常庄干渠高架桥斜波腹板钢混组合梁顶推施工

韩亚军 何 斌

(中国水利水电第十一工程局有限公司，河南 郑州 450001)

波形钢腹板PC 组合梁近年来在国内得到迅速的发展，其施工工法也日渐丰富与成熟。目前，国内已有几十座波形钢腹板PC组合梁桥，其中多以悬臂挂篮施工和支架现浇为主。常庄干渠高架桥作为国内第一座采用顶推法施工的波形钢腹板PC 组合梁桥，腹板为斜腹板结构，并首次使用波形钢腹板作为顶推导梁的主体结构，并对波形钢腹板PC 组合梁桥顶推施工关键技术进行施工。

1 工程概况和施工特点

1.1 工程概况

陇海路高架常庄干渠高架桥位于郑州市的西南角，主要跨越常庄水库泄洪干渠，桥梁全长940 m，分两联布置，跨径组合为(9×50)m+(9×50 +40)m，为两幅分离式设置，两幅之间设20 mm 分隔缝。单幅断面采用单箱单室斜腹板截面，腹板倾斜角度为75°，顶板宽度为12.75 m，底板宽度为6.0 m。

主梁永久预应力采用体内、体外预应力混合配置方式。体内束规格采用YM15-9，YM15-12，锚下控制应力(扣除锚圈口损失后)采用1 302 MPa;体外束采用YM15-27 低松弛环氧涂覆无粘结成品索;锚下控制应力(扣除锚圈口损失后)采用1 150 MPa。

波形钢腹板PC 组合箱梁模型图见图1。

波形钢腹板采用BCSW1600 型，材质采用Q345qc。波形板水平幅宽430 mm、斜幅水平方向长370 mm、波高220 mm。

波形钢腹板与混凝土顶板采用Twin-PBL 方式连接，其中除导梁段翼缘钢板厚20 mm 外其余一般节段翼缘钢板采用16 mm，翼缘宽度均采用450 mm;开孔钢板厚16 mm;开φ60 mm 长圆孔，顺桥向孔间距为150 mm，高度为200 mm，贯穿钢筋Φ25。

波形腹板与混凝土底板的连接采用栓钉方式连接，其中除导梁段翼缘钢板厚20 mm 外，其余一般节段翼缘钢板采用16 mm，翼缘宽均采用400 mm，栓钉直径采用22 mm，长度150 mm。

1.2 施工特点

1)现场地形起伏大，最大高差达二十多米，顶推施工难度较大;2)上部结构采用波形钢腹板PC 组合箱梁，为单幅单箱室截面设计，宽幅大箱室波形倾斜钢腹板箱梁顶推技术在国内没有先例，临时支座反力将近700 t，波形钢腹板在施工过程中同时承受竖向应力和剪应力，比成桥状态受力复杂，关于波形钢腹板在复合应力下的整体稳定性和板件局部稳定性研究在国内尚属空白;3)本桥采用波形钢腹板作顶推导梁的主梁，且箱梁截面为75°斜腹板，待顶推就位后直接用于导梁段波形钢腹板PC 组合梁的现浇施工。因此导梁受力复杂，牵涉到临时预应力束的配置、导梁和混凝土的结合面构造设计、导梁主体、滑靴及连接系的设计等。

2 施工总体方案

结合现场地形情况，YU01 联顶推预制平台布置在YP2 墩～YP4 墩处，即顶推节段6 个(不含导梁段)，长度312.5 m;曲线现浇段长度137.5 m;YU02 联顶推预制平台布置在YP16 墩～YP18墩处，即顶推节段6 个(不含导梁段)，长度312.5 m;曲线现浇段177.5 m。

2.1 顶推预制平台施工

预制平台划分为五个部分，以YU01 联为例，从YP1 墩～YP4方向，依次为:综合加工区、工作平台区、箱梁预制区、导梁安装区。综合加工区主要用于原材料的存放，内模加工等。工作平台区主要用于钢绞线及体外束下料、穿束、存放等。箱梁预制区主要为梁段的钢筋安装、箱梁浇筑区域，箱梁预制区设置可移动的防护棚，防止高温和下雨等恶劣天气对施工造成影响。

由于施工现场地形复杂，材料运送困难，考虑到波形钢腹板PC 组合箱梁施工需要，在两个顶推平台的北侧设置施工便道，YP3(YP17)墩南侧布置塔吊一座，用于波形钢腹板和施工材料的垂直和水平运输。另考虑到顶推期间的测量需要，在YP2 墩顶设置测量观测墩，用于顶推施工期间预制平台及梁体的监控和测量。

1)平台支架结构形式。预制平台结构主要由模板系统、临时支墩(滑道支承墩、平台支承墩)及安全通道组成。结合现场实际情况，并经过受力验算，基础拟采用钻孔灌注桩基础，桩基设计为摩擦桩，滑道支撑墩选用1.2 m 直径钻孔灌注桩;支架支撑墩选用1.0 m 直径钻孔灌注桩，为便于支架墩与钻孔灌注桩连接，桩顶设置1.2 m×1.2 m×1.0 m 承台。设计要求滑道支承墩间距不得大于10 m，因此滑道支承墩和平台支承墩的纵向间距为5 m。a.滑道支承墩。滑道支承墩是箱梁顶推时的临时支承墩，同时也是箱梁混凝土浇筑时底模的端支点支承墩;其中间底模板下方两个支承墩。b.平台支承墩。平台支承墩仅作为箱梁施工时底模的中间支点，其采用直径630 mm、壁厚8 mm 的钢管柱，基础采用直径1 000 mm 钻孔灌注桩，纵桥向间距5 m，有滑道支承墩处不设平台支撑墩，钢牛腿兼作支点。

2)平台模板系统。平台模板系统主要由底模升降系统、翼缘板模板和内模组成。底模升降系统采用钢制定型骨架，上部设置Ⅰ型分配梁和底模。通过千斤顶调整底模标高就位，用马凳和钢楔块将模板调平。模板下落时，拆卸钢楔块和马凳即可实现模板系统下降。滑道前后两侧设置活动底模，顶推前将活动底模抽掉，用于喂取滑板。

3)平台支架受力验算。支架受力分析模型采用midas 程序，底模面板采用板单元建模，其余构件均采用梁单元建模;模型取20 m 节段分析，箱梁采用横梁附近区域20 m 节段，每层分配梁之间采用弹性连接约束，立柱底部采用固结约束。所有荷载均采用面荷载形式施加在底模面板上(见图2，图3)。经计算，支架结构体系及模板刚度能够满足施工要求。

4)平台安全通道。预制平台处设置装配式爬梯两座，用于人员的垂直上下。为方便顶推施工和模板升降的需要，沿钢管支墩连接系纵横方向水平设置安全通道。安全通道与上下爬梯连接，并在滑道支撑墩前后设置施工平台，便于滑板的喂取。安全通道采用φ48 钢管焊接而成，护栏高度不小于1.2 m，底部30 cm 设置挡脚板，内外侧悬挂密目式安全网。

图1 波形钢腹板PC 组合箱梁模型图

图2 底模面板受力验算模型图

2.2 波形钢腹板导梁

顶推导梁的主体结构采用波形钢腹板，并使用斜腹板结构，待顶推就位后将临时结构拆除直接用于导梁现浇段施工。导梁主要由波形钢腹板主梁、梁间连接系、滑道钢靴、埋入段、根部钢顶板五个部分组成(见图4)。

图3 平台支架受力验算模型图

图4 波形钢腹板导梁基本构造

导梁悬臂总长35 m，为最大跨径的0.7 倍。导梁总长38.8 m，分三个节段。其中第一节段长12.98 m，由腹板节段1、腹板节段2 及上下平联、横联组成;第二节段长10.4 m，由腹板节段3、上下平联、横联组成;第三节段长14.2 m，由腹板节段4、导梁箱梁结合部及上下平联、横联组成。导梁段为便于顶推到位后调整线形和割除临时构件，波形钢腹板节段间施工期间采用高强度螺栓连接，顶推到位后拆开波形钢腹板，对钢腹板进行线形调整和整修，就位安装，使用贴角焊搭接连接。施工期间导梁段的上下翼缘须在施工期间保持连续，以满足受力要求，因此该段节段间上下翼缘板在先期采用熔透焊接并加补强板，后期切开焊缝，同一般节段一致，设20 mm 断缝。导梁末端预先与相邻箱梁现浇段浇筑成整体，并加设临时体外束，顶推到位后拆除并转化成永久体外束。

2.3 波形钢腹板定位安装

由于波形钢腹板加工、运输及施工的要求，在纵桥向分割成节段，运抵现场后再进行拼装。拼装时采用高强螺栓临时固定，待定位完成后再进行双面贴角焊接。本桥采用斜腹板结构，因此波形钢腹板的定位安装就显得尤为重要。结合本桥的施工特点，采用了内拉外撑的支撑体系对波形钢腹板进行定位支撑。外侧支撑采用φ80 mm 无缝钢管作为支撑的承重杆件，在波形钢腹板顶部和支撑平台设置耳板，支撑杆与耳板间采用销轴固定，钢管中间布置一道可调螺栓用于波形钢腹板角度的调整。内侧支撑在上下各设一道锁口支撑杆，杆件布置形式同外侧支撑，中间均设置可调螺栓，便于对波形钢腹板位置进行精调。同时，在上下锁扣支撑杆两侧各布置一道斜杆，防止浇筑过程中波形钢腹板移位。支撑体系的布置按照2 m 一道的原则进行设置，且保证每节段波形钢腹板不少于4 道支撑。

2.4 波形钢腹板PC 组合箱梁预制

待模板打磨、除锈、刷漆完成后，即可进行底板钢筋绑扎作业。底板、顶板钢筋采用在加工棚内集中化加工，将钢筋分段加工成型后再吊装至平台处安装。模板与钢筋安装工作应配合进行，妨碍绑扎钢筋的侧模板应在钢筋安装完毕后安设。为确保预应力质量，波纹管内增设橡胶管进行支撑，浇筑过程中进行抽拔，防止堵塞孔道。钢筋安装完成后要及时对各类预埋件进行检查，并准确定位。波形钢腹板的安装与箱梁底板钢筋绑扎同时进行，吊装时依次按照编号和安装顺序进行吊装，以免发生混淆。安装侧模时应防止模板移位和凸出，侧模外设支撑进行固定，横梁处的侧模设拉杆固定。模板安装完毕后应保证位置正确。浇筑时发现模板有变形时要立即进行纠正加固。浇筑混凝土前，对平台支架、模板系统、钢筋及预埋件等进行全面检查，并对混凝土拌和、输送等各种机具设备和备料情况进行检查，以确保混凝土浇筑的顺利。混凝土浇筑采用泵送连续入仓，插入振动器振捣，振捣以混凝土表面不再下沉、表面泛浆、不再出现气泡为止，防止出现漏振、过振。混凝土浇筑过程中，严禁重物撞击波形钢腹板，防止移位变形。分两次浇筑时，顶板与横隔板处新旧混凝土接缝表面必须凿毛、清洗，以保证新旧混凝土结合良好。转向块处面积小、钢筋密集，布置有体外索转向器;端横隔板是体外索锚固端，钢筋密集;为保证混凝土的密实，要采用工作性好的混凝土，采用小型振捣棒，并辅以人工使用木槌进行敲击检查，防止出现漏振、空洞现象。待浇筑完成，养护龄期、强度及弹性模量均符合设计要求时即可进行张拉压浆作业，然后进行下一步顶推作业。

2.5 顶推施工

1)顶推设备选型。顶推设备选用含有墩顶位移监测的第三代的QKDT(BP)自动连续顶推系统。在每台千斤顶的前顶和后顶分别配置位移传感器，可直接检测出千斤顶活塞的行程。通过PLC 的运算计算出千斤顶的速度并加以比较，以一台顶为主动点，以恒定的速度伸缸;其余顶为随动点，如果千斤顶速度满足要求则按此频率输出泵头流量，否则调整电机频率以增加或减小泵头输出流量，以达到速度的调控，通过这个闭环控制系统，保持各顶速度的同步。每个桥墩配置一个现场控制器(分控柜)，每个现场控制器均带有触摸屏显示，可控制1 个泵站和2 套顶推千斤顶，同时将所有的数据传送到主控台。操作面板上安装有急停开关、远程/就地选择开关、报警指示灯等。

2)每个泵站上都设有压力变送器，可准确地检测每个泵站承载力的大小。在整个工作过程中，将每个泵站的压力与该泵站的最高设定压力比较，若小于设定值则系统继续工作，若不小于设定值则系统停机并在屏幕上显示相关信息。

3)墩顶顶推滑道及预埋件布置。a.滑道梁。滑道梁由钢板焊接成箱式结构。顺桥向滑道前后方做成坡型口，方便MGE 喂板。通过调整预埋钢板坡度保证滑道梁纵向坡度与桥梁设计纵向坡度一致。b.MGE 板。在滑道上均匀涂抹润滑油脂，将MGE板平铺在滑道上，控制MGE 板之间间隙不可太大。预制平台MGE 板厚为35 mm，一个滑道上放置4 块600 mm×600 mm 的MGE 板。c.千斤顶反力支架。千斤顶反力支架是千斤顶放置及顶推时反力传递的临时设施，利用精轧螺纹钢与墩身连接固定。d.牵引锚柱(拉锚器)。牵引锚柱设置为梁体预埋孔道式，使用型钢插入孔道作为顶推牵引的拉锚器。在浇筑箱梁时，在梁顶面及底面预埋箱形钢板作为孔道。梁体成型后，利用型钢锚柱贯穿梁体，在梁底安装锚固端锚板，作为拉锚器。

除此之外，顶推过程中还需与监控等单位的沟通与协作，确保顶推梁段成桥后的线形符合设计要求。由于顶推施工是一项较复杂的工程，尤其是波形钢腹板作顶推导梁在国内尚未成熟，施工过程将进一步加大对波形钢腹板导梁的监测与控制，为后续同类桥梁的施工提供实践依据和数据支持。

4)顶推施工。a.顶推力大小的确定。顶推施工控制最基本的要求是准确计算各工况应施加的顶推力，顶推牵引力的大小根据各工况下墩顶的最大支反力及试验顶推节段确定的摩擦系数来确定。顶推过程中，需保证总的顶推力大于摩阻力，设定好泵站系统后再分批次施加到位。如需增加或减少顶推力时，应根据现场测量监控结果并在有较大富余顶力的墩位来补足顶推力。b.顶推测量监控。顶推过程中，要对箱梁的轴线偏移、主梁标高、导梁挠度以及墩顶的水平位移等进行测量，施工施加顶推力开始移动连续进行观测，一旦应力超限时要及时停止，并对各墩应力调整后再进行顶推。除此之外，还需要对预制平台临时支墩的应力状态、主梁结构安全性、波形钢腹板屈曲稳定、导梁结合段及导梁的安全性、墩身安全性进行监控，确保结构顶推到位后的线形及其内力状态符合设计要求。c.支座转换、落梁。在顶推完成后，先拆除顶推千斤顶及反力架，留出空间布置顶升千斤顶。将滑道与预埋板切割分离，利用手拉葫芦、汽车吊将滑道拆除。用吊车吊装支座至限位架上，利用手拉葫芦牵引支座滑移到安装位置。待支座全部转换完成后，才能进行落梁作业。

3 结语

经过常庄干渠高架桥的工程实践证用，波形钢腹板PC 组合箱梁顶推预制平台结构可靠，稳定性好，波形钢腹板PC 箱梁顶推法施工具有施工效率高、占用场地较小、外观质量好等优点，具有很好的工程应用价值，为后续同类桥梁的施工提供了很好的实践依据。

［1］陈宜言，王用中.波形钢腹板预应力混凝土桥设计与施工［M］.北京:人民交通出版社，2009.

［2］上官兴.连续梁桥顶推技术的新探索［A］.湖南公路学会论文集［C］.1995.