内倾式-钢构塔波形钢腹板组合横梁施工技术

内倾式-钢构塔波形钢腹板组合横梁施工技术

李宝清，陈旭，陈重良

四川省交通建设集团有限责任公司桥梁工程分公司，四川  成都610000

摘要：文章以四川卡哈洛金沙江大桥内倾式-钢构塔波形钢腹板组合横梁施工，主要对底板支架搭设、安装横梁底模、吊装横梁骨架、底层主管混凝土浇筑、底板钢筋绑扎及侧模安装、主管混凝土浇筑施加预应力及封锚的施工方法等关键技术做了详细的探讨。

关键词：内倾式-钢构塔波形钢腹板组合横梁；波折板桁片；施工技术

1.前言

随着国家经济高速发展，现代桥梁建设呈现多样化。在飞速发展与精益建造形势下提出了“轻质、高强、大跨径”新要求，提出内倾式-钢构塔波形钢腹板组合横梁。较于传统混凝土腹板，波形钢腹板组合结构融合了钢结构与混凝土结构优势，使其在结构上具有绝对优势。不仅如此，通过波形钢板横梁腹板，降低了桥梁整体自重，减轻了基础所受压力。波形钢板具有超强抗剪切、抗压曲能力，作为横梁腹板减少了横梁模板施工工序，降低了项目施工成本。钢板采用波浪形，具有折叠性，因此其轴向受力几乎为零。使作用在横梁上的预应力被横梁底板及顶板吸收，提高了横梁预应力导入效率。不仅如此，波形钢板因其独有的褶皱效应，从而降低横梁顶板及底板徐变、干燥收缩产生的变形制约影响。利用波形钢腹板其独有的结构、成本等优势加快了项目施工进度，缩短了项目工期，提高了桥梁整体施工质量。

2.工程概况

四川卡哈洛金沙江大桥为1030m的单跨双塔钢桁梁悬索桥，桥跨组成为240m+1030m+309m，矢跨比1/9.5，大桥全长1818.53米。桥塔自上而下设2道横梁，采用钢-砼组合结构。横梁骨架是4肢水平钢管与塔身主钢管焊接形成，横梁水平顶、底板为预应力混凝土结构，横梁竖直方向腹板采用波形钢腹板。上下横梁高均为9.0m（钢管中心距8.3m）。

3.技术特点

(1)波形腹板采用工厂加工，其产品质量得到有力保障，提高现场标准化施工，且波形腹板使桥梁更具美感。

(2)波形钢腹板组合结构施工，降低了桥梁重量，减轻了主塔基础压力。横梁腹板采用组合钢板降低模板、钢筋、混凝土等材料使用，提高施工效率，加快了项目施工进度，降低项目施工成本。

(3)采用波形钢板作为横梁腹板，其超强抗剪切、抗压曲能力满足腹板力学性能要求。而通过其褶皱效应，提高横梁预应力导入效率。

(4)相比传统混凝土腹板结构，波形钢板腹板更具有结构优势，提高桥梁整体性，从而提高了桥梁使用寿命。

4.适用范围

本工法广泛适用于各类大型桥梁横梁施工，在大跨径，轻质量，高优结构项目建设上优势更为突出。

5.工艺原理

索塔横梁有上、下两道横梁，为钢-砼组合结构。横梁骨架为钢管、波形钢腹板、钢隔板、型钢组成的箱型结构，顶、板面浇筑70cm厚C40预应力混凝土，横梁构造如下图1所示：

图1 内倾式-钢构塔波形钢腹板组合横梁三维图

5.1内倾式-钢构塔波形钢腹板组合横梁骨架

横梁4根水平主管成梯形布置，两端与索塔横梁立柱钢管相贯线焊接。竖直方向高差 8.3m，通过波形钢腹板（t=28mm）连接；水平方向通过型钢连接，宽度随标高变化。上横梁钢管直径1016mm，下横梁钢管直径1219mm，如图2所示。

图2 横梁骨架布置图

波形钢腹板、钢隔板布置如图3 示。上横梁共2道波形钢腹板、2道横隔钢板；下横梁上横梁共3道波形钢腹板、5道横隔钢板。

A）上横梁

B）下横梁

图3波形钢腹板及横隔板布置

索塔横梁利用钢-砼组合，钢腹板提供抗剪切、抗压曲能力。而钢横隔板承担斜拉索竖向分力，为横梁提供抗扭刚度。而横梁顶板与底板共同承受弯矩及自重荷载，通过组合使桥梁具备钢结构与混凝土结构优势，提高了材料使用效率，整体提升了桥梁的结构整体性。

6.施工工艺流程及操作要点

6.1施工工艺流程

图4 内倾式-钢构塔波形钢腹板组合横梁施工工艺流程图

6.2施工操作要点

(1)施工准备

横梁前现场完成塔柱横梁段预埋件（落地支架附着预埋件、操作平台预埋件、泵管预埋件）、横梁钢结构骨架地面预拼等准备工作。

(2)底板支架搭设

横梁支架应满足三个主要功能：①横梁钢骨架安装平台②横梁底板砼模板支撑③横梁顶板砼模板支撑。下横梁支架系统主要由三部分组成：①落地钢管支架②型钢横纵梁③重型盘扣支架（底板砼、顶板砼横梁内部、顶板砼横梁外侧）。支架安装顺序由下至上，过程应做好架体位移变形监测。

图5 下横梁支架布置图

(3)安装横梁底模

横梁底板混凝土底模兼做钢骨架安装时的操作平台，模板选用（t=12mm）60型B类竹胶板，次肋为T13方木规格100×100mm，与I10工字钢的组合结构，主肋为I型10工字钢，布置于盘扣托撑内。横梁底板混凝土模板采用底包侧的结构形式，先装底模，浇筑混凝前在装侧模。

(4)吊装横梁骨架

下横梁骨架构造主要由4根横向主钢管、2根横向通常工字钢、3片波形钢腹板、横隔板、型钢横撑、型钢斜撑组成。在工厂加工后分散件运输至施工现场，由波形钢腹板厂家在施工现场将波形钢腹板与横梁主钢管以及型钢焊接分段焊接。骨架吊装时下横梁砼底模平台及作为横梁骨架吊装操作平台。

1)骨架吊装准备工作

波折板桁片运输至大塔吊吊装能力范围，安装波折板桁片临时支座并调至设计标高，焊接手拉葫芦固定支点。

2)吊装波折板桁片

安装型钢临时千斤顶、对口楔支座，提前安装波折板桁片吊装段2抗风绳。

大塔吊连接波折板桁片吊点，检查吊点吊具连接可靠性。大塔吊吊装波折板桁片拼装段2至与拼装段1，作业缓慢下放至设计标高位置临时支座上。用手拉葫芦、千斤顶、缆风绳辅助就位，再利用螺栓连接拼装段1与拼装段2波折板。剩余拼装段利用相同方法吊装连接。

3)安装钢管-波折板桁片

安装型钢临时千斤顶、对口楔支座。大塔吊连接钢管—波折板桁片吊点，利用大塔吊吊装钢管-波折板桁片拼装段2至与拼装段1，缓慢下放至设计标高位置临时支座上。安装横桥向调节千斤顶，微调钢管-波折板横向位置，使其靠近拼装段1。安装底部纵桥向千斤顶（支撑于中型钢-波折板上），微调钢管-波折板角度，使其绕顶部钢管中心轴旋转至设计角度，螺栓连接拼装段1与拼装段2波折板。安装型钢横撑装将“钢管-波折板桁片2”与“型钢-波折板桁片1”连接。采用相同方法依次小桩号侧“钢管-波折板桁片”、大桩号侧“钢管-波折板桁片”。

4)吊装横隔板、斜撑

为确保安装精确，横隔板、斜撑需对称吊装。

(5)底层主管混凝土浇筑

上、下横梁4根水平主管均需要灌注C80砼，横梁主管内C80自密实补偿收缩微膨胀混凝土。

(6)底板钢筋绑扎、侧模安装及混凝土浇筑

横梁钢筋绑扎严格按照图纸施工。横梁侧模采用定型钢模加工制作，横梁底板直线段采用木模，弧形段采用大块钢模，以保证砼表面平整光滑。为防止底板钢管外包混凝土向底板外翻，横梁底板顶部四周设压角模板。混凝土浇筑完成后做好养护工作。

(7)施加预应力、封锚

预应力筋（束）下料及张拉后多余部分必须用砂轮锯切割，钢丝束应梳理顺直，不得有缠绞、扭麻花现象。穿束前将锚下垫板面上的灰浆除净，检查锚下垫板混凝土是否密实，垫板与孔道是否垂直，如有问题及时处理。

千斤顶、油泵及油管等张拉设备移至梁体张拉端组装，锚板配套过渡垫圈擦洗干净，连接到位。预应力张拉用限位板要与工作锚配套使用。当混凝土达到设计强度的90%，龄期达到7天龄期且弹模达到28d弹模的85%后方可张拉预应力钢束。张拉时，油泵加油应均匀，不得突然加载或突然卸载。预应力钢绞线张拉完毕后，孔道应及时进行压浆。

(8)拆除支架系统

横梁顶板施工与底板施工雷同，不过多阐述。支架总体拆除原则，先支后拆，后支先拆。逐层拆除落地钢管支架，拆除过程做好防护措施。

7.效益分析

7.1经济效益分析

四川卡哈洛金沙江大桥采用下内倾式-钢构塔波形钢腹板组合横梁施工，累计创效120余万元。较于传统混凝土腹板，波形钢腹板组合结构降低了钢筋、混凝土及模板施工量，大大降低了工厂施工成本。波形钢板采用工厂成品构件，现场仅需拼装，提升了施工效率。累计节约人工费及管理费共34万元，机械费10万元，材料费约78万元，缩短施工工期7天。

7.2社会效益分析

采用内倾式-钢构塔波形钢腹板组合横梁施工，其组合横梁降低了桥梁整体质量，降低了基础所受压力。而通过其独特优越结构特性，结合了钢结构与混凝土结构优势，满足了桥梁力学要求的同时，提升了材料使用效率。波形钢板褶皱效应提高横梁预应力导入效率，加强了桥梁整体性，提升了桥梁使用寿命。

7.3环保效益分析

波形腹板采用工厂成品构件，产品质量得到有力保障的同时，让桥梁更具艺术感。腹板拼接段间连接多使用螺栓连接，降低了现场焊接作业频次，提高现场标准化施工。不仅如此，相比于传统混凝土横梁，波形钢腹板横梁大大降低了钢筋、模板及混凝土材料使用，降低了建材使用损耗。施工过程中，严格按照绿色文明施工，对现场废弃物采用分类、分区处理，取得了良好的环保效益。

参考文献：

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