波形钢腹板预制箱梁桥施工工艺及体外预应力技术研究

曲忠军

（中海外交通建设有限公司，河北 石家庄 050000）

0 引言

波形钢腹板预制箱梁以其自身所具备的诸多特点，在桥梁工程中得到广泛应用。与普通的混凝土腹板相比，钢腹板不需要布设预应力束，可通过体外预应力代替，能够简化施工过程，施工质量易于控制。钢腹板的应用，能够减少混凝土的用量，腹板不会产生开裂，有助于桥梁结构耐久性的提升。为发挥出波形钢腹板预制箱梁的作用，应掌握相关的施工工艺。本文对波形钢腹板预制箱梁桥施工工艺及体外预应力技术进行研究。

1 工程概况

某桥梁工程为跨河大桥，主桥为波形钢腹板连续梁桥，跨径为55m+93m+83m+55m，平面位于直线段上，立面处于竖曲线的凸曲线段上。主梁采用的是双幅单箱三室波形钢腹板箱梁，混凝土的强度等级为C50，为高强混凝土，单幅梁宽21.25m，设置单向横坡，坡率为2.0%。主梁中支点位置处的梁体高度为5.5m，底板厚度为0.8m。波形钢腹板的材质为Q345C，钢腹板的节段之间采用焊接的方法连接，利用强度为M20的C及螺栓临时固定，与顶板通过非埋入式PBL的方式连接，与横梁通过嵌入式剪力键的方式连接。按照施工顺序主梁分为63个施工节段，合龙段的长度均为3.2m，支架现浇段的长度为6.78m和16.78m[1]。主桥下部结构的22～24#主墩位于河中，设计为圆端墙体式空心墩的形式，按照分幅的方式布置，墩身混凝土的强度等级为C40。下面重点对波形钢腹板预制箱梁桥施工工艺及体外预应力技术进行分析。

2 波形钢腹板预制箱梁施工技术

2.1 临时支墩

（1）体系转换及合龙段施工前，两端双悬臂所产生的弯矩需要全部由支座承担，而支座只能承担有限的负荷，因此为避免超负荷造成支座损坏，需要设置临时支墩，即固结柱。

（2）本工程设计图纸中给出的固结设计是：主墩临时固结采用钢管混凝土柱，直径800mm，加筋后与梁体临时固结。考虑到便于现场施工的因素，对固结设计作出如下更改：在墩身单侧设置3个临时支墩，加筋后与梁体相连接，形成临时固结。临时支墩的高度为95cm，采用强度等级为C50的混凝土现场浇筑，在其单侧预埋钢筋。

2.2 安装支座

本工程为跨河大桥，支座选用球形钢支座，共有三类支座，分别为固定支座、单向活动和双向活动支座，每个支点布设两个支座。钢支座的安装技术要点如下：

（1）在搭设球形钢支座前，应先测量桥墩中心的间距，确定支撑垫石的高度，看锚栓孔是否与设计要求相符；施工支撑垫石后，做凿毛处理，并全面清理钻设好的锚栓孔。

（2）检查确认用于施工中的球形钢支座质量证书，检查连接构件，看有无异常情况，发现问题及时处理。将支座的所有零部件用吊车吊到指定位置，填塞支座各脚，通过微调使支座平整，并使其顶部标高达到设计标高。

（3）检查支座面板，看相对高差是否在允许范围内，即不大于2.0mm[2]。支座的底板与支撑垫块之间应留设出25mm左右的孔隙。随后安装灌浆模板，采用重力式灌浆法向模板内灌注浆液，灌注时，应从中间逐步向四周灌注，灌满孔隙后振捣密实。灌浆的初期阶段，应按照相关理论估算所需的浆体，为避免因缺浆造成接缝，准备的浆液应多于估算值。

（4）浆液灌注完毕，并达到设计强度后，应及时拆除模板及支撑件，全面检查混凝土表面，看有无缺浆的情况，如果有，则应按规定要求补浆。检查支座的外观质量，看是否合格，确认无问题后，对外部的预埋件做防锈处理。

2.3 波形钢腹板定位与安装

（1）与混凝土腹板相比，波形钢腹板的定位与安装具有一定的特殊性。由于钢腹板为工厂预制，所以它的定位归属于空间结构定位的范畴，下一节段钢腹板定位，需要在钢腹板上确定三个点，而全站仪的精度偏低，难以满足精确定位的需要。因此要探寻一种具有良好的可操作性，且精确度高的定位方法。在对各方面因素综合考虑的基础上，利用平面及不重合的两个点，对钢腹板进行定位，不但可操作性强，而且精确度也较高。

（2）本工程中的桥梁构造形式较特殊，用钢腹板替代传统的混凝土腹板，其优势在于能够大幅度缩短工期。经过优化后的定位方法可以加快钢腹板的定位及安装速度，对缩短工期非常有利。钢腹板的安装工艺对工期有一定的影响，通过工艺优化，可在保证施工质量的前提下缩短工期。

（3）该工艺优化主要针对的是两侧边板和中腹板的安装，优化后的安装技术要点如下：先将两侧边板置于钢方凳上，随后用12#槽钢支撑，支撑点的位置应略高于钢腹板的中心高度，以电焊的方式将支撑杆的底部牢固焊接在钢模板上，随后在钢模板的螺栓孔侧，用直径18mm的钢筋条焊接固定于侧模板的支架上[3]。当钢腹板就位后，可以使用斜撑杆将一侧的栓钉位置顶住，并以外力将撑杆底部顶紧，随后以点焊的方式在撑杆底部临时焊2个点，待钢腹板支撑牢固后，将撑杆割除并打磨平整。

（4）在对钢腹板吊装前，让临边施工人员撤出吊装作业范围，防止吊装过程诱发安全事故。所有准备工作完毕后，起吊钢腹板将之吊运到钢方凳上，借助撬棍等工具，对钢腹板的中心轴位置加以调整，随后缓慢下放吊钩，使钢腹板落在方凳上；当钢腹板吊装就位后，应先用斜撑杆将两侧的栓钉位置顶住，通过外力撑杆将底部顶紧，以点焊的方式在撑杆底部焊接2个点，待钢腹板整体支撑固定后，将撑杆割除并打磨平整；钢腹板内侧的水平支撑，采用焊接的方式牢固焊接在钢腹板上，上部水平支撑应与翼缘板保持一定距离，确保箱梁顶部有足够的支模空间；采用直径20mm的圆钢制作斜拉剪刀撑，安装时，上部使用U形卡，将剪刀撑固定于水平支撑耳板上，下部固定在下部水平撑耳板上；钢腹板固定完毕后，借助升降平台完成脱钩。

2.4 结构连接

（1）本工程中，钢腹板与顶板之间采用剪力键的形式相连接，剪力键钢板的厚度为16mm，板间距为320mm[4]。抗剪连接构件借助承压、混凝土榫和贯穿钢筋三个部分承担剪应力。连接件与底板之间通过嵌入式剪力键连接，用钢带将钢腹板两端绑定，避免安装时导致钢腹板变形。

（2）与横梁之间通过埋入式开孔板相连接，在从混凝土腹板向波形钢腹板转换的过程中，容易引起刚度突变的情况，为避免这一问题的发生，在中横梁、端梁和0#段上浇筑内衬混凝土，以剪力钉与钢腹板可靠连接。

（3）由于结构形式较为特殊，使得连接件既承担剪力传递，又起着确保不同材料连接稳定性的作用，有效解决了相对滑移问题。应保证连接件的可靠性，使其作用得到充分发挥。

2.5 合龙段施工

（1）合龙段施工前，应明确主要的控制指标，具体包括劲性骨架强度、焊接与浇筑温度、平衡配重以及合龙口两端的标高。其中劲性骨架的作用是防止合龙段两侧相对位移的产生；浇筑前一周，应监测温度，根据监测结果，确定温度较低的时刻开展浇筑及锁定施工；通过水箱配重，并在浇筑混凝土时以等量的方式卸载；可通过调整沙袋重量的方法，使合龙口两端标高满足施工要求。

（2）本工程中，合龙段的作业平台使用挂篮底模吊架，底模采用的是钢模板，内模为分段式木模板；以确保结构安全为前提，对合龙段两端的沙袋重量加以调整，使合龙口的标高达到设计要求。

（3）焊接钢支撑前，先检查预埋件，看外观尺寸是否与设计要求相符，搭接是否符合现行规范标准要求，如果不符，则应加以调整。预埋件表面若存在锈蚀的情况，要去除锈迹，以确保焊接质量。施焊过程中，应先焊接未配重的一端，依据温度观测结果，选择低温时段焊接另外一端。

（4）采用现场测量的方法确定波形钢腹板的预制长度，钢筋绑扎与钢腹板安装和悬臂端施工基本相同。当混凝土强度达到设计强度90%以上，便可将支座锁定解除，对合龙段预应力束进行张拉。

3 体外预应力张拉

3.1 张拉准备

（1）所有到场的预应力材料要进行试验检测，并配套标定张拉机具，调试辅助设备，编写预应力张拉计算书，由技术人员负责设备操作，以确保张拉质量。

（2）按顺序对体外预应力钢绞线编号，随后从锚垫板和转向器穿过，由于体外预应力束管道定位于箱梁内部悬空，为最大限度减少预紧后的钢绞线浪费，使用托架在悬空最低点处将预应力束托起。

（3）将张拉端的环氧树脂剥除，正确安装体外预应力束专用锚具和夹片，并使每根钢绞线的孔位对齐，锚具与垫板紧密贴合到一起，按照操作规程完成穿束。用千斤顶对每股钢绞线预紧张拉，可将张拉力控制在设计要求的10%，以此作为初装拉力。使用两台单孔千斤顶，在两侧对称张拉，单根张拉虽然会导致次数增多，但张拉设备的拆装较为简单，便于操作，张拉质量易于控制。每一束钢绞线的张拉顺序为从上到下、从左到右。

（4）体外预应力束穿束前，应先搭设临时支架，可将支架搭设在减振器处，与减振器的高度相同即可。为避免PE保护套受损，可在支架上缠绕土工布。完成穿束后，安装锚具、夹片、感应器、液压千斤顶。当两端千斤顶安装就位后，开始预紧，由专人负责统一指挥，张拉控制力以10MPa为宜，完成预紧后的钢绞线处于绷紧状态[5]。千斤顶在预紧后缓慢回油，此时钢绞线产生的反力由夹片承受，由此一来低应力锚固便随之完成。

3.2 体外张拉

该工程中，体外预应力束张拉采用的是两端张拉的方式，以应力控制为主，通过伸长值校核，要求张拉所得的实际伸长值与理论伸长值之间的差符合相关规范要求，如差值超限，则应停止张拉，查找原因，解决处理后才能恢复张拉。

（1）体外预应力束选用的是低松弛环氧涂层钢绞线，张拉应力为0.65fpk，控制应力为1 209MPa。整座桥梁分为4跨，每跨8束，共计32束体外预应力束。在初张拉阶段，张拉力施加至70%；目标力张拉阶段，按照各跨的顺序，对预应力束编号，依据编号对称张拉，当全部钢绞线张拉后，采用100%的设计张拉力补拉一次，随后分别测量每根钢绞线的张拉力[6]。

（2）千斤顶的挤压板对工作夹片具有限位的作用，千斤顶进入工作状态后，夹片会将应力传给钢绞线完成张拉，这个过程由前工具夹片负责，后工具夹片不会受到应力的作用。在千斤顶回油反顶时，前工具夹片会以非常快的速度将应力传给后工具夹片，此时钢绞线产生的反力全部由后工具夹片承担，实现临时锚固。

（3）当小千斤顶进入工作状态后，若油表读数激增，挤压板会挤压工具夹片，完成环氧树脂剥离，与钢丝紧密接触，此时应停止泵油，缓慢回油反顶，使挤压板回位。在大千斤顶回油反顶时，钢绞线对工具夹片施加的应力会不断增大，由此便可完成高质量的锚固[7]。

（4）将油泵与千斤顶的油管接通后，仔细检查压力表，在正式张拉前，应先在空载状态下，运行两个行程，看千斤顶有无异常，避免张拉时出现故障，影响张拉效果；严格按照设计的张拉力进行体外预应力束张拉，当张拉过程中发生异常时，应暂停张拉，待查明原因后，采取有效的措施解决处理后，方可恢复张拉。

（5）体外预应力张拉作业应逐级、对称进行，确保张拉平稳，不得超载。工具夹片设计的使用次数为5次，一旦超出应及时更换[8]。张拉过程中，采用双控的方式，即以张拉力控制为主，以伸长量控制为辅，作业时，应严格控制张拉力，并经常校核伸长量，从而确保张拉质量。

4 结语

钢腹板的应用不需要布设预应力束，但要施加体外预应力，必须保证预应力的张拉质量。波形钢腹板预制箱梁施工是一项复杂的工作，应了解并掌握相关的施工工艺，并对施工过程严格控制，从而确保施工质量达标。