尹君，武其亮 （中鐵四局集團(tuán)管理與技術(shù)研究院，安徽 合肥 230023）

0 前言

在創(chuàng)新和引領(lǐng)為主導(dǎo)的新時代背景下，科技創(chuàng)新已經(jīng)成為引領(lǐng)建筑業(yè)蓬勃發(fā)展的新生力量。當(dāng)傳統(tǒng)橋梁施工技術(shù)已不能滿足建設(shè)者的需求時，新型工業(yè)化制件、裝配式橋梁施工的案例逐漸涌出，如湖南張花高速公路牛路河特大橋、上海國定中路下匝道橋、港珠澳大橋、預(yù)制房屋結(jié)構(gòu)[1-7]等建筑均不同程度地采用了預(yù)制拼裝技術(shù)。濟(jì)祁高速壽縣淮河特大橋引橋是國內(nèi)首座大規(guī)模應(yīng)用預(yù)制構(gòu)件拼裝施工的高速公路橋梁，主要包括預(yù)制PHC管樁、預(yù)制空心橋墩、預(yù)制鋼板組合梁以及預(yù)制橋面板等四個分項工程。在預(yù)制橋面板安裝階段，文章對比分析了預(yù)制橋面板安裝方案和B1板受力情況，在保證施工質(zhì)量的前提下，對安裝工藝進(jìn)行了優(yōu)化，加快了施工進(jìn)度，節(jié)約了施工成本，開辟了預(yù)制橋面板安裝工藝的新思路。

1 工程概況

濟(jì)南至祁門高速公路（淮南至合肥段）路基工程02標(biāo)段均為壽縣淮河特大橋引橋，全長5.11km。橋面設(shè)計為預(yù)制鋼筋混凝土面板，強(qiáng)度C40和C40 PVA，全線共計8176塊，分為邊板（B型）和中板（Z型）兩種類型，其中 B 型板包括 B1、B2、B3、B4、B4`五種類型，Z 型板包括 Z1、Z2、Z3、Z4、Z4`五種類型。單幅單跨橫橋向布置4塊，縱橋向布置7塊，其中Z型板三邊鋪設(shè)在鋼梁表面，而B型板僅有一邊鋪設(shè)在鋼梁表面，其余三邊均處于懸空狀態(tài)，與鋼梁垂直投影重疊距離僅有5cm（圖1）。

圖1 橋梁模型組裝圖

2 施工方法

根據(jù)預(yù)制橋面板安裝工藝流程圖（圖2），預(yù)制橋面板安裝施工方法如下：

圖2 工藝流程圖

2.1 預(yù)制橋面板安裝試驗

試驗選取重量最大的B1預(yù)制橋面板安裝作為研究對象，先行安裝Z型板，再安裝B型板。B1板安裝時，起臨時固結(jié)作用的上、下層鋼筋接頭對稱、間隔、均勻焊接，焊接數(shù)量分別取 6、12、18、24、30 根，并根據(jù)單板橫向相對高差值將B1板橫坡度均設(shè)置為設(shè)計值2%。

2.2 預(yù)制橋面板選型、運輸

將存板區(qū)按照橋面板板型及每種板型對應(yīng)的數(shù)量劃分大小不同的十個區(qū)間，并統(tǒng)一命名為B1、B2、B3、B4、B4`、Z1、Z2、Z3、Z4、Z4`區(qū)。橋面板預(yù)制流程結(jié)束后，將拆模后的橋面板統(tǒng)一運輸至對應(yīng)型號的存板區(qū)存放、鑿毛、養(yǎng)生、涂刷水泥漿防銹。預(yù)制橋面板運輸采用按需運輸?shù)脑瓌t進(jìn)行，根據(jù)預(yù)制橋面板安裝現(xiàn)場對預(yù)制橋面板型號、數(shù)量和存放時間的要求，從對應(yīng)存板區(qū)選取適宜預(yù)制橋面板裝車，逐步運輸至施工現(xiàn)場。

2.3 測量放樣

施工選擇預(yù)制橋面板與主縱梁接觸邊所對應(yīng)的角點作為坐標(biāo)控制點。采用后方交會法，在已安裝好的鋼梁表面放樣出預(yù)制橋面板坐標(biāo)控制點位置，并使用紅色油漆顯著標(biāo)示。使用水準(zhǔn)儀測定坐標(biāo)控制點高程，確保坐標(biāo)控制點高程符合規(guī)范及設(shè)計要求。

2.4 預(yù)制橋面板安裝

經(jīng)過方案比選研究，預(yù)制橋面板吊裝采用龍門吊與履帶吊組合起吊的方式，履帶吊以安裝Z型板為主，龍門吊以安裝B型板為主，安裝時由專人指揮起吊設(shè)備將預(yù)制橋面板緩慢準(zhǔn)確安裝在鋼梁表面，使得預(yù)制橋面板角點與鋼梁表面坐標(biāo)控制點重合，以確保預(yù)制橋面板安裝位置正確。預(yù)制橋面板安裝順序按照先中板、后邊板、先中間、后兩端的順序逐孔安裝。B型板安裝時，先行均勻焊接B型板上、下層一定數(shù)量的鋼筋，用以臨時固定B型板，并按要求控制單板橫向相對高差（圖3a）。

圖3 預(yù)制橋面板安裝及預(yù)留鋼筋接頭焊接

2.5 預(yù)制橋面板預(yù)留鋼筋焊接

預(yù)制橋面板安裝結(jié)束后，及時對所有預(yù)制橋面板預(yù)留鋼筋進(jìn)行焊接，本工程共計292孔，每孔預(yù)制橋面板預(yù)留鋼筋焊接接頭平均3084個，焊接工程量較大，焊接質(zhì)量直接決定工程施工質(zhì)量的好壞。因此預(yù)制橋面板預(yù)留鋼筋接頭焊接采用CO2氣體保護(hù)焊和電弧焊相結(jié)合的方式，并統(tǒng)一采用滿焊的形式提高橋面質(zhì)量（圖3b）。

2.6 濕接縫施工

當(dāng)預(yù)制橋面板所有預(yù)留鋼筋接頭焊接完畢后，及時進(jìn)行橋面濕接縫施工，綁扎鋼筋、清洗濕接縫區(qū)域、模板安裝、澆筑混凝土、養(yǎng)護(hù)（圖4a），使橋面形成一個結(jié)構(gòu)整體，均勻受力（圖4b）。

圖4 濕接縫施工

3 結(jié)果與討論

3.1 預(yù)制橋面板安裝試驗

圖5為A、B、C、D和E五組B1板焊接結(jié)束后隨靜置時間延長其位移下沉量。結(jié)果顯示，隨著預(yù)制橋面板預(yù)留鋼筋接頭焊接數(shù)量的增加，其位移下沉量逐漸降低，而且達(dá)到最大下沉位移量的時間也隨預(yù)制橋面板預(yù)留鋼筋接頭焊接數(shù)量的增加而減少。E組試驗數(shù)據(jù)表明B1板安裝時共臨時焊接30根預(yù)留鋼筋接頭，上、下層各15根，縱橋向前端、中間和后端3個區(qū)域各焊接5根，最大下沉位移量之和Δh=4mm，符合JTG F80/1-2004標(biāo)準(zhǔn)要求。因此，實際施工中采用E組試驗參數(shù)要求安裝B型預(yù)制橋面板。

3.2 預(yù)制橋面板存放

本工程預(yù)制橋面板為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，預(yù)制結(jié)束后需統(tǒng)一轉(zhuǎn)運至存板區(qū)靜置180d以上，以消除混凝土收縮、徐變對其結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的影響[8]（圖6a）。其次，在預(yù)制橋面板靜置的前7d，完成預(yù)制橋面板與濕接縫接觸面的鑿毛工作，漏出新鮮混凝土顆粒，提高其表面粗糙度，以提高預(yù)制橋面板與濕接縫連接的密實度[9]（圖6b）。再次，在預(yù)制橋面板靜置的前28d，定期對其灑水養(yǎng)生，以確保預(yù)制橋面板強(qiáng)度符合規(guī)范及設(shè)計要求[10]（圖6c）。最后，在預(yù)制橋面板靜置期間，對其預(yù)留鋼筋頭涂刷水泥漿防銹，以保證后期焊接質(zhì)量合格（圖6d）。

圖5 B1板位移下沉圖

圖6 預(yù)制橋面板存放、鑿毛、養(yǎng)生、防銹

3.3 橋梁線形和坡度控制

橋梁線形和坡度對應(yīng)縱向和橫向兩種相對差值，其中橋面縱向高差形成橋梁的縱向線形和縱向坡度，而橋面橫向高差形成橋面橫坡度[11-12]。B型板水平方向坐標(biāo)決定著橋梁的橫向線形，B型板滴水檐端高程決定著橋面橫向坡度。預(yù)制橋面板安裝過程中，使預(yù)制橋面板角點對準(zhǔn)鋼梁表面已放樣坐標(biāo)控制點，實現(xiàn)了橋梁平面線形的整體流暢性[13]。

圖7 B型板相對高差示意圖

橋梁高程控制工作始于樁基施工，嚴(yán)格控制每一道工序高程直至預(yù)制橋面板安裝完畢。采用控制B型板橫向相對高差的方法，保證橋面橫坡度符合規(guī)范及設(shè)計要求。設(shè)B型板與鋼梁接觸端為A高程點，護(hù)欄底座內(nèi)側(cè)為B高程點（圖7），由勾股定理公式[14]可得：

式中h為AB點之間相對高差（mm）；L為AB之間水平距離（mm）；S為AB之間斜面距離（mm）；I為橋面橫坡度；

由橋面設(shè)計橫坡度I理論=2%，S=2050（mm）可得：

由4.1可知，預(yù)制橋面板安裝最大位移下沉量為4mm，為了保證橋面橫坡符合2%，預(yù)制橋面板安裝時應(yīng)控制的相對高差h實際的值為：

3.4 B1板受力分析

由設(shè)計圖紙可知，B1型預(yù)制橋面板自重9058.904kg，是所有B型板中重量最重者，符合最重者滿足條件，則所有B型板均符合條件原理。B型板上層鋼筋為Φ25，下層鋼筋為Φ20，型號HRB400。Z型板上、下層鋼筋均為Φ20，型號HRB400，上層鋼筋受拉，下層鋼筋受壓，本文忽略橋面板與鋼梁之間的摩擦力。利用加權(quán)平均法求解B型板重心位置[15]，則B型板重心求解方法為：

圖8 B型板重心分解圖

圖9 B1型板受力分析圖

將B型板分解成4部分，設(shè)定B型板重心坐標(biāo)為（x0,y0）,圖8給出了重心分析示意圖，則

式中G0為B型板重心；Gi為B型板分解后第i塊重心；xi為第i塊重心對應(yīng)的橫坐標(biāo)；

由圖8分別求出圖中矩形、大三角形、梯形和小三角形對應(yīng)的面積 S1、S2、S3和 S4。

則圖8中矩形、大三角形、梯形和小三角形對應(yīng)的重量 G1、G2、G3和 G4分別為

將 G1、G2、G3和 G4分別代入公式（3），則 B 型板重心橫坐標(biāo)為

根據(jù)圖9，分別從水平方向和垂直方向?qū)1板受力情況進(jìn)行分析。

①水平方向受力平衡:

式中F1為B1板上層鋼筋所受拉力（N）；F2為B1板下層鋼筋所受壓力（N）；

②垂直方向受力平衡:

式中F為鋼梁與B1板接觸面支撐力（N）；G為B1板重力（N）；

③根據(jù)力矩平衡原理，B1板力矩平衡公式：

式中h0是B1板上、下層鋼筋之間的距離（mm）；25是B1板與鋼梁接觸面長度的一半；

由4.1可知F1由15根鋼筋焊接接頭產(chǎn)生的拉力支撐，則每根鋼筋焊接接頭所分配的拉力為

根據(jù)型號HRB400、直徑為20mm鋼筋焊接接頭拉伸試驗屈服強(qiáng)度均值490MPa和抗拉強(qiáng)度均值630MPa[16]，以及國家規(guī)范規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)值[17-18]可知，本工程同類型鋼筋接頭拉伸試驗極限荷載均值f極值=205.87（kN）具有較大的準(zhǔn)確性。顯然 F單＜f極值，即 B型預(yù)制橋面板臨時焊接預(yù)留鋼筋接頭所產(chǎn)生的拉力之和遠(yuǎn)大于B1板自重，故該優(yōu)化工藝可行。

3.5 經(jīng)濟(jì)效益分析

原有B型預(yù)制橋面板安裝工藝需在鋼梁側(cè)面安裝臨時翼緣，并在臨時翼緣下部增設(shè)臨時支撐。而優(yōu)化之后的安裝工藝完全不需要臨時翼緣和臨時支撐，直接焊接特定數(shù)量B型板預(yù)留鋼筋接頭以臨時固定預(yù)制橋面板，其兩種施工工藝在單孔預(yù)制橋面板安裝過程中所產(chǎn)生的費用比較詳見表1：

優(yōu)化前后費用對比表 表1

表1數(shù)據(jù)表明，優(yōu)化后預(yù)制橋面板安裝工藝比優(yōu)化前單孔節(jié)約施工成本32617.00元，本工程共計292孔，全線可節(jié)約施工成本9524164.00元。

3.6 預(yù)制橋面板安裝誤差控制

根據(jù)中華人民共和國《公路工程質(zhì)量檢驗評定標(biāo)準(zhǔn)》（JTG F80/1-2004）和中華人民共和國《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》（JTG/T F50-2011）可知[19-20]，預(yù)制橋面板安裝誤差控制標(biāo)準(zhǔn)詳見表2：

安裝誤差標(biāo)準(zhǔn) 表2

4 結(jié)論

本文實現(xiàn)了不用臨時翼緣成功安裝B型預(yù)制橋面板的目標(biāo)，且滿足橋面2%橫坡度的設(shè)計要求，橋梁線形和縱坡度符合規(guī)范及設(shè)計要求。采用該種預(yù)制橋面板安裝優(yōu)化工藝可節(jié)約施工成本9524164.00元，同時施工工序簡便快捷、質(zhì)量可靠，為預(yù)制橋面板拼裝施工開闊了新的應(yīng)用前景。