鋼混組合連續(xù)箱梁施工技術(shù)與質(zhì)量控制分析

楊國(guó)鋒

（山東省公路檢測(cè)中心，山東濟(jì)寧 272100）

0 引言

近年來，隨著國(guó)家對(duì)鋼結(jié)構(gòu)橋梁的大力推廣，各種類型的鋼橋陸續(xù)建成，極大地豐富了我國(guó)橋梁的形式及內(nèi)涵。鋼混組合連續(xù)箱梁，以其梁高較低、自重輕、結(jié)構(gòu)受力明確、方便施工及一定的造價(jià)優(yōu)勢(shì)，在橋梁上部結(jié)構(gòu)施工中得到了廣泛應(yīng)用。

1 工程概況

汶金線是濟(jì)寧市西部一條主要的南北向干線公路，承擔(dān)著魯西南地區(qū)的重要運(yùn)輸任務(wù)。南旺運(yùn)河大橋位于汶金線嘉祥與汶上交界處，是一座跨京杭運(yùn)河的橋梁。原南旺運(yùn)河大橋建成于80年代末期，結(jié)構(gòu)形式為45+60+45m 剛架拱，全寬12m。經(jīng)過近30年運(yùn)營(yíng)，特別是在近年來交通量大、重型車比例高的情況下高負(fù)荷運(yùn)營(yíng)，大橋出現(xiàn)了多處嚴(yán)重病害，雖然進(jìn)行過幾次維修、加固，橋梁病害仍呈加快發(fā)展趨勢(shì)。根據(jù)橋梁檢測(cè)結(jié)論，管理部門決定將該橋拆除重建，新結(jié)構(gòu)采用一聯(lián)57+64+57m 鋼混組合連續(xù)箱梁。

2 主要施工工藝及質(zhì)量控制要點(diǎn)

新建南旺運(yùn)河大橋上部結(jié)構(gòu)橫斷面為雙箱單室形式，橋面寬12.25m，設(shè)置雙向1.5%橫坡。其中，單片鋼梁由頂板、底板、腹板及橫隔板通過焊接形成槽型開口截面；箱外橫隔板及挑梁通過栓焊結(jié)合的方式與鋼梁連接為整體，混凝土橋面板通過鋼梁頂板上的剪力釘與鋼梁連接，組成鋼混組合箱梁。橫斷面如下圖1所示。

2.1 鋼梁制造

鋼梁制造是專業(yè)性較強(qiáng)的建設(shè)領(lǐng)域，目前總承包單位主要通過合法的專業(yè)分包組織生產(chǎn)，因此，分包單位的選擇非常關(guān)鍵。應(yīng)從制造單位資質(zhì)、類似業(yè)績(jī)、設(shè)備配置、加工能力、管理能力等方面重點(diǎn)把關(guān)，選擇行業(yè)內(nèi)認(rèn)可度高、信譽(yù)好的分包單位。

鋼梁制造主要包括技術(shù)準(zhǔn)備、材料準(zhǔn)備、零件下料加工、單元件組焊、上胎架總裝、涂裝等環(huán)節(jié)，制造周期長(zhǎng)、影響因素多，需要對(duì)其進(jìn)行全過程、全方位的質(zhì)量控制。

2.1.1 技術(shù)準(zhǔn)備

技術(shù)準(zhǔn)備階段，主要進(jìn)行設(shè)計(jì)圖工藝審查、節(jié)段劃分、制造圖繪制、工藝試驗(yàn)、工藝文件、制造方案編制等工作。結(jié)合鋼混組合箱梁的結(jié)構(gòu)形式，綜合考慮運(yùn)輸尺寸和重量限制、現(xiàn)場(chǎng)吊裝條件、設(shè)計(jì)要求等因素，鋼混組合箱梁采用縱向劃分，節(jié)段間頂板、腹板、底板采用Z 字口錯(cuò)縫形式，橫斷面內(nèi)劃分為2 個(gè)箱型分段以及挑臂、箱外橫聯(lián)部件。據(jù)此，全橋共劃分了16 個(gè)箱形節(jié)段，其中最長(zhǎng)節(jié)段為25m，最重節(jié)段為52t。為確定焊接作業(yè)參數(shù)，使焊縫性能達(dá)到設(shè)計(jì)及規(guī)范要求，進(jìn)行了對(duì)接、熔透角接、T 形角焊縫、剪力釘焊接等11 組焊接工藝試驗(yàn)，覆蓋了全橋所有接頭形式，確定了所采用的焊接工藝，有效保證了鋼梁的焊接質(zhì)量。

2.1.2 材料準(zhǔn)備

根據(jù)鋼梁生產(chǎn)計(jì)劃，合理確定該項(xiàng)目所用的鋼材、焊材、涂裝材料等原材料的進(jìn)場(chǎng)計(jì)劃。材料進(jìn)場(chǎng)后，重點(diǎn)檢查材料的規(guī)格、型號(hào)是否與設(shè)計(jì)要求相符，出廠質(zhì)量證明書是否齊全、有效，逐一核對(duì)后按規(guī)范要求取樣復(fù)驗(yàn)。

2.1.3 鋼梁加工

鋼梁制造包括以下環(huán)節(jié)：零件下料與加工、單元件組焊修整、節(jié)段組焊修整（胎架總裝）、節(jié)段檢驗(yàn)（含無損檢測(cè)）、噴砂涂裝。每個(gè)環(huán)節(jié)的工序質(zhì)量對(duì)后續(xù)環(huán)節(jié)均影響巨大，因此，應(yīng)重點(diǎn)做好各工序質(zhì)量管理。

（1）零件下料與加工

確定零件的下料尺寸時(shí)，要依據(jù)設(shè)計(jì)圖紙的要求，并結(jié)合鋼梁制造工藝，充分考慮制造過程中的焊接收縮量、機(jī)械加工及合龍節(jié)段的預(yù)留量，并在下料環(huán)節(jié)進(jìn)行尺寸補(bǔ)償。該項(xiàng)目的合龍節(jié)段，其頂板、底板、腹板零件的長(zhǎng)度、方向、尺寸均補(bǔ)償100mm。合龍前，通過對(duì)合龍口尺寸的連續(xù)觀測(cè)，確定合龍節(jié)段長(zhǎng)度并進(jìn)行配切，保證了合龍焊縫對(duì)接間隙滿足焊接工藝要求。

鋼梁零件主要有頂板、底板、腹板、橫隔板（含支座部位隔板）、接頭板、板條肋，采用數(shù)控火焰切割機(jī)下料。每種零件的首件進(jìn)行嚴(yán)格的尺寸、切割面質(zhì)量、平整度檢查，確定無誤后再進(jìn)行批量生產(chǎn)。生產(chǎn)過程中做好巡檢工作，發(fā)現(xiàn)零件尺寸超差或切割表面質(zhì)量達(dá)不到要求時(shí)，及時(shí)調(diào)整糾偏，避免大批量不合格品的零件出現(xiàn)[1]。

（2）單元件制作

單元件是鋼梁節(jié)段制作的基礎(chǔ)。根據(jù)鋼梁的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，劃分為底板單元、腹板單元、隔板單元、挑臂單元等進(jìn)行生產(chǎn)。以底板單元為例，介紹單元件組焊控制要點(diǎn)。

底板單元由底板及縱向板條肋兩部分組成。其中底板寬度2600mm，厚度30mm；縱向板條肋厚度為18mm，高為200m，板條肋間距400mm。制作流程如下：

（a）檢查、核對(duì)底板、板條肋零件編號(hào)及坡口朝向，根據(jù)制造圖紙，在底板上劃板條肋安裝線；

（b）對(duì)線組裝板條肋，檢查板條肋與底板的垂直度、組裝間隙及橫隔板部位板條肋間距，滿足要求后點(diǎn)焊固定；

（c）嚴(yán)格按照焊接工藝規(guī)程的規(guī)定在焊接胎架上進(jìn)行船位焊。重點(diǎn)控制兩側(cè)對(duì)稱、同方向施焊；工地對(duì)接口部位的板條肋端部預(yù)留200mm 不焊，待安裝調(diào)整到位后再與嵌補(bǔ)段一起焊接；

（d）檢測(cè)單元件平面度、彎曲變形程度，不滿足要求時(shí)，采用火焰矯正。矯正完成后對(duì)焊縫進(jìn)行外觀及無損檢測(cè)。

（3）節(jié)段制作

根據(jù)該橋鋼梁的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及拼裝方案，采用橋長(zhǎng)、橋?qū)挿较蛘w匹配加工。按照橋梁線性要求，用胎架布置鋼梁拼裝，并把胎架調(diào)整到對(duì)應(yīng)標(biāo)高。以定型胎架為外?？刂其摿旱呢Q向曲線和水平曲線，并在拼裝過程中，對(duì)已拼裝節(jié)段線形進(jìn)行嚴(yán)格測(cè)量、監(jiān)控。

（a）底板單元鋪設(shè)：把底板單元件平鋪在胎架上，以縱橫基準(zhǔn)線為基準(zhǔn)，定位底板單元，符合要求后，把底板單元固定在胎架上，防止總拼過程中單元件位置變動(dòng)；

（b）組裝橫隔板單元：在底板單元件上按線組裝橫隔板單元。重點(diǎn)檢查橫隔板與底板的垂直度，核對(duì)隔板兩側(cè)邊緣與腹板安裝線的位置關(guān)系。橫隔板單元相當(dāng)于鋼箱梁的內(nèi)胎，因此，應(yīng)特別重視隔板單元的組裝質(zhì)量。檢查合格后，進(jìn)行定位焊并及時(shí)采用槽鋼臨時(shí)支撐。

（c）組裝腹板單元：根據(jù)腹板定位線確定腹板單元的安裝位置。采用倒鏈對(duì)拉使腹板面板和各橫隔板頂緊密貼。檢查腹板組裝位置、與底板的夾角以及槽形鋼梁端口尺寸，無誤后將腹板與隔板、底板點(diǎn)焊固定。

（d）挑臂及橫向接頭板組裝：依據(jù)梁體縱、橫基準(zhǔn)線，施劃挑臂、橫向連接接頭板位置線，對(duì)線組裝接頭板。檢查接頭板位置及縱橫向間距偏差。

（e）鋼梁焊接、矯正：鋼梁組裝完成并檢驗(yàn)合格后，應(yīng)先焊接橫隔板與腹板、底板、板條肋貼角焊縫，然后焊接腹板與底板、接頭板熔透角焊縫。節(jié)段端部如無橫隔板，應(yīng)在端口處增加型鋼內(nèi)支撐，減小該部位的變形，保證箱口尺寸滿足要求。檢查節(jié)段的變形情況，當(dāng)變形超過允許偏差時(shí)，采用火焰矯正。

（f）剪力釘焊接：鋼梁焊接、矯正完成后，在頂板上放出剪力釘位置，待焊位置打磨出金屬光澤，采用電弧螺柱焊焊接剪力釘。作為鋼梁和混凝土板剪力傳遞的關(guān)鍵部件，剪力釘?shù)暮附淤|(zhì)量尤為重要。除嚴(yán)格按照工藝試驗(yàn)確定的參數(shù)施焊外，應(yīng)加強(qiáng)焊縫的外觀檢查，同時(shí)嚴(yán)格按1%的比例隨機(jī)抽取剪力釘進(jìn)行30o彎曲檢驗(yàn)，有效保證剪力釘?shù)暮附淤|(zhì)量。

（4）涂裝

鋼梁涂裝包括梁段廠內(nèi)涂裝、橋位涂裝兩部分。主要工藝及控制要點(diǎn)如下：

（a）鋼結(jié)構(gòu)表面處理：采用砂輪磨光機(jī)將梁段表面的飛濺、焊瘤、毛刺打磨平整，自由邊倒角。構(gòu)件表面有油污時(shí)，用有機(jī)溶劑清洗徹底。處理完成后，按要求噴砂清理，控制表面的清潔度達(dá)到Sa2.5 級(jí)，粗糙度達(dá)到Rz40-80μm，并進(jìn)行全面檢查，避免局部清理不徹底、遺漏或粗糙度達(dá)不到設(shè)計(jì)要求。表面處理的質(zhì)量直接影響涂裝體系的使用性能及耐久性，因此，該工序的施工質(zhì)量應(yīng)引起特別重視。

（b）廠內(nèi)涂裝：噴砂完成后，應(yīng)盡快完成底漆噴涂，間隔時(shí)間超過規(guī)范要求，容易在表面形成肉眼不可見的銹蝕，影響漆膜與基材的附著性能。油漆施工環(huán)境溫度應(yīng)控制在5～38oC，鋼材表面溫度應(yīng)高于露點(diǎn)3oC，相對(duì)濕度不大于85%。應(yīng)在下層油漆實(shí)干后再進(jìn)行上層油漆噴涂，否則底層油漆不能完全固化，附著差、易脫落，難以在結(jié)構(gòu)表面形成有效的涂層保護(hù)，當(dāng)環(huán)境溫度較低時(shí)，尤其要注意底涂層的固化情況。在工地安裝焊縫兩側(cè)各100mm 寬度區(qū)域內(nèi)，噴砂后粘貼膠帶覆蓋，暫不涂裝。

（c）橋位涂裝：對(duì)鋼梁運(yùn)輸、橋位安裝過程中出現(xiàn)的油漆損傷、橋位安裝焊縫部位以及全橋最后一道面漆的涂裝。對(duì)油漆損傷及安裝焊縫部位，采用砂輪磨光機(jī)打磨至St3 級(jí)，并將鄰近區(qū)域涂層打磨成階梯狀，檢驗(yàn)合格后，按防腐體系要求逐層進(jìn)行油漆施工。在全橋最后一道面漆施工前，用高壓水槍對(duì)鋼箱梁外表面進(jìn)行沖洗，清除涂層表面的污物后，及時(shí)噴涂第二道面漆，以防止二次污染影響其整體的防腐性能[2]。

2.2 鋼梁安裝

采用鋼管支架進(jìn)行鋼梁安裝?，F(xiàn)場(chǎng)布設(shè)一臺(tái)80t跨墩龍門吊，吊裝鋼箱節(jié)段。挑臂及鋼箱間的橫向連接件，采用汽車吊進(jìn)行安裝。主要施工流程如下：

2.2.1 支架搭設(shè)

將支架設(shè)置于鋼箱梁縱向節(jié)段接縫處。每處搭設(shè)8 根Φ820×10mm 鋼管，鋼管之間縱、橫向用槽鋼與鋼管焊接。鋼管頂部設(shè)置橫向分配梁，其上布置為Φ273×7.5mm 調(diào)平鋼管、50t 液壓千斤頂調(diào)節(jié)裝置及橫向鋼梁限位裝置。兩邊跨支架安裝于河灘上，采用尺寸為4×10×0.6m 的鋼筋混凝土擴(kuò)大基礎(chǔ)，地基采用2×20cm 灰土處理。中跨（河道處）支架采用鋼管樁基礎(chǔ)，鋼管樁打入深度不小于7.0m。

2.2.2 鋼梁安裝

先安裝主墩固定支座處鋼梁節(jié)段，吊裝就位兩鋼梁間橫向聯(lián)系單元，然后逐次往兩邊墩方向安裝。重點(diǎn)控制鋼梁縱向軸線、支座橫向中心線及梁頂高程（包括設(shè)置的預(yù)拱度）；檢查鋼梁節(jié)段接口部位對(duì)接錯(cuò)邊量、對(duì)接間隙大小，滿足規(guī)范及焊接工藝要求后，用馬板固定；清理、打磨對(duì)接縫部位的膠帶、油漆、鐵銹等雜物，按照腹板、底板、翼緣頂板的順序?qū)雍缚p；對(duì)接焊縫進(jìn)行外觀和UT、RT 的無損檢測(cè)。檢測(cè)合格后，根據(jù)安裝情況配切、組焊板條肋嵌補(bǔ)段，并將鋼梁間橫向聯(lián)系單元與縱梁連接成整體。主梁安裝完成后，統(tǒng)一安裝挑臂單元[3]。

根據(jù)設(shè)計(jì)要求，在兩主墩墩頂鋼梁節(jié)段安裝前，在主墩上設(shè)置墊塊，墊塊頂高程高出主墩支座設(shè)計(jì)高程60cm，將墩頂梁段臨時(shí)支承在墊塊上。

2.3 橋面板施工、體系轉(zhuǎn)換

2.3.1 橋面板施工

該項(xiàng)目橋面板采用厚度為8cm 的C50 預(yù)制板及20cm 厚的C50 現(xiàn)澆組合橋面板。預(yù)制板作為現(xiàn)澆橋面板的底模，簡(jiǎn)化了現(xiàn)澆橋面板模板的安裝、拆除工作，同時(shí)為結(jié)構(gòu)安全進(jìn)行了一定的儲(chǔ)備。

安裝預(yù)制板前，應(yīng)仔細(xì)檢查鋼箱內(nèi)焊縫、涂裝情況以及是否將施工垃圾、積水清理干凈。安裝現(xiàn)澆板鋼筋時(shí)，應(yīng)控制好鋼筋頂、底保護(hù)層的厚度，同時(shí)注意主墩墩頂區(qū)域頂層縱向鋼筋配筋率比其他部位要高。因澆筑面積大，選擇澆筑日期時(shí)應(yīng)避開日曬強(qiáng)、風(fēng)力大的天氣，并配備充足的施工人員、收面設(shè)備，避免混凝土出現(xiàn)干裂等現(xiàn)象。先澆筑除主墩墩頂兩側(cè)各11.7m 范圍之外區(qū)域的橋面板。

2.3.2 連續(xù)梁體系轉(zhuǎn)換

第一次澆筑的橋面板混凝土強(qiáng)度達(dá)到100%后，拆除所有鋼管支架，然后澆筑主墩兩側(cè)各11.7m 范圍內(nèi)的低收縮C50 混凝土。待第二次澆筑的橋面板混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)要求后，每墩設(shè)置8 臺(tái)200t 的低高度液壓千斤頂，逐級(jí)、同步拆除兩主墩墩頂?shù)呐R時(shí)墊塊，使主梁下降60cm 至設(shè)計(jì)標(biāo)高，并安裝在永久支座上，完成了連續(xù)梁體系轉(zhuǎn)換。

3 結(jié)語

通過嚴(yán)格控制鋼梁制造、鋼梁安裝、混凝土橋面板澆筑、體系轉(zhuǎn)換等環(huán)節(jié)施工質(zhì)量，該項(xiàng)目鋼混組合連續(xù)箱梁得以順利完成。鋼混組合梁充分發(fā)揮了鋼材和混凝土兩種材料的優(yōu)勢(shì)，是未來公路常規(guī)跨徑鋼結(jié)構(gòu)橋梁的一個(gè)重要發(fā)展方向。