南京长江五桥波形钢腹板箱梁节段预制拼装技术*

种爱秀，周 桥,2,3，严登山，李自强，黎大康

(1.中交第二航务工程局有限公司，湖北 武汉 430040；2.中交公路长大桥建设国家工程研究中心有限公司，北京 100088；3.交通运输行业交通基础设施智能制造技术研发中心，湖北 武汉 430040；4.长大桥梁建设施工技术交通行业重点实验室，湖北 武汉 430040)

1 工程概况

南京长江五桥引桥包括跨立新路桥、跨丰子河桥及跨大堤及滨江大道桥3个区段，3座跨线桥主梁均为节段预制拼装波形钢腹板预应力混凝土箱梁形式。本文以跨大堤及滨江大道桥为例，进行预制拼装技术的阐述。

跨大堤及滨江大道桥跨径布置为(41+78+45)m，单箱双室斜腹板变截面箱梁结构，顶板宽18.7m，底板宽8.4～9.9m，梁高2.2～4.5m。沿主梁纵向划分126个预制节段，0号块为现浇节段，长2.0m，1～14号节段为变高梁段，长1.5，2.4，3.2m，悬拼梁段最大吊重约99.4t(见图1)。

图1 跨大堤及滨江大道桥跨尺寸

波形钢腹板为1 600型，采用双PBL键与混凝土顶板连接，在其顶部焊接倒“Π”形开孔钢板，兼作箱梁顶板加腋处混凝土浇筑时的部分底模；波形钢腹板与混凝土底板采用埋入式连接；波形钢腹板节段间采用对接焊连接。

波形钢腹板组合箱梁结构轻巧、造型美观，为进一步保障施工质量、缩短现场施工时间、减少对既有交通环境影响，提出短线匹配预制、架桥机悬臂拼装施工工艺，波形钢腹板在钢结构厂制造，运输至混凝土构件预制场地，采用短线匹配预制工艺逐节段成型组合梁节段，待存放期满足要求后转运至施工场地。梁段预制的同时施工下部结构，然后吊装2个中间墩1号节段，浇筑0号节段，架桥机过跨到位，悬臂拼装波形钢腹板组合箱梁节段，依次完成边跨及中跨合龙，解除墩梁临时固结约束后完成连续梁体系转换。

2 大跨径变截面组合箱梁节段匹配预制

2.1 难点分析

与常规混凝土预制拼装节段梁及现浇施工的波形钢腹板组合梁桥相比，变截面组合箱梁节段匹配预制存在以下难点。

1)箱梁结构具有变截面、宽幅、多箱室等特点，对生产线布置、钢筋绑扎台座设计、模板系统设计、梁段存放及运输等都提出了更高要求。

2)节段间波形钢腹板对接焊连接。预制时波形钢腹板入模难度大、定位精度要求高、混凝土浇筑过程中波形钢腹板易变位，需提出高效的组合钢筋笼入模方式及波形钢腹板定位措施。

3)钢筋混凝土结合部普通钢筋、连接件间相互干扰影响，需优化钢筋笼绑扎顺序、优选结合区混凝土原材料及配合比，精细化布料、振捣等。

4)波形钢腹板箱梁横向抗弯及抗扭刚度较弱，梁段在预制、吊装及存放等过程中所产生的变形量不可忽略，需采取措施提高抵抗横向弯曲、空间扭转的能力。

2.2 施工关键技术

1)钢筋-钢腹板组合骨架入模 波形钢腹板组合梁节段钢筋骨架入模方式可分为分部入模和整体入模。分部入模流程为：底板底层钢筋吊装→波形钢腹板吊装定位→波形钢腹板贯穿钢筋调整、固定→底板顶层钢筋安装→顶板钢筋笼吊装→波形钢腹板顶部贯穿钢筋安装；整体入模则为顶、底板钢筋笼与波形钢腹板制作为整体后吊装入模。整体入模可缩短预制台座内的作业时间，但会增加整体吊装难度及波形钢腹板在预制台座内难以调整的风险；分部入模易施工，但钢筋骨架组装效率较低。结合本项目连接构造形式及钢筋布置特点，采用BIM技术进行虚拟拼装，最终选用分部入模。对于被钢筋混凝土连接件或波形钢腹板断开的区域，应增加辅助连接钢筋，以提高钢筋笼吊装时的整体稳定性，减少变形。

2)短线匹配预制模板系统设计与使用 波形钢腹板组合梁节段预制模板系统设计需考虑以下几点：①固定端模应在腹板区域设置活动块，方便波形钢腹板下放入模；②固定(浮动)端模、侧模应布置波形钢腹板三向调位及定位工装；③为避免混凝土浇筑过程中漏浆，在波形钢腹板与箱梁顶、底板结合部位设置断面方向钢顶板与内(侧)模间可调节式止浆装置、采取固定端模与波形钢腹板间安装端头底模等止浆措施。专用匹配预制模板系统如图2所示。

图2 专用匹配预制模板系统

针对变截面特点，将端模分为端模固定块、端模活动块，固定块与端模支架焊接固定，确保端模顶标高不变，通过调整、更换端模底部变化块形式拟合箱梁断面变化；同时，将底模设置为高度可调节的结构形式，以满足梁高变化需求。

3)波形钢腹板模内安装定位 利用PBL连接件预留孔进行吊装。吊装边腹板节段时，在底部缆风绳牵引下，沿侧模倾斜入模；中腹板节段则垂直吊装入模。

波形钢腹板模内定位包括匹配梁侧定位、固定端模侧定位。由于波形钢腹板节段出厂前已按制造线形预拼，并在相邻节段间设置临时匹配连接件，因而除起始节段外的标准节段，波形钢腹板均可通过临时匹配件与匹配梁进行连接后调位，各匹配件间应紧密贴合并打入冲钉。固定端模侧利用固定端模及侧模处三向调位工装，辅助千斤顶、手拉葫芦等措施将波形钢腹板精确定位，并通过限位挡板及止浆耳座等进行固定。波形钢腹板定位后，应再次进行定位复测，并确保定位措施能有效控制波形钢腹板在浇筑过程中的移位。

4)钢筋混凝土结合部混凝土浇筑 确保波形钢腹板与混凝土顶、底板结合部混凝土浇筑质量是关键控制内容。针对埋入式连接构造，底板布料顺序为：底板中央→被波形钢腹板隔开的箱室内侧承托→被波形钢腹板隔开的箱室外侧承托，横向两侧对称浇筑。为确保底板混凝土浇筑的均匀性，浇筑时在固定端模顶面挂设串筒，并经溜槽输送至底板进行布料浇筑；局部波形钢腹板承托不易布料处则利用铁锹、灰斗、人工布料，严禁用振捣棒直接“赶料”。混凝土振捣以插入式振捣为主、附着式为辅。

5)新型组合梁脱模、吊装与存放 波形钢腹板箱梁横向抗弯刚度及空间抗扭刚度偏小，需研究脱模及吊装时机、吊点及存放支点布置、转运过程中的增强措施等。通过有限元分析及现场测试，结果表明：①混凝土抗压强度分别达到设计强度的75%，85%后方可进行脱模、吊装作业；②针对宽幅双箱室节段梁，采用12吊点方案进行起吊，双层存梁时，需在中腹板处增加柔性支垫；③在箱室内增加交叉刚性支撑，可有效减小桥面板横向挠曲变形，提高抵抗侧向偶然撞击的能力。交叉刚性支撑为槽钢，在模板拆除后、箱梁吊运前安装，如图3所示。

图3 交叉刚性支撑

3 波形钢腹板箱梁节段架桥机悬臂拼装

3.1 难点分析

以主跨78m的跨大堤及滨江大道桥为例，波形钢腹板箱梁节段架桥机悬臂拼装需解决以下几个问题。

1)墩顶块及1号块均在支架上施工，1号块安装精度直接决定整个T构拼装精度，需确保墩旁支架刚度及强度，同时采取措施减少架桥机过跨带来的不利影响。

2)标准节段悬臂拼装包括顶、底板环氧胶涂抹，顶、底板临时预应力张拉，永久预应力张拉，波形钢腹板节段间临时连接及永久连接等，连接工序多，需优化，使其既能满足施工过程中受力要求，还能提高现场拼装效率。

3.2 总体安装方案

根据引桥总体施工部署，跨大堤及滨江大道桥波形钢腹板箱梁采用TPJ52架桥机对称悬拼施工，先安装左幅再安装右幅。首先搭设墩顶1，2号块拼装支架和0号块现浇支架，采用履带式起重机吊装1号块；0号块现浇完成后，在0，1，2号块上拼装桥面吊机，对称拼装标准节段。边跨箱梁在架桥机上调节定位，预应力张拉后直接落梁到边墩支座上；浇筑中跨湿接缝，完成中跨合龙。由于架桥机跨度较小，需在中跨跨中设临时墩，用以架桥机过跨，如图4所示。

图4 架桥机悬臂拼装典型工序

3.3 1号块高精度安装

1号块采用200t履带式起重机进行安装。吊装前在墩旁支架上放样1号节段纵横桥向边线，定位箱梁两侧腹板及底板位置，焊接外腹板两侧及顺桥向靠近墩顶侧的限位挡板，横向限位挡板与箱梁间预留1cm空隙；利用4台三向千斤顶进行位置精准调整，先驱动平推顶，调整轴线及里程位置，然后驱动竖向顶，调整标高，调整完成后复测，直至定位精度满足要求，轴线偏位<2mm，四角顶面高程偏差为±2mm；精调完成后，将准备好的梁底楔形垫块塞紧，保证回顶后梁体无回落；用薄钢板塞入并焊接横桥向限位挡块与箱梁间缝隙，使箱梁横桥向限位牢固；顺桥向限位挡块始终与箱梁底板端面密贴。通过2根JL32精轧螺纹钢筋临时锚固梁体与墩旁支架，利用顶、底板内临时预应力将0号块两侧1号块拉结固定，以消除0号块混凝土现浇部分侧压力对1号块的影响。

3.4 标准节段悬臂拼装

1)2号块拼装 由于1号块支承于支架上方，而2号块通过架桥机安装，节段支撑条件的差异必然带来匹配口变形差异，进而影响2个节段的顺利密贴。2号块安装前，一方面通过计算分析掌握吊装过程中的变形量，另一方面对1号块进行精确测量，对比两者变形差，提出调整措施。此外，还需控制箱梁顶板内横向预应力的张拉时机。

2)钢筋混凝土匹配连接 节段试拼完成后，在规定时间内完成涂胶作业，并将待安装节段向已安装节段靠拢完全拼接；安装拼装节段顶、底板的临时预应力拉杆，按设计值和规定的顺序张拉临时预应力；环氧胶固化后，张拉顶板体内纵向预应力束，并及时进行预应力管道压浆，完成1对梁段的拼接；随后完成波形钢腹板节段间的焊接，如图5所示。

图5 标准节段架桥机悬臂拼装

4 结语

将节段预制拼装技术与波形钢腹板组合梁相结合，节段轻巧、造型美观、接缝抗剪及抗震性能优越、质量易控制、施工速度快。2020年7月18日，南京长江五桥北引桥主体结构贯通，标志着3座波形钢腹板箱梁桥400榀节段梁全部顺利拼装完成。项目实施过程中，研发了专用匹配预制模板系统，可同时满足波形钢腹板快速入模、高精度定位及匹配连接、钢筋混凝土结合部高质量浇筑等多项要求；应用钢筋笼分部入模工艺，既能保证施工精度，也可提高组拼工效；提出多项措施确保波形钢腹板组合梁节段吊装运输过程中的结构安全、精准密贴等。