波形钢腹板组合箱梁作为一种新颖的组合结构, 通过将钢材和混凝土两种不同的材料进行组合, 提高了结构刚度、稳定性及材料使用效率。目前, 对波形钢腹板箱梁的研究主要对该组合箱梁的钢腹板屈曲强度、方案设计、桥面板有效宽度、剪力连接键等做过研究, 但是对波形钢腹板现场安装控制技术的研究还不成熟。本文以郑州市龙湖中环路跨北引水渠桥梁工程为背景, 归纳波形钢腹板安装顺序和施工要领, 通过对钢腹板吊装和定位的控制技术的创新与改良, 改变了传统的人工安装调节, 避免钢腹板变形、返工等现象, 保证施工现场波形钢腹板安装的可靠性与安全性。

龙湖中环路跨北引水渠桥梁工程位于郑州市郑东新区, 龙湖中环路和龙湖2号进水口交叉口处。道路等级为城市主干路, 设计车速50km/h, 规划红线55m, 双幅布置, 中间分隔带10m为预留轻轨空间。桥跨布置: (42.5+56+42.5) m, 全长141m, 道路中心线在平面上处于R=3 000m圆曲线上, 道路中心线与河道斜交角度为62°, 桥梁左幅侧立面如图1所示。

主桥上部结构采用波形钢腹板预应力混凝土连续箱梁结构, 单幅全宽22.5m, 为单箱四室断面。单幅箱梁布置5块1600型波形钢腹板 (见图2) , 双幅总计10块波形钢腹板, 跨中梁高2.0m, 中支点梁高3.5m。

波形钢腹板安装之前, 利用BIM技术就波形钢腹板的安装顺序做了排版, 并对波形钢腹板连接筋与底板、顶板钢筋的连接问题, 波形钢腹板与横梁和横隔板的连接问题以及波形钢腹板定位加固问题做了优化, 如图3～5所示。

采用起重机与人工配合作业的方法吊装, 腹板两侧及翼缘板底部设置支撑, 保证钢腹板的位置。吊装顺序为先吊边腹板, 再吊中腹板, 依次进行吊装。

由于波形钢腹板与顶、底板均采用直接埋入混凝土的连接方式, 每个腹板节段在吊装前均须准备好腹板下部支撑及两侧斜撑以保证能够牢固稳定地固定腹板。

安装腹板时, 翼缘板落位处设简易H形支架, 腹板置于H形支架上落位, 落位后, 为保证钢腹板在施工中避免扰动, 可在底板钢筋与下连接件栓接, 焊接3根斜向钢筋撑杆固定斜腹板, 避免横向、纵向移动。在吊装时, 可采用钢丝绳+手动葫芦的方式调整角度进行粗定位, 在底板钢筋主筋上焊接H形支架 (或设H型钢支撑) 。

H形钢支撑由现场制作, 主要由钢筋焊接而成, 形似大写字母H, 将钢支撑焊接在底板钢筋上并对其进行加固。H形钢支撑可以增加钢腹板的稳定性, 使钢腹板在一定的外力作用下不容易失稳破坏。

在桥梁曲线和变截面的前提下, 要对波形钢腹板精确定位, 便要控制好波形钢腹板的空间位置, 包括标高、水平位置和角度。结合波形钢腹板安装精度要求 (见表1) , 采用自主研发的定位调节装置进行钢腹板的精确定位。

首先将钢腹板固定在钢梁安装调节装置上, 用定位夹具固定好钢腹板, 然后用自动安平水准仪 (见图6) 进行钢腹板标高控制, 利用安装调节装置对波形钢腹板进行高度调节, 首先根据测量班组给的标高并根据经验下沉值进行调节。

在水平调节时, 利用水平调节丝将钢腹板调节至水平, 并进行临时加固防止钢腹板水平位置偏移, 每个经度或纬度滑块调整移动时, 移动方向分别设有两边两个调节旋钮, 调节时一个调节另一个跟进, 以达到精准调节的目的。

在角度调节时, 设有1个斜拉杆, 一头固定在钢腹板上, 另一头固定在本调节装置的底座上, 用上面的长短度调节丝调节长短, 达到角度要求为止。

用安装调节装置调节钢腹板位置和线形, 然后每隔5m在腹板顶端设置横拉钢筋及加强方木, 把每块钢腹板准确调整到图纸设计位置, 然后进行钢腹板固定, 可在底部加设H形钢支架, 并设置钢筋与底板连接件焊接, 防止扰动造成钢腹板变位, 最后撤去调节装置。

腹板准确就位后, 在边腹板与中腹板之间设置临时连接固定装置以保证钢腹板定位准确。临时连接固定装置采用自主研发的可调节三角支撑装置, 可调节三角支撑装置 (见图7) , 包括夹具和调节机构, 在各下垫板与地面采用固定件, 使得各调节丝杠的张开角度可控, 从而可以控制上顶板的高度和稳定性。通过半球转轴能够实现各调节丝杠的高度微调和水平度调节。利用调节棍与调节丝杠的调节孔配合, 可以实现负重状态下的快速调节, 有效解决了波形钢腹板钢筋焊接加固误差较大、调节困难的技术问题, 施工方便快捷, 钢腹板安装精度大大提高, 极大地提高了生产效率和安装质量。

节段间采用高强度螺栓进行临时固定。螺栓连接对孔时, 在螺栓孔重合的瞬间利用撬棍尖端插入孔内拨正, 使杆件转动并对正其他螺栓孔。使用小撬棍螺栓孔对孔后, 立即穿入螺栓, 然后对安装的波形钢腹板进行纵横向定位, 螺栓的紧固应在当天完成。

施工前高强度螺栓连接副应按出场批号复验扭矩系数, 清理螺栓孔内的毛刺、污物, 避免影响螺栓预拉力。为保证高强度螺栓能顺利穿入孔内, 扭矩扳手在作业前应进行校正, 其扭矩误差不得大于使用扭矩的±5%。安装螺栓时螺栓应顺畅穿过螺孔, 不得强行敲入, 穿入方向全桥应保持一致, 螺栓轴线垂直于钢板表面。

高强度螺栓连接施工时从跨中的连接缝开始, 对称向两端进行。采用扭矩法拧紧高强度螺栓连接副, 初拧、复拧和终拧应在同一天内完成。初拧应由试验确定, 一般为终拧扭矩的50%。终拧扭矩应按式 (1) 进行计算:

${\rm T}{}_{\text{C}}={\rm K}{\rm P}{}_{\text{C}}d(1)$

式中:T_C 为终拧扭矩 (N·m) ;K为高强度螺栓连接副的扭矩系数平均值 (试验确定) ;P_C 为高强度螺栓的施工预拉力 (kN) ;d为高强度螺栓公称直径 (mm) 。

为了保证波形钢腹板施工的安全性及安装位置的精确度, 在钢腹板吊装固定时对桥梁左幅和右幅分别设置了吊装定位监测点, 可快速发现波形钢腹板在安装过程中出现偏差的位置, 并快速进行修正。监测点布置如图8所示, 施工中监测数据偏差如图9所示。

根据波形钢腹板安装后的监测点水平位移监测数据发现 (见图10) , 不同监测点的水平位移量都符合规范标准和设计要求, 线性位移处于要求范围内, 桥梁实施效果良好。

本文总结了龙湖中环路跨北引水渠桥梁工程施工中波形钢腹板的安装控制方法, 通过分析和多次试验, 对波形钢腹板的空间位置控制方法进行了创新, 利用BIM技术实现排版优化, 研发了定位调节及临时支撑固定装置, 取得了自主知识产权, 在安装钢腹板的过程中减少施工人员数量20%～30%, 降低了施工成本。