横向预拼波形钢腹板箱梁桥技术与效益分析

傅立军 张宇峰 陈亚军

摘要：采用预制波形钢腹板工字梁横向拼装形成连续箱梁是一种新型的施工方法，可有效保证桥梁的施工质量，缩短施工工期。文章以新建机西高速2×50 m装配式波形钢腹板PC组合箱梁桥为工程背景，对横向预制拼装法的施工技术特点及材料用量、施工效益等方面进行分析。

关键词：波形钢腹板;横向预制拼装;工字梁;效益

中图分类号：U448. 21+3文献标识码：A DOI： 10. 13282/j. cnki. wccst. 2019. 12. 027

文章编号：1673 - 4874（2019）12 - 0100 - 03

0引言

波形钢腹板PC组合箱梁桥通过采用10～20 mm厚的有褶皱波纹形钢板，替代30～80 cm厚的普通钢筋混凝土箱梁腹板，显著降低结构自重，并且桥梁跨度和腹板的抗剪能力得以提高[1]。这种新颖的桥梁结构具有造价低廉、预应力效率高、抗震性能好、受力合理及桥型美观等优点，展现出广阔的应用前景。

随着波形钢腹板PC组合箱梁桥在公路桥梁中的大量应用，其施工技术及工艺不断提高，近年我国研究提出了波形钢腹板PC箱梁桥横向拼装快速施工建造技术，由构件尺寸与形式标准化设计、工厂化预制，现场焊接、拼装形成工字梁[2]，再将工字梁横向拼装浇筑成箱梁。该施工技术有效保证了波形钢腹板PC组合箱梁桥的施工质量，加快了施工进度，经济效益优异，已应用于工程实体及实现了该类桥梁的预制工厂化及施工装配化、标准化。

1 波形钢腹板PC组合箱梁桥应用现状及主要施工方法

1.1 应用现状

我国于20世纪90年代引进波形钢腹板PC组合梁桥，广泛应用于简支梁、连续梁、连续刚构和斜拉桥等多种梁式桥中。近年来，钢结构桥在政策上得到进一步支持，这种新型桥梁结构在我国的土木工程建设中展现出了广阔的应用前景[3]。表1所示为部分国内已建、在建波形钢腹板箱梁桥。

1.2主要施工方法

桥梁工程施工主要是根据其桥梁跨径大小、工程项目环境、经济发展水平、技术装备发展等因素综合选择适宜的施工方法[4]。通常上部结构采用的施工方法有满堂支架法、顶推施工法、悬臂施工法、装配式施工法等。

（1）满堂支架法

满堂支架法施工的主要优点为現浇施工便捷、结构整体性质量高、施工造价经济性好;缺点为施工中需要大量模板和支架。目前主要适用于中、小跨径波形钢腹板PC箱梁桥，世界上第一座波形钢腹板桥Cognac桥采用该法。

（2）顶推施工法

顶推施工是利用波形钢腹板做钢导梁，该方法简化了导梁设施，提高了施工效率，并且降低了工程造价。其主要优点是充分利用波形钢腹板抗剪能力强、刚度大、稳定性好的特性，高效地利用了自身结构材料。

（3）悬臂施工法

波形钢腹板PC组合箱梁桥与普通PC箱梁桥悬臂法施工工艺类似，即采用悬臂挂篮进行施工，通过挂篮的前移，对称地向两侧跨中逐段安装波形钢腹板和浇筑混凝土，并施加预应力直至全桥合龙。

（4）装配式施工法

采用装配式拼装施工与传统预制T型梁或小箱梁施工方法类似，由于其混凝土用量减少，预制梁段的重量较轻，施工机械设备更容易满足要求。目前，波形钢腹板PC组合箱梁桥纵向分节段或整体装配式施工技术已较成熟，而预制波形钢腹板梁横向拼装施工技术虽在工程建设中得到部分应用，其工艺标准还处于研究期，尚存在提升空间。

2 横向预制拼装法施工技术特点

波形钢腹板PC组合箱梁桥能充分发挥钢筋一混凝土两种材料的力学性能，显著减少结构自重，提高预应力导入效率，近年来在我国得到了快速发展。目前，该桥型施工多采用满堂支架法或悬臂浇筑法，均为现浇混凝土，施工工艺复杂且速度较慢，结构质量不易控制，不能够实现箱梁构件的工厂化、标准化加工和施工，这使得该类桥梁结构自身优势无法完全体现。

为了更为充分地发挥波形钢腹板PC组合箱梁的技术经济效益，出现了一种由预制波形钢腹板PC工字梁组拼形成连续箱梁桥的创新技术：即通过将波形钢腹板PC连续箱梁横断面从中间划分为两个工字梁单元，再通过横向湿接缝将两个工字梁单元连接形成波形钢腹板PC连续箱梁[5-6]。横向拼装施工技术能够实现钢混结构构件工厂化、标准化施工。波形钢腹板PC组合箱梁的制作、安装如图1所示。

根据不同的桥梁结构设计宽度，桥梁横向可由单个或多个闭合箱梁拼装而成，各箱体间的连接方式以湿接缝为主。通过“化整为零”后波形钢腹板工字梁成为关键部件，采用预制施工，再通过横向拼装现浇形成整体箱梁，实现“化零为整”。通过将PC组合箱梁整体施工分离化，实现构件工厂化和标准化施工，能更好保证桥梁施工质量，且有效缩短工期。

3 横向预制拼装法施工技术在贾鲁河大桥中的应用效益分析

3.1 工程概况

机西高速公路贾鲁河大桥主桥主跨采用2×50 m装配式波形钢腹板连续箱梁，双幅双向设计。桥梁单幅横断面由4片工字型梁组成，然后通过现场湿接段相互连接，形成2个组合箱梁，各腹板中心处箱梁等高，其高度均为3m。波形钢腹板沿铅垂方向设置，箱梁顶板顶面设置2%横坡。

3.2 贾鲁河大桥经济效益分析

混凝土腹板约占混凝土箱梁自重质量的20%～30%，通过采用波形钢腹板代替普通混凝土腹板，梁体自重可减小15%～25%。使用钢腹板直接减少了混凝土、普通钢筋、预应力钢筋的用量，进而减少了上部结构自重内力，相应的结构造价也降低了8%～12%[7 -8]。

波形钢腹板PC组合箱梁桥与普通PC箱梁桥相比，其上部结构材料数量发生了很大变化，表现在混凝土和钢材用量大大减少。同时桥梁基础、墩台工程量也相应减少。表2列出了波形钢腹板PC箱梁与普通PC箱梁上部工程材料用量的对比。

对表2中数据进行对比可知，前者波形钢腹板PC组合箱梁桥上部结构混凝土用量为2 186 m3，后者PC连续箱梁桥为2 754 m3，前者混凝土用量是后者的79. 4%;对上部结构所用钢材进行汇总合计，前者用钢量是（240+ 72+ 668）= 980 t，后者用钢量是（119+960） =1 079 t，前者用钢量是后者的90. 8%，特别是预应力钢筋用量，前者是后者的60.5%。由此可见，波形钢腹板PC组合箱梁桥上部结构混凝土用量、钢材用量均要小于普通PC箱梁桥。经计算比较，贾鲁河大桥主桥采用波形钢腹板PC组合箱梁设计，较常规PC箱梁桥约节省工程造价12%。

4 结语

横向预制拼装法施工技术具有结构重量轻、预应力导入效率高、施工便捷、经济效益显著的特点，充分发挥了波形钢腹板PC箱梁结构的优势，进一步促进了该桥梁结构型式在中等跨径桥梁的应用。本文通过对横向预制拼装法施工技术及其经济效益两方面进行分析，得出了如下结论：

（1）采用预制波形钢腹板工字梁横向拼装形成整体箱梁是一种新型的施工方法，有利于构件工厂化和标准化施工，能有效保证桥梁的施工质量，缩短施工工期，已建项目对类似工程具有指导、借鉴价值。

（2）波形钢腹板PC组合箱梁较常规PC箱梁的混凝土、钢材用量均有效减少，经计算可节省工程造价约8%～12%。

参考文献

[1]徐永林.一种新型的波形钢腹板F：C工字梁应用研究[J].北方交通，2015（4）：42 - 45.

[2]黎雅乐.装配式波形钢腹板PC组合箱梁力学性能研究[D].南京：东南大学，2011.

[3]陈水生，刘律，桂水荣.波形钢腹板PC组合箱梁桥在我国的研究进展及应用[J].公路工程，2015（3）：57 - 62.

[4]杨勃.大跨度波形钢腹板连续梁桥施工控制技术研究[D].兰州：兰州交通大学，201 5.

[5]汤意.预制波形钢腹板PC工字梁构成连续箱梁桥创新技术[C].中国公路学会桥梁和結构工程分会2011年全国桥梁学术会议，201 1.

[6]李正文，高海军，傅立军.横向预制拼装波形钢腹板组合箱梁施工工艺控制探析[J].公路交通科技（应用技术版），2018，14（8）：33 - 36.

[7]王侃，王用中.波形钢腹板PC箱梁桥的施工技术与效益分析[J].施工技术，201 2，41（17）：1 -5.

[8]袁晓燕.波形钢腹板PC组合箱梁桥与PC连续箱梁桥的结构分析与经济比较[D].南京：东南大学，20 5.

作者简介：傅立军（1986-），工程师，从事高速公路建设管理工作。