跨鋼- 混凝土混合梁鋼混結(jié)合段吊裝固定及精確定位施工工藝

于祥坤

（日照公路建設(shè)有限公司，山東 日照 276825）

1 概述

鋼- 混凝土混合梁（Steel-concrete Hybrid Girder）是利用接頭構(gòu)造將鋼箱梁與混凝土梁連接成復(fù)合結(jié)構(gòu)的一種橋梁?，F(xiàn)代橋梁為了減輕主跨的自重、增加橋梁的跨越能力和整體剛度，各種類型的橋梁均采用鋼混復(fù)合結(jié)構(gòu)。鋼混連續(xù)梁橋中跨采用鋼混結(jié)合段能夠充分發(fā)揮橋梁的混凝土和鋼材兩種材料的特性以及橋梁整體結(jié)構(gòu)優(yōu)勢，使鋼梁和混凝土梁成為一個受力平順、工作協(xié)調(diào)的整體結(jié)構(gòu)，相比較單一材料提升了受力性能、跨越能力、經(jīng)濟性能等能力，結(jié)構(gòu)布局也更加合理化[1-4]。

鋼混連續(xù)梁橋的受力性能由于是混凝土梁、鋼混結(jié)合段和鋼箱梁組成不同于單一材料構(gòu)成的橋梁，鋼混結(jié)合段是保證內(nèi)力從鋼箱梁平順的傳遞到混凝土梁的關(guān)鍵[5-6]，因此鋼混結(jié)合段的高質(zhì)量施工是重心所在。目前大跨鋼一混凝土混合梁鋼混結(jié)合段主要施工流程依次為：鋼混結(jié)合段預(yù)制、船舶運輸?shù)綐蛭?、鋼混結(jié)合段吊裝及固定、混凝土澆筑。由于大跨鋼一混凝土混合梁鋼混結(jié)合段構(gòu)造復(fù)雜，鋼箱梁吊裝過程中如何保證精確定位，混凝土澆筑前如何進行臨時固定，是大跨鋼一混凝土混合梁鋼混結(jié)合段施工的重點及難點，如不針對工程特點考慮其精確定位方法及固定施工工藝是否合理，極易造成施工質(zhì)量問題，嚴重的將導(dǎo)致事故發(fā)生，會造成不可估量的損失。目前對于大跨鋼- 混凝土混合梁鋼混結(jié)合段相關(guān)研究主要集中在結(jié)構(gòu)的整體受力分析上，施工關(guān)鍵技術(shù)研究較少，因此亟需依托工程開展相關(guān)研究。

2 工程概況

韓莊運河大橋為三跨變截面鋼- 混凝土混合梁連續(xù)梁橋，如圖1、圖2 所示，橋梁跨徑布置為85+180+85m，跨中鋼箱梁段總長度為61.5m，鋼混結(jié)合段長4.5m，采用有格室的后承壓板形式，結(jié)合段設(shè)有PBL剪力板和剪力釘與頂?shù)装骞餐纬射摳袷?。鋼格室?nèi)混凝土養(yǎng)護完成后，張拉預(yù)應(yīng)力束將承壓板與混凝土連接的更加緊密。鋼格室順橋向長度1.25m，鋼砼結(jié)合段頂板鋼格室上板厚26mm、下板厚25mm；底板鋼格室上板厚25mm、下板24mm；腹板鋼格室外側(cè)腹板厚24mm、內(nèi)側(cè)板厚25mm，在腹板內(nèi)側(cè)焊接豎向?qū)挾葹?25mm 的PBL 剪力板、板上開有直徑70mm、圓孔并穿過φ25mm、HRB400 鋼筋與混凝土榫形成PBL 剪力鍵。在鋼格室內(nèi)壁設(shè)置φ22mm高15cm的剪力釘。

圖1 韓莊運河特大橋梁平立面圖(單位：m)

圖2 鋼砼結(jié)合段三維圖

鋼砼結(jié)合段全橋共 4 段， 外形尺寸為3.99m*12.75m*4.1m，吊裝重為65t，采用浮吊吊裝，吊裝到設(shè)計位后，配合掛籃及其它裝置進行主梁間臨時固定。

3 測量控制網(wǎng)布設(shè)及變形觀測

3.1 測量控制網(wǎng)布設(shè)

3.1.1 控制點的選取。同幅兩鋼混結(jié)合段在安裝時應(yīng)保證高程精度滿足設(shè)計要求、懸臂端的姿態(tài)保證一致，方便鋼箱梁吊裝合龍時的精確安裝。為減少鋼- 混結(jié)合段在制作、運輸、施工時因結(jié)構(gòu)的微小變形所導(dǎo)致的誤差影響，鋼混結(jié)合段頂板布置5 個控制點、底板布置3 個控制點，與混凝土梁的控制點處于同一縱斷面，橫斷面距端面10cm，以保證鋼混結(jié)合段的安裝精度，具體點位布置如圖3 所示。

圖3 鋼混結(jié)合段布點（單位：cm）

3.1.2 控制網(wǎng)設(shè)置。根據(jù)施工現(xiàn)場實際情況與梁體上控制點位置，測量控制網(wǎng)分別布置在橋上和橋下，形成兩條閉合控制線，相互校準和測量，方便進行復(fù)測，精準的控制鋼混結(jié)合段的空間姿態(tài)。

3.2 懸臂端混凝土箱梁變形觀測

3.2.1 箱梁上觀測點的選取。為保證鋼混結(jié)合段在吊裝時安全、精確、空間姿態(tài)穩(wěn)定，需要在吊裝前對中跨混凝土梁進行變形觀測，掌握混凝土梁隨著溫度的改變而變形的規(guī)律。在兩中跨17 號塊箱梁頂端面對稱設(shè)置3 個點（1、2、3），如圖4 所示，觀測點設(shè)置在距端面10cm的位置。

圖4 混凝土箱梁變形觀測點布置（單位：m）

3.2.2 懸臂端混凝土箱梁變形觀測。在布好混凝土箱梁端面的觀測點后，需要對6 個觀測點進行觀測連續(xù)12 個小時，每隔兩小時進行數(shù)據(jù)采集一次，并同時用溫控儀測量大氣溫度。對數(shù)據(jù)進行處理分析，掌握混凝土變形的變化規(guī)律，在吊裝前保證混凝土梁參數(shù)的精確。

3.2.3 實測與設(shè)計及仿真分析對比。通過早、中、晚的觀測，在不同溫度下分析懸臂梁的空間位置變化，根據(jù)每大觀測懸梁上兩量對壓點的坐標值來反算兩端間距變化。高程主要是測量對稱點高差變化。

4 鋼混結(jié)合段吊裝及臨時固定施工工藝

4.1 吊裝工藝流程

考慮施工現(xiàn)場環(huán)境及效率，本項目采用浮吊吊裝，鋼砼結(jié)合段共4 個節(jié)段，工需吊裝四次，吊裝順序根據(jù)現(xiàn)場施工需要進行吊裝，但須半幅施工完畢后再施工另外半幅，圖5為正在浮吊提升的鋼混結(jié)合段。

圖5 鋼混結(jié)合段浮吊提升

工藝流程如下：（1）浮吊駐位，為完成各節(jié)間各構(gòu)件的吊裝，浮吊需進行拋錨駐位。浮吊需占用主航道（每次占用時間控制在四小時以內(nèi)），及時與海事部門進行溝通對航道進行臨時交通管制和安全措施保障，確保吊裝過程安全可控，如圖6 所示。（2）吊裝第一段鋼砼結(jié)合段（圖示為小樁號側(cè)），吊重為65t。并進行點焊等臨時固定，如圖7 所示。（3）浮吊至大樁號側(cè)駐位，要求同第一吊，如圖8 所示。（4）吊裝第二段鋼砼結(jié)合段（圖示為大樁號側(cè)），吊重為65t。并進行點焊等臨時固定，如圖9 所示。（5）采用同樣的方式吊裝另外半幅的鋼砼結(jié)合段并固定。

圖6 步驟一

圖7 步驟二

圖8 步驟三

圖9 步驟四

4.2 鋼混結(jié)合段臨時固定

4.2.1 臨時固定裝設(shè)置。鋼混結(jié)合段采用浮吊吊裝至混凝土主梁懸臂端高程就位后，由于鋼混結(jié)合段與混凝土主梁最終固定前，需要進行鋼混結(jié)合段空間姿態(tài)調(diào)整，以保證鋼混結(jié)合段定位準確，并達到設(shè)計預(yù)拱度高程，此過程耗時較長，因此為了使浮吊盡早離場，減少水運航道封航時間，采用掛籃及后吊點輔助裝置代替浮吊進行鋼混結(jié)合段的臨時吊裝固定，如圖10、圖11 所示。

由圖10、圖11 可見，吊裝就位后原有掛籃僅可固定鋼砼段鋼結(jié)構(gòu)前吊點位置，在橋面腹板上設(shè)置吊耳，掛籃通過吊耳對鋼砼結(jié)合段施加吊裝力；后吊點采用輔助鋼縱梁進行臨時吊裝固定，傳力模式采用鋼砼結(jié)合段腹板位置上方設(shè)置吊耳，吊耳與鋼帶連接，再由鋼帶頂部由扁擔梁分散到兩側(cè)千斤頂和橫梁上，橫梁壓在4 片鋼縱梁上，鋼縱梁縱向長度為3m，懸出混凝土段尺寸為1m，鋼縱梁梁底設(shè)置墊塊，以保證受力明確。

圖10 掛籃及臨時吊裝固定裝置示意圖

圖11 掛籃及臨時吊裝固定裝置現(xiàn)場照片

4.2.2 臨時固定流程。①提前在混凝土梁段中預(yù)埋鋼板，并利用預(yù)埋鋼板做為吊裝導(dǎo)向板。②待鋼砼結(jié)合段吊裝就位并進行初定位后，將預(yù)埋鋼板與鋼砼結(jié)合段焊接固定。③利用全站儀等測量儀器對鋼砼結(jié)合段進行精確測量，通過浮吊及導(dǎo)梁配合調(diào)整。④調(diào)整到位后安裝連系梁，并將連系梁固定。⑤將連系梁與鋼砼結(jié)合段后支點吊耳通過銷軸固定。⑥掛籃根據(jù)鋼砼結(jié)合段前支點調(diào)整位置。⑦將掛籃與鋼砼結(jié)合段前支點吊耳通過銷軸固定。⑧浮吊緩慢松鉤，將承載力向掛籃轉(zhuǎn)移，過程中密切監(jiān)控，直至完全脫鉤。

5 鋼- 混結(jié)合段空間姿態(tài)精確定位

鋼混結(jié)合段是由整體鋼箱梁在廠內(nèi)切割而成，以頂板的切口邊為基準，通過紅外線垂度儀對底板、腹板進行劃線切割，對鋼混結(jié)合段的切割端口進行檢測、打磨，保證切口平整，同時頂板與底板的端口在同一鉛垂線上。鋼混結(jié)合段在運輸以及起吊安裝的施工過程中，難免會出現(xiàn)結(jié)構(gòu)的輕微變形，導(dǎo)致觀測點出現(xiàn)位置偏差，應(yīng)及時的調(diào)整觀測點，使其精準的安裝。

綜上因素，以鋼混結(jié)合段的垂直度、高程和控制點的平面位置為控制指標來調(diào)整鋼混結(jié)合段的空間姿態(tài)，保證鋼箱梁安裝時的精確合龍。定位步驟如下：①在鋼箱梁的安裝中，盡量避免鋼混結(jié)合段與混凝土梁距離過近，導(dǎo)致鋼筋、鋼絞線與鋼混結(jié)合段發(fā)生擠碰現(xiàn)象，平順的將鋼絞線穿入鋼混結(jié)合段中；②安裝就位后，通過掛籃千斤頂與手拉葫蘆對鋼混結(jié)合段的空間狀態(tài)進行初調(diào)，將高程與平面位置大體調(diào)整到設(shè)計位置，與設(shè)計偏差不超過±20mm；③利用紅外線垂度儀配合鋼板尺，測量出結(jié)合段懸臂端頂、底板的垂度差△L；④通過千斤頂與手拉葫蘆相互配合，消除結(jié)合段頂、底板的垂度差；⑤綜合對混凝土懸臂端的高程以及平面位置測量結(jié)果，最終確定鋼混結(jié)合段的定位，通過掛籃及后吊點輔助裝置整體調(diào)整結(jié)合段高程；⑥鎖定掛籃及后吊點輔助裝置吊帶，安裝勁性骨架，鎖定鋼——混結(jié)合段。

6 結(jié)論

6.1 為減少鋼- 混結(jié)合段在制作、運輸、施工時因結(jié)構(gòu)的微小變形所導(dǎo)致的誤差影響，應(yīng)將控制點設(shè)置在距懸臂端10cm處的斷面上，并與混凝土箱梁控制點在立面上一致。

6.2 測量控制網(wǎng)分別布置在橋上和橋下，形成兩條閉合控制線，相互校準和測量，方便進行復(fù)測，精準的控制鋼混結(jié)合段的空間姿態(tài)。

6.3 在鋼- 混結(jié)合段吊裝前，為保證鋼混結(jié)合段在吊裝時安全、精確、空間姿態(tài)穩(wěn)定，需要在吊裝前對中跨混凝土梁進行變形觀測，掌握混凝土梁隨著溫度的改變而變形的規(guī)律。

6.4 考慮施工現(xiàn)場環(huán)境及效率，本項目采用浮吊吊裝，鋼砼結(jié)合段共4 個節(jié)段，工需吊裝四次，吊裝順序根據(jù)現(xiàn)場施工需要進行吊裝，但須半幅施工完畢后再施工另外半幅。

6.5 在精調(diào)時以控制鋼一混結(jié)合段與大節(jié)段鋼箱梁合龍端口的垂直度、高程及端部控制點的平面位置為主。

6.6 為了使浮吊盡早離場，減少水運航道封航時間，采用掛籃及后吊點輔助裝置代替浮吊進行鋼混結(jié)合段的臨時吊裝固定。