山嶺重丘區鋼-混組合梁裝配化施工技術

林哲

陜西省高速公路建設集團公司 陜西 西安 710000

1 概述

鋼結構橋梁建設是落實習總書記提出的“五大”發展理念的重要舉措，使橋梁建設做到了綠色、低碳、環保，實現了工廠化生產、機械化制造、數控化加工、裝配式施工[1]，具有混凝土橋梁不可替代的優勢。

2 工程概況

陜西省西鄉至鎮巴高速西鄉涇洋河特大橋鋼板-混凝土組合梁橋全長6.05km，橋梁下部結構為鉆孔樁基礎、柱式墩，上部結構采用35m標準跨徑鋼板-混凝土組合梁，主要孔跨布置為3×35m和4×35m，共計344孔。該橋沿涇洋河谷建設，設計時速為80km/h，最小平曲線半徑460m，是國內目前最長的鋼板-混凝土組合梁結構橋梁（如圖1所示），被陜西省列為鋼結構橋梁示范項目。

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，鋼板梁標準間距為6.7m,主梁高度1.8m,主梁間焊接橫梁加強橫向聯系[2]，跨內小橫梁縱向間距7m。混凝土行車道板采用橫向全寬預制，設置橫向預應力，預制板橫向板長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寬現澆混凝土連接。

3 施工關鍵技術

3.1 鋼梁加工與組裝

鋼梁制作采用“鋼板→桿件（單片鋼板梁）→現場拼裝（吊裝節段）→橋位連接”的生產環節和組織模式。鋼梁頂板、底板和腹板在工廠內下料，并焊接成長度為10m、14.5m、15.3m三種工字型主梁節段，運輸至拼裝現場進行吊裝梁段制作，架設到橋位后進行焊接成聯。

3.1.1 廠內加工

鋼板進場復驗合格后通過輥板機矯平，以達到鋼板整平和消除軋制殘余應力的目的。利用軟件根據施工圖計算建模，將設計圖轉化為制造詳圖，采用數控切割機精準切割鋼板下料，實現鋼板梁加工預拱度、平面曲線及橫縱坡等連續變化要求[3]。對于不等厚的焊接邊或精度要求高的板件采用刨邊機、銑邊機進行機加工對接坡口，其它焊接邊采用火焰精密切割加工鋼板對接坡口。

3.1.2 現場吊裝節段制作

吊裝節段的現場制作包括拼裝作業和焊接作業兩個工序[4]。拼裝作業以鋼梁線型控制、焊縫間隙與錯臺量為施工控制重點，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在胎架上調整出下蓋板拱度并依次擺放工字型主梁節段，調整組裝線型、組裝間隙和焊接錯臺量。測量高程、橫向尺寸、縱向線形等滿足要求后進行固定。

3.2 行車道板制作關鍵控制

行車道板與行車道板之間采用70cm寬的現澆濕接縫進行連接，在濕接縫處預制行車道板外伸預留60cm縱向主筋搭接焊連接，縱向主筋設計為φ22和φ28兩種型號，每道濕接縫搭接接頭206個，全橋共計約70多萬個，具有鋼筋直徑大、搭接數量多的特點，同時該橋多處于平曲線上，導致縱向主筋搭接存在一定角度，為精準搭接保證焊接質量增加了施工難度。行車道板與鋼板梁之間采用集束式剪力釘群連接，即在預制行車道板時預留剪力釘槽口，在行車道板架設完成后進行混凝土澆注，實現行車道板與鋼梁的連接，每塊行車道板對應剪力釘180顆，每孔梁1800余顆，為保證連接質量，在施工中既不允許切斷主筋也不允許切斷剪力釘，必須保證預制行車道板與剪力釘集束的匹配性。為保證行車道板精細生產，確保施工精度，行車道板在現場預制廠集中預制，工廠化作業，以濕接縫預留鋼筋的精準對接、剪力釘集束與行車道板匹配對位為控制重點進行研究。

3.2.1 預留鋼筋的精準對接

行車道板鋼筋全部采用數控設備加工，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計濕接縫等寬，鋼筋骨架吊裝入模后進行整體微調并利用端模進行固定，形成了在鋼筋加工、綁扎成型和混凝土澆注施工過程中就全面按照架設完成后的狀態進行控制，以保證預留鋼筋匹配對接、錯縫對齊（如圖2所示）。

圖2 預留鋼筋對接效果

3.2.2 剪力釘集束與行車道板匹配對位

在專用鋼筋綁扎胎架對應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進行預留槽口鋼筋精準定位，對于標準板按此控制即能保證其匹配性（如圖3所示），對于端頭板（橋梁伸縮縫處行車道板）和加長板（小曲線處行車道板）需要根據橋梁曲線半徑和剪力釘間距進行模擬計算，根據計算值對鋼筋位置進行微調（460m平曲線半徑的條件下為26mm），實現匹配對位。

圖3 安裝效果圖

3.3 鋼梁與行車道板架設

根據西鄉涇洋河特大橋橋梁規模大、長度長、現場地形狹窄及平曲線變化多的特點，綜合比較吊車吊裝、頂推施工和架橋機架設三種施工方法，該橋選用了利用架橋機“兩架一鋪”的方法進行鋼板-混凝土組合梁架設施工，鋼板-混凝土組合梁架設流程如下。

步驟一：利用龍門吊在已經架設完成的基礎聯橋面上進行架橋機拼裝，完成后整體前移，橋機就位。

步驟二：采用4臺膠輪運梁車運送第1跨鋼梁節段至架橋機尾部進行喂梁。

步驟三：鋼梁按照設計吊點捆綁牢固后，架橋機兩臺天車同步前移至安裝橋位處，調整鋼梁姿態（縱坡、縱向及橫向位置），落梁。

步驟四：完成鋼梁支座固定后，架設中支墩頂處橋面板（標準板兩塊），前移架橋機過孔。運梁車運送第2跨鋼梁節段進行喂梁作業。

步驟五：進行第2跨鋼梁節段架設，調整鋼梁姿態后與第1孔鋼梁節段對接，焊接第1、2跨鋼梁節段環縫。

步驟六：第1、2跨鋼梁節段環縫焊接固定并在焊縫檢測合格后，架橋機脫鉤。利用兩臺運梁車運送行車道板至架橋機尾部，利用架橋機進行第1跨行車道板架設。行車道板通過架橋機旋轉吊具完成空中90°旋轉后落板就位。

步驟七：第1跨行車道板架設完成后,架設中支墩頂處橋面板（標準板兩塊），架橋機前移過孔，運梁車運送第3跨鋼梁節段至橋機喂梁。

步驟八：第3跨鋼梁節段架設，調整鋼梁姿態后與第2孔鋼梁節段對接，焊接第2、3跨鋼梁節段環縫。

步驟九：第2、3跨鋼梁節段環縫焊接固定并在焊縫檢測合格后，架橋機脫鉤，利用運梁車運送行車道板，架橋機進行第2跨行車道板架設。

按此工序循環作業，形成“兩架一鋪”程序。此種施工工藝需要對架橋機進行以下適應性改造：對架橋機進行加長，以滿足兩孔梁架設條件，該橋每孔長35m，加上滿足架橋機過孔和喂梁要求，架橋機總長設為88m；加寬兩主桁架間距和加長行走天車寬度，滿足架設鋼梁寬度要求，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，架橋機兩主桁架間距和行走天車寬度設為12.2m；兩個中支腿進行微調式改造，滿足小曲線半徑鋼梁架設過程中的調姿；為保證鋼板梁由孔成聯的焊接環縫設在0彎矩處（環縫外設于距支座中心線5m處），架橋機前支腿改為立柱式支撐，取消前支腿下的橫移軌道[5]。

4 結束語

鋼板-混凝土組合梁橋作為近年使用的新型結構，目前國內建造較少，西鄉涇洋河特大橋鋼板-混凝土組合梁施工的工程實例,首次將這種新型鋼混組合結構大規模用于山嶺重丘區，平曲線半徑極限用至460m，擴大了鋼板組合梁的應用范圍，充分發揮鋼結構橋梁工廠化制造、現場裝配式施工的優點，其施工關鍵技術和工藝為以后類似橋梁的施工積累了可復制的經驗。