一种全预制拼装波形钢腹板矮塔斜拉桥施工方法
技术领域
本发明涉及桥梁工程领域，涉及一种波形钢腹板悬臂桥梁施工方法，尤其涉及一种全预制拼装波形钢腹板矮塔斜拉桥施工方法。
背景技术
上世纪末，国内已开始对波形钢腹板梁桥的研究和应用，先后有交通部交通科研设计院、西南交通大学、东南大学、重庆交通大学等单位对钢腹板屈曲强度、方案设计、桥面板有效宽度、剪力连接键等做过研究。2006年，随着山东鄄城黄河主桥、深圳南山大桥等桥梁的设计、施工标志着中国波形钢腹板PC桥进入成规模的工程实用阶段。波形钢腹板以其较好的经济性、低碳、环保、可施工性和方式的多样性等结构优点被用于现代桥梁建设中。
如图1所示，传统的波形钢腹板桥分节段施工，一般为了方便第一节段波形钢腹板的安装，0#块、1#块同时施工。各节段波形钢腹板梁施工顺序：底膜、侧模安装、调整→绑扎底板钢筋(底层)→安装波形钢腹板→绑扎底板、腹板、横隔板钢筋、竖向预应力施工→安装内膜→第一次浇筑混凝土施工→绑扎剩余腹板和横隔板钢筋，预埋体外束管→盘扣支架安装、模板安装→顶板钢筋绑扎、顶板预应力管道安装、挂篮预埋件安装→第二次浇筑混凝土→预应力索安装、张拉→孔道压浆。从以上施工顺序不难看出，传统波形钢腹板桥施工时工作面小，工作时间长，大大增加高空作业的危险；各施工步骤要等上一施工步骤完成后才能进行，大大增加了施工工期。因此有必要设计一种全预制拼装波形钢腹板矮塔斜拉桥施工方法，以解决上述问题。
发明内容
本发明的目的是针对现有的波形钢腹板与顶底板连接方式多为整体现浇及其施工面小、不易施工和施工时间长等问题，提供一种施工工艺简单、成本低、效率高的全预制拼装施工波形钢腹板矮塔斜拉桥及其施工方法。
为解决上述技术问题，本发明采用波形钢腹板与预制顶底板工厂加工、现场连接施工代替波形钢腹板与顶底板整体现浇施工，具体技术方案如下：
一种全预制拼装波形钢腹板矮塔斜拉桥施工方法，其特征在于，包括以下步骤：
材料准备：制作2#及以后节段的混凝土预制底板和混凝土预制顶板，所述混凝土预制底板上表面和混凝土预制顶板下表面上均预埋有与预制波形钢腹板连接的波形钢腹板凹槽接头，所述波形钢腹板凹槽接头内预埋有与预留螺栓孔配合的锚固螺栓，混凝土预制底板和混凝土预制顶板的两端分别预埋有用于连接的U形连接钢筋；
第一阶段，拉索之前施工：
步骤1、桥墩基础和索塔施工，并在桥墩基础上，对桥梁悬臂段分节段施工，并完成0#节段和1#节段现浇施工，在1#节段施工过程中预埋预制波形钢腹板至混凝土腹板内，在1#节段顶板和底板的端部预留U形连接钢筋，本发明所用的所有预制波形钢腹板上下两端分别焊接有水平方向的固定钢板，所述固定钢板上开设有预留螺栓孔；
步骤2、2#节段施工，首先吊装新的预制波形钢腹板至桥上，然后通过高强螺栓与1#节段的预制波形钢腹板临时固定，调整线形，最后进行焊接，形成波形钢腹板间焊接缝，按照该方法安装2#节段的两块预制波形钢腹板；
步骤3、然后吊装钢横隔板至2#节段的两块预制波形钢腹板之间，将钢横隔板通过高强螺栓和钢横隔板预留接头与两块预制波形钢腹板临时固定，调整好位置，进行焊接，形成钢横隔板焊接缝；
步骤4、吊装混凝土预制底板至桥下，利用固定钢板上的预留螺栓孔和波形钢腹板凹槽接头内的锚固螺栓将混凝土预制底板与预制波形钢腹板进行固定，然后调整线性，在波形钢腹板凹槽布置纵向钢筋，并与锚固螺栓和固定钢板一起现浇形成波形钢腹板凹槽后浇带；之后在两节的底板之间现浇施工形成混凝土底板后浇带；
步骤5、吊装混凝土预制顶板至桥上，利用固定钢板上的预留螺栓孔和波形钢腹板凹槽接头内的锚固螺栓将混凝土预制顶板与预制波形钢腹板进行固定，然后调整线性，在波形钢腹板凹槽布置纵向钢筋，并与锚固螺栓和固定钢板一起现浇形成波形钢腹板凹槽后浇带；在两节的顶板之间现浇施工形成混凝土顶板后浇带；
步骤6、重复步骤2至步骤5，对3#及以后节段施工，直至完成第一阶段拉索之前区域的悬臂施工；
第二阶段，拉索区施工：
步骤7、首先吊装带有索鞍的预制波形钢腹板至桥上，然后通过高强螺栓与上一节段的预制波形钢腹板临时固定，调整线形，最后进行焊接，形成波形钢腹板间焊接缝，按照该方法安装该节段两块带有索鞍的预制波形钢腹板，并将拉索挂在索鞍的索孔内，拉索另一端挂在相应位置的索塔上；
步骤8、然后吊装钢横隔板至该节段的两块预制波形钢腹板之间，将钢横隔板通过高强螺栓和钢横隔板预留接头与两块预制波形钢腹板临时固定，调整好位置，进行焊接，形成钢横隔板焊接缝，之后对该节段预制波形钢腹板上的拉索进行第一次张拉调索；
步骤9、吊装混凝土预制底板至桥下，利用固定钢板上的预留螺栓孔和波形钢腹板凹槽接头内的锚固螺栓将混凝土预制底板与预制波形钢腹板进行固定，然后调整线性，在波形钢腹板凹槽布置纵向钢筋，并与锚固螺栓和固定钢板一起现浇形成波形钢腹板凹槽后浇带，之后进行该节段的拉索进行第二次张拉调索；之后在两节的底板之间现浇施工形成混凝土底板后浇带；
步骤10、吊装预先安装有索鞍的混凝土预制顶板至桥上，利用固定钢板上的预留螺栓孔和波形钢腹板凹槽接头内的锚固螺栓将混凝土预制顶板与预制波形钢腹板进行固定，将拉索与吊装混凝土预制顶板上的索鞍连接，然后调整线性，在波形钢腹板凹槽布置纵向钢筋，并与锚固螺栓和固定钢板一起现浇形成波形钢腹板凹槽后浇带，之后对该节段的拉索进行最后张拉调索；然后在两节的顶板之间现浇施工形成混凝土顶板后浇带；
步骤11、重复步骤7至步骤10，完成第二阶段拉索区施工悬臂施工，之后对合拢段进行现浇施工，完成真个桥梁悬臂段施工；
步骤12、对桥面施工，完成全预制拼装波形钢腹板矮塔斜拉桥施工。
进一步地，所述波形钢腹板凹槽接头为预设在混凝土预制底板上表面或混凝土预制顶板下表面的混凝土直槽，所述混凝土直槽底部预埋若干锚固螺栓。
进一步地，所述步骤5中，混凝土底板后浇带具体施工方法为：
将预制波形钢腹板与波形钢腹板凹槽接头现浇固定后，对混凝土预制底板的连接部位进行凿毛处理，对混凝土底板后浇带支模，然后绑扎U形连接钢筋，然后现浇施工，形成混凝土底板后浇带。
进一步地，所述步骤6中，混凝土顶板后浇带具体施工方法为：
将预制波形钢腹板与波形钢腹板凹槽接头现浇固定后，对混凝土预制顶板的连接部位进行凿毛处理，对混凝土顶板后浇带支模，然后绑扎U形连接钢筋，然后现浇施工，形成混凝土底板后浇带。
进一步地，所述步骤5和6中，U形连接钢筋绑扎方法为：
将U形连接钢筋与上一节段U形连接钢筋交叉连接，在U形连接钢筋之间插入横向钢筋，将位于混凝土底板后浇带或混凝土顶板后浇带区域的预制波形钢腹板上固定钢板的预留螺栓孔拧入高强螺栓，将横向钢筋与高强螺栓点焊相连，并用箍筋连接上下两层横向钢筋，即完成U形连接钢筋绑扎。
进一步地，所述波形钢腹板间焊接缝与混凝土顶板后浇带、混凝土底板后浇带均错开设置，使得三者不在一个铅垂线上。
本发明有益效果是：
本发明通过混凝土预制顶板、底板代替传统的混凝土顶板、底板现浇施工工艺，结合波形钢腹板、钢横隔板形成全预制拼装施工，达到提高施工质量，缩短工期和造价的目标。所述波形钢腹板，由预制波形钢腹板、波形钢腹板间螺栓孔、高强螺栓、波形钢腹板间焊接缝、波形钢腹板钢筋孔、波形钢腹板预留螺栓孔组成，
通过预制顶底板与波形钢腹板现场拼装施工代替传统的现浇整体施工，实现了全预制化建造，提高了混凝土质量，缩短现场高空作业的时间，减低工程风险，绿色环保，加快工程总进度，缩短工期，工程造价更低，尤其在市政工程和环境保护区工程、应急工程中有很强的市场竞争力。
附图说明
图1是传统波形钢腹板桥各节段施工流程图。
图2是本发明全预制拼装施工示意图。
图3是混凝土预制底板结构示意图。
图4是混凝土预制结构示意图。
图5是图3中波形钢腹板凹槽接头左、俯视图。
图6是波形钢腹板主、俯视图。
图7是拉索区波形钢腹板主视图和左视图。
图8是连接后浇带构造图。
图9是第一步，0#节段、1#节段悬臂梁施工图。
图10是第二步，无拉索段波形钢腹板安装施工图。
图11是第三步，无拉索段混凝土预制底板拼装及其浇筑施工图。
图12是第四步，无拉索段混凝土预制顶板拼装及其浇筑施工图。
图13是第五步，拉索段波形钢腹板安装施工图。
图14是第六步，拉索段混凝土预制底板拼装及其浇筑施工图。
图15是第七步，拉索段混凝土预制顶板拼装及其浇筑施工图。
图16是第八步，三跨悬臂施工图。
图17是第九步，合龙段施工图。
1-混凝土预制底板，1.1-U形连接钢筋，1.2-混凝土底板后浇带，1.3-底板内波形钢腹板凹槽接头，1.4-波形钢腹板凹槽接头俯视图，1.5-波底板内波形钢腹板凹槽后浇带高强螺栓，1.6-波形钢腹板凹槽接头左视图，1.7-底板内波形钢腹板凹槽后浇带，1.10-混凝土底板后浇带高强螺栓，2-混凝土预制顶板，2.1-U形连接钢筋，2.2-混凝土顶板后浇带，2.3-顶板内波形钢腹板凹槽接头，2.5-顶板内波形钢腹板凹槽后浇带高强螺栓，2.7-顶板内波形钢腹板凹槽后浇带，2.10-混凝土顶板后浇带高强螺栓，3-预制波形钢腹板，3.1-波形钢腹板间螺栓孔，3.4-高强螺栓，3.5-波形钢腹板间焊接缝，3.6-波形钢腹板俯视图，3.7-波形钢腹板主视图，3.8-波形钢腹板钢筋孔，3.9-固定钢板，3.11-波形钢腹板预留螺栓孔，3.23-索鞍，3.24-索孔，4-钢横隔板，4.1-人孔，4.2-钢横隔板预留接头，4.3-钢横隔板预留螺栓孔，6-桥墩基础，7-索塔，8-横向钢筋，9-箍筋。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明的实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不能用来限制本发明的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
下面以单箱式波形钢腹板梁为例，结合附图分三阶段施工(第一阶段为拉索之前施工，第二阶段是拉索区施工，第三阶段是拉索之后施工)对本发明的方式和实施步骤进一步的说明。
材料准备：如图3至图5所示，制作2#及以后节段的混凝土预制底板1和混凝土预制顶板2，所述混凝土预制底板1上表面和混凝土预制顶板2下表面上均预埋有与预制波形钢腹板3连接的波形钢腹板凹槽接头，所述波形钢腹板凹槽接头内预埋有与预留螺栓孔配合的锚固螺栓，混凝土预制底板1和混凝土预制顶板2的两端分别预埋有用于连接的U形连接钢筋1.1、2.1；本实施例中，所述波形钢腹板凹槽接头为预设在混凝土预制底板1上表面或混凝土预制顶板2下表面的混凝土直槽，所述混凝土直槽底部预埋若干位置与波形钢腹板预留螺栓孔3.11对应的锚固螺栓；其中位于拉索区的预制波形钢腹板外侧还预制有索鞍3.23，索鞍3.23上有用于连接拉索的索孔3.24。
第一阶段，拉索之前施工：
第一步，如图9所示，施工桥墩基础6和索塔7，在1#节段施工过程中预埋预制波形钢腹板3至混凝土腹板内，在1#节段顶板和底板的端部预留U形连接钢筋1.1、2.1，本实施例中所用的所有预制波形钢腹板3上下两端分别焊接有水平方向的固定钢板3.9，所述固定钢板3.9上开设有若干波形钢腹板预留螺栓孔3.11，如图6所示，波形钢腹板预留螺栓孔3.11分上下两行，分布在预制波形钢腹板3两侧的固定钢板3.9上。
第二步，如图6和图10所示，首先吊装预制波形钢腹板3至桥上，通过高强螺栓3.4和波形钢腹板间连接孔3.1与上一节段(1#节段)的预制波形钢腹板3临时固定，然后调整线形，进行焊接，形成波形钢腹板间焊接缝3.5(此过程需控制焊接时天气温度)，按照该方法安装2#节段的两块预制波形钢腹板3。最后吊装钢横隔板4至两块预制波形钢腹板3之间，通过高强螺栓3.4和钢横隔板预留接头4.2上的钢横隔预留螺栓孔4.3与2#节段的两块预制波形钢腹板3进行连接。本实施例中，所述钢横隔板预留接头4.2为与预制波形钢腹板3焊接相连的连接钢板，所述连接钢板与预制波形钢腹板3所在平面平行，连接钢板上设有两列钢横隔预留螺栓孔4.3。
第三步，如图3、图5～图6、图8和图11所示，首先吊装混凝土预制底板1至桥下，通过波形钢腹板预留螺栓孔3.11和底板内波形钢腹板凹槽后浇带高强螺栓1.5将预制波形钢腹板3底部的固定钢板3.9锚固在波形钢腹板凹槽内，从而将预制波形钢腹板3与混凝土预制底板1进行高强螺栓固定，然后调整线形，在底板内波形钢腹板凹槽接头1.3内布置纵向钢筋并浇注混凝土，与底板内波形钢腹板凹槽后浇带锚固螺栓1.5一起现浇形成底板内波形钢腹板凹槽后浇带1.7，使得固定钢板3.9、底板内波形钢腹板凹槽后浇带锚固螺栓1.5和预制波形钢腹板3的底部一起浇注在底板内波形钢腹板凹槽后浇带1.7内；最后对两节混凝土预制底板1之间间隙浇注形成后浇带，具体为对两节之间混凝土预制底板1的连接部位进行凿毛处理，支模，将U形连接钢筋1.1与上一节段U形连接钢筋1.1交叉连接，在U形连接钢筋1.1之间插入横向钢筋8，并绑扎，所述横向钢筋8设有上下两排，在位于后浇带内的预制波形钢腹板3的固定钢板3.9的波形钢腹板预留螺栓孔3.11上安装混凝土底板后浇带高强螺栓1.10，将横向钢筋8与混凝土底板后浇带高强螺栓1.10点焊相连，实现横向钢筋8与预制波形钢腹板3的连接，并用箍筋9连接上下两层横向钢筋8，浇筑施工与前一节段混凝土预制底板1之间的间隙、U形连接钢筋1.1、横向钢筋8、箍筋9及混凝土底板后浇带高强螺栓1.10形成混凝土底板后浇带1.2。
第四步，如图4～图6、图8和图12所示，首先吊装混凝土预制顶板2至桥上，通过波形钢腹板预留螺栓孔3.11和顶板内波形钢腹板凹槽后浇带高强螺栓2.5将预制波形钢腹板3底部的固定钢板3.9-锚固在波形钢腹板凹槽内，从而将预制波形钢腹板3与混凝土预制顶板2进行高强螺栓固定，然后调整线形，在顶板内波形钢腹板凹槽接头2.3内布置纵向钢筋并浇注混凝土，与顶板内波形钢腹板凹槽后浇带锚固螺栓2.5一起现浇形成顶板内波形钢腹板凹槽后浇带2.7，使得固定钢板3.9、顶板内波形钢腹板凹槽后浇带锚固螺栓1.5和预制波形钢腹板3的顶部一起浇注在顶板内波形钢腹板凹槽后浇带2.7内；最后对两节混凝土预制底板1之间间隙浇注形成后浇带，具体为对两节之间混凝土预制顶板2的连接部位进行凿毛处理，支模，将U形连接钢筋2.1与上一节段U形连接钢筋2.1交叉连接，在U形连接钢筋2.1之间插入横向钢筋8，并绑扎，所述横向钢筋8设有上下两排，在位于后浇带内的预制波形钢腹板3的固定钢板3.9的波形钢腹板预留螺栓孔3.11上安装混凝土顶板后浇带高强螺栓2.10，将横向钢筋8与混凝土顶板后浇带高强螺栓2.10点焊相连，实现横向钢筋8与预制波形钢腹板3的连接，并用箍筋9连接上下两层横向钢筋8，浇筑施工与前一节段混凝土预制顶板2之间间隙、U型钢筋2.1、横向钢筋8、箍筋9及的混凝土顶板后浇带高强螺栓2.10形成混凝土底板后浇带2.2。其中混凝土预制顶板后浇带2.2、混凝土预制底板后浇带1.2和波形钢腹板间焊接缝3.5分别设置一定的间距以减小混凝土早期强度及后期收缩徐变对后浇带的影响，循环施工第二至四步操作，完成第一阶段拉索之前悬臂施工。
第二阶段，拉索区施工：
第五步，如图7和图13所示，首先吊装预制波形钢腹板3至桥上，通过高强螺栓3.4和波形钢腹板间连接孔3.1与上一节段(1#节段)的预制波形钢腹板3临时固定，然后调整线形，进行焊接，形成波形钢腹板间焊接缝3.5(此过程需控制焊接时天气温度)。将拉索挂到索鞍3.23上的索孔3.24内，拉索另一端挂在相应位置的索塔7上，按照该方法安装2#节段的两块预制波形钢腹板3；最后吊装钢横隔板4至两块预制波形钢腹板3之间，通过高强螺栓3.4和钢横隔板预留接头4.2上的钢横隔预留螺栓孔4.3与两块预制波形钢腹板3进行连接，之后对该节段预制波形钢腹板3上的拉索进行第一次张拉调索。
第六步，如图3、图5～图8和图14所示，首先吊装混凝土预制底板1至桥下，通过波形钢腹板预留螺栓孔3.11和底板内波形钢腹板凹槽后浇带高强螺栓1.5将预制波形钢腹板3底部的固定钢板3.9锚固在波形钢腹板凹槽内，从而将预制波形钢腹板3与混凝土预制底板1进行高强螺栓固定，然后调整线形，在底板内波形钢腹板凹槽接头1.3内布置纵向钢筋并浇注混凝土，与底板内波形钢腹板凹槽后浇带锚固螺栓1.5一起现浇形成底板内波形钢腹板凹槽后浇带1.7，使得固定钢板3.9、底板内波形钢腹板凹槽后浇带锚固螺栓1.5和预制波形钢腹板3的底部一起浇注在底板内波形钢腹板凹槽后浇带1.7内；之后对该节段的拉索进行第二次张拉调索，同时对两节之间混凝土预制底板1的连接部位进行凿毛处理，支模，将U形连接钢筋1.1与上一节段U形连接钢筋1.1交叉连接，在U形连接钢筋1.1之间插入横向钢筋8，并绑扎，所述横向钢筋8设有上下两排，在位于后浇带内的预制波形钢腹板3的固定钢板3.9的波形钢腹板预留螺栓孔3.11上安装混凝土底板后浇带高强螺栓1.10，将横向钢筋8与混凝土底板后浇带高强螺栓1.10点焊相连，实现横向钢筋8与预制波形钢腹板3的连接，并用箍筋9连接上下两层横向钢筋8，浇筑施工与前一节段混凝土预制底板1之间的间隙、U形连接钢筋1.1、横向钢筋8、箍筋9及混凝土底板后浇带高强螺栓1.10形成混凝土底板后浇带1.2。
第七步，如图4～图8和图15所示，首先吊装混凝土预制顶板2至桥上，通过波形钢腹板预留螺栓孔3.11和顶板内波形钢腹板凹槽后浇带高强螺栓2.5将预制波形钢腹板3底部的固定钢板3.9-锚固在波形钢腹板凹槽内，从而将预制波形钢腹板3与混凝土预制顶板2进行高强螺栓固定，将斜拉索穿过吊装混凝土预制顶板2的预留孔与将预制波形钢腹板3上的索鞍连接，调整线形，在顶板内波形钢腹板凹槽接头2.3内布置纵向钢筋并浇注混凝土，与顶板内波形钢腹板凹槽后浇带锚固螺栓2.5一起现浇形成顶板内波形钢腹板凹槽后浇带2.7，使得固定钢板3.9、顶板内波形钢腹板凹槽后浇带锚固螺栓1.5和预制波形钢腹板3的顶部一起浇注在顶板内波形钢腹板凹槽后浇带2.7内，之后对该节段的拉索进行最后张拉，同时对混凝土预制顶板2连接部位进行凿毛处理，支模，将U形连接钢筋2.1与上一节段U形连接钢筋2.1交叉连接，在U形连接钢筋2.1之间插入横向钢筋8，并绑扎，所述横向钢筋8设有上下两排，在位于后浇带内的预制波形钢腹板3的固定钢板3.9的波形钢腹板预留螺栓孔3.11上安装混凝土顶板后浇带高强螺栓2.10，将横向钢筋8与混凝土顶板后浇带高强螺栓2.10点焊相连，实现横向钢筋8与预制波形钢腹板3的连接，并用箍筋9连接上下两层横向钢筋8，浇筑施工与前一节段混凝土预制顶板2之间间隙、U型钢筋2.1、横向钢筋8、箍筋9及的混凝土顶板后浇带高强螺栓2.10形成混凝土底板后浇带2.2。待下一个循环施工前，其中混凝土预制顶板后浇带2.2、混凝土预制底板后浇带1.2和波形钢腹板间焊接缝3.5分别设置一定的间距以减小混凝土早期强度及后期收缩徐变对后浇带的影响，循环施工第五至七步操作，完成第二阶段拉索区悬臂施工。
第三阶段，拉索之后施工：
第八步，如图12和图16所示，其中混凝土预制顶板后浇带2.2、混凝土预制底板后浇带1.2和波形钢腹板间焊接缝3.5分别设置一定的间距以减小混凝土早期强度及后期收缩徐变对后浇带的影响，循环第一阶段施工第二至四步操作，完成整个悬臂段施工。
第九步，如图17所示，采用混凝土现浇施工合拢段，首先支模，通过波形钢腹板钢筋孔3.8绑扎钢筋将波形钢腹板与混凝土腹板的钢筋连接，浇筑混凝土，完成合龙段的现浇施工。
第十步，进行桥面施工，全桥施工完成。
以上实施方式仅用于说明本发明，而非对本发明的限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行各种组合、修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
