浅谈预应力混凝土钢桁腹结构桥梁施工工艺

邵伯贤 庄晓波

（江苏省镇江市路桥工程总公司 镇江 212017）

近年来，随着全国交通基础建设的推进，提高桥梁工程质量、外观、使用寿命等方面问题越来越被重视，桥梁类型结构呈多元化发展趋势。预应力混凝土钢桁腹结构桥梁采用“钢桁腹结构＋体内体外预应力相结合的体系”，即将钢桁腹杆件端部节点直接嵌固于梁体底板、顶板混凝土中，形成由混凝土底、顶板，钢桁腹杆件，体内和体外预应力钢束共同工作的结构体系，这种新型结构桥梁，正处于科研验证阶段。笔者结合工程实践，从施工的角度对预应力混凝土钢桁腹结构桥梁施工工序、基本要求、工艺要点进行阐述和分析，并提出一些改善思路。

1 桥型优点及发展前景

（1）钢桁腹结构＋体内体外预应力相结合的体系与常规预应力混凝土桥梁相比，以钢桁腹结构代替混凝土结构腹板，避免了混凝土在荷载的长期作用下产生徐变而引发的质量隐患，减轻了桥梁自重，提高了桥梁使用寿命和工程质量。

（2）采用体外预应力体系，增强了连续状态下桥梁抵抗二期恒载和活载，避免桥梁单一体内预应力体系因压浆不饱满产生钢绞线锈蚀损伤而造成的质量隐患，且体外预应力便于后期钢绞线检测与更换。

（3）以钢桁腹结构代替桥梁混凝土腹板，减少风力作用和提高桥梁结构的抗风性能，它是大跨径桥梁结构理想的腹板截面形式。

（4）以钢桁腹结构代替桥梁混凝土腹板，可节省大量施工模板及人力物力，缩短施工工期20%左右，降低工程造价，适合推广应用于大跨径桥梁（尤其悬浇、现浇型桥梁）。

（5）桥梁外型美观，质量高，使用寿命长，综合造价低，适合推广应用于城市景观桥梁。

2 应用实例简介

南京绕越公路东北段江山车行天桥桥梁中心桩号LK0＋339.633，下部结构采用桩柱式独柱墩，墩柱直径1.5 m。桥墩基础为直径1.5 m的钻孔灌注桩，按摩擦桩设计。桥台采用桩柱式，墩柱及桩基直径为1.5 m，上部结构采用两跨等截面钢桁腹预应力混凝土连续箱梁。桥型布置为2～35 m，起点桩号LK0＋300.633，终点桩号LK0＋378.633，桥梁全长78 m，其上部结构类型目前属于国内首创。

3 钢桁腹施工工艺

在桥梁基桩及下部构造施工完毕后，对桥位进行地基处理，搭设满堂支架。同时采用砂袋法进行加载预压，支架预压地基沉降稳定后，吊离砂袋，重新按设计标高调整底模，然后按程序施工。

（1）钢桁腹原材料制作、加工、运输。钢桁腹原材料制作应在桥梁上部结构施工前完成，本桥钢桁腹钢管采用Q390级镀锌无缝钢管，其制作、运输要求如下：

①桁腹钢管规格为直径351 mm×壁厚16 mm，桁腹水平倾角为67°左右（各根桁腹角度及长度均不同），由钢结构工厂制作。

②钢桁腹钢管加工应按《钢结构工程施工及验收规范》［1］及本设计的要求进行。

③钢桁腹钢管加工时重点、难点是钢管长度、角度、预留孔、同轴度质量保证等，为此加工厂在钢管切割前预先制作了胎架，在胎架上进行细致的放样，对每根钢管、每块钢板、每个孔位都进行细致核对，然后进行切割，确保所有的孔位同轴同心。根据设计文件的要求，所有的预留孔都采用水钻切割法，确保孔洞周壁光滑，无损伤。

④钢桁腹与顶底板连接节点构造。中节点处桁腹钢管在端部均进行切割，2桁腹钢管节点纵向采用螺栓连接，先在切口处焊接2 c m厚钢板，钢板上预先设置螺栓孔，然后采用M24螺栓进行连接；2桁腹钢管节点横向采用2块2 c m厚钢板及螺栓连接。钢板上均设置直径60 mm的圆孔，并贯通横桥向钢筋。端节点处2桁腹钢管节点横向用2块2 c m厚钢板及螺栓连接，钢板上均设置直径60 mm的圆孔，并贯通横桥向钢筋。

⑤各根钢桁腹钢管均在工厂加工完成（包括与顶底板连接节点处桁腹钢管的切割及预留穿孔钢筋位置、预留螺栓孔位）。每根桁腹钢管与顶底板连接节点处的螺栓连接均现场完成。

⑥桁腹钢管在制作运输过程中应注意保护。在钢板表面涂装未完全干透时不得进行搬运，在运输过程中应对防腐涂装采取保护措施。钢管运输、储存时不可受压，同时在运输及堆放过程中必须对钢管进行裹覆，确保钢管管体完整，防止发生变形。钢结构部件除成桥阶段达到有效防腐效果外，施工过程中也需采取适当措施防止锈蚀。同时在存放过程中采取覆盖等有效措施防止生锈。

（2）钢桁腹桁架组装、安装。预应力混凝土钢桁腹结构桥梁工艺重点在于以钢桁腹结构代替混凝土结构混凝土腹板，具体安装工艺如下。

①安装准备。安装前应准备好临时支架、支撑、吊装设备等，按照施工图纸核对进场构件、零件的尺寸及质量证明文件。同时做好钢桁腹螺栓连接摩擦面处理、安装放样工作。

②钢桁腹钢管需现场进行预拼装，将所有钢管按照编号预先拼装一次，通过调整螺栓达到桁腹钢管的设计长度及角度要求。施工时注意将顶底板贯穿钢筋穿入预留孔。腹板两侧及翼缘板底部设置支撑，保证钢桁腹钢管的位置准确。

③在底模上标出钢管及节点部位的纵横向控制轴线，开始吊装钢管进行现场拼装，钢管现场3节1组在桥下拼装好，采用吊车进行组装，从桥台一侧开始向另一侧推进，施工现场采用可调节螺旋钢管对拼装好的钢管桁架进行内外临时支撑和微量调节，同时采用铅垂吊线方式控制其竖直度，钢管拼、组装过程中确保节点钢板的孔位与钢管孔位的对位准确以及连接锚栓和贯穿钢筋的拧紧和穿插。

④待钢桁腹钢管桁架拼装完毕后，在底模上开始绑扎底板、转向块、横梁钢筋及安装体内索波纹管，准备进行第一次底板混凝土浇筑。

⑤在底板浇筑前重点检查预埋转向器、减震器预埋钢板、防落梁及体外索预留孔位置，确保准确无误。

（3）底板、横梁混凝土浇筑。箱梁底板浇筑时横向要两侧对称进行浇筑。纵向从梁跨中向墩顶方向对称浇筑，以防止浇筑过程中墩顶位置出现裂缝，全部浇筑在混凝土初凝前完成。

①底板布料顺序。底板→承托→连接部。

②混凝土振捣采用插入式振捣器振捣的形式。混凝土灌注过程中要随时测量底板标高，并及时进行调整。混凝土浇筑过程中，设专人检查支撑、模板、钢管和预埋件的稳固情况，当发现有松动、变形、移位时，应及时进行处理，并作好混凝土浇注记录。整个浇筑过程应连续进行，此时拼装完毕的钢管桁架已经预埋固定于底板混凝土。

③钢管压杆混凝土浇筑。在底板混凝土浇筑完成形成强度后，对所有钢管压杆件内进行混凝土浇筑，浇筑采用小方量漏斗式料斗放料，用振捣棒人工振捣。为了将压杆和拉杆区分，事先在钢管安装完毕后，对所有钢管进行编号，以便区分。

（4）顶板混凝土浇筑

①在底板混凝土浇筑完成且具有一定强度后，在底板混凝土上设置临时钢管模架，铺设顶板模板（因钢管自身为圆形，防止顶板混凝土漏浆，在钢管部位模板周围注玻璃胶），绑扎顶板钢筋，进行第二次顶板混凝土浇筑。整个箱身混凝土分底板、顶板2次浇筑完成。

②箱梁顶面应进行拉毛处理，去除浮浆和油污，以提高与混凝土调平层的结合。为防止附着在钢板上的水滴（结露）等流入或渗入钢桁腹板混凝土底板的接合部位，在底部钢混交接处的混凝土表面均设置2%排水横坡。

（5）预应力施工。本桥预应力采用体内体外相结合体系，增强了连续状态下桥梁抵抗二期恒载和活载。体内预应力钢束采用符合GB／T5224－2003标准的高强度、低松弛钢绞线fpk＝1 860 MPa，Es＝195 GPa。其中顶板束和底板束均采用体内预应力钢束15Φs15.20，锚下控制张拉力控制应力1 395 MPa。纵向体外预应力钢束采用TSK15-19环氧涂层钢绞线成品索，符合国家标准《环氧涂层七丝预应力钢绞线》［2］的规定，外包HDPE护套，张拉控制应力1 116 MPa，弹性模量索体Ep＝195 GMPa。锚具采用可调换式体外束专用夹片式锚具。体外束在全桥现浇养生后张拉，待二期恒载施工后再次调整张拉，以使梁的受力达到最佳状态。同时，为使索体自由段的振动频率不与整体振动频率接近，在适当距离安装减震装置，以避免索体产生不利振动。

4 施工基本要求及要点分析

4.1 基本要求

（1）钢桁腹结构钢管原材料切割加工尺寸精确、施工现场钢管拼装及钢管、钢板节点部位的定位准确。

（2）转向器、减振器、放落梁等设备位置准确，安装到位。

（3）体内、体外预应力张拉采用张拉力和伸长量进行双控。

（4）混凝土表面平整，重点控制底板上缘、顶板下缘线条直顺，曲线圆滑美观。

4.2 施工要点

（1）钢桁腹结构钢管原材料切割加工（钢管长度、角度、预留孔，同轴度）尺寸要精确，采用水钻切割法，原材料及加工厂家选择必须满足技术文件要求并具备相关资质。

（2）钢桁腹钢管在制作运输过程中应注意保护。在钢板表面涂装未完全干透时不得进行搬运，在运输过程中应对防腐涂装采取保护措施。钢管运输、储存时不可受压，同时在运输过程及堆放过程中必须对钢管进行裹覆，确保钢管管体完整，防止发生变形。

（3）钢桁腹钢管需现场进行预拼装，在施工现场将所有钢管按照编号预先拼装一次，通过调整螺栓达到桁腹钢管的设计长度及角度要求，防止正式拼装时混淆。

（4）钢桁腹钢管拼装及钢管、钢板节点部位的纵横向定位、竖直度质量控制必须采用内外临时支撑及可微量调节设备。

（5）钢桁腹钢管节点部位连接高强锚栓和贯穿钢筋的拧紧和穿插要准确。

（6）底板浇筑前重点检查转向器、减震器预埋设备及体外索、防落梁预留孔位置的准确性。

（7）浇筑混凝土应连续，并对钢管节点部位、转向块部位、锚下及波纹管下方等位置的混凝土质量进行重点控制。

（8）预应力施工时对钢绞线锚具等原材料进行质量检验（尤其体外索更为重要），对施加预应力所用的机具设备及仪表进行校验，张拉时采用张拉力和伸长量进行双控。

（9）箱梁底板、顶板横向、纵向贯穿钢筋与钢管，节点部位钢板、预应力波纹管在位置上存在部分冲突，建议后续设计时应优化图纸。

5 结语

江山车行天桥采用“钢桁腹结构＋体内体外预应力相结合的工作体系”在桥梁建设中为国内首创，它的设计理念具有刚度好、强度大、减轻桥梁自重、节省工期造价、桥型美观、生态环保等优点。本文阐述和分析了预应力混凝土钢桁腹结构桥梁施工中的施工工序、基本要求和工艺要点，从而验证其设计理念，对该种特殊结构桥梁推广应用具有一定的指导作用。

［1］ GB50205－2001钢结构工程施工及验收规范［S］.北京：中国计划出版社，2001.

［2］ GB／T21073－2007环氧涂层七丝预应力钢绞线［S］.北京：中国标准出版社，2007.