覃譽(yù)瑤 龍誠(chéng)璧

摘要：賀州至巴馬高速公路（象州至來賓段）茶花山天橋上構(gòu)采用單跨下承式槽型梁設(shè)計(jì)，由兩片UHPC“Ⅰ型”縱向主梁與12道UHPC橫梁共同構(gòu)成。傳統(tǒng)常規(guī)預(yù)制橋梁吊裝方法不適用于該天橋，為了系統(tǒng)性解決UHPC單跨下承式槽型梁的吊裝、安裝等工程問題，文章研究設(shè)計(jì)一套完整的UHPC單跨下承式槽型梁施工方法，保證了UHPC單跨下承式槽型梁的吊裝順利。同時(shí)，針對(duì)UHPC下承式槽型梁吊裝存在的開裂風(fēng)險(xiǎn)，研究設(shè)計(jì)了預(yù)防的吊裝輔助設(shè)備，該設(shè)備適應(yīng)性強(qiáng)，操作簡(jiǎn)單，使吊裝工效得到提高。

關(guān)鍵詞：UHPC橋梁；下承式槽型梁；臨時(shí)墩；平衡梁；吊裝輔助

中圖分類號(hào)：U445.4? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1673-4874（2024）04-0131-03

0 引言

超高性能混凝土（Ultrahigh-Performance Concrete，以下簡(jiǎn)稱UHPC）作為20世紀(jì)后期誕生的新一代建筑材料，在橋梁工程中具有良好的利用前景。其通過剔除粗骨料、優(yōu)化細(xì)骨料的級(jí)配、摻入超細(xì)活性礦物摻合料、加壓和熱養(yǎng)護(hù)以及添加鋼纖維等手段，獲得較高強(qiáng)度、優(yōu)異耐久性以及較強(qiáng)的韌性和延性［1］。與傳統(tǒng)混凝土結(jié)構(gòu)相比，UHPC結(jié)構(gòu)自重減少了1/3或1/2，顯著降低了靜荷載，從而利于制造更細(xì)長(zhǎng)的建筑結(jié)構(gòu)，節(jié)省材料和成本［2］。

目前，國(guó)內(nèi)橋梁工程中已有超過30座橋梁采用了UHPC材料，主要應(yīng)用于鋼-UHPC輕型組合橋面結(jié)構(gòu)、維修加固和現(xiàn)澆接縫等方面。有5座橋梁的主體結(jié)構(gòu)采用UHPC材料，包括柏干渠大橋、薊港鐵路簡(jiǎn)支T梁、河北跨線橋、福州人行拱橋和長(zhǎng)沙跨街天橋等［3］，其中大多數(shù)橋型結(jié)構(gòu)為T梁與箱梁。有學(xué)者針對(duì)新型預(yù)制UHPCπ形梁橋結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)研究，結(jié)果表明其自重為傳統(tǒng)混凝土T形梁橋的47%，顯著提高梁底縱向開裂應(yīng)變，限制裂縫發(fā)展［4］。

針對(duì)非常規(guī)T梁/箱梁吊裝工藝，港珠澳大橋青州航道橋施工為了控制扁平流線形鋼箱梁的線性，采用“臨時(shí)配重塊+臨時(shí)支撐+豎向固結(jié)拉索索力調(diào)整”的吊裝方案，解決不平衡吊裝產(chǎn)生的彎矩問題［5］；王平等［6］對(duì)大跨度H型及箱型鋼梁的安裝提出“構(gòu)件高空散裝+支撐鋼架+支撐鋼架移動(dòng)軌道”的吊裝方法，證明用鋼架支撐有利于鋼梁在拼裝時(shí)的預(yù)起拱施工。

目前國(guó)內(nèi)單跨下承式槽型橋梁的工程實(shí)例應(yīng)用較少，常規(guī)T梁/箱梁預(yù)制梁段的吊裝方案不適用于UHPC單跨下承式槽型橋梁。故本文依托賀州至巴馬高速公路茶花山天橋工程，針對(duì)性地研究UHPC單跨下承式槽型梁施工方法。對(duì)施工前期準(zhǔn)備如臨時(shí)墩的搭設(shè)及吊裝預(yù)防措施等，以及施工過程中主梁吊裝與拼接等方面進(jìn)行研究討論，為后續(xù)同類工程提供參考與借鑒。

1 工程概述

賀州至巴馬高速公路（象州至來賓段）茶花山天橋采用UHPC預(yù)制拼裝簡(jiǎn)支預(yù)應(yīng)力梁橋型式（見圖1），橋梁上構(gòu)采用單跨下承式槽型梁設(shè)計(jì)，由兩片UHPC“Ⅰ型”縱向主梁與12道UHPC橫梁共同構(gòu)成。槽型梁整體長(zhǎng)50 m、寬9.7 m，縱梁端部梁高195 cm、跨中梁高320 cm，總重量281.5 t?！阿裥汀笨v向主梁上、下馬蹄寬60 cm，腹板寬度窄處僅為10 cm（見圖2）。

茶花山天橋UHPC主梁用超高性能混凝土，設(shè)計(jì)抗壓強(qiáng)度120 MPa、抗折強(qiáng)度20 MPa、纖維摻量2.0%。因梁體較長(zhǎng)，UHPC主梁節(jié)段采用分節(jié)臥式預(yù)制的方式，分為兩片邊梁段與一片中梁段，其中邊梁段長(zhǎng)16 m、重84.5 t，中梁段長(zhǎng)18 m、重112.5 t。

UHPC預(yù)制分段梁整體尺寸較大，而單個(gè)構(gòu)件細(xì)長(zhǎng)，不利于設(shè)置預(yù)埋吊點(diǎn)。因此，考慮采用兩臺(tái)全地面起重機(jī)同步起吊，使用鋼絲繩從槽型梁縱梁或橫梁處兜底吊裝。結(jié)合茶花山天橋結(jié)構(gòu)及UHPC材料特點(diǎn)，對(duì)茶花山天橋UHPC主梁節(jié)段進(jìn)行分析可知：（1）采用縱梁處兜底吊裝時(shí)，鋼絲繩受吊裝角度影響會(huì)向內(nèi)側(cè)擠壓縱梁，而UHPC槽型梁為頂部無橫向支撐的結(jié)構(gòu)形式，因而縱梁易受擠壓而出現(xiàn)損傷與裂縫等，威脅結(jié)構(gòu)安全；（2）采用從橫梁處吊裝時(shí)，由于UHPC槽型梁寬度較大，鋼絲繩與梁體接觸位置易出現(xiàn)滑移，輕則磨損梁體，影響槽型梁外觀，重則造成梁體重心偏位失穩(wěn)，引發(fā)安全事故。

針對(duì)以上問題，本文研發(fā)UHPC下承式槽型梁吊裝方案，從而保證吊裝施工的質(zhì)量與安全。

2 吊裝方案設(shè)計(jì)

2.1 臨時(shí)墩設(shè)計(jì)

以主梁節(jié)段劃分為基準(zhǔn)，在梁段搭接處設(shè)置兩個(gè)臨時(shí)墩（臨時(shí)墩布置見圖3）。臨時(shí)墩以325 mm、厚10 mm螺旋鋼管作為立柱，單個(gè)臨時(shí)墩設(shè)三排立柱，每排3根螺旋鋼管，立柱高度為8.2 m；立柱下部直接澆筑于條形基礎(chǔ)中，基礎(chǔ)設(shè)置在路面水泥穩(wěn)定碎石基層上，基礎(chǔ)采用C20混凝土，尺寸為高0.5 m×寬0.8 m×長(zhǎng)5.325 m；立柱之間采用［14槽鋼進(jìn)行連接；每根立柱頂端均焊接δ16 mm×500 mm×500 mm鋼板作為法蘭盤，法蘭盤與立柱間焊接δ16 mm齒板使二者連接穩(wěn)固；法蘭盤上方安設(shè)升降支座，升降支座以32 mm精軋螺紋桿作為調(diào)節(jié)桿，升降支座高度范圍為150～200 mm，最大高度調(diào)節(jié)區(qū)間為50 mm；支座上方設(shè)置雙拼Ⅰ32a工字鋼主梁，主梁上方以20 cm間距設(shè)置Ⅰ10工字鋼分配梁；分配梁上方滿鋪δ10 mm鋼板，并安裝梯籠作為上下通道。

2.2 臨時(shí)墩建模計(jì)算分析

采用Midas Civil有限元軟件建立臨時(shí)墩計(jì)算分析模型。臨時(shí)墩計(jì)算參數(shù)見表1，計(jì)算工況為主梁全部吊裝完成后的臨時(shí)墩承重工況。臨時(shí)墩模型見圖4。

根據(jù)《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB500017-2003）的要求，施工階段考慮了臨時(shí)墩結(jié)構(gòu)自重和主梁重量，分析計(jì)算立柱、主梁、橫梁以及分配梁的組合應(yīng)力、變形與屈曲模態(tài)特征值，計(jì)算模型見圖4。經(jīng)過分析計(jì)算，鋼管立柱、主梁與橫梁及分配梁計(jì)算結(jié)果見表2，均滿足規(guī)范要求。

2.3 吊裝設(shè)備選擇

該橋主梁分三段吊裝，綜合考慮梁的受力、擺放位置、場(chǎng)地限制和吊裝能力要求等多方面因素，采用2臺(tái)500 t汽車吊配合吊裝，所有梁段均一次吊裝到位，不進(jìn)行位置中轉(zhuǎn)。

2.4 吊裝輔助設(shè)備

因吊點(diǎn)設(shè)置在縱梁上，主梁受鋼絲繩產(chǎn)生的水平分力影響，其受力會(huì)往內(nèi)側(cè)牽拉。主梁上部無橫向支撐，若不能保證主梁受力豎直，吊裝時(shí)將存在較大的主梁開裂風(fēng)險(xiǎn)。

針對(duì)此問題，施工時(shí)采取預(yù)防措施，設(shè)計(jì)了保證梁體平穩(wěn)以及梁體垂直受力的吊裝輔助設(shè)備。吊裝輔助設(shè)備采用了平衡梁與護(hù)角限位器。平衡梁是由一大一小兩根方形鋼管組成，兩根方形鋼管嵌套在一起并通過在銷軸孔安裝插銷進(jìn)行連接固定，長(zhǎng)度可隨梁體間距進(jìn)行調(diào)整。鋼管兩側(cè)端部通過焊接齒板與兩塊3 cm厚的方形鋼板進(jìn)行連接固定，鋼板上下兩端開設(shè)吊裝孔，用以安裝卸扣，平衡梁結(jié)構(gòu)見圖5。護(hù)角限位器對(duì)稱設(shè)置在縱梁兩側(cè)上下端部邊緣直角處，鋼絲繩兜底包裹槽型梁縱梁時(shí)從護(hù)角限位器處穿過，以此限制鋼絲繩滑動(dòng)并保護(hù)梁體邊緣不受損傷，護(hù)角限位器安裝見下頁(yè)圖6。

在吊裝過程中，平衡梁作為槽型梁和全地面起重機(jī)的中轉(zhuǎn)連接裝置，可起到轉(zhuǎn)換受力的作用，保證梁段只受豎向力作用，從而保證主梁始終垂直，規(guī)避開裂風(fēng)險(xiǎn)，平衡梁吊裝使用情況見下頁(yè)圖7。

3 UHPC梁段吊裝方案

UHPC預(yù)制主梁安裝施工步驟為：（1）臨時(shí)墩搭設(shè)；（2）支座安裝；（3）梁段吊裝；（4）主梁縱向拼接；（5）主梁預(yù)應(yīng)力張拉；（6）臨時(shí)墩、臨時(shí)支座拆除；（7）下緣搭接鋼板焊接。

3.1 臨時(shí)墩搭設(shè)施工

臨時(shí)墩搭設(shè)施工工藝流程：施工準(zhǔn)備→澆筑C20混凝土條形基礎(chǔ)→安裝325 mm×10 mm螺旋焊縫鋼管（吊車安裝，鋼管立柱之間采用［14號(hào)槽鋼焊接作為斜撐，柱底澆筑于條形基礎(chǔ)中，柱頂提前焊接法蘭盤）→安裝卸落架→安裝Ⅰ36b工字鋼主梁→安裝Ⅰ12工字鋼分配梁→鋪10 mm厚鋼板。

3.2 梁段吊裝施工

吊裝時(shí)，鋼絲繩從縱梁底部包裹后穿過護(hù)角限位器，再經(jīng)由卸扣掛在平衡梁的下方，而吊車采用同樣方式連接并吊住平衡梁，主要吊裝過程見圖8。

汽車吊綁好鋼絲繩，并緩慢、平衡拉緊鋼絲繩，提升中梁至梁底離地3～5 m高度；接著，汽車吊分別往兩側(cè)轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)梁體向臨時(shí)墩移動(dòng)；當(dāng)梁體靠近臨時(shí)墩后，再次緩慢收緊鋼絲繩，提升中梁至梁底標(biāo)高超出臨時(shí)墩頂面1～2 m；而后將中梁吊至臨時(shí)墩頂上方并旋轉(zhuǎn)調(diào)整方向至與臨時(shí)墩平行，并由指揮人員指揮吊車精確對(duì)線就位并緩慢落梁于臨時(shí)墩上方指定位置。

3.3 主梁縱向拼接

梁段接縫采用膠拼對(duì)接。應(yīng)根據(jù)環(huán)境溫度、固化時(shí)間和強(qiáng)度要求選定配方。正式施工前，工地實(shí)驗(yàn)室對(duì)環(huán)氧樹脂膠進(jìn)行不同溫度、不同固化時(shí)間下的試配試驗(yàn)，依據(jù)施工進(jìn)度安排確定環(huán)氧樹脂膠的固化時(shí)間，確保預(yù)應(yīng)力筋張拉完成之前環(huán)氧樹脂膠不能固化。

因中、邊梁對(duì)接截面上下馬蹄處設(shè)計(jì)有榫卯結(jié)構(gòu)（中梁為榫槽、邊梁為榫頭，見圖9），故而對(duì)接施工采用兩臺(tái)500 t汽車吊配合作業(yè)。

對(duì)接施工時(shí)，后部吊車吊起邊梁端部，至其脫離臨時(shí)支座，并懸于臨時(shí)支座上方2～3 cm處，而后前部吊車?yán)每恐辛阂粋?cè)吊點(diǎn)穿鋼絲繩牽引梁體向前對(duì)接（見圖10）。牽引時(shí)，收緊吊鉤使吊裝鋼絲繩受力崩緊，此時(shí)吊車處于向上提拉但梁底并未脫離臨時(shí)墩頂面的狀態(tài)，再由前部吊車帶動(dòng)、后部吊車跟隨，緩慢同向運(yùn)動(dòng)、調(diào)整主臂，拖拽邊梁緩慢向前移動(dòng)對(duì)接。對(duì)接過程中，測(cè)量人員在兩側(cè)橋臺(tái)處進(jìn)行同步測(cè)量，確保梁體線形順直，出現(xiàn)偏差及時(shí)調(diào)整。

對(duì)接完成后，安裝并張拉接縫處臨時(shí)拉桿，用以預(yù)壓拼接縫，保證梁段不錯(cuò)位。臨時(shí)拉桿張拉完成后使接縫處保持0.2 MPa以上壓力，并及時(shí)清理接觸面周圍擠出的膠漿。

3.4 主梁預(yù)應(yīng)力張拉

張拉作業(yè)采用雙向張拉，為保證張拉同步，設(shè)置一名指揮員，兩側(cè)操作手根據(jù)指揮員口令控制油泵速度，保證張拉同步進(jìn)行，張拉不同步率應(yīng)控制在10%以內(nèi)。預(yù)應(yīng)力筋張拉錨固后，在48 h內(nèi)完成孔道壓漿，管道壓漿采用C50水泥漿，并使用循環(huán)智能壓漿系統(tǒng)。壓漿時(shí)，梁體水平或曲線孔道的壓漿壓力宜為0.5～0.7 MPa，當(dāng)孔道較長(zhǎng)時(shí)，最大壓力應(yīng)≤1.0 MPa。壓漿充盈度應(yīng)達(dá)到孔道另一端飽滿并于排氣孔排出與規(guī)定流動(dòng)度相同的漿體為止。關(guān)閉出漿口后，應(yīng)保持≥0.50 MPa的壓力及≥3 min的穩(wěn)壓時(shí)間。

4 結(jié)語

本文以茶花山天橋?qū)嶋H工程為例，研究UHPC單跨下承式槽型梁吊裝主要施工過程，包含了臨時(shí)墩搭設(shè)、主梁吊裝與拼接，以及主梁預(yù)應(yīng)力張拉等方面，針對(duì)性地研究了主梁吊裝預(yù)防措施。為了規(guī)避吊裝梁體時(shí)的開裂風(fēng)險(xiǎn)，設(shè)計(jì)了平衡梁與護(hù)角限位器，保持梁段垂直受力以及防止鋼絲繩滑位，解決了UHPC下承式槽性梁吊裝難題。該天橋吊裝平均工效為兩天一座，本文針對(duì)吊裝難題提出的吊裝平衡裝置具有一定的創(chuàng)新性，對(duì)同類工程提供了借鑒，具有良好的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益。

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作者簡(jiǎn)介：覃譽(yù)瑤（1995—），碩士，研究方向：橋梁工程。