鋼箱梁-預(yù)應(yīng)力砼懸臂梁組合結(jié)構(gòu)施工技術(shù)

危小靈，馬　科

（山東中宏路橋建設(shè)有限公司，山東 煙臺(tái) 264001）

鋼箱梁-預(yù)應(yīng)力砼懸臂梁組合結(jié)構(gòu)施工技術(shù)

危小靈，馬科

（山東中宏路橋建設(shè)有限公司，山東 煙臺(tái) 264001）

文章通過沿黃公路巴拉貢北互通立交鋼箱梁橋的施工實(shí)踐，闡述了鋼箱梁-預(yù)應(yīng)力混凝土懸臂梁組合結(jié)構(gòu)的施工技術(shù)，并對(duì)主要的施工質(zhì)量控制關(guān)鍵點(diǎn)進(jìn)行了分析，有效地保證了鋼混組合結(jié)構(gòu)的施工質(zhì)量，為同類型組合結(jié)構(gòu)工程提供了施工經(jīng)驗(yàn)。

鋼箱梁；預(yù)埋件；懸臂梁；組合結(jié)構(gòu)；施工技術(shù)

1　工程概況

巴拉貢北互通式立交位于內(nèi)蒙古自治區(qū)鄂爾多斯市沿黃一級(jí)公里獨(dú)貴塔拉至巴拉貢的吉鄉(xiāng)-巴拉貢段內(nèi)，其主要功能是為京藏高速公路和沿黃一級(jí)公路之間互通而設(shè)置的樞紐型立交?；ネㄖ骶€橋和A匝道一號(hào)橋主跨跨越京藏高速，采用邊跨（42 m）+懸臂（17.5 m）+鋼箱梁（35 m）+懸臂（17.5 m）+邊跨（42 m）的鋼箱梁-預(yù)應(yīng)力混凝土懸臂梁組合結(jié)構(gòu)形式，如圖1所示［1］。該互通立交大橋主跨的施工是在混凝土懸臂梁端預(yù)埋鋼梁接頭，然后鋼箱梁主梁與預(yù)埋件焊接連接，形成縱向組合的結(jié)構(gòu)形式，這在國(guó)內(nèi)工程中鮮有實(shí)例。

2　工藝原理

鋼箱梁主梁加工的同時(shí)，在預(yù)應(yīng)力混凝土懸臂梁兩端預(yù)埋鋼箱梁接頭，澆筑預(yù)應(yīng)力混凝土懸臂梁混凝土達(dá)到規(guī)定強(qiáng)度后，張拉預(yù)應(yīng)力鋼鉸線，將鋼箱梁預(yù)埋件接頭錨固在預(yù)應(yīng)力混凝土懸臂梁兩端。鋼箱梁主梁縱橫向分為若干個(gè)制造節(jié)段在工廠加工完成，經(jīng)檢測(cè)合格后運(yùn)至工地現(xiàn)場(chǎng)。工地現(xiàn)場(chǎng)設(shè)置拼裝胎架，對(duì)需要合并的節(jié)段焊接成吊裝單元。采用架橋機(jī)完成鋼箱梁吊裝單元的移梁對(duì)位，然后與預(yù)埋件臨時(shí)固定后落梁。

圖1　鋼箱梁-預(yù)應(yīng)力砼懸臂梁組合結(jié)構(gòu)（單位：cm）

依次將各吊裝單元就位后與預(yù)埋件臨時(shí)固定，拆除混凝土現(xiàn)澆段支架，將各吊裝單元之間縱向焊縫焊接成整體。懸臂端加載預(yù)壓，待懸臂端達(dá)到計(jì)算標(biāo)高后鋼梁整體與鋼箱梁預(yù)埋件焊接固定。最后在頂板上焊接剪力釘，澆筑鋼箱梁橋面鋪裝混凝土［2］。

3　施工工藝流程

3.1預(yù)埋鋼箱梁接頭

鋼箱梁預(yù)埋件接頭1.5 m長(zhǎng)，重30 t，與預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁同寬。預(yù)應(yīng)力現(xiàn)澆箱梁底模鋪設(shè)好后綁扎箱梁普通鋼筋，并架設(shè)、定位預(yù)應(yīng)力鋼束用波紋管。根據(jù)圖紙?jiān)O(shè)計(jì)測(cè)量放線，精確定位鋼箱梁預(yù)埋件位置。澆筑預(yù)應(yīng)力現(xiàn)澆箱梁混凝土及結(jié)合段混凝土，澆筑過程中應(yīng)確保管道定位準(zhǔn)確并采取有效措施減少水化熱，避免發(fā)生溫度、收縮裂縫。

3.2預(yù)應(yīng)力混凝土梁張拉壓漿

當(dāng)混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的95%且其齡期不小于10 d時(shí)方可張拉縱梁和橫梁預(yù)應(yīng)力鋼束?？v向預(yù)應(yīng)力鋼束穿過預(yù)埋件，張拉完后一端錨固在預(yù)埋件接頭處。考慮到縱向張拉力較大，普通的鑄鐵錨墊板與鋼板接觸時(shí)容易產(chǎn)生脆性破壞，故錨墊板采用熱軋鋼板加工而成。為避免預(yù)埋件接頭處鋼板應(yīng)力集中產(chǎn)生過大變形，在預(yù)埋件錨固位置加焊楔形鋼板，以加強(qiáng)預(yù)埋件接觸處承壓能力。

全部預(yù)應(yīng)力鋼筋張拉完成后24 h內(nèi)進(jìn)行孔道壓漿，孔道壓漿順序是先下后上一次壓完，孔道壓漿后，應(yīng)立即將梁端水泥漿沖洗干凈，立模澆注封端混凝土。

3.3鋼箱梁?jiǎn)卧圃旒庸ぜ邦A(yù)拼裝

鋼箱梁節(jié)段在專業(yè)的鋼結(jié)構(gòu)工廠制造加工。鋼箱梁的分段根據(jù)鋼箱梁的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和運(yùn)輸及安裝條件進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，橫向分段方案應(yīng)報(bào)業(yè)主并經(jīng)設(shè)計(jì)單位確認(rèn)后方可實(shí)施。本橋單幅橋縱橋向?qū)撓淞合涫曳殖?段，翼緣板分為4段，橫向分成4段，共14個(gè)單元件，分段位置應(yīng)錯(cuò)開200 mm以上，單元?jiǎng)澐秩鐖D2所示。

圖2　鋼箱梁制造運(yùn)輸單元?jiǎng)澐质疽鈭D（單位：mm）

鋼箱梁?jiǎn)卧S加工的基本程序?yàn)椋翰牧喜少?gòu)→材料復(fù)驗(yàn)→鋼材矯正→噴丸除銹→鋼板拼接→零件下料→板單元組焊→板單元矯正→節(jié)段（塊）組焊→節(jié)段（塊）矯正。加工完的鋼箱梁?jiǎn)卧仨氃诠S內(nèi)拼裝場(chǎng)地進(jìn)行預(yù)拼裝，當(dāng)發(fā)現(xiàn)梁段尺寸有誤或預(yù)拱度不符時(shí)，可在工廠進(jìn)行尺寸修正，避免在施工現(xiàn)場(chǎng)調(diào)整的不便。預(yù)拼裝完成后，梁段表面采用風(fēng)動(dòng)工具打磨除銹，使鋼箱梁內(nèi)外表面分別達(dá)到規(guī)定的除銹等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。清潔表面后，在環(huán)境溫度5~38 ℃，相對(duì)濕度85%以下時(shí)，鋼板噴涂防銹漆［3］。

3.4焊接拼裝吊裝單元

鋼箱梁?jiǎn)卧诠S制造完成經(jīng)檢測(cè)合格后，運(yùn)至施工現(xiàn)場(chǎng)。在施工現(xiàn)場(chǎng)搭設(shè)胎架，對(duì)需要合并的制造單元進(jìn)行焊接拼裝。半幅橋梁縱向3個(gè)節(jié)段、橫向2個(gè)節(jié)段，共6個(gè)節(jié)段拼裝焊接成吊裝單元。胎架基礎(chǔ)應(yīng)有足夠的承載力，以保證在整個(gè)拼裝焊接過程中臨時(shí)支撐不發(fā)生沉降。同時(shí)胎架的搭設(shè)必須綜合考慮設(shè)計(jì)預(yù)拱度及焊接變形的影響。

3.5鋼箱梁?jiǎn)卧獙?duì)位與預(yù)埋件臨時(shí)固定

架橋機(jī)經(jīng)過檢驗(yàn)和試運(yùn)行，同時(shí)報(bào)監(jiān)理工程師同意使用后，方可進(jìn)行吊裝單元（單片鋼箱梁）吊裝。吊裝時(shí)，架橋機(jī)吊梁行車對(duì)準(zhǔn)鋼箱梁吊鉤下繩起吊梁，然后縱移梁片，待梁片后端送到吊梁行車下方時(shí)再下繩起吊梁片后端，梁片全懸吊狀態(tài)下與鋼箱梁預(yù)埋接頭進(jìn)行對(duì)位。檢查接頭對(duì)位情況，確保鋼箱梁預(yù)埋件接頭的頂板、腹板和底板與吊裝單元接頭對(duì)齊，采用槽鋼與預(yù)埋件進(jìn)行臨時(shí)固定，如圖3所示。

圖3　鋼箱梁?jiǎn)卧c預(yù)埋件臨時(shí)固定

3.6吊裝單元縱縫焊接成整體與預(yù)埋件焊接

依次將各鋼箱梁吊裝單元與預(yù)埋接頭對(duì)位進(jìn)行臨時(shí)固定，然后進(jìn)行單元之間的縱縫焊接，使鋼箱橫橋向成一整體。拆除現(xiàn)澆支架，觀察懸臂端沉降。若懸臂端沉降達(dá)不到計(jì)算標(biāo)高位置，必須在懸臂端加載預(yù)壓。預(yù)壓重量通過計(jì)算確定，采用重車進(jìn)行（通過向重車中加水來調(diào)節(jié)重車重量），預(yù)壓后待沉降穩(wěn)定且達(dá)到計(jì)算標(biāo)高后，與預(yù)埋件焊接合龍。先焊接其中一端，另一端先采用臨時(shí)焊接固定，再進(jìn)行整體焊接，以消除焊接產(chǎn)生的收縮應(yīng)力。焊接作業(yè)必須采取防風(fēng)、升溫及預(yù)熱措施，確保焊接質(zhì)量。

3.7橋面鋪裝

在鋼箱梁橋面板上焊接剪力釘，并在剪力釘上綁扎焊接鋼筋網(wǎng)，澆筑一層20 cm厚的C55鋼纖維混凝土。混凝土的澆筑過程中采用平板振搗器振搗，同時(shí)還應(yīng)考慮混凝土振搗后有一定的沉降量，故攤鋪時(shí)要留一定虛鋪高度，以使搗實(shí)后的面層標(biāo)高與設(shè)計(jì)標(biāo)高相符。

4　質(zhì)量控制關(guān)鍵點(diǎn)

4.1焊接質(zhì)量控制

為保證本工程焊接質(zhì)量，根據(jù)設(shè)計(jì)文件的要求，對(duì)擬采用的焊接工藝進(jìn)行試驗(yàn)評(píng)定。所有試件焊接后均經(jīng)焊縫外觀檢查和內(nèi)部超聲波探傷。焊縫外觀成型應(yīng)良好，無氣孔、夾碴、咬邊、尺寸不足等缺陷。內(nèi)部超聲波探傷對(duì)接焊縫質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)為Ⅰ類，T型接頭質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)為Ⅱ類。對(duì)接焊縫超聲波探傷合格后，進(jìn)行射線探傷，質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)達(dá)GB3323規(guī)定的二級(jí)。

4.2鋼箱梁預(yù)埋件的安裝和定位控制［4］

根據(jù)圖紙?jiān)O(shè)計(jì)測(cè)量放線，精確定位鋼箱梁預(yù)埋件位置。將預(yù)埋件初步定位，用電焊點(diǎn)焊于梁非主受力鋼筋。再次復(fù)核預(yù)埋件位置，確定無誤后將預(yù)埋件加固，焊接牢固，加固過程中應(yīng)保證預(yù)埋件的垂直度、平整度偏差均不大于3 mm，水平標(biāo)高偏差不大于10 mm，預(yù)埋件位置與設(shè)計(jì)位置偏差不大于20 mm。

4.3鋼砼結(jié)合段混凝土質(zhì)量控制

為避免鋼砼結(jié)合段混凝土的開裂，對(duì)混凝土的工作、力學(xué)、耐久以及抗裂性能進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)后確定，加大結(jié)合段混凝土配合比設(shè)計(jì)中水泥量，主要從砂率、添加劑等方面進(jìn)行優(yōu)化。澆筑過程中，根據(jù)情況在滿足砼泵送要求的前提下盡可能降低坍落度，但嚴(yán)格控制在16 cm以內(nèi)；在混凝土中適當(dāng)摻入粉煤灰和外加劑；采用兩級(jí)配石子；在砼中摻入摻量為0.9 kg/m3的抗裂纖維，以提高砼的抗裂性能。

4.4鋼箱梁整體與預(yù)埋件焊接質(zhì)量控制

鋼箱梁主梁整體與預(yù)埋件接頭焊接之前，需精確計(jì)算出體系轉(zhuǎn)換前與轉(zhuǎn)換后預(yù)應(yīng)力混凝土懸臂端的垂直方向位移變化，保證消除體系轉(zhuǎn)換過程中產(chǎn)生的應(yīng)力。

鋼箱梁整體與預(yù)埋件的臨時(shí)固定，可視為鋼箱梁與預(yù)應(yīng)力懸臂端鉸接固定，計(jì)算出懸臂端垂直方向的位移為3 cm。監(jiān)測(cè)預(yù)應(yīng)力混凝土兩懸臂端的沉降，待懸臂端沉降達(dá)3 cm后將鋼箱梁整體與預(yù)埋件焊接。與預(yù)埋件焊接固定時(shí)先焊接其中一端，另一端先采用臨時(shí)焊接固定，再進(jìn)行整體焊接，以消除焊接產(chǎn)生的收縮應(yīng)力。

鋼箱梁整體與預(yù)埋件焊接精度控制關(guān)鍵是調(diào)整梁段與預(yù)埋件接口處的鋼板對(duì)接平整度。鋼箱梁板對(duì)接拼板平整后，其錯(cuò)邊量≤2 mm。對(duì)于錯(cuò)邊量大的板邊，先用火焰校平，再用馬板點(diǎn)固。

4.5橋面鋪裝質(zhì)量控制

加強(qiáng)混凝土拌合物卸料時(shí)的坍落度檢測(cè)，在攤鋪過程中如發(fā)現(xiàn)鋼纖維有結(jié)團(tuán)現(xiàn)象，須及時(shí)人工撕開抖散，并注意攤鋪時(shí)不出現(xiàn)離析現(xiàn)象。在規(guī)定的連續(xù)施工區(qū)段內(nèi)的鋼纖維混凝土必須連續(xù)澆筑，不能中斷，若中斷鋼纖維沿接縫的表面將起不到增強(qiáng)作用，易產(chǎn)生裂縫。

5　結(jié)語

國(guó)內(nèi)外關(guān)于鋼混組合結(jié)構(gòu)通常是采用剪力連接件把鋼箱梁和混凝土板連接成整體的疊合結(jié)構(gòu)，已有類似成熟的施工工藝［3-4］。而在混凝土懸臂梁端預(yù)埋鋼梁接頭，鋼箱梁主梁與預(yù)埋件焊接連接，形成縱向組合結(jié)構(gòu)形式，然后在鋼箱梁上澆筑混凝土橋面形成疊合結(jié)構(gòu)形式的鋼箱梁-預(yù)應(yīng)力砼懸臂梁組合結(jié)構(gòu)卻不多見。本文總結(jié)了鋼箱梁-預(yù)應(yīng)力砼懸臂梁組合結(jié)構(gòu)的施工方法，保證鋼箱梁主梁與預(yù)埋件焊接體系轉(zhuǎn)換為連續(xù)結(jié)構(gòu)的安全性，避免在接頭位置出現(xiàn)較大的應(yīng)力集中，可提高體系轉(zhuǎn)換的可靠性，可為今后類似的鋼混組合結(jié)構(gòu)施工提供借鑒。

［1］上海市城市建設(shè)設(shè)計(jì)研究院.內(nèi)蒙古鄂爾多斯市沿黃一級(jí)公路獨(dú)貴塔拉至巴拉貢段兩階段施工圖設(shè)計(jì)［R］.

［2］黃衛(wèi)，劉振清.大跨徑鋼橋面鋪裝設(shè)計(jì)理論與方法研究［J］.土木工程學(xué)報(bào).2005，138（11）：51-59.

［3］TB/T 1527—2004鐵路鋼橋保護(hù)涂裝［S］.

［4］黃成造，李保木，劉澤佳，等.鋼箱梁橋面鋪裝體系構(gòu)造參數(shù)對(duì)鋪裝層應(yīng)力的影響［J］.橋梁建設(shè)，2008（6）：30-33.

Construction Technology of Composite Structure for Steel Box Grider-prestressed Concrete Projecting Beam

Wei Xiaoling，Ma Ke
（Shandong Zhonghong Road&Bridge Construction Co.,Ltd, Yantai 264001, China）

During the construction of Balagong north interchange bridge in along Yellow River primary highway, these paper formulated the construction technology of composite structure for steel box grider-prestressed concrete projecting beam, and analyzed the committed step of main quality control.It could guarantee construction quality of the composite structur of steelconcrete, which provided construction experiences for similar engineerings.

steel box grider; inserted piece;projecting beam; composite structure; construction technology

U445.4

B

1672-9889（2015）04-0057-03

危小靈（1981-），男，湖南古丈人，工程師，主要從事道路橋梁施工工作。

（2014-10-25）