大跨径波形钢腹板梁桥异步施工控制关键技术研究

陈小宁

（南京市公路事业发展中心，江苏 南京 210000）

1 项目概况

项目采用一级公路标准建设，双向六车道，该危桥改造工程考虑在老桥下游新建半幅17m 宽桥梁，设计速度80km/h。桥跨布置采用（25+26+25）m 现浇箱梁+（3×35）m 组合箱梁+（2×40）m 组合箱梁+（72.5+125+72.5）m 波形钢腹板变截面连续箱梁+（3×35）m组合箱梁+3×（4×35）m 组合箱梁+（35+40+35）m 组合箱梁+（3×40）m 组合箱梁+（5×35）m 组合箱梁+（3×22）m 空心板梁，全桥共计12 联、40 跨，桥梁总长1530.16m。主桥采用（72.5+125+72.5）m 波形钢腹板变截面连续箱梁跨越某主航道，南北两侧引桥以35m、40m 组合箱梁为主，第一联采用现浇箱梁，第十二联采用22m 空心板梁，整体效果如图1所示。

图1 桥梁整体效果图

2 大跨径波形钢腹板梁桥特点

该大桥主桥上部结构为（72.5+125+72.5）m 波形钢腹板变截面连续梁。相较于其他梁桥结构，波形钢腹板梁桥具有结构耐久性好、预应力效率高、自重轻、施工便捷等优势。传统梁桥结构一般采用混凝土腹板，但随着梁桥承受剪力增加，桥梁腹板出现开裂情况，产生褶皱效应，使得桥梁底板混凝土收缩，影响桥梁结构的安全性。应用波形钢腹板可降低底板混凝土徐变风险，同时有助于提升建设效率、缩短工期，确保桥梁结构的完整性和稳固性。近年来，波形钢腹板梁桥设计理论更为成熟，在大跨径梁桥设计中，该桥型的竞争优势非常明显[1]。

3 大跨径波形钢腹板梁桥异步施工优势分析

3.1 受力性能方面

采用传统的悬臂浇筑工艺建设大跨径梁桥，施工产生的荷载经过挂篮结构传递到已浇筑区域，但无法将荷载分配到波形钢腹板上。异步施工工艺是在悬臂浇筑期间，直接将波形钢腹板作为大跨径梁桥的承力结构，可以承担挂篮荷载、其他施工荷载，不仅能够提高桥梁施工材料的利用率，还可以保障施工效率[2]。

3.2 挂篮构造方面

对于大跨径波形钢腹板梁桥，传统施工工艺的弊端非常明显，存在挂篮自重大、钢材损耗大、结构受力不均等问题，施工过程中的安全隐患较大。波形钢腹板起吊时，挂篮高度限制起吊空间，增加起吊难度，影响后期施工作业。甚至出现后锚不稳的问题，引起错台、裂缝、挂篮失稳风险。波形钢腹板梁桥采用异步施工后，简化挂篮结构形式，减轻挂篮自重，节约钢材。在此期间，挂篮结构由悬臂转换为简支，使得挂篮后的锚固系统更为简单，可以自主保持平衡，确保施工的安全性。挂篮施工时，波形钢腹板顶板开孔钢板作为桥梁挂篮的行走轨道，简洁、稳定系数大，现场拼装难度低，同时增强挂篮的抗倾覆性能力[3]。

3.3 施工作业方面

在波形钢腹板梁桥建设中，常规的悬臂浇筑法是在同一断面浇筑模板、钢筋、混凝土顶板、混凝土底板，进行预应力张拉后安装波形钢腹板。但这种施工工艺的工序相互干扰，严重限制施工效率的提升。异步施工是将波形钢腹板作为主要承重构件，同时错开梁桥施工时的节段顶板、底板、腹板浇筑作业，每一节点作业和波形钢腹板吊装作业同时进行。此种异步施工可以在保证施工质量、安全的基础上，简化挂篮构造，控制挂篮施工的用钢量，且作业空间大，消除重叠施工的隐患。

4 大跨径波形钢腹板梁桥异步施工关键技术要点

4.1 桥梁结构设计

该大桥危桥改造项目中箱梁0#块节段共长9.8m，在支架上浇筑。两侧各有14 个悬浇节段，节段长度为7×3.2m、7×4.8m。1#～14#梁段采用挂篮悬臂浇筑施工。主桥（单幅）共有3 个合龙段，含1 个中跨合龙段和2 个边跨合龙段，合龙段长均为3.2m，在吊架上浇筑。边跨现浇段长8.4m，在支架上浇筑。纵向预应力钢束设置了顶板束（T）、顶板预备束（Ty）、顶板合龙束（H）、底板束（B）、底板预备束（By）和体外束共6 种，除边跨顶板合龙束、边跨底板预备束为单端张拉外，其余均为两端张拉。

4.2 基本流程

基于大跨径波形钢腹板梁桥异步施工工艺，主桥主要的施工流程如下：

第一步，进行基础、承台、桥墩及桥台等施工作业，并由工厂制造波形钢腹板。之后立模浇筑0#块，预埋波形钢腹板，完成墩梁临时固结，张拉悬浇束和本段横向束、竖向筋；安装1#钢腹板并进行焊接，钢腹板安装完成后，利用钢腹板自承重能力，在钢腹板上进行挂篮上下横梁底模板体系的安装。

第二步，浇筑1#块底板混凝土，安装2#块钢腹板并焊接，挂篮前移。1#块顶板、2#～14#块悬浇段施工采用异步法悬臂施工：首先，将挂篮移动到n 节段，n节段底模板和n-1 顶板内模随挂篮同步移动到位，然后安装n 节段底板和n-1 节段顶板普通钢筋，并浇筑n-1 节段顶板混凝土和n 节段底板混凝土。其次，混凝土养生期间，吊装n+1 节段波形钢腹板。最后，混凝土强度达到要求后，张拉n-1 节段纵向束，同时将挂篮前移，循环至下一节段，如图2所示。

图2 悬臂块异步施工步骤示意图

第三步，现浇桥梁结构中的边跨段支架。后撤挂篮，一边安装波形钢腹板，绑扎顶、底板钢筋，浇筑边跨合龙段混凝土，一边张拉边跨。随后拆除边跨支架、吊架，解除主墩临时固结，成为单悬臂体系。安装波形钢腹板，绑扎顶、底板钢筋，浇筑中跨合龙段混凝土，待强度达到设计要求后张拉Bc1～Bc10，并从边跨到中跨对称张拉体外预应力束，涂装波形钢腹板，完成桥面系及附属设施后成桥。

4.3 技术要点

4.3.1 安装底板、腹板钢筋

（1）安装期间，施工人员需应用保护层垫块，避免在施工后期骨架重量增加，提高安装难度。在此期间，为预防模板损伤，应用撬棍时，还需严格控制底板上下层钢筋结构的支撑重量，立筋需符合施工荷载。为控制底板上层钢筋自重，不同层级垫块使用后应立即布设马镫、对支架立筋。

（2）选择保护层垫块时，需严格控制垫块材料，选用高强度、刚度的材料。制作混凝土垫块时，垫块强度应大于混凝土强度等级。垫块保护层规格一般为7cm×7cm×7cm，桥梁结构高度超过1.5m 后，可应用10cm×10cm×10cm 混凝土保护层垫块。但对于钢腹板垫块，其结构需设置为梅花形，间距不得超过750mm。绑扎底板、腹板钢筋时，还需提前预留预应力孔道，避免在钢筋成型后难以预留孔道。需要注意的是，施工人员应结合桥梁设计，根据不同梁段灵活移动钢筋垫块，有序完成钢筋绑扎、立模、浇筑混凝土、施加预应力作业。

（3）波形钢腹板安装阶段，针对波形钢腹板的柔性特征，需在施工过程中对其进行空间定位，避免横向偏位严重，造成两侧悬臂端不能正常合龙。所以需要在钢腹板端部截面设置12 个坐标观测点用于安装定位。在钢腹板上缘设置测点，用于控制腹板标高及水平坐标，在钢腹板下缘设置测点，用于控制腹板水平坐标，以此加强波形钢腹板施工监测。

4.3.2 混凝土浇筑

在大跨径波形钢腹板梁桥异步施工中，混凝土浇筑前需做好质量管理，施工材料应符合桥梁施工要求。在该危桥改造项目中，混凝土采用C55，弹性模量为3.55E4MPa，混凝土线膨胀系数（以℃计）为1.0E-5，波形钢腹板采用1600 型波形钢板，Q345D钢材。

通常需要进行2 次混凝土浇筑，在应用异步挂篮施工工艺完成钢筋绑扎后，安装混凝土模板、预应力管道，进行首次混凝土浇筑浇筑高度为4m。浇筑结束后，当混凝土强度符合设计值时，进行二次浇筑。底板、顶板混凝土浇筑时，重点控制波形钢腹板剪力键埋入底板、顶板的深度，避免混凝土浇筑造成挂篮前端下挠变形。在此期间，由于钢腹板、前段钢腹板已焊接固定，所以浇筑后混凝土底板、顶板与波形钢腹板产生相对位移，使得波形钢腹板埋入深度产生变化。

4.3.3 悬浇段施工

在大跨径钢腹板梁桥异步施工中，悬浇段的关键技术为异步悬臂浇筑法。该技术是在传统悬臂法的基础上，通过在波形钢腹板顶增设翼缘板的方式，让波形钢腹板具有较强的侧向、纵向抗弯能力。翼缘板通常作为钢腹板的连接板，宽度一般为30cm。在悬浇段施工过程中，作业区从第n 段扩大到n-1、n、n+1节段。相较于传统悬臂法，异步悬臂浇筑法可以提升大跨径梁桥结构中波形钢腹板的利用率，使其作为承重构件，减轻挂篮重量，缩短工期。具体施工流程如下：

（1）安装1#钢腹板并进行焊接。钢腹板安装完成后，利用钢腹板自承重能力，在钢腹板上进行挂篮上下横梁底模板体系的安装；浇筑1#块底板混凝土，安装2#块钢腹板并焊接，龙门架前移；前移就位后，交替施工安装3#块钢腹板、1#块顶板混凝土，浇筑2#块底板，待1#块混凝土强度达到设计强度90%后，张拉1#块预应力钢束。

（2）边跨现浇段及边跨合龙施工。施工人员可拆除龙门架，先后浇筑边跨现浇段及合龙段混凝土，待混凝土强度达到设计强度90%后，张拉边跨预应力钢束，拆除临时支撑。

（3）中跨合龙段施工时，施工人员需要安装主跨跨中合龙段吊架，然后在悬臂端配重后锁定劲性骨架，并浇筑跨中合龙段混凝土，待混凝土强度达到设计强度90%后，张拉相应预应力钢束。

4.3.4 挂篮安装与行走

在大跨径波形钢腹板梁桥施工中，0＃～1＃块钢腹板混凝土浇筑、预应力张拉结束后，开始安装2#～3＃块钢腹板，同时将钢腹板作为挂篮施工的承重结构，安装挂篮及其起吊系统。

运输、安装悬臂端钢腹板时，钢腹板可由运输小车从桥面输送到挂篮尾端，然后通过在挂篮设置起吊桁架的方式进行吊装。起吊时，钢腹板上翼缘pbl 键的开孔可作为吊点，吊装方法为“三点式吊装”。吊装期间，一个电动葫芦可悬挂2 个吊点，另一个电动葫芦悬挂1个吊点，分别悬挂2 个钢腹板顶端吊点和底部1 个吊点。钢腹板移动到位后，操作底部吊点，将其缓慢下放，另一侧吊装葫芦受力后调整钢腹板位置，使其就位，然后进行挂篮施工。

挂篮前后支点分别支撑在钢腹板上翼缘板的凹槽中，槽中的四氟滑板可以减小支撑构件的摩擦，使其移动更为灵活。桥梁结构左右挂篮一般会借助法兰、连接板整体式连接，在此期间，为保证该类整体式挂篮行走施工的可靠性，还需优化机械顶升前进工艺，应用液压控制系统，远程遥控操作挂篮，精准控制挂篮行走活动。

4.3.5 移动支架异步施工

移动支架异步施工是在大跨径波形钢腹板梁桥建设中的0#块施工、典型节段施工、合龙段施工阶段，依次应用移动支架，支持桥梁异步施工。具体指大跨径波形钢腹板梁桥的第n-1 节段顶板混凝土施工、第n 节段底板混凝土施工、第n+1 节段波形钢腹板施工。除此之外，移动支架异步施工技术同样可以应用在桥梁节段支架拆除、支架搭设环节，有利于扩大工作面，循环利用支架，满足异步施工要求，同时缩短工期、降低支架搭设成本，且整体技术难度小，可满足大跨径波形钢腹板梁桥异步施工质量、安全管理需求。

5 结语

综上所述，在波形钢腹板梁桥建设中，异步施工技术能够减少挂篮结构对波形钢腹板施工造成的各类问题，确保桥梁施工的安全性。在此过程中，相关人员可结合桥梁结构整体设计，做好异步施工过程中的安装、浇筑作业，完善大跨径钢腹板梁桥异步施工设计方案，加强施工环节的安全、质量管理，使得大跨径梁桥在异步施工技术的支持下，结构受力均匀、整体性能良好。