大跨度體外預應力鋼-混凝土組合梁橋跨越城市主干道施工技術

龍 云

（廣州鐵路（集團）公司，廣東 廣州 510600）

1 工程概況

某城市快速路立交主線橋跨越當地主要交通道路，采用體外預應力鋼-混凝土組合變截面連續梁結構，分左右幅設計，跨度組合均為（50+82+50）m，主跨82m為區域內最大跨度鋼-混凝土組合梁橋。梁截面由預制開口鋼箱梁和現澆混凝土橋面板組成，單幅橋橫斷面由2片鋼箱梁組成，每片鋼梁底寬3．16m，箱間距2．30m，箱梁底面沿橋縱向為拋物線的線型變化，梁高由2．2m曲線漸變至4．2m。采用體外預應力體系，由體外預應力束（含管道和灌漿材料）、錨固系統、轉向裝置、防腐系統組成；預應力鋼索采用環氧噴涂無黏結鋼絞線，采用HDPE護套，錨固為15-22可更換式體外束預應力專用錨具。鋼箱梁縱、橫斷面如圖1所示。

2 總體施工組織方案及特點

2.1 施工組織總體方案

鋼箱梁在工廠整體制作后于吊裝前切割分段，每幅分9個節段，最長節段長度為30．0m，最大節段重量94．05 t。現場在分段接口處設臨時支墩，采用2臺250 t起重機同時吊裝，鋼箱梁節段現場吊裝就位后，采用高強螺栓或現場焊接連接。鋼箱梁焊接成型后，施做橋面系，施加體外預應力體系，撤除臨時支墩體系。

2.2 工藝特點及難點

1）本工程箱梁采用體外預應力鋼-混凝土組合梁結構，使橋梁自重大大減輕、方便施工、縮短工期、保護環境，具有良好的社會經濟效益與環境效益。

2）跨度大，最大跨徑達82m，箱梁頂面與底面呈空間曲面，其線型復雜，而鋼箱梁對溫度敏感，因此施工時對鋼箱梁的線形控制尤為重要。

3）鋼梁呈拋物線，各截面梁高不同，梁段和單元構件種類多，制作精度控制難度大，對切割、拼裝、焊接、吊裝及拼接等工序工藝均要求非常高。

4）鋼梁截面高度最大約4．0m，寬3．875m，最長節段長30m，同時梁底面為曲面，給運輸、吊裝帶來一定困難。

5）鋼箱梁跨越交通要道，交通流量大，必須有穩妥可靠的支撐和交通疏導方案，保持橋下道路暢通，確保施工期間橋下交通安全。

3 施工要點

3.1 鋼箱梁廠內制作

主梁采用廠內182m整體預制，再切割分段進行運輸吊裝，用高強螺栓或焊接連接，使鋼箱梁制作成型與現場吊裝拼接后線形高度吻合。鋼箱梁廠內制作施工流程為：制作整體臺模→頂、底、腹排板圖→制樣→下料→切割→邊緣加工→整平→拼接→組裝→焊接→制作段接縫解體→拼接板定位、制孔→出廠運輸。施工技術要點如下。

圖1 鋼箱梁縱斷面示意（單位：m）

1）胎架制作 在加工廠制作長182．0m，寬9．5m的整體胎架，橫向與梁等寬設置，胎架表面曲線與鋼箱梁底面成型曲線吻合（見圖2）。

圖2 整體胎架

2）放樣、切割 在整個鋼結構制造中，放樣、切割工作是非常重要的一環。放樣工作在放樣平臺上進行，然后依樣進行切割加工，最后把各個零件配成一個整體。

所有零件放樣、下料時均要考慮加工余量和焊接收縮余量。根據放樣結果，按構件號料明細表采用小余量一次下料工藝，采用全自動切割機下料，確保切割精度，下料后的構件變形應進行矯正、邊緣加工和拋丸除銹。

3）板單元制作 把鋼箱梁劃分為面板與腹板組成T梁單元、底板單元、橫隔板單元、鋼箱箱間連接件等，精確下料組裝單元。

4）主橋箱梁組裝 組裝順序為：底板拼接→縱肋安裝→隔板安裝→腹板安裝→中間系梁安裝。鋼梁的頂、底、腹板均應用20%沖釘將整橋拼接為整體后再參與組裝，將縱、橫向板件全部裝上并點焊，組成縱橫格構成箱體，調整梁的方正度和線形后，嚴格按照焊接順序，依據焊接工藝施焊。

5）焊接工藝 鋼箱梁采用焊接與栓接結構，工廠加工以焊接為主，工地安裝以栓接為主。工廠焊接質量是全橋施工關鍵，焊接前，應進行焊接工藝評定，并應根據評定報告確定焊接工藝。對于頂板、腹板、底板及縱肋的橫向對接焊縫均要求達到一級焊縫，全部進行超聲波無損檢測；鋼梁各部位的對接一級焊縫應在焊接24h后全部采用超聲波檢查，并抽取不小于焊縫條數10%的焊縫用射線檢查。

焊接順序選擇應考慮焊接變形，盡量采用對稱焊接，對收縮量大的部位應先焊接，以平衡加熱量，使焊接收縮量小。嚴格遵守如下焊接順序：頂板與腹板組成T形梁角焊縫→底板對接焊縫→縱肋板對接焊縫→腹板對接焊縫→腹板與底板間的主角焊縫→勁板與底板角焊縫→隔板與腹板角焊縫→隔板與底板角焊縫→隔板與勁板角焊縫。

焊接采用埋弧焊和CO2氣體保護焊（焊接電流、電壓根據焊接工藝評定結果選擇），小區域采用手工焊；焊接方法采用向下橫焊和立焊，特殊區域也可采用仰焊。

6）防腐涂裝 防腐涂裝工序為：原材料進廠→噴砂除銹→噴底漆→構件驗收→基層表面驗收→噴涂中間漆→外觀及厚度檢查→分層噴涂→分層外觀及厚度檢查→現場安裝→摩擦面強力打磨→涂層破損面補漆→噴涂面漆→檢查驗收。

防腐采用高壓空氣噴涂，壓力視不同涂料調至11．8～16．7MPa，噴嘴與被噴涂面的距離不得小于400mm；上一層油漆固化后，應及時進行下一道油漆施工；對放置較長時間的涂層表面，下一道油漆施工前必須清理上一層。

7）鋼梁分段解體 鋼箱梁加工成型后，進行分段切割解體。分段前需制作好分段處拼接板及制作梁體與拼接板螺栓孔，以確保現場吊裝拼接時拼接板與梁體螺栓孔位與分段前一致，提高拼接精度。

3.2 鋼箱梁現場吊裝拼接

3.2.1 臨時支墩及交通疏解

鋼箱梁分解后，采用140t載重平板車分節運輸至現場。現場根據吊裝方案，在鋼箱梁分段處設置臨時支墩。臨時支墩基礎采用條形基礎，條形基礎長9．5m（對應鋼箱梁寬度）、寬3．5m、高0．2m（要求高出公路0．8m）。立柱采用雙排鋼管柱（φ630mm×10mm），立柱頂縱橫梁均采用HM340×250×9×14，橫梁跨度2．8m（最大），縱梁跨度2．0m，高約6．0m。臨時支墩柱與橫梁及縱橫梁間焊接系為整體，橫梁上放砂箱及千斤頂調節箱梁安裝高度（見圖3）。

圖3 現場臨時支墩

對橋下交通進行臨時疏解，以保證施工對交通產生的干擾在可控范圍內，并滿足施工所需工作面要求。

3.2.2 吊裝方案及吊機選型

考慮不同施工順序，對吊裝方案進行比選（見表1），經比選采用方案B，采用縱向從左到右、橫向從中間向兩側對稱安裝的原則順序吊裝。

表1 吊裝方案比選

綜合考慮鋼箱梁每分節重量、現場工作面及交通疏解范圍，采用雙機抬吊吊裝方法，對每一節段、每一典型工況進行檢算分析，根據分析結果進行起重機選型。

3.2.3 吊裝典型工況分析

吊裝時根據鋼梁的位置與起重機工況確定吊車站位及運梁車停靠位置，各典型吊裝工況分析如下。

1）1～4節段位于城市主干道西側輔道外，吊裝時無需占用車道（見圖4）。

圖4 左右線1～4節段吊裝起重機站位

2）5～12節段位于城市主干道西側輔道上，吊裝時需占用主干道西側輔道（見圖5）。

圖5 左右線5～12節段吊裝起重機站位

3）13～20節段位于城市主干道上，吊裝LE段鋼梁時主干道全封閉，每段梁吊裝封閉30m in，于夜間11：00至次日6：00時段內吊裝（見圖6）。

圖6 左右線13～20節段吊裝起重機站位

4）21～28節段位于城市主干道東側輔道上，吊裝時需占用主干道東側輔道（見圖7）。

圖7 左右線21～28節段吊裝起重機站位

5）29～36節段位于城市主干道西側輔道外，吊裝時無需占用車道（見圖8）。

圖8 左右線29～36節段吊裝起重機站位

3.2.4 高強螺栓連接

高強螺栓連接按臨時栓接→安裝高強螺栓→高強螺栓連接和擰緊固定的施工順序，從安裝好的一端或剛性端向自由端進行；其初擰和終擰均需從螺栓群中央開始，依次由里向外、由中間向兩邊對稱進行，且同一高強螺栓初擰和終擰的時間間隔要求不得超過1d。

3.2.5 橫梁安裝

鋼梁吊裝完成后，吊裝中間系梁，再對中間系梁進行焊接，焊接次序從中間向兩邊對稱焊接。

3.3 鋼筋混凝土橋面板施工

鋼筋混凝土橋面板施工時，箱體內及鋼箱之間安裝鋼板底模；兩側翼緣板由于懸挑，需采用支架進行施工，根據橋下環境的不同，分別采用滿堂碗扣支架及懸挑三角支架。

鋼箱梁現澆橋面板分別在兩墩頂設置負彎矩預應力鋼絞線及整體橋面設置通長預應力鋼絞線。由于橋面長達182m，采用分段澆筑，第1次對稱澆筑主跨兩墩頂處各65m長橋面板，第2次澆筑主跨跨中30m，第3次澆筑副跨兩端墩頂各11m橋面板，以減少混凝土收縮徐變帶來的影響。

3.4 體外預應力施工

體外預應力在鋼箱梁制作安裝及橋面板施工過程中穿插進行，施工流程為：鋼箱梁隔板制作預留孔→轉向器的外套鋼管安裝→錨頭區錨具定位→轉向器安裝→橡膠固定轉向器→轉向器與外套管間灌漿→體外預應力鋼索下料及穿索→索體與轉向器間填充橡膠→橋面板澆筑混凝土→混凝土強度達設計要求→張拉體外索→索體與外套鋼管間安裝防損定位裝置→錨頭區預埋管內灌環氧砂漿→防松裝置的安裝→防腐裝置的安裝→安裝減振器。

根據鋼束張拉伸長量較長的情況，采用懸浮張拉方法。張拉采用兩端對稱同步進行并以10MPa／min的速度均勻加載，加載順序為：0→10%→20%→100%（持荷2min）錨固。

4 結語

本工程在鋼-混凝土組合梁制作階段，采用整體制作成型，再分段切割吊裝，保證了制作及拼裝時的精度，使鋼箱梁制作與吊裝成型后的線形較為吻合；在吊裝時通過方案比選，采用左邊跨→中跨→右邊跨的吊裝順序，避免從兩邊向中跨吊裝時產生的合攏環節，采用合理吊裝和疏導交通方案，簡化了施工難度的同時保證了施工精度和進度。橋面翼緣板采用懸挑三角支架施工，制作簡單，施工方便，不影響橋下交通。體外預應力束張拉時采用懸浮張拉法，有效控制預應力損失及工作錨具壽命，確保了橋梁的力學性能達到設計要求。本工程施工方案在實際應用中技術較為先進，經濟效益及社會效益良好，具有一定參考價值。

參考文獻：

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［2］陳兵，易侃，班鵬，等．基于BIM技術的橋梁工程半智能化施工管理輔助系統［J］．城市住宅，2016（11）：122-125．

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