UHPC单跨下承式槽型梁吊装施工技术研究

覃誉瑶 龙诚璧

摘要：贺州至巴马高速公路（象州至来宾段）茶花山天桥上构采用单跨下承式槽型梁设计，由两片UHPC“Ⅰ型”纵向主梁与12道UHPC横梁共同构成。传统常规预制桥梁吊装方法不适用于该天桥，为了系统性解决UHPC单跨下承式槽型梁的吊装、安装等工程问题，文章研究设计一套完整的UHPC单跨下承式槽型梁施工方法，保证了UHPC单跨下承式槽型梁的吊装顺利。同时，针对UHPC下承式槽型梁吊装存在的开裂风险，研究设计了预防的吊装辅助设备，该设备适应性强，操作简单，使吊装工效得到提高。

关键词：UHPC桥梁；下承式槽型梁；临时墩；平衡梁；吊装辅助

中图分类号：U445.4   文献标识码：A

文章编号：1673-4874（2024）04-0131-03

0 引言

超高性能混凝土（Ultrahigh-Performance Concrete，以下简称UHPC）作为20世纪后期诞生的新一代建筑材料，在桥梁工程中具有良好的利用前景。其通过剔除粗骨料、优化细骨料的级配、掺入超细活性矿物掺合料、加压和热养护以及添加钢纤维等手段，获得较高强度、优异耐久性以及较强的韧性和延性［1］。与传统混凝土结构相比，UHPC结构自重减少了1/3或1/2，显著降低了静荷载，从而利于制造更细长的建筑结构，节省材料和成本［2］。

目前，国内桥梁工程中已有超过30座桥梁采用了UHPC材料，主要应用于钢-UHPC轻型组合桥面结构、维修加固和现浇接缝等方面。有5座桥梁的主体结构采用UHPC材料，包括柏干渠大桥、蓟港铁路简支T梁、河北跨线桥、福州人行拱桥和长沙跨街天桥等［3］，其中大多数桥型结构为T梁与箱梁。有学者针对新型预制UHPCπ形梁桥结构进行设计研究，结果表明其自重为传统混凝土T形梁桥的47%，显著提高梁底纵向开裂应变，限制裂缝发展［4］。

针对非常规T梁/箱梁吊装工艺，港珠澳大桥青州航道桥施工为了控制扁平流线形钢箱梁的线性，采用“临时配重块+临时支撑+竖向固结拉索索力调整”的吊装方案，解决不平衡吊装产生的弯矩问题［5］；王平等［6］对大跨度H型及箱型钢梁的安装提出“构件高空散装+支撑钢架+支撑钢架移动轨道”的吊装方法，证明用钢架支撑有利于钢梁在拼装时的预起拱施工。

目前国内单跨下承式槽型桥梁的工程实例应用较少，常规T梁/箱梁预制梁段的吊装方案不适用于UHPC单跨下承式槽型桥梁。故本文依托贺州至巴马高速公路茶花山天桥工程，针对性地研究UHPC单跨下承式槽型梁施工方法。对施工前期准备如临时墩的搭设及吊装预防措施等，以及施工过程中主梁吊装与拼接等方面进行研究讨论，为后续同类工程提供参考与借鉴。

1 工程概述

贺州至巴马高速公路（象州至来宾段）茶花山天桥采用UHPC预制拼装简支预应力梁桥型式（见图1），桥梁上构采用单跨下承式槽型梁设计，由两片UHPC“Ⅰ型”纵向主梁与12道UHPC横梁共同构成。槽型梁整体长50 m、宽9.7 m，纵梁端部梁高195 cm、跨中梁高320 cm，总重量281.5 t。“Ⅰ型”纵向主梁上、下马蹄宽60 cm，腹板宽度窄处仅为10 cm（见图2）。

茶花山天桥UHPC主梁用超高性能混凝土，设计抗压强度120 MPa、抗折强度20 MPa、纤维掺量2.0%。因梁体较长，UHPC主梁节段采用分节卧式预制的方式，分为两片边梁段与一片中梁段，其中边梁段长16 m、重84.5 t，中梁段长18 m、重112.5 t。

UHPC预制分段梁整体尺寸较大，而单个构件细长，不利于设置预埋吊点。因此，考虑采用两台全地面起重机同步起吊，使用钢丝绳从槽型梁纵梁或横梁处兜底吊装。结合茶花山天桥结构及UHPC材料特点，对茶花山天桥UHPC主梁节段进行分析可知：（1）采用纵梁处兜底吊装时，钢丝绳受吊装角度影响会向内侧挤压纵梁，而UHPC槽型梁为顶部无横向支撑的结构形式，因而纵梁易受挤压而出现损伤与裂缝等，威胁结构安全；（2）采用从横梁处吊装时，由于UHPC槽型梁宽度较大，钢丝绳与梁体接触位置易出现滑移，轻则磨损梁体，影响槽型梁外观，重则造成梁体重心偏位失稳，引发安全事故。

针对以上问题，本文研发UHPC下承式槽型梁吊装方案，从而保证吊装施工的质量与安全。

2 吊装方案设计

2.1 临时墩设计

以主梁节段划分为基准，在梁段搭接处设置两个临时墩（临时墩布置见图3）。临时墩以325 mm、厚10 mm螺旋钢管作为立柱，单个临时墩设三排立柱，每排3根螺旋钢管，立柱高度为8.2 m；立柱下部直接浇筑于条形基础中，基础设置在路面水泥稳定碎石基层上，基础采用C20混凝土，尺寸为高0.5 m×宽0.8 m×长5.325 m；立柱之间采用［14槽钢进行连接；每根立柱顶端均焊接δ16 mm×500 mm×500 mm钢板作为法兰盘，法兰盘与立柱间焊接δ16 mm齿板使二者连接稳固；法兰盘上方安设升降支座，升降支座以32 mm精轧螺纹杆作为调节杆，升降支座高度范围为150～200 mm，最大高度调节区间为50 mm；支座上方设置双拼Ⅰ32a工字钢主梁，主梁上方以20 cm间距设置Ⅰ10工字钢分配梁；分配梁上方满铺δ10 mm钢板，并安装梯笼作为上下通道。

2.2 临时墩建模计算分析

采用Midas Civil有限元软件建立临时墩计算分析模型。临时墩计算参数见表1，计算工况为主梁全部吊装完成后的临时墩承重工况。临时墩模型见图4。

根据《钢结构设计规范》（GB500017-2003）的要求，施工阶段考虑了临时墩结构自重和主梁重量，分析计算立柱、主梁、横梁以及分配梁的组合应力、变形与屈曲模态特征值，计算模型见图4。经过分析计算，钢管立柱、主梁与横梁及分配梁计算结果见表2，均满足规范要求。

2.3 吊装设备选择

该桥主梁分三段吊装，综合考虑梁的受力、摆放位置、场地限制和吊装能力要求等多方面因素，采用2台500 t汽车吊配合吊装，所有梁段均一次吊装到位，不进行位置中转。

2.4 吊装辅助设备

因吊点设置在纵梁上，主梁受钢丝绳产生的水平分力影响，其受力会往内侧牵拉。主梁上部无横向支撑，若不能保证主梁受力竖直，吊装时将存在较大的主梁开裂风险。

针对此问题，施工时采取预防措施，设计了保证梁体平稳以及梁体垂直受力的吊装辅助设备。吊装辅助设备采用了平衡梁与护角限位器。平衡梁是由一大一小两根方形钢管组成，两根方形钢管嵌套在一起并通过在销轴孔安装插销进行连接固定，长度可随梁体间距进行调整。钢管两侧端部通过焊接齿板与两块3 cm厚的方形钢板进行连接固定，钢板上下两端开设吊装孔，用以安装卸扣，平衡梁结构见图5。护角限位器对称设置在纵梁两侧上下端部边缘直角处，钢丝绳兜底包裹槽型梁纵梁时从护角限位器处穿过，以此限制钢丝绳滑动并保护梁体边缘不受损伤，护角限位器安装见下页图6。

在吊装过程中，平衡梁作为槽型梁和全地面起重机的中转连接装置，可起到转换受力的作用，保证梁段只受竖向力作用，从而保证主梁始终垂直，规避开裂风险，平衡梁吊装使用情况见下页图7。

3 UHPC梁段吊装方案

UHPC预制主梁安装施工步骤为：（1）临时墩搭设；（2）支座安装；（3）梁段吊装；（4）主梁纵向拼接；（5）主梁预应力张拉；（6）临时墩、临时支座拆除；（7）下缘搭接钢板焊接。

3.1 临时墩搭设施工

临时墩搭设施工工艺流程：施工准备→浇筑C20混凝土条形基础→安装325 mm×10 mm螺旋焊缝钢管（吊车安装，钢管立柱之间采用［14号槽钢焊接作为斜撑，柱底浇筑于条形基础中，柱顶提前焊接法兰盘）→安装卸落架→安装Ⅰ36b工字钢主梁→安装Ⅰ12工字钢分配梁→铺10 mm厚钢板。

3.2 梁段吊装施工

吊装时，钢丝绳从纵梁底部包裹后穿过护角限位器，再经由卸扣挂在平衡梁的下方，而吊车采用同样方式连接并吊住平衡梁，主要吊装过程见图8。

汽车吊绑好钢丝绳，并缓慢、平衡拉紧钢丝绳，提升中梁至梁底离地3～5 m高度；接着，汽车吊分别往两侧转动，带动梁体向临时墩移动；当梁体靠近临时墩后，再次缓慢收紧钢丝绳，提升中梁至梁底标高超出临时墩顶面1～2 m；而后将中梁吊至临时墩顶上方并旋转调整方向至与临时墩平行，并由指挥人员指挥吊车精确对线就位并缓慢落梁于临时墩上方指定位置。

3.3 主梁纵向拼接

梁段接缝采用胶拼对接。应根据环境温度、固化时间和强度要求选定配方。正式施工前，工地实验室对环氧树脂胶进行不同温度、不同固化时间下的试配试验，依据施工进度安排确定环氧树脂胶的固化时间，确保预应力筋张拉完成之前环氧树脂胶不能固化。

因中、边梁对接截面上下马蹄处设计有榫卯结构（中梁为榫槽、边梁为榫头，见图9），故而对接施工采用两台500 t汽车吊配合作业。

对接施工时，后部吊车吊起边梁端部，至其脱离临时支座，并悬于临时支座上方2～3 cm处，而后前部吊车利用靠中梁一侧吊点穿钢丝绳牵引梁体向前对接（见图10）。牵引时，收紧吊钩使吊装钢丝绳受力崩紧，此时吊车处于向上提拉但梁底并未脱离临时墩顶面的状态，再由前部吊车带动、后部吊车跟随，缓慢同向运动、调整主臂，拖拽边梁缓慢向前移动对接。对接过程中，测量人员在两侧桥台处进行同步测量，确保梁体线形顺直，出现偏差及时调整。

对接完成后，安装并张拉接缝处临时拉杆，用以预压拼接缝，保证梁段不错位。临时拉杆张拉完成后使接缝处保持0.2 MPa以上压力，并及时清理接触面周围挤出的胶浆。

3.4 主梁预应力张拉

张拉作业采用双向张拉，为保证张拉同步，设置一名指挥员，两侧操作手根据指挥员口令控制油泵速度，保证张拉同步进行，张拉不同步率应控制在10%以内。预应力筋张拉锚固后，在48 h内完成孔道压浆，管道压浆采用C50水泥浆，并使用循环智能压浆系统。压浆时，梁体水平或曲线孔道的压浆压力宜为0.5～0.7 MPa，当孔道较长时，最大压力应≤1.0 MPa。压浆充盈度应达到孔道另一端饱满并于排气孔排出与规定流动度相同的浆体为止。关闭出浆口后，应保持≥0.50 MPa的压力及≥3 min的稳压时间。

4 结语

本文以茶花山天桥实际工程为例，研究UHPC单跨下承式槽型梁吊装主要施工过程，包含了临时墩搭设、主梁吊装与拼接，以及主梁预应力张拉等方面，针对性地研究了主梁吊装预防措施。为了规避吊装梁体时的开裂风险，设计了平衡梁与护角限位器，保持梁段垂直受力以及防止钢丝绳滑位，解决了UHPC下承式槽性梁吊装难题。该天桥吊装平均工效为两天一座，本文针对吊装难题提出的吊装平衡装置具有一定的创新性，对同类工程提供了借鉴，具有良好的社会和经济效益。

参考文献

［1］陈宝春，季 韬，黄卿维，等.超高性能混凝土研究综述［J］.建筑科学与工程学报，2014，31（3）：1-24.

［2］王德辉，史才军，吴林妹.超高性能混凝土在中国的研究和应用［J］.硅酸盐通报，2016，35（1）：141-149.

［3］邵旭东，邱明红，晏班夫，等.超高性能混凝土在国内外桥梁工程中的研究与应用进展［J］.材料导报，2017，31（23）：33-43.

［4］邵旭东，管亚萍，晏班夫.预制超高性能混凝土[WTBZ]π形梁桥的设计与初步试验［J］.中国公路学报，2018，31（1）：46-56.

［5］易有淼，樊少彻.港珠澳大桥青州航道桥钢箱梁施工关键技术［J］.桥梁建设，2021，51（3）：138-144.

［6］王 平，刘上鑫，吴碧莲，等.大跨度H型及箱型钢梁吊装施工技术［J］.重庆建筑，2022，21（3）：62-64.

作者简介：覃誉瑶（1995—），硕士，研究方向：桥梁工程。