鋼-混凝土組合梁施工方案技術研究

常賀CHANG He；趙忠會ZHAO Zhong-hui；沈逢春SHEN Feng-chun；裴存棟PEI Cun-dong

（中電建路橋集團有限公司，北京 100048）

0 引言

隨著“交通強國”戰略的提出，我國交通基礎設施建設蓬勃發展。截止2022 年末，我國公路橋梁103.32 萬座、8576.49 萬延米，比上年末分別增加7.20 萬座、1196.27 萬延米，其中特大橋8816 座、1621.44 萬延米，大橋15.96 萬座、4431.93 萬延米[1]。鋼-混凝土組合梁是在鋼結構和混凝土結構的基礎上發展起來的一種新型結構形式[2]，具有強度高、韌性好、重量輕、抗震性能好等特點[3]。因而在大跨、多跨橋梁施工中，備受青睞，如：上海長江大橋非主通航孔橋采用的是85+5×105m+90m 連續組合梁[4]，杭州九堡大橋主梁采用的是3×85m 的連續組合梁[4]。

目前，眾多工程技術人員針對大跨徑鋼-混凝土組合梁結構設計優化及施工方案開展了研究。李航[2]以新平河特大橋鋼混組合梁施工項目為具體研究案例，探究了大跨徑鋼-混凝土組合梁橋施工的關鍵技術。文輝[5]以江北東高速公路橋梁工程為背景，從混凝土收縮裂縫控制、主梁線形控制等方面分析了鋼混組合梁施工技術。針對杭州繞城高速公路大橋大跨度梁式鋼混組合梁施工，蔣愷[6]總結了鋼混組合梁分段安裝、頂升、多次疊合等關鍵施工技術。韓金豹[7]以某公軌合建跨江通道項目非通航孔引橋為背景，探討了大跨徑連續鋼-混凝土組合梁橋的方案設計。

本文依托某新建高速公路項目木廠澗排洪溝特大橋工程，從鋼梁制作、橋梁面板施工等方面總結了50m 跨徑鋼-混凝土組合梁施工技術，以期指導后續類似工程施工。

1 工程概況

木廠澗排洪溝特大橋，如圖1，鋼結構部分為50m 鋼-混凝土組合梁，單幅橋面寬16.5m，主梁采用3 片槽型鋼梁，與混凝土橋面板組合形成鋼混組合梁，兩片槽型組合梁的間距為3.0m，每片槽型梁寬度為2.6m。槽型鋼梁頂面形成2%橫坡，底面水平，跨中處鋼梁中心梁高2.7m，3 片鋼梁同高，橫坡由墊石及蓋梁調整。槽型鋼梁頂、底板為等寬變厚度鋼板，頂板寬700mm，底板寬2600mm；頂、底板厚度分別為28mm 和22mm。腹板為等厚度鋼板，厚度為16mm。為提高其整體和局部穩定性，腹板設置橫向加勁肋和縱向加勁肋。槽型鋼梁內設實腹式橫隔板，橫隔板標準間距5.0m。橫隔板設置一定數量的水平、豎向加勁肋以提高橫隔板穩定性。跨中橫隔板不設上下翼緣，與橋面板分離，板厚12mm；中間設人孔。端支點橫隔板設上翼緣，通過剪力釘與橋面板連接，板厚20mm。橫隔板之間的腹板設橫向加勁肋，間距1.65m、1.7m，板厚12mm。槽型梁之間設橫梁加強橫向聯系，橫梁標準間距為5.0m，采用焊接工字型截面。端橫梁頂板厚度為20mm，底板厚度為16mm，腹板厚度為16mm；跨間設置小橫梁，高度為1.36m，其頂板、底板和腹板厚度均為12mm；橫梁與主梁焊接。

圖1 主橋平面圖示意圖

2 鋼梁制作及吊耳強度驗算

2.1 鋼梁制作

①采用鋼板矯平機，進行鋼板矯平，矯平的目的是保證鋼板的平整度及消除鋼板軋制過程中的應力，確保產品制造精度。所有鋼材經復驗合格后才能投入預處理工序。鋼板在鋼材預處理流水線上完成拋丸處理將表面油污、氧化皮、鐵銹以及灰塵等雜物清除干凈并噴涂車間底漆，除銹等級為Sa 2.5 級，噴涂車間底漆一道，漆膜干膜厚度25μm。②鋼箱梁單元化制造。分為頂、底板單元件制造；腹板單元件制造；隔板單元件制造；梁塊體單元件制造；隔板塊體單元件制造；橫梁塊體單元件制造。

2.2 鋼梁吊裝技術研究

2.2.1 吊耳強度

查《鋼結構設計規范》（GB50017-2003）：吊耳許用拉應力[σ]=295MPa，吊耳許用剪應力[τ]=170MPa。

參照《設備吊耳》（HG/T21574-2018），驗算過程如下：

計算吊耳豎向載荷：

式中：荷載重量G—34000/4=8500kg；重力加速度g—9.8m/s2；動載綜合系數K 為1.65。

計算吊耳水平載荷：

式中：鋼絲繩仰角α—60°。

計算吊耳吊索方向載荷：

計算吊耳徑向彎矩：

式中：L—吊耳孔中心線至墊板中心的距離，120mm。

計算吊耳板吊索方向的最大拉應力：

式中：R—吊耳板端部的圓弧，100mm；D—吊耳板中心孔直徑，60mm；S—吊耳耳板厚度，20mm。

計算吊耳板吊索方向的最大剪應力：

經計算得出：σ＜[σ]，τ＜[σ]，因此，所選用吊耳結構強度符合要求。

2.2.2 驗算吊耳焊縫強度

參照《設備吊耳》（HG/T21574-2018），驗算過程如下：

角焊縫面積：

式中：L—吊耳孔中心線至墊板中心的距離，120mm；R—吊耳板端部的圓弧，100mm；S—吊耳耳板厚度，20 mm。

角焊縫的拉應力：

角焊縫的剪應力：

角焊縫的彎曲應力：

組合應力：

角焊縫許用應力為0.7×[σ]=206.5MPa，經計算得出：σab＜0.7×[σ]，因此所選用吊耳焊縫強度符合要求。（如圖2所示）

圖2 吊耳示意圖

2.3 鋼箱梁安裝及橫梁施工技術研究

2.3.1 鋼箱梁安裝注意事項

①吊裝前將吊機吊桿長桿伸到鋼箱梁分段就位時所需的工作半徑，以避免起吊時長桿及回轉半徑較大與橋墩碰撞，吊機從運輸車上將構件起吊至安裝高度，再進行回轉，回轉時用?20mm 白棕繩拉好，避免箱梁與橋墩等相撞，就位時緩慢回鉤，回鉤時箱梁就位要盡量靠近預先投射的測量控制點，再利用倒鏈及千斤頂進行就位，松鉤前將臨時定位卡固定好，控制好橋梁線型，盡量減少二次找正時較大的位移量。②回鉤時注意應緩慢將構件擺放在支撐體系上，調整每一分段的標高和軸線，直至滿足設計要求。后續梁段安裝方法以此類推。③吊裝前的準備工作做好，特別是每一分段的橫向和縱向分段處的定位軸線要在支撐體系做好標識，并安裝好梁段。吊裝時梁段應嚴格按標識就位。④箱梁工地焊接應嚴格按照焊接工藝要求執行。確保焊接質量，控制焊接變形。⑤鋼箱梁吊裝時應確保分段四個吊點的均勻受力，可以用10t 倒鏈進行輔助調節。⑥鋼箱梁找正完畢后，需進行再次測量，以確保各鋼箱梁線型控制準確無誤。安裝尺寸、標高、線形等經核準后方可進行橫梁安裝工作。

2.3.2 橫梁施工技術

分段施工時，主梁與橫梁之間的焊接需布置施工平臺，以供施工人員進行焊接作業。施工平臺采用?16 鋼筋制作成掛籃，如圖3，掛籃上部搭接于主梁底板上，中間用鋼筋與箱梁腹板連接，增強穩定性以及剛性。下部搭設木跳板連接成通道，以此作為施工平臺和通道，以供施工人員行走及施工。

圖3 掛籃布置示意圖

作業平臺施工要求：①作業平臺搭設時需由專職安全員指揮、看護，劃定警戒區，設立警示標志。②作業平臺應固定牢固，不得晃動，焊接位置不得有缺陷，焊接完成后應由質檢人員對焊接質量進行檢查。③作業平臺使用過程中應由專人定期進行檢查，若發現問題需及時掛上警示牌并上報處理，待處理完畢重新檢查沒有問題后，方可重新使用。

3 涂裝施工研究

3.1 焊縫部位涂裝

焊縫接頭部位兩側50mm 范圍內不涂裝，待焊接完畢后再進行補涂。①表面凈化；用稀釋劑擦洗清除油污，保證表面清潔、干燥。②機械打磨；采用鏟刀或砂輪打磨機清除焊渣、焊豆等飛濺物，并對焊縫缺陷部位進行修整打磨，粗糙焊縫打磨勻順。③除銹；銹蝕部位采用噴砂除銹或手工機械除銹。若底涂層為電弧噴鋅時，必須采用噴砂除銹；若底涂層為涂膜鍍鋅時，可采用手工機械除銹St 3 級。④補涂；補涂應在表面處理檢查合格后4 小時內完成，可采用刷涂、輥涂或噴涂，按所在部位涂裝體系逐層進行補涂。

3.2 涂層損傷部位修補

破損部位防腐涂裝修補施工在節段拼裝成橋后進行，如圖4 為涂層損傷部位打磨形態示意圖。①除油，清除破損處表面的污物，使用稀釋劑清洗油污。②打磨和除銹，涂層僅面漆和中間漆受損，損傷未涉及底層時，可使用0#砂紙對折揉搓掉粗大砂粒后，輕微打磨破損處外露的底漆涂層和周邊一定范圍的中間漆和面漆涂層。砂紙打磨油漆涂層要有層次，邊緣呈平滑過渡的斜坡。③補涂裝，清除打磨粉塵后，使用毛刷蘸取稀釋劑對打磨區域油漆涂層進行活化，然后按該部位涂裝體系逐層進行補涂。熱噴涂可采用電弧噴涂或火焰噴涂，油漆涂裝可使用刷涂或輥涂，厚度以滿足工藝要求為準。

圖4 涂層損傷部位打磨形態示意圖

3.3 第二道面漆涂裝

在大橋全部建成即所有焊縫處理結束后，對整橋進行第二道面漆涂裝。由于第一道面漆在長時間放置后表面受到鹽霧、灰塵、油污等多方面污染。因此第二道面漆涂裝前的重點工作是做好表面凈化處理，即去除鋼結構件外表面污物并進行拉毛和活化，以保證面漆結合力和外觀美觀。

4 橋梁面板施工

4.1 橋梁面板預制

為了保證混凝土外觀質量，模板采用鋼模，預制橋面板模板采用底模與側模分離式；模板面與各連接處加工采用數控機床精加工，其加工精度為0.1~0.2mm，確保模板精度誤差不大于橋面板尺寸公差的1/2，板縫中均嵌入固定式彈性嵌縫條，保證不漏漿和影響梁體美觀。采用插入式振搗棒進行振搗，嚴格控制振動頻率、時間、振幅，確保混凝土質量。混凝土橋面板一次澆筑成型，振動出現表面明顯有浮漿并不再有氣孔泛出，結束后對表面進行抹平。橋面板在預制區養護采用小型蒸汽發生器蒸汽養護。

4.2 橋梁面板控制措施

①鋼梁安裝時應嚴格控制安裝偏差，做好鋼梁高程、平面位置等驗收工作，同時嚴格控制橋面板預制時精度。橋面板吊裝前，采用全站儀或水準儀檢測、校核鋼板梁的尺寸和高程，按照設計圖紙及安裝監控指令確定每塊橋面板的具體位置，并用墨斗彈線標明做好定位線標識。②安裝時，當橋面板位于正上方落至鋼板梁頂10cm 時，反復調整面板姿態，對準放樣點標志線，直至準確對位后，平穩下放確保橋面板平穩，不出現翹動現象。③橫向偏位錯臺控制：為控制面板橫向位移產生較大錯臺，就位時除對準中線外，同時根據基座寬度尺寸，采用∠75×75mm 角鋼加工小型限位工裝，將工裝安裝于已就位面板基座并與其端頭對齊，限位角鋼與面板外側面齊平，面板沿工裝限位邊下落就位，避免面板橫向錯臺。如若出現橫向錯臺，可適當調整濕接縫鋼筋的間距，以此來調整橫向錯臺。④豎向錯臺控制：由于鋼梁安裝后其標高的不易調節，且與設計標高存在一定誤差，導致橋面板安裝時部分存在豎向錯臺，故提前制作1～2mm 環氧砂漿墊片（44cm），如就位后兩側基座仍有錯臺，根據錯臺高差量采用相應的厚度成品環氧砂漿及時在原砂漿終凝前支墊調整。⑤橋面板從吊裝至拼裝的全過程中，測量組全程對橋面板的平面位置、平整度、相鄰板高差、濕接縫寬度等進行監控量測，保證預制橋面板拼裝偏差滿足設計規范要求。⑥相鄰匹配板貼合控制：采用槽鋼加工的矩形擠緊小型工裝，寬30cm×長150cm，置于相鄰板U 型吊環處，一端與待架板環形鋼筋緊密接觸，另一端套住已裝板環形鋼筋，并在環形鋼筋與工裝端部之間置于5 噸千斤頂，在橋面板就位前（離鋼梁頂面約2cm）時，相鄰板若有縫隙，采用千斤頂擠緊，或者用5 噸的手抓葫蘆使待架板向已安裝板移動、貼合，確保相鄰板無縫安裝。

5 結論

木廠澗特大橋50m 跨徑鋼-混凝土組合梁施工技術復雜，包括鋼梁制作、鋼梁吊裝、吊耳強度驗算、面漆涂裝、面板施工等工序。基于施工完成后的監測數據實時反饋，根據相關規范《公路工程質量檢驗評定標準》（JTG F80/1-2017），本文50m 跨徑鋼-混凝土組合梁施工工藝保證了工程質量以及施工安全，可為后續類似工程提供指導。