）+富余高度0.5m，L2=懸澆節(jié)段長度（4.8m）+后端錨固長度（0.4m）+前端鋼腹板安裝富余長度（0.6m），L1=?。?.7-1.0）L2；H2=?。?.8-1.0）L1

3.3 懸臂作業(yè)桁車構(gòu)造特點(diǎn)及創(chuàng)新點(diǎn)

為滿足施工要求，該作業(yè)桁車設(shè)計(jì)存在以下主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)。（1）波形鋼腹板快速吊掛、安裝、定位設(shè)施，針對(duì)波形鋼腹板只能從后方運(yùn)入這一難點(diǎn)，將三角主桁加高以滿足縱移高度需要；在主桁架下方設(shè)置軌道承重梁、弧形軌道、電動(dòng)葫蘆（如圖8）。為降低抬高的高度，提高穩(wěn)定性，設(shè)置了剛性吊具代替常規(guī)的鋼繩；再利用橫向布置的軌道承重梁、前橫梁將兩側(cè)桁架連接成整體的基礎(chǔ)上，在支撐立柱側(cè)面設(shè)置了輔助桁架，提高結(jié)構(gòu)受壓穩(wěn)定性。（2）適應(yīng)波形鋼腹板的翻轉(zhuǎn)、抽拉式模板系統(tǒng)及密封裝置

圖7 懸臂作業(yè)桁車波形鋼腹板吊掛安裝系統(tǒng)布置圖 圖8 懸臂作業(yè)桁車模板匹配系統(tǒng)布置圖

針對(duì)前述鋼腹板代替常規(guī)砼腹板后，頂?shù)装屙艠?gòu)件成為相對(duì)獨(dú)立的塊件，澆筑施工過程中頂、底板和腹板的整體性差易產(chǎn)生裂縫這一難點(diǎn)，設(shè)置了相對(duì)獨(dú)立的底板、頂板承重體系和模板體系（見圖6）。針對(duì)波形鋼腹板與頂?shù)装迥０褰Y(jié)合密封的難點(diǎn)，采用了翻轉(zhuǎn)內(nèi)模、抽拉伸縮式外模及可后移20cm左右的底板側(cè)模支架（見圖6），通過調(diào)整，基本能適應(yīng)波形鋼腹板外形而與之形成密閉體系。對(duì)于波形鋼腹板加工安裝的偏差（經(jīng)過實(shí)踐在20mm左右），則通過將模板與鋼腹板接觸的位置設(shè)及成楔形企口，內(nèi)填塞20mm厚密封黑橡膠予以很好的解決，模板密封性能好，未發(fā)生砼漏漿等現(xiàn)象。

3.4懸臂作業(yè)桁車強(qiáng)度、剛度及穩(wěn)定性分析

設(shè)計(jì)荷載包括：箱梁恒載、超載、懸臂施工桁車自重、施工荷載、風(fēng)荷載。風(fēng)速超過設(shè)計(jì)條件（8級(jí)風(fēng)）時(shí)停止施工。設(shè)計(jì)工況及荷載組合如下：

工況一：澆筑最重節(jié)段2#塊箱梁，相應(yīng)荷載組合：混凝土重量+超載+動(dòng)力附加荷載+懸臂施工桁車自重+人群和機(jī)具荷載；

工況二：桁車行走，相應(yīng)荷載組合：懸臂施工桁車自重+沖擊附加荷載，采用Midas軟件建立有限元模型求得其內(nèi)力后，按《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》進(jìn)行強(qiáng)度和穩(wěn)定性分析。

經(jīng)計(jì)算，桁車在澆筑砼狀態(tài)最大變形28mm，實(shí)測(cè)最大變形31mm，為懸臂長度的1/200。受力最不利的主桁最大應(yīng)力81.2MPa，受壓桿件考慮折減系數(shù)最大應(yīng)力88.7 MPa，其強(qiáng)度及穩(wěn)定性滿足規(guī)范要求，可見為滿足桁車剛度要求，選取了較大截面的型鋼，結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和穩(wěn)定性具有較大安全儲(chǔ)備。

4.懸臂作業(yè)桁車使用效果

1號(hào)塊到11號(hào)塊段采用該作業(yè)桁車對(duì)稱懸澆，現(xiàn)場(chǎng)對(duì)桁車變形、澆筑效率進(jìn)行了采集和總結(jié)分析。并與類似條件下施工的預(yù)應(yīng)力砼連續(xù)梁橋—荊岳長江公路大橋北灘橋懸澆工效進(jìn)行對(duì)比。其工效對(duì)比見表2。

表2 波形鋼腹板PC結(jié)合梁與常規(guī)PC梁懸澆實(shí)際工效對(duì)比表

鄄城黃河公路大橋砼梁懸臂施工中嚴(yán)格按設(shè)計(jì)要求的張拉齡期不低于5d控制，由于該懸臂施工桁車體系就位、模板安裝工效高，加之一個(gè)節(jié)段砼方量澆常規(guī)PC結(jié)合梁少25%以上，同時(shí)鋼筋及預(yù)應(yīng)力管道安裝及后期張拉壓漿作業(yè)量相當(dāng)少，通過對(duì)比發(fā)現(xiàn)一個(gè)節(jié)段比常規(guī)PC梁節(jié)省工期25%左右。同時(shí)由于波形鋼腹板PC結(jié)合梁節(jié)段長度大，相同跨度的橋梁節(jié)段數(shù)量相對(duì)較少，考慮此因素后，工期將節(jié)省30%以上。

5.施工過程中的改進(jìn)

施工過程中，結(jié)合施工條件進(jìn)行了一定的改進(jìn)，進(jìn)一步提高了工效、質(zhì)量及施工安全性。

（1）工藝環(huán)節(jié)，由于前4個(gè)節(jié)段處于墩旁塔吊的吊裝范圍內(nèi)，為提高效率，采用塔吊直接安裝鋼腹板就位；受高空作業(yè)影響，工人安全恐慌心理嚴(yán)重，工效降低，為保證安全，在桁車底面加掛高強(qiáng)度密目網(wǎng)防墜，在側(cè)面、前端安裝隔離網(wǎng)。

（2）桁車結(jié)構(gòu)、功能環(huán)節(jié)，行走系統(tǒng)改為1600mm行程長距離連續(xù)千斤頂，通過頂推前支點(diǎn)前移桁車，整個(gè)桁車前移就位時(shí)間縮短至20-30min，更加安全、穩(wěn)定；波形鋼腹板懸臂端在桁車就位前，在風(fēng)荷載作用易偏位，甚至橫向翹曲變形，施工過程中，在懸臂端采用兩頭帶螺紋的頂桿水平支撐，及牽引螺桿斜向交叉牽拉，對(duì)兩側(cè)鋼腹板形成定位加固的同時(shí)，使之橫向形成整體、大大提高了橫向剛度，效果顯著。

6.結(jié)束語

波形鋼腹板PC結(jié)合連續(xù)梁橋與常規(guī)預(yù)應(yīng)力砼連續(xù)梁相比，在質(zhì)量、進(jìn)度、經(jīng)濟(jì)效益等各個(gè)方面優(yōu)勢(shì)顯著，勢(shì)必得到廣泛的推廣和應(yīng)用。鄄城黃河大橋?yàn)槲覈晒?shí)施的首座多跨連續(xù)大跨度波形鋼腹板PC結(jié)合梁橋，通過該橋的研究探索和成功實(shí)踐，為該新結(jié)構(gòu)橋梁在我國的發(fā)展邁出了關(guān)鍵的一步。懸臂作業(yè)桁車設(shè)計(jì)作為該橋梁施工的核心技術(shù)，通過技術(shù)攻關(guān)研發(fā)了多項(xiàng)新工藝、新構(gòu)造，解決了多項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)難題。實(shí)踐證明該桁車滿足了鋼腹板安裝定位等各項(xiàng)施工功能要求，工效高、砼懸澆質(zhì)量好、工藝先進(jìn)，值得類似工程參考和借鑒。

參考文獻(xiàn)

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[3] 公路橋涵鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范（JTJ025-86）·交通部·北京：人民交通出版社，1988

作者簡介

[1] 鄒通 中交二公局烏海甘德爾黃河大橋一標(biāo)項(xiàng)目總工（原山東鄄城黃河公路大橋SJH-02標(biāo)項(xiàng)目工程部長）內(nèi)蒙古 烏海 016000。

[2]賀茂生 中交第二公路工程局技術(shù)中心副主任 陜西 西安 710065。

[3]袁少飛 中交二公局烏海甘德爾黃河大橋一標(biāo)項(xiàng)目經(jīng)理 （原山東鄄城黃河公路大橋SJH-02標(biāo)項(xiàng)目經(jīng)理）內(nèi)蒙古 烏海 016000。