高速公路橋梁建設中的鋼-混凝土組合梁施工技術

閆有寬

（中鐵二十一局集團第五工程有限公司，重慶 402772 ）

1 工程概況

團壩樞紐K21+495.037 渝遂高速跨線橋，為雙幅主線橋，單幅橋寬12.5m，懸臂長1.5m，橫斷面為雙箱單室結構，寬3.15m。結構采用雙箱單室槽型鋼混組合梁，經橫聯后構成完整的整體，單箱室內設橫隔板。橋面板與鋼主梁翼緣連接，構成鋼-混凝土組合梁。橋梁的其它方面，橋面板厚0.25m～0.35m，組合梁高2.5m。

2 鋼-混凝土組合梁的應用優勢分析229

鋼-混凝土組合梁集鋼材、混凝土于一體，可以充分發揮出兩類材料的應用優勢，綜合應用效果較佳。在國內近幾年的建設行業發展過程中，鋼-混凝土組合梁主要在城市立交橋梁及建筑結構中得到應用，并且正朝著大跨方向發展。同時，鋼-混凝土組合梁在國內的應用實踐也可表明，它兼具鋼結構和混凝土雙重結構的優點，經濟效益和社會效益顯著，也符合我國基本建設的國情，更是未來結構體系的主要發展方向之一。較之于傳統的鋼箱梁結構，鋼-混凝土組合梁可以減輕結構自重和減小地震作用，同時也能減小截面尺寸，增加有效使用空間，并節省支模工序和模板，縮短施工周期，增加梁的延性等。其具體應用優勢主要體現在如下幾方面：

1 節約鋼材。以某車間為例，原設計方案中平臺采用的是鋼梁上澆灌混凝土板的方式，后將其更改為鋼-混凝土組合梁，此舉可在不影響整體質量的前提下減少鋼材用量，減幅約17%～25%，施工量減少、材料成本降低[1]。

2 降低梁高。梁的高度隨之下降，降低了作業難度，在梁高受限的施工場景中具有可行性。

3 加大梁的剛度。在傳統的建筑結構中，鋼梁截面剛度不足的情況屢見不鮮，而在應用鋼-混凝土組合梁后，可以發揮出鋼梁與混凝土板的雙重優勢，切實提高梁的剛度。

4 安全可靠。通過鋼-混凝土組合梁的應用，有助于提高梁的承載力，增強其抗震性能，局部受壓穩定性較佳，耐久性更好，可以有效抵御外部的影響。

3 鋼-混凝土組合梁施工關鍵技術分析

3.1 計算原理

在采用鋼-混凝土組合梁之前，為了更好地進行結構設計，需先掌握計算原理，以此對該結構的彈性進行分析，為后續的施工提供可靠的數據支撐。具體可采用以下假定原理來展開計算：首先設定鋼材與混凝土均為理想的彈性體；其次確定鋼筋混凝土翼緣板與鋼梁之間有可靠的連接交互作用，且相對滑移范圍值處于小值狀態，也可以忽略不計；之后設定平截面假定依然成立，并不考慮混凝土翼緣板中的鋼筋問題。需要注意的是，該假設只在正彎矩承載力計算時成立，負彎矩承載力計算式需考慮鋼筋作用。

正式開始鋼-混凝土組合梁彈性分析時，可采用換算截面法進行計算，并按以下順序進行：先進行未截面前的計算，再進行截面之后的計算。其中換算截面法的基本原理為混凝土翼緣板按照總力不變及應變相同條件，截面面積可按彈性模量+應力的總和，與鋼梁截面后的結構值進行等價換算。為了混凝土截面重心高度換算前后保持不變，換算時混凝土翼緣板厚度不變，僅將翼緣板有效翼緣寬度除以彈性模量，得出鋼材彈性模量與混凝土彈性模量的比值，最后求得等價的鋼梁截面后，按照材料力學的方法計算截面的抗彎承載力。也可先設截面后的慣性為x,截面心軸距離為y，以此計算鋼梁底部的截面值，組合梁總高為換算作用在截面上的彎矩，組合梁的撓度以截面后的剛度為基礎進行計算，再由結構力學的方法計算梁的撓度，由此判斷鋼-混凝土組合梁結構的承受力度。

3.2 鋼主梁加工和支架搭設

在渝遂高速跨線橋工程中，第1 聯鋼混梁總長55m，共分為4 個節段，分別制作成型，通過出廠檢驗后轉至施工現場，用于拼裝作業，構成整體。4 個節段的加工作業可同步開展，施工效率得以提高；此外，廠內預制的方式具有規范化的特征，節段的質量較佳。

支架所在區域為軟土地基，該處的穩定性不足，為避免支架失穩現象，需提前夯填碎石，澆筑C25 混凝土墊層（厚度按20cm 控制），并組織荷載試驗，以判斷其是否滿足承載力要求，達標則搭設支架，不達標則需進一步處理，直至實測結果滿足要求為止。關于支架的布置情況，如圖1 所示。具體步驟為：

1 支架采用的是鋼管支架，支架基礎采用預制2.5m×2m×0.8m 的條形基礎。

2 于支架頂部鋪設縱向I20 工字鋼，作為分配梁而使用，各鋼管柱間用槽鋼焊接，以構成完整的結構體系。

3 于道路上方施工時，配套剛性防護欄桿、防護網，以免發生材料或人員墜落等事故。

4 于施工道路的兩端分別設置減速標志，提前告知駕駛人員，做出減速行為，安全通過。安全巡查員在施工現場做全面的檢查，確保施工安全。

圖1 支架布置立面圖（單位：m）

3.3 鋼主梁的運輸及安裝

3.3.1 準備工作

鋼主梁運抵現場后，需妥善保管，并根據吊裝時間提前封閉道路，營造相對獨立的鋼主梁安裝環境。對于施工所需的機械設備，應對其做全面的檢查，以確保機械設備可穩定運行。

3.3.2 試吊及吊裝

為檢查吊車工作性能，吊車就位后，起吊要第一次吊裝的鋼梁，以驗證吊車各項工作性能滿足使用要求。吊車采用260t 汽車吊，節段最大重量50.56t，主車用4 根φ56mm/φ64mm 鋼絲繩，4 個25/35tU 型環固定在構件吊耳上。

試吊時，汽車吊移動至鋼混梁頂上垂直起吊離地，當構件離地30mm～50mm 時，應停止起吊，并檢查受力點是否牢固、中心是否偏移，從而確保無誤，再繼續起吊和下降。鋼混梁垂直起吊至高出支墩位時，才能移動就位到正上方，且在起吊過程中被吊構件必須捆綁風繩，必要時可用風繩控制被吊構件在空中穩定[2]。

另外，要嚴防磕碰臨時支墩和其它物體。在被吊構件基本就位后，利用連接裝置，千斤頂、葫蘆等在構件受力部位進行支撐和固定，保證構件自身穩定。值得注意的是，構件在未完全固定前汽車吊不得松鉤。

3.3.3 拼裝

鋼混梁分段準確就位應當以橋墩兩頭中線和中軸線標記為基準，使之與鋼混梁體縱橫中心線（在工廠預制過程中已經標記上）對正就位；對好之后用沖釘及螺栓與拼接板將縱肋連接好，調節鋼混梁。在拼裝過程中，測量人員全程對節段中心、高程進行監測，確保拼裝質量。同時，為消除鋼橋安裝的累積誤差，保證順利合攏，合攏段長度根據現場節塊安裝情況，預留足夠的余量10cm～15cm。

梁段的對接順序為：梁段腹板對接→底板的對接→梁段面板的對接。鋼混梁頂板對接焊應采用帶陶瓷襯墊的單面焊雙面成型工藝，保證焊縫熔透并打磨勻順。

焊接前，必須徹底清除待焊區域內的有害物質；焊接時，嚴禁在母材的非焊接部位引弧；焊接后，應清理焊縫表面的熔渣及兩側的飛濺。

對不同板厚的對接焊應加工成不低于1∶8 的斜坡過渡，鋼板焊接的圓弧端部應打磨勻順。沿長度方向，不同深度的坡口焊縫或坡口焊縫與角焊縫之間的焊縫區段要勻順過渡；底板及腹板采用高強度大六角螺栓對鋼梁節段進行縱、橫向連接[3]。此外，在施工前，要復驗大六角頭擴栓的扭矩系數和摩擦面抗滑移系數，合格后允許施工。

3.3.4 涂裝

待拼裝工作均落實到位后，進入涂裝環節。正式涂裝前應全面清理主梁上的雜物，并適度打磨，以便清理殘留在表面的氧化皮、焊渣等，在確保無雜物后，流程為：

1 涂2 遍環氧富鋅底漆，形成厚度為80mm 的干膜。

2 涂抹1 遍環氧封閉漆，形成厚度為20mm 的干膜。

3 涂抹2 遍環氧云鐵中間漆，此部分干膜的厚度為140μm。

4 均勻涂抹1 遍丙烯酸聚氨酯面漆。

5 均勻涂抹1 遍氟碳面漆。

經五道涂抹工序后，所形成的漆膜總厚度需達到320μm，否則不達標。

3.4 橋面板施工

3.4.1 底模結構

底模采用δ8 的Q345C 鋼板，橫向加勁肋橫向間距2m，設縱向加勁肋一道，確保底模穩定，施工期間嚴禁機械在模板上行走。

3.4.2 橋面板施工

一、測量放樣。鋼混疊合梁與底模配套生產，所有節點位置均已在工廠內放樣定位，且有工裝限位，確保現場安裝時底模與鋼混疊合梁的完美契合。

二、吊裝中橫梁底模待鋼混疊合梁吊裝完成后，按照事先編號依次將底模節塊吊裝上梁，在橋面利用千斤頂以及手動葫蘆等工具對底模節塊進行小幅度位置調整對位，保證安裝精度，隨后將底模與橋面板間焊接牢固[4]。

三、安裝翼緣三腳架翼緣三腳架與鋼混疊合梁面板間采用螺栓連接，橋面上螺栓孔位已在廠內預制完成，現場作業人員利用工裝將三腳架吊起后將其與橋面板栓接，并留下些許縫隙，使三腳架可以小幅度轉動，便于后續縱撐安裝。

四、安裝翼緣縱撐縱向支撐采用與三腳架同種規格材料，并與三腳架間采用連接板栓接的形式，縱撐端頭開條形空，便于與三腳架連接。

五、鋪設翼板模板。翼緣三腳架和縱撐安裝完成后，在其頂面鋪設厚18mm 竹膠板，寬度為1.2m，并將竹膠板接縫位置設置在三腳架橫撐上，同時用膠帶對接縫進行粘貼，避免后續澆筑作業中漏漿。

六、橋面板混凝土澆筑。鋼混疊合梁及模板均安裝完成后，重新對所有細部連接處進行檢查，確保安全后，進行混土澆筑；澆筑時間選擇在橋梁所跨道路交通組織封道期間內，橋下道路交通封閉，且沒有車輛通行時進行[5]。

4 結語

綜上所述，鋼-混凝土組合梁是橋梁建設中的新型結構形式，相較于傳統的鋼結構、鋼筋混凝土結構而言，其可以同時發揮出鋼和混凝土的性能優勢，受力條件良好，材料用量較少。此外，鋼-混凝土組合梁還具有較高的抗震性能，可有效抵御地震對其的破壞作用，橋梁具有足夠的耐久性。總體來看，無論是施工質量還是經濟效益，鋼-混凝土組合梁均具有突出的應用優勢，推廣價值較高，值得被靈活應用于橋梁工程中。