高速公路橋梁建設(shè)中的鋼-混凝土組合梁施工技術(shù)

閆有寬

（中鐵二十一局集團第五工程有限公司，重慶 402772 ）

1 工程概況

團壩樞紐K21+495.037 渝遂高速跨線橋，為雙幅主線橋，單幅橋?qū)?2.5m，懸臂長1.5m，橫斷面為雙箱單室結(jié)構(gòu)，寬3.15m。結(jié)構(gòu)采用雙箱單室槽型鋼混組合梁，經(jīng)橫聯(lián)后構(gòu)成完整的整體，單箱室內(nèi)設(shè)橫隔板。橋面板與鋼主梁翼緣連接，構(gòu)成鋼-混凝土組合梁。橋梁的其它方面，橋面板厚0.25m～0.35m，組合梁高2.5m。

2 鋼-混凝土組合梁的應(yīng)用優(yōu)勢分析229

鋼-混凝土組合梁集鋼材、混凝土于一體，可以充分發(fā)揮出兩類材料的應(yīng)用優(yōu)勢，綜合應(yīng)用效果較佳。在國內(nèi)近幾年的建設(shè)行業(yè)發(fā)展過程中，鋼-混凝土組合梁主要在城市立交橋梁及建筑結(jié)構(gòu)中得到應(yīng)用，并且正朝著大跨方向發(fā)展。同時，鋼-混凝土組合梁在國內(nèi)的應(yīng)用實踐也可表明，它兼具鋼結(jié)構(gòu)和混凝土雙重結(jié)構(gòu)的優(yōu)點，經(jīng)濟效益和社會效益顯著，也符合我國基本建設(shè)的國情，更是未來結(jié)構(gòu)體系的主要發(fā)展方向之一。較之于傳統(tǒng)的鋼箱梁結(jié)構(gòu)，鋼-混凝土組合梁可以減輕結(jié)構(gòu)自重和減小地震作用，同時也能減小截面尺寸，增加有效使用空間，并節(jié)省支模工序和模板，縮短施工周期，增加梁的延性等。其具體應(yīng)用優(yōu)勢主要體現(xiàn)在如下幾方面：

1 節(jié)約鋼材。以某車間為例，原設(shè)計方案中平臺采用的是鋼梁上澆灌混凝土板的方式，后將其更改為鋼-混凝土組合梁，此舉可在不影響整體質(zhì)量的前提下減少鋼材用量，減幅約17%～25%，施工量減少、材料成本降低[1]。

2 降低梁高。梁的高度隨之下降，降低了作業(yè)難度，在梁高受限的施工場景中具有可行性。

3 加大梁的剛度。在傳統(tǒng)的建筑結(jié)構(gòu)中，鋼梁截面剛度不足的情況屢見不鮮，而在應(yīng)用鋼-混凝土組合梁后，可以發(fā)揮出鋼梁與混凝土板的雙重優(yōu)勢，切實提高梁的剛度。

4 安全可靠。通過鋼-混凝土組合梁的應(yīng)用，有助于提高梁的承載力，增強其抗震性能，局部受壓穩(wěn)定性較佳，耐久性更好，可以有效抵御外部的影響。

3 鋼-混凝土組合梁施工關(guān)鍵技術(shù)分析

3.1 計算原理

在采用鋼-混凝土組合梁之前，為了更好地進行結(jié)構(gòu)設(shè)計，需先掌握計算原理，以此對該結(jié)構(gòu)的彈性進行分析，為后續(xù)的施工提供可靠的數(shù)據(jù)支撐。具體可采用以下假定原理來展開計算：首先設(shè)定鋼材與混凝土均為理想的彈性體；其次確定鋼筋混凝土翼緣板與鋼梁之間有可靠的連接交互作用，且相對滑移范圍值處于小值狀態(tài)，也可以忽略不計；之后設(shè)定平截面假定依然成立，并不考慮混凝土翼緣板中的鋼筋問題。需要注意的是，該假設(shè)只在正彎矩承載力計算時成立，負彎矩承載力計算式需考慮鋼筋作用。

正式開始鋼-混凝土組合梁彈性分析時，可采用換算截面法進行計算，并按以下順序進行：先進行未截面前的計算，再進行截面之后的計算。其中換算截面法的基本原理為混凝土翼緣板按照總力不變及應(yīng)變相同條件，截面面積可按彈性模量+應(yīng)力的總和，與鋼梁截面后的結(jié)構(gòu)值進行等價換算。為了混凝土截面重心高度換算前后保持不變，換算時混凝土翼緣板厚度不變，僅將翼緣板有效翼緣寬度除以彈性模量，得出鋼材彈性模量與混凝土彈性模量的比值，最后求得等價的鋼梁截面后，按照材料力學的方法計算截面的抗彎承載力。也可先設(shè)截面后的慣性為x,截面心軸距離為y，以此計算鋼梁底部的截面值，組合梁總高為換算作用在截面上的彎矩，組合梁的撓度以截面后的剛度為基礎(chǔ)進行計算，再由結(jié)構(gòu)力學的方法計算梁的撓度，由此判斷鋼-混凝土組合梁結(jié)構(gòu)的承受力度。

3.2 鋼主梁加工和支架搭設(shè)

在渝遂高速跨線橋工程中，第1 聯(lián)鋼混梁總長55m，共分為4 個節(jié)段，分別制作成型，通過出廠檢驗后轉(zhuǎn)至施工現(xiàn)場，用于拼裝作業(yè)，構(gòu)成整體。4 個節(jié)段的加工作業(yè)可同步開展，施工效率得以提高；此外，廠內(nèi)預(yù)制的方式具有規(guī)范化的特征，節(jié)段的質(zhì)量較佳。

支架所在區(qū)域為軟土地基，該處的穩(wěn)定性不足，為避免支架失穩(wěn)現(xiàn)象，需提前夯填碎石，澆筑C25 混凝土墊層（厚度按20cm 控制），并組織荷載試驗，以判斷其是否滿足承載力要求，達標則搭設(shè)支架，不達標則需進一步處理，直至實測結(jié)果滿足要求為止。關(guān)于支架的布置情況，如圖1 所示。具體步驟為：

1 支架采用的是鋼管支架，支架基礎(chǔ)采用預(yù)制2.5m×2m×0.8m 的條形基礎(chǔ)。

2 于支架頂部鋪設(shè)縱向I20 工字鋼，作為分配梁而使用，各鋼管柱間用槽鋼焊接，以構(gòu)成完整的結(jié)構(gòu)體系。

3 于道路上方施工時，配套剛性防護欄桿、防護網(wǎng)，以免發(fā)生材料或人員墜落等事故。

4 于施工道路的兩端分別設(shè)置減速標志，提前告知駕駛?cè)藛T，做出減速行為，安全通過。安全巡查員在施工現(xiàn)場做全面的檢查，確保施工安全。

圖1 支架布置立面圖（單位：m）

3.3 鋼主梁的運輸及安裝

3.3.1 準備工作

鋼主梁運抵現(xiàn)場后，需妥善保管，并根據(jù)吊裝時間提前封閉道路，營造相對獨立的鋼主梁安裝環(huán)境。對于施工所需的機械設(shè)備，應(yīng)對其做全面的檢查，以確保機械設(shè)備可穩(wěn)定運行。

3.3.2 試吊及吊裝

為檢查吊車工作性能，吊車就位后，起吊要第一次吊裝的鋼梁，以驗證吊車各項工作性能滿足使用要求。吊車采用260t 汽車吊，節(jié)段最大重量50.56t，主車用4 根φ56mm/φ64mm 鋼絲繩，4 個25/35tU 型環(huán)固定在構(gòu)件吊耳上。

試吊時，汽車吊移動至鋼混梁頂上垂直起吊離地，當構(gòu)件離地30mm～50mm 時，應(yīng)停止起吊，并檢查受力點是否牢固、中心是否偏移，從而確保無誤，再繼續(xù)起吊和下降。鋼混梁垂直起吊至高出支墩位時，才能移動就位到正上方，且在起吊過程中被吊構(gòu)件必須捆綁風繩，必要時可用風繩控制被吊構(gòu)件在空中穩(wěn)定[2]。

另外，要嚴防磕碰臨時支墩和其它物體。在被吊構(gòu)件基本就位后，利用連接裝置，千斤頂、葫蘆等在構(gòu)件受力部位進行支撐和固定，保證構(gòu)件自身穩(wěn)定。值得注意的是，構(gòu)件在未完全固定前汽車吊不得松鉤。

3.3.3 拼裝

鋼混梁分段準確就位應(yīng)當以橋墩兩頭中線和中軸線標記為基準，使之與鋼混梁體縱橫中心線（在工廠預(yù)制過程中已經(jīng)標記上）對正就位；對好之后用沖釘及螺栓與拼接板將縱肋連接好，調(diào)節(jié)鋼混梁。在拼裝過程中，測量人員全程對節(jié)段中心、高程進行監(jiān)測，確保拼裝質(zhì)量。同時，為消除鋼橋安裝的累積誤差，保證順利合攏，合攏段長度根據(jù)現(xiàn)場節(jié)塊安裝情況，預(yù)留足夠的余量10cm～15cm。

梁段的對接順序為：梁段腹板對接→底板的對接→梁段面板的對接。鋼混梁頂板對接焊應(yīng)采用帶陶瓷襯墊的單面焊雙面成型工藝，保證焊縫熔透并打磨勻順。

焊接前，必須徹底清除待焊區(qū)域內(nèi)的有害物質(zhì)；焊接時，嚴禁在母材的非焊接部位引?。缓附雍?，應(yīng)清理焊縫表面的熔渣及兩側(cè)的飛濺。

對不同板厚的對接焊應(yīng)加工成不低于1∶8 的斜坡過渡，鋼板焊接的圓弧端部應(yīng)打磨勻順。沿長度方向，不同深度的坡口焊縫或坡口焊縫與角焊縫之間的焊縫區(qū)段要勻順過渡；底板及腹板采用高強度大六角螺栓對鋼梁節(jié)段進行縱、橫向連接[3]。此外，在施工前，要復驗大六角頭擴栓的扭矩系數(shù)和摩擦面抗滑移系數(shù)，合格后允許施工。

3.3.4 涂裝

待拼裝工作均落實到位后，進入涂裝環(huán)節(jié)。正式涂裝前應(yīng)全面清理主梁上的雜物，并適度打磨，以便清理殘留在表面的氧化皮、焊渣等，在確保無雜物后，流程為：

1 涂2 遍環(huán)氧富鋅底漆，形成厚度為80mm 的干膜。

2 涂抹1 遍環(huán)氧封閉漆，形成厚度為20mm 的干膜。

3 涂抹2 遍環(huán)氧云鐵中間漆，此部分干膜的厚度為140μm。

4 均勻涂抹1 遍丙烯酸聚氨酯面漆。

5 均勻涂抹1 遍氟碳面漆。

經(jīng)五道涂抹工序后，所形成的漆膜總厚度需達到320μm，否則不達標。

3.4 橋面板施工

3.4.1 底模結(jié)構(gòu)

底模采用δ8 的Q345C 鋼板，橫向加勁肋橫向間距2m，設(shè)縱向加勁肋一道，確保底模穩(wěn)定，施工期間嚴禁機械在模板上行走。

3.4.2 橋面板施工

一、測量放樣。鋼混疊合梁與底模配套生產(chǎn)，所有節(jié)點位置均已在工廠內(nèi)放樣定位，且有工裝限位，確?，F(xiàn)場安裝時底模與鋼混疊合梁的完美契合。

二、吊裝中橫梁底模待鋼混疊合梁吊裝完成后，按照事先編號依次將底模節(jié)塊吊裝上梁，在橋面利用千斤頂以及手動葫蘆等工具對底模節(jié)塊進行小幅度位置調(diào)整對位，保證安裝精度，隨后將底模與橋面板間焊接牢固[4]。

三、安裝翼緣三腳架翼緣三腳架與鋼混疊合梁面板間采用螺栓連接，橋面上螺栓孔位已在廠內(nèi)預(yù)制完成，現(xiàn)場作業(yè)人員利用工裝將三腳架吊起后將其與橋面板栓接，并留下些許縫隙，使三腳架可以小幅度轉(zhuǎn)動，便于后續(xù)縱撐安裝。

四、安裝翼緣縱撐縱向支撐采用與三腳架同種規(guī)格材料，并與三腳架間采用連接板栓接的形式，縱撐端頭開條形空，便于與三腳架連接。

五、鋪設(shè)翼板模板。翼緣三腳架和縱撐安裝完成后，在其頂面鋪設(shè)厚18mm 竹膠板，寬度為1.2m，并將竹膠板接縫位置設(shè)置在三腳架橫撐上，同時用膠帶對接縫進行粘貼，避免后續(xù)澆筑作業(yè)中漏漿。

六、橋面板混凝土澆筑。鋼混疊合梁及模板均安裝完成后，重新對所有細部連接處進行檢查，確保安全后，進行混土澆筑；澆筑時間選擇在橋梁所跨道路交通組織封道期間內(nèi)，橋下道路交通封閉，且沒有車輛通行時進行[5]。

4 結(jié)語

綜上所述，鋼-混凝土組合梁是橋梁建設(shè)中的新型結(jié)構(gòu)形式，相較于傳統(tǒng)的鋼結(jié)構(gòu)、鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)而言，其可以同時發(fā)揮出鋼和混凝土的性能優(yōu)勢，受力條件良好，材料用量較少。此外，鋼-混凝土組合梁還具有較高的抗震性能，可有效抵御地震對其的破壞作用，橋梁具有足夠的耐久性?？傮w來看，無論是施工質(zhì)量還是經(jīng)濟效益，鋼-混凝土組合梁均具有突出的應(yīng)用優(yōu)勢，推廣價值較高，值得被靈活應(yīng)用于橋梁工程中。