浅谈波形钢腹板钢混组合梁顶推法创新及应用

韩亚军　何　斌（中国水利水电第十一工程局有限公司，河南　郑州　450001）

浅谈波形钢腹板钢混组合梁顶推法创新及应用

韩亚军何斌
（中国水利水电第十一工程局有限公司，河南郑州450001）

本文以中国水利水电第十一工程局有限公司承建的郑州市陇海路快速通道工程常庄干渠高架桥（波形钢腹板PC组合梁桥）为工程实例，简述了波形钢腹板预应力混凝土组合箱梁结构特点及技术创新，并进一步阐述了公司桥梁建造技术发展的新思路与新机遇。

波形钢腹板PC组合梁；顶推法施工；技术创新

波形钢腹板PC组合梁（波形钢腹板预应力混凝土组合梁）是一种新型的钢-砼组合梁，它是采用波折形状的钢板代替传统的预应力混凝土腹板，而衍生出的一种新型结构形式的桥梁。较传统的预应力混凝土梁相比，它具有以下优点：质量较轻，能够大幅度地减轻上部结构的重量，在同等跨径的条件下，能够缩减基础及下部结构钻孔灌注桩的长度，节约基础及下部结构的设计费用。

波形钢腹板采用模压技术成型，其波折沿顺桥向布置，具有一定的“手风琴效应”。经过受力分析和试验验证，波形钢腹板PC组合梁桥在纵向弯曲时由混凝土顶底板承受轴向力、弯矩，波形钢腹板只承受竖向的剪应力，即我们可以理解为波形钢腹板纵向基本不受力。同时，“手风琴效应”具有很好的抗震作用。

目前在日本推广较为广泛，数年间已修建了几十座波形钢腹板PC组合梁桥；传统的预应力混凝土箱梁顶板、底板都施加有预应力，但混凝土腹板对其有一定的纵向约束，而波形钢腹板纵向基本不受力，能够有效提高顶底板的预应力效率，节约预应力筋的配置费用。

4波形钢腹板PC组合梁为轻质梁桥，目前多采用支架法、挂蓝法进行施工。与预应力混凝土梁相比，不仅可以减小支架的用量，同时施工跨度能够显著提高。以主跨80m挂蓝悬臂法施工为例，混凝土梁一般需要分11个节段（单个节段约为3.5m～4m）进行浇筑，但波形钢腹板组合梁仅需要6～7个节段便可施工完成（单个节段可延长至6m），且波形钢腹板PC组合梁悬臂施工的挂蓝较传统挂蓝相比，更加简洁、轻便，能够有效的节约施工工期和施工费用。

近年来，波形钢腹板PC组合梁在国内得到迅速的发展，其施工工法也日渐丰富与成熟。目前国内已有几十座波形钢腹板PC组合梁桥，其中多以悬臂挂蓝现浇、支架现浇为主，郑州市陇海路常庄干渠高架桥是国内首次采用顶推法进行施工的波形钢腹板PC组合梁。

一、绪论

1项目背景介绍

郑州市陇海路快速通道工程是郑州市道路快速系统的重要组成部分，西起西四环西，东至京港澳高速东，全长约29km，全线采用高架快速路+地面辅道形式穿越中心城区。常庄干渠高架桥位于郑州市西南部常庄水库下游，主要跨越常庄水库溢洪干渠，现场地形起伏大。桥梁线路全长940m，共分为两联，西侧YU01联长450m（9×50m），东侧YU02联长490m（9×50m+40m），箱梁预应力采用永久体内束和体外束混合配置方式，采用顶推法施工，两联分别由西侧YP1墩、东侧YP20墩向中间YP10墩顶推，最大顶推节段长50m，是陇海路快速通道工程的关键控制性工程。

2项目的意义

随着国内外桥梁建造事业的不断发展与提高，桥梁的结构型式也逐渐多样化和轻型化。传统的预应力混凝土梁已进入了建设的高峰期，但由于城市发展的不断需要，一批批施工条件复杂，技术难度大的路桥建设项目越来越多，这就迫使我们不得不在桥梁建设上不断突破、不断创新。郑州市陇海路快速通道工程波常庄干渠高架桥波形钢腹板PC组合梁顶推法施工便是在这样的背景下应运而生。

二、波形钢腹板PC组合梁顶推工法介绍

1波形钢腹板PC组合梁基本情况

本桥波形钢腹板PC组合箱梁，采用单箱单室斜腹板截面，下部结构为薄壁花瓶式空心墩，墩高普遍在15m～20m间，最大墩高30.5m，基础为Φ1.5m钻孔灌注桩。单幅顶宽为12.75m，底宽为6m，腹板倾斜角度为75度，内室宽度6.35m。箱梁沿顺桥向在每跨均设置3道隔板，横梁上设0.75×1.2m人洞，在靠近支点处的波形钢腹板侧面设置内衬混凝土。混凝土标号为C60，两幅之间间距为2cm。波形钢腹板采用BCSW1600型，每节波幅长1.6m，材质为Q345qc。波形板水平幅宽43cm、斜幅水平方向长37cm、波高22cm，钢板厚度采用t=16mm、 t=20、t=24mm三种。波形钢腹板与混凝土顶板采用Twin-PBL方式连接，与混凝土底板采用全栓钉形式进行连接。

2顶推法施工工艺介绍

2.1顶推工法的定义

顶推施工法是指在桥端部沿桥纵轴线方向将逐段预制张拉的梁提向前推出使之就位的桥梁施工方法。顶推时梁体前方的导梁（鼻梁）可先于箱梁到达支点位置，避免箱梁处于大悬臂状态，从而保证结构的稳定和安全。

2.2顶推工法的种类

顶推施工工法的种类很多，施工时要根据现场的条件、顶推的长度、顶推的重量、上部结构的结构形式来进行综合选择。其种类主要有以下几种：根据顶推点的分布，分为单点顶推和多点顶推；根据滑动装置的不同，分为楔块式顶推、步履式顶推和常用的滑板式顶推；根据施力的方式不同，分为顶进法、推进法、拉进法和夹进法。不管选取上述哪种顶推方法，都不具备唯一性，需要综合考量各种施工因素。

2.3顶推施工的发展

顶推法源于刚梁纵向拖拉法，首次用于预应力混凝土连续梁是1959年在奥地利的Ager桥（L=280m，4跨连续梁，Lmax=85m）。此后，前苏联、意大利、法国和日本等国相继采用顶推法施工建造了多座预应力混凝土连续梁桥。我国于1974年修建狄家河铁路桥首次采用顶推法施工，1980年湖南沩水桥（4×38m+2×38m）首次采用多点顶推，1993年西延铁路刘家沟大桥连续顶推新技术的实验成功，常庄干渠高架桥波形钢腹板组合梁多点连续顶推技术的成功应用，为顶推施工技术的应用与发展添上了浓墨重彩的一笔。

2.4顶推施工的工艺特点

（1）不需要设置支架、不受地形和建筑物的影响，适合在市政高架桥等交通流量大或者河川深谷等地，顶推施工可跨越桥下公路、铁路、航道、深谷，及重要建筑物和复杂地形等。（2）梁体实行集中工厂化制作，预制平台可设置遮雨棚，不受环境的影响，制作工艺标准，利用安全质量控制，上部结构可以与基础施工平行作业，缩短工期。（3）顶推施工一般适用于桥跨等高度的梁体，顶推时要根据梁体顶推总重量、顶推长度、下部结构设计情况来选择单点顶推还是多点连续顶推。

2.5钢腹板PC组合梁顶推法施工

常庄干渠桥采用多点连续顶推法施工，即在每个墩顶都需要牵引千斤顶，顶推时通过前方的牵引千斤顶牵引箱梁就位。顶推滑道由“滑道梁+MGE滑板”组成。滑道梁采用钢板焊接成箱式结构，顺桥向滑道前后方做成坡型口，方便MGE喂板。通过调整预埋钢板坡度保证滑道梁纵向坡度与桥梁设计纵向坡度一致。顶推导梁采用波形钢腹板作为导梁的主体结构，并为斜腹板结构，待顶推就位后将临时结构拆除直接用于导梁现浇段施工。导梁主要由波形钢腹板主梁、梁间连接系、滑道钢靴、埋入段、根部钢板、体内预应力六个部分组成。

三、波形钢腹板PC组合梁顶推工法技术创新

1技术创新要点

常庄干渠高架桥是国内第一座采用顶推法施工的波形钢腹板PC组合梁桥，其“新”主要体现在两个大的方面，一是结构形式新颖，采用了波形钢腹板钢砼组合梁结构；二是采用了新工艺，使用顶推法进行施工。

2技术创新内容

（1）上部结构采用波形钢腹板PC组合箱梁。波形钢腹板PC组合箱梁顶推技术在国内没有先例，临时墩支座反力将近700吨，波形钢腹板在施工过程中同时承受竖向应力和剪应力，比成桥状态受力复杂，关于波形钢腹板在复合应力下的整体稳定性和板件局部稳定性研究在国内尚属空白；（2）采用多点自动连续顶推方案，最大顶推梁段为50m。为节约工期，本桥首次突破以往顶推梁设计标准节段长度一般采用1/2跨长的通常做法，采用整跨大节段长度（50m）顶推；两联相向分别从两端向中间方向顶推，两联共顶推24个节段，需要对临时设施的刚度及箱梁施工质量提出较高的要求；（3）直接利用波形钢腹板作顶推导梁。箱梁截面为75度斜腹板，待顶推就位后直接用于导梁段波形钢腹板组合梁的现浇施工。因此导梁受力复杂，牵涉到临时预应力束的配置、导梁和混凝土的结合面构造设计、导梁主体、滑靴及连接系的设计等。

结语

未来的桥梁将继续向轻型化、大跨径发展，钢-混组合梁作为目前世界上大跨径桥梁的首选结构形式，有很大的发展空间。波形钢腹板PC组合梁作为钢-混组合结构的“后起之秀”，以其自身抗震性能好、造型美观、造价低廉等特点发展异常迅速，尤其是在日本，波形钢腹板组合梁十年间的建设已达到了数百座，相关的科技技术研究也走在了世界前列。未来若干年，我们可以积极地去探索如何利用波形钢腹板采用挂模无支架法施工，目前日本已有成熟的工程实例可以借鉴。（1）学习和掌握顶推施工的核心关键技术。顶推施工的核心在于利用1/100的力推（拉）动重达100倍的梁体，目前国内常用的顶推方法多为拉进法连续滑板式顶推，虽然顶进法、夹进法和步履式顶推在国内也有成功的先例，但由于对顶推设备要求较高、技术难度复杂，掌握该技术的施工企业并不多。顶推施工技术不仅可以应用于桥梁架设、箱涵顶进、桥梁转体、旧桥加固与改造、建筑物顶升平移、沉船打捞、设备安装等领域，同时可以广泛应用与悬索桥钢桁架安装、钢箱梁安装等施工技术。（2）研究和学习大型临时结构设计与施工。顶推施工最关键的在于顶推预制平台的设计，预制平台不仅作为箱梁预制的基地，而且要承受顶推施工过程中的各种荷载，平台的精度将直接决定着箱梁顶推的质量。研究和掌握该技术一方面不仅为后续桥梁工程施工提供了技术支持，同时也能够从节约工程造价，保证施工质量和进度方面为以后类似工程的施工提供经验。（3）掌握新型预应力体系的施工关键技术。目前国内国际上的大型桥梁多采用体内索与体外索相结合的施工工艺，其中大跨径组合梁桥预应力体系施工、节段拼装预应力体系施工等技术在斜拉桥、悬索桥以及不同形式的组合梁桥中多有应用。

综上所述，波形钢腹板PC组合梁顶推施工技术是一项结构形式新颖，技术难度复杂的系统工程。常庄干渠高架桥的建设对于该类型桥梁结构的发展和顶推技术的成熟应用起到了积极的推进作用。

[1]陈宜言.波形钢腹板预应力混凝土桥设计与施工[M].北京：人民交通出版社，2009.

[2]上官兴，等.连续梁桥顶推技术的新探索[C].湖南公路学会论文集，1995.

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