变截面波形钢腹板连续箱梁合龙方案研究

党立俊，曹晓远

（中交远洲交通科技集团有限公司，石家庄 050000）

1 引言

变截面波形钢腹板连续箱梁因其自重轻，跨越能力强，造型美观等特点，越来越受到设计师们的青睐。与此同时，因其截面为钢材与混凝土组合而成，且连接构造复杂，施工难度大，给工程技术人员提出了新的挑战。合龙段施工作为变截面波形钢腹板连续箱梁施工过程的关键环节之一，对成桥后梁体的内力分配以及线形状态有决定性作用[1]。但是由于软件和计算理论的局限，以及施工方式的多样化，桥梁设计时，设计师不能详细模拟合龙阶段具体的施工工艺流程，多数情况下是将该阶段各步骤作为一个施工阶段进行计算和分析。如何在满足设计和施工规范的前提下，快速准确地完成此类桥梁合龙段施工，是工程技术人员值得思考的问题。

2 工程概况

该南水北调特大桥全长1 022 m，主桥为86.5 m+152 m+86.5 m 变截面单箱单室波形钢腹板连续箱梁，采用悬臂浇筑法施工。箱梁顶板宽度为13.75 m，底板宽度为7.0 m，均为预应力钢筋混凝土构件。合龙段高度为4.2 m，纵向长度为3.2 m。桥墩为矩形墩，基础为群桩基础（见图1）。

图1 南水北调特大桥立面图（单位：cm）

3 合龙方案

考虑到施工条件及工期影响，设计和施工单位根据现场施工特点和人员机具配置，制订了详细的合龙方案。

3.1 总体合龙顺序

先合龙边跨，再合龙中跨。

3.2 边跨合龙段施工工艺流程

钢腹板一端固定→挂篮前移→模板调整→底板钢筋、钢束施工→内模安装加固→顶板钢筋、钢束施工→悬臂端平衡配重→刚性支撑锁定→钢腹板另一端固定→张拉临时预应力钢束→解除边墩支座约束→浇筑混凝土→混凝土养生→刚性支撑锁定解除→临时预应力钢束张拉至设计值→管道压浆、封锚→拆除边跨现浇段满堂支架。

3.3 中跨合龙段施工工艺流程

边跨合龙完成→钢腹板一端固定→挂篮前移→模板调整→底板钢筋、钢束施工→内模安装加固→顶板钢筋、钢束施工→悬臂端平衡配重→刚性支撑锁定→钢腹板另一端固定→张拉临时预应力钢束→解除主墩临时约束→浇筑混凝土→混凝土养生→刚性支撑锁定解除→临时预应力钢束张拉至设计值→管道压浆、封锚→拆除挂篮，完成结构体系转换。

4 控制性参数的计算

合龙方案控制性参数主要由边跨临时锁定力、中跨临时锁定力和临时预应力钢束张拉值3 部分组成。

4.1 临时锁定力计算假定

本文在计算临时锁定力时，提出以下假定：

1）合龙段长度不变。

2）波形钢腹板虽然存在纵向连接，但由于其纵向刚度非常低，基本不抵抗轴向力，故不考虑其连接作用[2]。

3）边跨合龙时，边跨现浇段主要由支架和模板承托，此时边支座基本不受力，刚性支撑内力主要由现浇段混凝土与模板的摩擦力提供。假定模板摩擦系数μ 取0.15。

4）中跨合龙时，边跨现浇支架和模板均已完全拆除，梁体已安放至边、主墩活动支座上，刚性支撑内力主要由活动支座摩阻力提供。假定支座磨阻系数μ 取0.03。

4.2 边跨临时锁定力计算

边跨合龙段采用刚性支撑措施锁定后，边跨现浇段与T构部分连成整体。在升温作用下，边跨会发生膨胀，但此时中墩临时支撑尚未拆除，梁体在轴线方向上会与现浇模板发生摩擦。摩擦力通过刚性支撑传递。只要刚性支撑所提供的内力与摩擦力相同，即可保证合龙段混凝土不会发生压缩形变。合龙段刚性支撑断面图见图2，刚性支撑梁横断面大样见图3。

图2 合龙段刚性支撑断面图（单位：cm）

图3 刚性支撑梁横断面大样（单位：mm）

边跨现浇直线段模板与混凝土之间的摩擦系数为0.15，边跨现浇直线段总重为4 872 kN（487.2 t），取1.3 倍安全系数，则边跨合龙段刚性支撑所受轴向力为950 kN。设计中每个合龙段采用4 个2 [40 热轧劲型槽钢组成的支撑骨架，则每个刚性支撑压应力为20.6 MPa，小于现场槽钢的屈服强度215 MPa，满足要求。

4.3 中跨临时锁定力计算

中跨合龙时，刚性支撑所受压力主要是活动支座发生形变所产生的支座摩阻力。此时，摩擦系数为0.03，活动支座侧梁体总重为73 396 kN（7 339.6 t），取1.3 倍安全系数，则中跨合龙段刚性支撑所受轴向力为2 862.4 kN。设计中每个合龙段采用4 个2 [40 热轧劲型槽钢组成的支撑骨架，则每个刚性支撑压应力为62.0 MPa，小于现场槽钢的屈服强度215 MPa，满足要求。

4.4 临时预应力钢束张拉值计算

合龙时，临时张拉位于顶、底板两侧靠近腹板位置的2 根顶板及2 根底板纵向预应力钢束，利用钢束产生的牵引力来抵消两侧梁体因降温收缩所产生的拉力，保护混凝土不被拉裂。

边跨合龙段刚性支撑所受轴向力为950 kN，故每束钢绞线张拉至950/4=237.5 kN 即可。

中跨合龙段刚性支撑所受轴向力为2 862.4 kN，故每束钢绞线张拉至2 862.4/4=715.6 kN 即可。

5 施工要点

1）波形钢腹板采用拴接和焊接组合方式连接（见图4）。钢腹板上预留有螺栓孔洞，施工时先用螺栓将其临时定位，然后，再采用双面搭接贴角焊固定。

图4 钢腹板及上、下翼缘板连接处细部图（单位：mm）

2）合龙段钢腹板分2 次安装，先对其一端进行固定焊接，另一端只进行简单定位。待顶、底板钢筋绑扎、波纹管铺设等完成后，调整两悬臂端平衡配重，使其变形相等，然后选择温度最低的时间段进行刚性支撑的焊接锁定。焊接工作全部完成后，需进行焊缝质量检查以及合龙段两侧标高复测。结果满足JTG/T 3650—2020《公路桥涵施工技术》规范要求后，方可将钢腹板另一端固定。

3）刚性支撑的焊接拼装和临时预应力钢束的张拉必须按照设计要求进行施工。刚性支撑锁定气温应以焊接前7 d 内最低气温的平均值为准，并且要对称、均衡、同步焊接锁定。在刚性支撑焊接锁定之前，应完成钢束穿孔、千斤顶吊装到位等各项准备工作，以缩短整体锁定时间。刚性支撑焊接锁定完毕后，应尽快完成对靠近腹板位置的2 根顶板及2 根底板纵向预应力钢束的临时张拉。张拉完成之后，应立即解除边支座或主墩约束，使梁体能够在锁定连接下沿支座自由伸缩。

4）本桥波形钢腹板与顶板采用Twin-PBL 键+栓钉混合连接，与底板采用埋置角钢连接，且均设有贯通钢筋（见图5）。施工中应注意保证这些抗剪部件的施工质量，并做好波形钢腹板与混凝土顶底板连接处的防水，以确保箱梁能形成1 个整体，钢腹板与顶、底板能够有效传力。

图5 波形钢腹板与箱梁顶、底板连接示意图

5）顶、底板混凝土浇筑之前以及浇筑过程中，应对连接件进行检查。如若连接件的位置发生偏移，应及时进行纠正。连接件周边钢筋多为受力部件，且数量较多，浇筑混凝土时应对其充分振捣，以防脱空。

6）施工过程中，由于所用材料、施工工艺以及耗费时间等与设计采用值有一定的偏差，桥梁线形和截面应力会因此产生些许变化，监控单位应准确记录整理并及时反馈监控结果，认真分析研判桥梁所处状态，为现场施工提供指导。

6 成桥后监控结果

本桥成桥后，监控单位对全桥观测点进行了联测，得出以下结论[3]：

1）本桥梁体标高实测值与设计模型计算值存在偏差，最大差值为25.7 mm，最小差值为0.3 mm。上述差值均小于规范规定的±L/500=±30.4 mm（L 为跨径），满足要求。

2）本桥梁体关键截面应力实测值与设计模型计算值存在偏差，最大差值为0.96 MPa，最小差值为0.16 MPa。截面实测最大压应力值为11.01 MPa，小于JTG 3362—2018《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》规定的0.5fck=17.75 MPa（fck为混凝土轴心抗压强度标准值），且全桥测点未出现拉应力，满足要求。

3）本桥成桥后箱梁线形状况和应力状态接近理论数值，整体状态良好。

7 结语

本文针对变截面波形钢腹板连续箱梁的结构特点，结合工程实例，详细介绍了合龙段施工顺序和工艺流程；依据理论研究和条件假定，进行了控制性参数的计算；列举了施工要点，特别强调了临时锁定和波形钢腹板连接；通过对监控结果的分析，验证了上述合龙方案设计及施工的合理性和可行性。为变截面波形钢腹板连续箱梁的设计与施工提供了宝贵经验。