山嶺重丘區(qū)鋼-混組合梁裝配化施工技術(shù)

林哲

陜西省高速公路建設(shè)集團(tuán)公司 陜西 西安 710000

1 概述

鋼結(jié)構(gòu)橋梁建設(shè)是落實(shí)習(xí)總書(shū)記提出的“五大”發(fā)展理念的重要舉措，使橋梁建設(shè)做到了綠色、低碳、環(huán)保，實(shí)現(xiàn)了工廠化生產(chǎn)、機(jī)械化制造、數(shù)控化加工、裝配式施工[1]，具有混凝土橋梁不可替代的優(yōu)勢(shì)。

2 工程概況

陜西省西鄉(xiāng)至鎮(zhèn)巴高速西鄉(xiāng)涇洋河特大橋鋼板-混凝土組合梁橋全長(zhǎng)6.05km，橋梁下部結(jié)構(gòu)為鉆孔樁基礎(chǔ)、柱式墩，上部結(jié)構(gòu)采用35m標(biāo)準(zhǔn)跨徑鋼板-混凝土組合梁，主要孔跨布置為3×35m和4×35m，共計(jì)344孔。該橋沿涇洋河谷建設(shè)，設(shè)計(jì)時(shí)速為80km/h，最小平曲線半徑460m，是國(guó)內(nèi)目前最長(zhǎng)的鋼板-混凝土組合梁結(jié)構(gòu)橋梁（如圖1所示），被陜西省列為鋼結(jié)構(gòu)橋梁示范項(xiàng)目。

圖1 鋼板-混凝土組合梁斷面圖

主梁采用Q345qDNH（耐候鋼）工字型直腹板鋼板組合梁，鋼板梁標(biāo)準(zhǔn)間距為6.7m,主梁高度1.8m,主梁間焊接橫梁加強(qiáng)橫向聯(lián)系[2]，跨內(nèi)小橫梁縱向間距7m。混凝土行車道板采用橫向全寬預(yù)制，設(shè)置橫向預(yù)應(yīng)力，預(yù)制板橫向板長(zhǎng)12.5m，縱向板寬2.8m，承托處板厚0.4m，懸臂處板厚0.22m，鋼梁之間板厚0.27m，混凝土行車道板和鋼板梁采用集束式剪力釘連接,行車道板與行車道板采用0.7m寬現(xiàn)澆混凝土連接。

3 施工關(guān)鍵技術(shù)

3.1 鋼梁加工與組裝

鋼梁制作采用“鋼板→桿件（單片鋼板梁）→現(xiàn)場(chǎng)拼裝（吊裝節(jié)段）→橋位連接”的生產(chǎn)環(huán)節(jié)和組織模式。鋼梁頂板、底板和腹板在工廠內(nèi)下料，并焊接成長(zhǎng)度為10m、14.5m、15.3m三種工字型主梁節(jié)段，運(yùn)輸至拼裝現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行吊裝梁段制作，架設(shè)到橋位后進(jìn)行焊接成聯(lián)。

3.1.1 廠內(nèi)加工

鋼板進(jìn)場(chǎng)復(fù)驗(yàn)合格后通過(guò)輥板機(jī)矯平，以達(dá)到鋼板整平和消除軋制殘余應(yīng)力的目的。利用軟件根據(jù)施工圖計(jì)算建模，將設(shè)計(jì)圖轉(zhuǎn)化為制造詳圖，采用數(shù)控切割機(jī)精準(zhǔn)切割鋼板下料，實(shí)現(xiàn)鋼板梁加工預(yù)拱度、平面曲線及橫縱坡等連續(xù)變化要求[3]。對(duì)于不等厚的焊接邊或精度要求高的板件采用刨邊機(jī)、銑邊機(jī)進(jìn)行機(jī)加工對(duì)接坡口，其它焊接邊采用火焰精密切割加工鋼板對(duì)接坡口。

3.1.2 現(xiàn)場(chǎng)吊裝節(jié)段制作

吊裝節(jié)段的現(xiàn)場(chǎng)制作包括拼裝作業(yè)和焊接作業(yè)兩個(gè)工序[4]。拼裝作業(yè)以鋼梁線型控制、焊縫間隙與錯(cuò)臺(tái)量為施工控制重點(diǎn)，首先以縱梁腹板中心線為組裝基線，將首片工字型主梁按制造線形擺放在專用胎架上定位，然后以縱梁腹板中心線為準(zhǔn)在胎架上調(diào)整出下蓋板拱度并依次擺放工字型主梁節(jié)段，調(diào)整組裝線型、組裝間隙和焊接錯(cuò)臺(tái)量。測(cè)量高程、橫向尺寸、縱向線形等滿足要求后進(jìn)行固定。

3.2 行車道板制作關(guān)鍵控制

行車道板與行車道板之間采用70cm寬的現(xiàn)澆濕接縫進(jìn)行連接，在濕接縫處預(yù)制行車道板外伸預(yù)留60cm縱向主筋搭接焊連接，縱向主筋設(shè)計(jì)為φ22和φ28兩種型號(hào)，每道濕接縫搭接接頭206個(gè)，全橋共計(jì)約70多萬(wàn)個(gè)，具有鋼筋直徑大、搭接數(shù)量多的特點(diǎn)，同時(shí)該橋多處于平曲線上，導(dǎo)致縱向主筋搭接存在一定角度，為精準(zhǔn)搭接保證焊接質(zhì)量增加了施工難度。行車道板與鋼板梁之間采用集束式剪力釘群連接，即在預(yù)制行車道板時(shí)預(yù)留剪力釘槽口，在行車道板架設(shè)完成后進(jìn)行混凝土澆注，實(shí)現(xiàn)行車道板與鋼梁的連接，每塊行車道板對(duì)應(yīng)剪力釘180顆，每孔梁1800余顆，為保證連接質(zhì)量，在施工中既不允許切斷主筋也不允許切斷剪力釘，必須保證預(yù)制行車道板與剪力釘集束的匹配性。為保證行車道板精細(xì)生產(chǎn)，確保施工精度，行車道板在現(xiàn)場(chǎng)預(yù)制廠集中預(yù)制，工廠化作業(yè)，以濕接縫預(yù)留鋼筋的精準(zhǔn)對(duì)接、剪力釘集束與行車道板匹配對(duì)位為控制重點(diǎn)進(jìn)行研究。

3.2.1 預(yù)留鋼筋的精準(zhǔn)對(duì)接

行車道板鋼筋全部采用數(shù)控設(shè)備加工，在專用胎架上定位綁扎成型，整體吊裝入模。相鄰兩塊行車道板的模板間距與設(shè)計(jì)濕接縫等寬，鋼筋骨架吊裝入模后進(jìn)行整體微調(diào)并利用端模進(jìn)行固定，形成了在鋼筋加工、綁扎成型和混凝土澆注施工過(guò)程中就全面按照架設(shè)完成后的狀態(tài)進(jìn)行控制，以保證預(yù)留鋼筋匹配對(duì)接、錯(cuò)縫對(duì)齊（如圖2所示）。

圖2 預(yù)留鋼筋對(duì)接效果

3.2.2 剪力釘集束與行車道板匹配對(duì)位

在專用鋼筋綁扎胎架對(duì)應(yīng)鋼板梁剪力釘集束處模擬安裝剪力釘集束群，以模擬安裝的剪力釘束群為基準(zhǔn)進(jìn)行預(yù)留槽口鋼筋精準(zhǔn)定位，對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)板按此控制即能保證其匹配性（如圖3所示），對(duì)于端頭板（橋梁伸縮縫處行車道板）和加長(zhǎng)板（小曲線處行車道板）需要根據(jù)橋梁曲線半徑和剪力釘間距進(jìn)行模擬計(jì)算，根據(jù)計(jì)算值對(duì)鋼筋位置進(jìn)行微調(diào)（460m平曲線半徑的條件下為26mm），實(shí)現(xiàn)匹配對(duì)位。

圖3 安裝效果圖

3.3 鋼梁與行車道板架設(shè)

根據(jù)西鄉(xiāng)涇洋河特大橋橋梁規(guī)模大、長(zhǎng)度長(zhǎng)、現(xiàn)場(chǎng)地形狹窄及平曲線變化多的特點(diǎn)，綜合比較吊車吊裝、頂推施工和架橋機(jī)架設(shè)三種施工方法，該橋選用了利用架橋機(jī)“兩架一鋪”的方法進(jìn)行鋼板-混凝土組合梁架設(shè)施工，鋼板-混凝土組合梁架設(shè)流程如下。

步驟一：利用龍門吊在已經(jīng)架設(shè)完成的基礎(chǔ)聯(lián)橋面上進(jìn)行架橋機(jī)拼裝，完成后整體前移，橋機(jī)就位。

步驟二：采用4臺(tái)膠輪運(yùn)梁車運(yùn)送第1跨鋼梁節(jié)段至架橋機(jī)尾部進(jìn)行喂梁。

步驟三：鋼梁按照設(shè)計(jì)吊點(diǎn)捆綁牢固后，架橋機(jī)兩臺(tái)天車同步前移至安裝橋位處，調(diào)整鋼梁姿態(tài)（縱坡、縱向及橫向位置），落梁。

步驟四：完成鋼梁支座固定后，架設(shè)中支墩頂處橋面板（標(biāo)準(zhǔn)板兩塊），前移架橋機(jī)過(guò)孔。運(yùn)梁車運(yùn)送第2跨鋼梁節(jié)段進(jìn)行喂梁作業(yè)。

步驟五：進(jìn)行第2跨鋼梁節(jié)段架設(shè)，調(diào)整鋼梁姿態(tài)后與第1孔鋼梁節(jié)段對(duì)接，焊接第1、2跨鋼梁節(jié)段環(huán)縫。

步驟六：第1、2跨鋼梁節(jié)段環(huán)縫焊接固定并在焊縫檢測(cè)合格后，架橋機(jī)脫鉤。利用兩臺(tái)運(yùn)梁車運(yùn)送行車道板至架橋機(jī)尾部，利用架橋機(jī)進(jìn)行第1跨行車道板架設(shè)。行車道板通過(guò)架橋機(jī)旋轉(zhuǎn)吊具完成空中90°旋轉(zhuǎn)后落板就位。

步驟七：第1跨行車道板架設(shè)完成后,架設(shè)中支墩頂處橋面板（標(biāo)準(zhǔn)板兩塊），架橋機(jī)前移過(guò)孔，運(yùn)梁車運(yùn)送第3跨鋼梁節(jié)段至橋機(jī)喂梁。

步驟八：第3跨鋼梁節(jié)段架設(shè)，調(diào)整鋼梁姿態(tài)后與第2孔鋼梁節(jié)段對(duì)接，焊接第2、3跨鋼梁節(jié)段環(huán)縫。

步驟九：第2、3跨鋼梁節(jié)段環(huán)縫焊接固定并在焊縫檢測(cè)合格后，架橋機(jī)脫鉤，利用運(yùn)梁車運(yùn)送行車道板，架橋機(jī)進(jìn)行第2跨行車道板架設(shè)。

按此工序循環(huán)作業(yè)，形成“兩架一鋪”程序。此種施工工藝需要對(duì)架橋機(jī)進(jìn)行以下適應(yīng)性改造：對(duì)架橋機(jī)進(jìn)行加長(zhǎng)，以滿足兩孔梁架設(shè)條件，該橋每孔長(zhǎng)35m，加上滿足架橋機(jī)過(guò)孔和喂梁要求，架橋機(jī)總長(zhǎng)設(shè)為88m；加寬兩主桁架間距和加長(zhǎng)行走天車寬度，滿足架設(shè)鋼梁寬度要求，本橋鋼板梁外翼緣之間最大寬度7.9m，加之小曲線影響寬度，架橋機(jī)兩主桁架間距和行走天車寬度設(shè)為12.2m；兩個(gè)中支腿進(jìn)行微調(diào)式改造，滿足小曲線半徑鋼梁架設(shè)過(guò)程中的調(diào)姿；為保證鋼板梁由孔成聯(lián)的焊接環(huán)縫設(shè)在0彎矩處（環(huán)縫外設(shè)于距支座中心線5m處），架橋機(jī)前支腿改為立柱式支撐，取消前支腿下的橫移軌道[5]。

4 結(jié)束語(yǔ)

鋼板-混凝土組合梁橋作為近年使用的新型結(jié)構(gòu)，目前國(guó)內(nèi)建造較少，西鄉(xiāng)涇洋河特大橋鋼板-混凝土組合梁施工的工程實(shí)例,首次將這種新型鋼混組合結(jié)構(gòu)大規(guī)模用于山嶺重丘區(qū)，平曲線半徑極限用至460m，擴(kuò)大了鋼板組合梁的應(yīng)用范圍，充分發(fā)揮鋼結(jié)構(gòu)橋梁工廠化制造、現(xiàn)場(chǎng)裝配式施工的優(yōu)點(diǎn)，其施工關(guān)鍵技術(shù)和工藝為以后類似橋梁的施工積累了可復(fù)制的經(jīng)驗(yàn)。