紅蓮大橋鋼混結(jié)合段施工工藝與質(zhì)量控制研究

林 章

（廣州市南沙區(qū)建設(shè)工程質(zhì)量安全監(jiān)督站，廣州 511457）

鋼混結(jié)合段是紅蓮大橋的關(guān)鍵部位，施工難度較大。本文旨在介紹鋼混結(jié)合段的施工難點(diǎn)和關(guān)鍵工藝，并提出相應(yīng)的施工質(zhì)量控制方法。

1 工程概況

紅蓮大橋位于廣東省廣州市南沙區(qū)，采用雙塔雙索面混合梁斜拉橋型。主橋?yàn)椋?2+104+580+104+62）m雙塔斜拉橋，全長912 m，如圖1 所示。主橋縱斷面位于±4%的人字坡上，邊坡點(diǎn)位于主跨的中間位置，主線平面為直線。主梁由混凝土箱梁和鋼箱梁組成。混凝土箱梁位于萬頃沙側(cè)和龍穴島側(cè)，長度為176 m。箱梁寬度從輔助墩開始逐漸變窄，萬頃沙側(cè)從48 m 漸變到35.5 m，龍穴島側(cè)保持全寬35.5 m，中心梁高為3.52 m。鋼箱梁位于主跨方向，采用正交異性板PK 箱斷面，梁中心線處內(nèi)輪廓高為3.5 m，橋面寬度為35.5 m，全寬為40.5 m（含風(fēng)嘴及分流板）。鋼混結(jié)合段是鋼箱梁與混凝土梁的連接點(diǎn)，全長9.45 m，包括2 m 長的鋼混結(jié)合段和2.75 m 混凝土梁加強(qiáng)段、4.7 m 鋼箱梁加強(qiáng)段。鋼混結(jié)合段施工質(zhì)量直接關(guān)系到全橋的剛度過渡段平順性及應(yīng)力傳遞的可靠性。

圖1 主橋箱梁立面示意圖

2 鋼混結(jié)合段施工難點(diǎn)

①鋼混結(jié)合段所處位置周邊環(huán)境復(fù)雜，搭設(shè)支架難度較大。結(jié)合段所處位置地質(zhì)條件差，導(dǎo)致支架設(shè)計(jì)及施工難度很大。②鋼混凝土結(jié)合段重247.3 t，梁頂距地面25.2 m，吊裝定位十分困難。地形狹窄，起重機(jī)占用空間有限，鋼混凝土結(jié)合段作為鋼箱梁拼裝的起點(diǎn)，對結(jié)構(gòu)尺寸和定位精度有高要求。③鋼混凝土節(jié)點(diǎn)截面結(jié)構(gòu)復(fù)雜，焊接結(jié)構(gòu)難度大。模板內(nèi)部結(jié)構(gòu)狹窄、復(fù)雜，焊接質(zhì)量必須高。剛度過渡段的頂板和底板焊接，以增加T 肋結(jié)構(gòu)的高度。鋼錨箱內(nèi)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，作業(yè)空間狹窄，焊接質(zhì)量要求較高。④鋼混凝土結(jié)合段的配合比設(shè)計(jì)和補(bǔ)償收縮混凝土施工難度大。鋼網(wǎng)室內(nèi)填充混凝土，確保力傳遞平穩(wěn)，澆注質(zhì)量要求高。鋼混凝土節(jié)點(diǎn)截面是特殊受力部位，混凝土需具備補(bǔ)償收縮性能和良好性能。設(shè)計(jì)接縫段混凝土配合比需多次試拌。鋼網(wǎng)間距狹窄，補(bǔ)償收縮混凝土的振動密實(shí)度是施工過程中的難點(diǎn)。

3 鋼混結(jié)合段關(guān)鍵施工工藝

3.1 水中鋼管樁施工工藝

根據(jù)現(xiàn)場地質(zhì)條件，計(jì)算鋼管樁的理論入土深度。若現(xiàn)場地質(zhì)條件特殊，現(xiàn)場技術(shù)人員應(yīng)重新調(diào)整樁深。水中鋼管樁按摩擦樁進(jìn)行設(shè)計(jì)，最終貫入校核主要用于插入和打入，并以樁的設(shè)計(jì)長度作為校準(zhǔn)參考。如果鋼管樁達(dá)到設(shè)計(jì)樁長但貫入不正確，則需連續(xù)打樁。為防止沉樁時(shí)出現(xiàn)“假極限”或“吸入”現(xiàn)象，應(yīng)將錘子暫停一段時(shí)間再重新打入。

3.1.1 導(dǎo)向架配合全站儀精確定位

汽車起重機(jī)將鋼管堆放入導(dǎo)向架切口內(nèi)，并調(diào)整鋼管堆的垂直度。測量人員用全站儀粗略測量樁的位置，并駕駛汽車起重機(jī)將鋼管樁移至指定位置。使用全站儀對鋼管樁進(jìn)行精確定位。

3.1.2 振動下沉

樁的位置和垂直度確定后，應(yīng)啟動振動器，每次振動的時(shí)間不應(yīng)超過10~15 min。在下沉過程中應(yīng)連續(xù)進(jìn)行，不可中途停頓或間隔較長時(shí)間。

3.1.3 樁接續(xù)

當(dāng)樁打入地下，導(dǎo)架施工平臺高度達(dá)到0.5~1.0 m時(shí)，拆除振動器繼續(xù)打樁。檢查后將樁與樁焊接并繼續(xù)打樁直至達(dá)到設(shè)計(jì)深度。在進(jìn)行樁接續(xù)時(shí)，應(yīng)留出適當(dāng)?shù)慕永m(xù)高度，并清除對焊接有害的附著物。

3.1.4 控制打入精度

管樁縱橫向偏差不應(yīng)超出D/5，樁的傾斜度應(yīng)小于全長的1/100。

3.1.5 鋼管樁頂切割

切割時(shí)應(yīng)嚴(yán)格控制標(biāo)高，使樁頂標(biāo)高符合臨時(shí)支架設(shè)計(jì)要求，且管端面能和蓋板緊貼密實(shí)。

3.2 鋼混結(jié)合段鋼梁吊裝施工工藝

為防止起重過程中發(fā)生碰撞，吊具、屬具和機(jī)器必須具有足夠的安全性，以防止發(fā)生事故。E 類梁段吊點(diǎn)布置圖如圖2 所示。

圖2 E 類梁段吊點(diǎn)平面布置圖

①浮吊進(jìn)場拋錨定位，保證航道通航。②掛鉤。③進(jìn)行試吊，包括負(fù)荷試驗(yàn)和回落試驗(yàn)，觀察梁段是否水平穩(wěn)定，確認(rèn)浮吊機(jī)械性能正常。④緩慢升起吊點(diǎn)，用繩子纏繞電纜，防止元件旋轉(zhuǎn)并到達(dá)設(shè)計(jì)標(biāo)高1 m的位置后停止，觀察支架情況。⑤保持提升機(jī)構(gòu)穩(wěn)定，用纜繩纏繞繩拉動物品旋轉(zhuǎn)，待物品進(jìn)入升降機(jī)內(nèi)，支架上方時(shí)停止，初步定位。⑥緩慢將梁段放置于支架上，確保落梁精確就位。⑦松開連接鋼絲繩與梁段的卸扣，緩慢升起吊鉤，將鋼絲繩垂直提起。

3.3 鋼混結(jié)合段鋼箱梁焊接施工工藝

3.3.1 工地拼裝焊接前準(zhǔn)備工作

焊接前，調(diào)整面板表面高差，使其符合焊接工藝要求的偏差范圍。焊接前必須清除焊接區(qū)域的有害物質(zhì)，使表面具有金屬光澤。

3.3.2 臨時(shí)連接

鋼梁加工時(shí)，在每節(jié)鋼梁兩頭的對接接頭處設(shè)置了匹配件，使用鋼板制作。鋼梁吊裝到支架頂時(shí)，使用螺栓將鋼梁定位，使用100 t 手動千斤頂調(diào)節(jié)高度。調(diào)整完畢后，進(jìn)行臨時(shí)焊接，采用220 mm×150 mm×16 mm 的加強(qiáng)板進(jìn)行臨時(shí)焊接。每根鋼梁的接頭處焊有16 根加強(qiáng)筋，加強(qiáng)筋與鋼梁雙面滿焊，焊縫高度不應(yīng)小于8 mm。每段鋼梁臨時(shí)焊接完成后，才能進(jìn)行下一段鋼梁的安裝。

3.3.3 橋上焊接施工準(zhǔn)備

針對焊縫，制定專門的焊接工藝；根據(jù)橋梁焊接工程總數(shù)和施工進(jìn)度要求，配置足夠功率的焊接電源；配電設(shè)備、焊接設(shè)備、通風(fēng)除塵設(shè)備、防風(fēng)腳手架、除銹機(jī)、氣刨工具、火焰切割工具、防水防潮設(shè)備和焊材烘干機(jī)等所需施工設(shè)備的安裝與調(diào)試，并指定專職人員維護(hù)和管理；搭建臨時(shí)工作平臺；提前購買并復(fù)核所需的焊接材料；建立健全施工現(xiàn)場責(zé)任制、橋梁系統(tǒng)安全及電力系統(tǒng)、通風(fēng)除塵系統(tǒng)等規(guī)章制度，建立用電安全告示及裝置，確保施工安全。

3.3.4 鋼箱梁焊縫焊接

梁段吊裝就位后進(jìn)行梁段線形的調(diào)整，滿足線形要求后，連接匹配件進(jìn)行梁段的焊接工作。

3.4 鋼混結(jié)合段混凝土施工工藝

3.4.1 配合比設(shè)計(jì)及優(yōu)化

鋼混結(jié)合段采用強(qiáng)度為C60 的鋼纖維自密實(shí)混凝土，具有大流變、低收縮、高韌性的特性，難以設(shè)計(jì)和施工補(bǔ)償收縮混凝土的配合比。鋼混凝土接頭截面是特殊的受力部位，要求混凝土具備補(bǔ)償收縮和良好性能。因此，節(jié)點(diǎn)段的混凝土配合比設(shè)計(jì)需進(jìn)行反復(fù)試配和驗(yàn)證。根據(jù)試驗(yàn)混凝土的和易性、強(qiáng)度、斷裂韌性、收縮、延性、耐久性等性能，混凝土配合比方案見表1。

表1 鋼混凝土結(jié)合部段C60 鋼纖維自密實(shí)混凝土配合比

3.4.2 混凝土拌制

混凝土攪拌過程中，先將骨料、水泥纖維和礦物摻合料混合，然后加水和外加劑攪拌均勻。進(jìn)入機(jī)器的水泥溫度不應(yīng)超過55 ℃。攪拌時(shí)間根據(jù)配合比和設(shè)備條件確定，鋼-混凝土接縫截面不應(yīng)短于120 s。原材料按配合比精確稱量，允許最大偏差：膠凝材料±1%、外加劑±1%、骨料±2%、拌合用水±1%。混凝土攪拌前測定骨料含水率，根據(jù)天氣變化調(diào)整配合比。

3.4.3 混凝土運(yùn)輸

混凝土運(yùn)輸時(shí)使用罐車，進(jìn)場后核對送貨單上的強(qiáng)度等級和檢測坍落度，滿足要求后才能使用。

3.4.4 混凝土澆筑

混凝土澆筑時(shí)選擇10～20 ℃環(huán)境溫度，避免冬夏施工。使用振動器確保密實(shí)。澆筑前檢查支架、模板和預(yù)埋件。控制坍落度、含氣量、入模溫度和模板表面溫度，保證耐久性。底板、腹板和頂板用振搗棒振搗。關(guān)鍵部位特別注意振搗。控制頂板高度，進(jìn)行收漿抹面。底板和頂板的收漿抹面注意泄水孔和平整度。

3.4.5 混凝土養(yǎng)護(hù)

混凝土澆筑后立即進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，保持濕潤。梁體混凝土需帶模養(yǎng)護(hù)一段時(shí)間，用水保濕保溫。拆模前要等混凝土強(qiáng)度達(dá)標(biāo)，拆模后要保持濕潤，防止溫度變化引起開裂。加強(qiáng)對溫度的監(jiān)控，防止溫差過大造成損害。

4 鋼混結(jié)合段施工質(zhì)量控制

4.1 水中鋼管樁施工質(zhì)量控制

①檢查樁位和垂直度。②先振動1~2 min，再調(diào)整平面位置和傾斜度，然后插打。③檢查傾斜度，發(fā)現(xiàn)傾斜及時(shí)調(diào)整，必要時(shí)停止下沉，采取其他措施糾正。④觀察貫入度，遇到困難停振分析原因，禁止強(qiáng)振久振損壞樁錘。⑤支架沉降處理措施：沉降監(jiān)測貫穿整個(gè)施工過程，通過監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)得出支架操墊抬高的梁度值。若在施工過程中或體系轉(zhuǎn)換前支架局部發(fā)生超過預(yù)期的沉降，應(yīng)立即暫停施工，分析沉降原因。檢查支撐點(diǎn)是否牢固，防止偏載造成局部管樁受力過大。對沉降點(diǎn)可以計(jì)算承載力，通過改變操墊位置和增減支撐點(diǎn)實(shí)現(xiàn)荷載重新合理分配，減輕沉降點(diǎn)支架的荷載，然后用千斤頂頂起沉降點(diǎn)鋼梁，用鋼板重新操墊固定。此外，加固連接沉降點(diǎn)和附近支架，形成整體受力。

4.2 鋼混結(jié)合段鋼梁吊裝施工質(zhì)量控制

4.2.1 梁下緣軸線控制

在臨時(shí)支架頂部和吊裝段端部的下緣打好控制軸線，將鋼箱梁逐步向梁軸線移動，當(dāng)?shù)跹b段下緣的軸線與臨時(shí)支架頂部的軸線相吻合時(shí)，放下梁段。

4.2.2 梁頂軸線控制

在鋼箱梁拼裝時(shí)，在梁頂背面軸線處做好標(biāo)識，并在側(cè)面固定限位支架。安裝鋼箱梁節(jié)段時(shí)，通過全站儀觀察測量點(diǎn)位置是否位于軸線上，調(diào)整梁軸線，使鋼箱梁緊貼限位支架，直至與設(shè)計(jì)軸線重合。在鋼箱梁安裝完成后，若發(fā)現(xiàn)偏位，可通過螺旋千斤頂調(diào)整軸線。

4.2.3 標(biāo)高控制

通過臨時(shí)水準(zhǔn)點(diǎn)控制，利用楔形墊塊的移位調(diào)整鋼箱梁的安裝標(biāo)高。當(dāng)標(biāo)高過高時(shí)，向梁中央移動楔形墊塊，反之向梁腳側(cè)移動。達(dá)到設(shè)計(jì)高程后，焊牢墊塊與臨時(shí)墩型鋼。

4.3 鋼混結(jié)合段鋼箱梁焊接施工質(zhì)量控制

①當(dāng)焊接環(huán)境有下列條件時(shí)，必須采取有效的防護(hù)措施，否則禁止焊接：環(huán)境溫度低于-18 ℃；焊接表面潮濕、暴露在雪和大風(fēng)中；手工電弧焊（風(fēng)力大于8 m/s）和CO2氣體保護(hù)焊（風(fēng)力大于2 m/s）不采用擋風(fēng)罩或防護(hù)措施；焊工在困難的條件下工作；相對濕度大于80%；雨和雪。②當(dāng)母材表面因降水、雪等原因潮濕（80%RH）或有風(fēng)時(shí)，不允許進(jìn)行露天焊接。然而，如果焊工和待焊零件受到適當(dāng)?shù)谋Ｗo(hù)并且母材經(jīng)過適當(dāng)?shù)臏?zhǔn)備（例如加熱、干燥），則可以進(jìn)行焊接。③溫度低于0 ℃時(shí)，一般不允許焊接，必須進(jìn)行焊接時(shí)須按規(guī)范進(jìn)行預(yù)熱。④手工電弧焊（風(fēng)力大于8 m/s）和CO2焊（風(fēng)力大于2 m/s）應(yīng)基本停止焊接。但是，如果提供足夠的防風(fēng)措施或使用抗風(fēng)焊機(jī)，仍然允許焊接（藥芯焊絲電弧焊除外）。⑤由于現(xiàn)場梁段與焊接工位之間的焊接面施工復(fù)雜，需要在施工前制定計(jì)劃，施工時(shí)安排專門的人力、物力，并搭建專門的防風(fēng)棚腳手架提前4~8 h搭好。⑥防風(fēng)棚必須滿足以下要求：上部稍通風(fēng)但不漏風(fēng)，能防止物體撞擊；中間部分疏松，能承受強(qiáng)風(fēng)的吹動，防止大陣風(fēng)冷空氣進(jìn)入；可同時(shí)容納2名以上操作人員，運(yùn)行平穩(wěn)無晃動，不干擾其他操作人員；可存放操作設(shè)備和準(zhǔn)備材料，不妨礙工作，無間隙造成設(shè)備損壞和失控的材料。

4.4 鋼混結(jié)合段混凝土施工質(zhì)量控制

①優(yōu)化混凝土配合比設(shè)計(jì)：根據(jù)混凝土物理性能試驗(yàn)及澆筑控制方法，反復(fù)試配和驗(yàn)證混凝土配合比，確保混凝土具有補(bǔ)償收縮的性能和良好的使用性能。②使用自密實(shí)鋼纖維混凝土：采用流變大、收縮性低、高強(qiáng)C60 鋼纖維自密實(shí)混凝土提高了混凝土的斷裂韌性和耐久性。③采用插入式振動器結(jié)合附著式振動器的振動工藝：在混凝土澆筑過程中，附裝振動器和插入式振動器相結(jié)合的振動工藝，確保混凝土密實(shí)度。④控制混凝土澆筑的環(huán)境條件：混凝土宜在環(huán)境溫度10～20 ℃且溫度無劇烈變化時(shí)澆筑，避免混凝土冬期施工和夏期施工。⑤控制混凝土澆筑的順序和方法：根據(jù)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，分段進(jìn)行混凝土澆筑，先底板、腹板后頂板、翼緣板，采用水平分層的方法澆筑，控制澆筑厚度和澆筑速度，避免形成明顯接縫和冷縫。⑥鋼筋混凝土養(yǎng)護(hù)：混凝土澆筑后必須立即養(yǎng)護(hù)，必須通過噴水、保濕養(yǎng)護(hù)的方式連續(xù)養(yǎng)護(hù)，并必須與模具一起保存一段時(shí)間，以保證混凝土的強(qiáng)度后期會增加。當(dāng)遇到日曬、氣溫驟降等情況時(shí)，必須采用足夠的隔熱措施，以防止混凝土表面溫度發(fā)生劇烈變化。加強(qiáng)對箱式區(qū)內(nèi)部溫度的監(jiān)控，控制內(nèi)外溫差，防止混凝土開裂。

5 結(jié)束語

通過對紅蓮大橋鋼混結(jié)合段施工的研究，分析了鋼混結(jié)合段的施工難點(diǎn)主要包括：位置環(huán)境復(fù)雜、吊裝定位困難、焊接施工困難和混凝土配合比設(shè)計(jì)難度大。針對這些問題，本文提出了相應(yīng)的解決方法，包括水中鋼管樁的施工工藝、鋼梁吊裝的施工工藝、鋼箱梁焊接的施工工藝和混凝土的施工工藝。同時(shí)，本文還提出了鋼混結(jié)合段施工質(zhì)量控制的方法，包括樁位和垂直度的檢查、梁軸線和標(biāo)高的控制、混凝土配合比設(shè)計(jì)的優(yōu)化、振搗工藝的控制和混凝土養(yǎng)護(hù)的加強(qiáng)。這些方法對于確保鋼混結(jié)合段施工質(zhì)量具有重要意義。