鋼混組合連續箱梁施工技術與質量控制分析

楊國鋒

（山東省公路檢測中心，山東濟寧 272100）

0 引言

近年來，隨著國家對鋼結構橋梁的大力推廣，各種類型的鋼橋陸續建成，極大地豐富了我國橋梁的形式及內涵。鋼混組合連續箱梁，以其梁高較低、自重輕、結構受力明確、方便施工及一定的造價優勢，在橋梁上部結構施工中得到了廣泛應用。

1 工程概況

汶金線是濟寧市西部一條主要的南北向干線公路，承擔著魯西南地區的重要運輸任務。南旺運河大橋位于汶金線嘉祥與汶上交界處，是一座跨京杭運河的橋梁。原南旺運河大橋建成于80年代末期，結構形式為45+60+45m 剛架拱，全寬12m。經過近30年運營，特別是在近年來交通量大、重型車比例高的情況下高負荷運營，大橋出現了多處嚴重病害，雖然進行過幾次維修、加固，橋梁病害仍呈加快發展趨勢。根據橋梁檢測結論，管理部門決定將該橋拆除重建，新結構采用一聯57+64+57m 鋼混組合連續箱梁。

2 主要施工工藝及質量控制要點

新建南旺運河大橋上部結構橫斷面為雙箱單室形式，橋面寬12.25m，設置雙向1.5%橫坡。其中，單片鋼梁由頂板、底板、腹板及橫隔板通過焊接形成槽型開口截面；箱外橫隔板及挑梁通過栓焊結合的方式與鋼梁連接為整體，混凝土橋面板通過鋼梁頂板上的剪力釘與鋼梁連接，組成鋼混組合箱梁。橫斷面如下圖1所示。

2.1 鋼梁制造

鋼梁制造是專業性較強的建設領域，目前總承包單位主要通過合法的專業分包組織生產，因此，分包單位的選擇非常關鍵。應從制造單位資質、類似業績、設備配置、加工能力、管理能力等方面重點把關，選擇行業內認可度高、信譽好的分包單位。

鋼梁制造主要包括技術準備、材料準備、零件下料加工、單元件組焊、上胎架總裝、涂裝等環節，制造周期長、影響因素多，需要對其進行全過程、全方位的質量控制。

2.1.1 技術準備

技術準備階段，主要進行設計圖工藝審查、節段劃分、制造圖繪制、工藝試驗、工藝文件、制造方案編制等工作。結合鋼混組合箱梁的結構形式，綜合考慮運輸尺寸和重量限制、現場吊裝條件、設計要求等因素，鋼混組合箱梁采用縱向劃分，節段間頂板、腹板、底板采用Z 字口錯縫形式，橫斷面內劃分為2 個箱型分段以及挑臂、箱外橫聯部件。據此，全橋共劃分了16 個箱形節段，其中最長節段為25m，最重節段為52t。為確定焊接作業參數，使焊縫性能達到設計及規范要求，進行了對接、熔透角接、T 形角焊縫、剪力釘焊接等11 組焊接工藝試驗，覆蓋了全橋所有接頭形式，確定了所采用的焊接工藝，有效保證了鋼梁的焊接質量。

2.1.2 材料準備

根據鋼梁生產計劃，合理確定該項目所用的鋼材、焊材、涂裝材料等原材料的進場計劃。材料進場后，重點檢查材料的規格、型號是否與設計要求相符，出廠質量證明書是否齊全、有效，逐一核對后按規范要求取樣復驗。

2.1.3 鋼梁加工

鋼梁制造包括以下環節：零件下料與加工、單元件組焊修整、節段組焊修整（胎架總裝）、節段檢驗（含無損檢測）、噴砂涂裝。每個環節的工序質量對后續環節均影響巨大，因此，應重點做好各工序質量管理。

（1）零件下料與加工

確定零件的下料尺寸時，要依據設計圖紙的要求，并結合鋼梁制造工藝，充分考慮制造過程中的焊接收縮量、機械加工及合龍節段的預留量，并在下料環節進行尺寸補償。該項目的合龍節段，其頂板、底板、腹板零件的長度、方向、尺寸均補償100mm。合龍前，通過對合龍口尺寸的連續觀測，確定合龍節段長度并進行配切，保證了合龍焊縫對接間隙滿足焊接工藝要求。

鋼梁零件主要有頂板、底板、腹板、橫隔板（含支座部位隔板）、接頭板、板條肋，采用數控火焰切割機下料。每種零件的首件進行嚴格的尺寸、切割面質量、平整度檢查，確定無誤后再進行批量生產。生產過程中做好巡檢工作，發現零件尺寸超差或切割表面質量達不到要求時，及時調整糾偏，避免大批量不合格品的零件出現[1]。

（2）單元件制作

單元件是鋼梁節段制作的基礎。根據鋼梁的結構特點，劃分為底板單元、腹板單元、隔板單元、挑臂單元等進行生產。以底板單元為例，介紹單元件組焊控制要點。

底板單元由底板及縱向板條肋兩部分組成。其中底板寬度2600mm，厚度30mm；縱向板條肋厚度為18mm，高為200m，板條肋間距400mm。制作流程如下：

（a）檢查、核對底板、板條肋零件編號及坡口朝向，根據制造圖紙，在底板上劃板條肋安裝線；

（b）對線組裝板條肋，檢查板條肋與底板的垂直度、組裝間隙及橫隔板部位板條肋間距，滿足要求后點焊固定；

（c）嚴格按照焊接工藝規程的規定在焊接胎架上進行船位焊。重點控制兩側對稱、同方向施焊；工地對接口部位的板條肋端部預留200mm 不焊，待安裝調整到位后再與嵌補段一起焊接；

（d）檢測單元件平面度、彎曲變形程度，不滿足要求時，采用火焰矯正。矯正完成后對焊縫進行外觀及無損檢測。

（3）節段制作

根據該橋鋼梁的結構特點及拼裝方案，采用橋長、橋寬方向整體匹配加工。按照橋梁線性要求，用胎架布置鋼梁拼裝，并把胎架調整到對應標高。以定型胎架為外?？刂其摿旱呢Q向曲線和水平曲線，并在拼裝過程中，對已拼裝節段線形進行嚴格測量、監控。

（a）底板單元鋪設：把底板單元件平鋪在胎架上，以縱橫基準線為基準，定位底板單元，符合要求后，把底板單元固定在胎架上，防止總拼過程中單元件位置變動；

（b）組裝橫隔板單元：在底板單元件上按線組裝橫隔板單元。重點檢查橫隔板與底板的垂直度，核對隔板兩側邊緣與腹板安裝線的位置關系。橫隔板單元相當于鋼箱梁的內胎，因此，應特別重視隔板單元的組裝質量。檢查合格后，進行定位焊并及時采用槽鋼臨時支撐。

（c）組裝腹板單元：根據腹板定位線確定腹板單元的安裝位置。采用倒鏈對拉使腹板面板和各橫隔板頂緊密貼。檢查腹板組裝位置、與底板的夾角以及槽形鋼梁端口尺寸，無誤后將腹板與隔板、底板點焊固定。

（d）挑臂及橫向接頭板組裝：依據梁體縱、橫基準線，施劃挑臂、橫向連接接頭板位置線，對線組裝接頭板。檢查接頭板位置及縱橫向間距偏差。

（e）鋼梁焊接、矯正：鋼梁組裝完成并檢驗合格后，應先焊接橫隔板與腹板、底板、板條肋貼角焊縫，然后焊接腹板與底板、接頭板熔透角焊縫。節段端部如無橫隔板，應在端口處增加型鋼內支撐，減小該部位的變形，保證箱口尺寸滿足要求。檢查節段的變形情況，當變形超過允許偏差時，采用火焰矯正。

（f）剪力釘焊接：鋼梁焊接、矯正完成后，在頂板上放出剪力釘位置，待焊位置打磨出金屬光澤，采用電弧螺柱焊焊接剪力釘。作為鋼梁和混凝土板剪力傳遞的關鍵部件，剪力釘的焊接質量尤為重要。除嚴格按照工藝試驗確定的參數施焊外，應加強焊縫的外觀檢查，同時嚴格按1%的比例隨機抽取剪力釘進行30o彎曲檢驗，有效保證剪力釘的焊接質量。

（4）涂裝

鋼梁涂裝包括梁段廠內涂裝、橋位涂裝兩部分。主要工藝及控制要點如下：

（a）鋼結構表面處理：采用砂輪磨光機將梁段表面的飛濺、焊瘤、毛刺打磨平整，自由邊倒角。構件表面有油污時，用有機溶劑清洗徹底。處理完成后，按要求噴砂清理，控制表面的清潔度達到Sa2.5 級，粗糙度達到Rz40-80μm，并進行全面檢查，避免局部清理不徹底、遺漏或粗糙度達不到設計要求。表面處理的質量直接影響涂裝體系的使用性能及耐久性，因此，該工序的施工質量應引起特別重視。

（b）廠內涂裝：噴砂完成后，應盡快完成底漆噴涂，間隔時間超過規范要求，容易在表面形成肉眼不可見的銹蝕，影響漆膜與基材的附著性能。油漆施工環境溫度應控制在5～38oC，鋼材表面溫度應高于露點3oC，相對濕度不大于85%。應在下層油漆實干后再進行上層油漆噴涂，否則底層油漆不能完全固化，附著差、易脫落，難以在結構表面形成有效的涂層保護，當環境溫度較低時，尤其要注意底涂層的固化情況。在工地安裝焊縫兩側各100mm 寬度區域內，噴砂后粘貼膠帶覆蓋，暫不涂裝。

（c）橋位涂裝：對鋼梁運輸、橋位安裝過程中出現的油漆損傷、橋位安裝焊縫部位以及全橋最后一道面漆的涂裝。對油漆損傷及安裝焊縫部位，采用砂輪磨光機打磨至St3 級，并將鄰近區域涂層打磨成階梯狀，檢驗合格后，按防腐體系要求逐層進行油漆施工。在全橋最后一道面漆施工前，用高壓水槍對鋼箱梁外表面進行沖洗，清除涂層表面的污物后，及時噴涂第二道面漆，以防止二次污染影響其整體的防腐性能[2]。

2.2 鋼梁安裝

采用鋼管支架進行鋼梁安裝?，F場布設一臺80t跨墩龍門吊，吊裝鋼箱節段。挑臂及鋼箱間的橫向連接件，采用汽車吊進行安裝。主要施工流程如下：

2.2.1 支架搭設

將支架設置于鋼箱梁縱向節段接縫處。每處搭設8 根Φ820×10mm 鋼管，鋼管之間縱、橫向用槽鋼與鋼管焊接。鋼管頂部設置橫向分配梁，其上布置為Φ273×7.5mm 調平鋼管、50t 液壓千斤頂調節裝置及橫向鋼梁限位裝置。兩邊跨支架安裝于河灘上，采用尺寸為4×10×0.6m 的鋼筋混凝土擴大基礎，地基采用2×20cm 灰土處理。中跨（河道處）支架采用鋼管樁基礎，鋼管樁打入深度不小于7.0m。

2.2.2 鋼梁安裝

先安裝主墩固定支座處鋼梁節段，吊裝就位兩鋼梁間橫向聯系單元，然后逐次往兩邊墩方向安裝。重點控制鋼梁縱向軸線、支座橫向中心線及梁頂高程（包括設置的預拱度）；檢查鋼梁節段接口部位對接錯邊量、對接間隙大小，滿足規范及焊接工藝要求后，用馬板固定；清理、打磨對接縫部位的膠帶、油漆、鐵銹等雜物，按照腹板、底板、翼緣頂板的順序對接焊縫；對接焊縫進行外觀和UT、RT 的無損檢測。檢測合格后，根據安裝情況配切、組焊板條肋嵌補段，并將鋼梁間橫向聯系單元與縱梁連接成整體。主梁安裝完成后，統一安裝挑臂單元[3]。

根據設計要求，在兩主墩墩頂鋼梁節段安裝前，在主墩上設置墊塊，墊塊頂高程高出主墩支座設計高程60cm，將墩頂梁段臨時支承在墊塊上。

2.3 橋面板施工、體系轉換

2.3.1 橋面板施工

該項目橋面板采用厚度為8cm 的C50 預制板及20cm 厚的C50 現澆組合橋面板。預制板作為現澆橋面板的底模，簡化了現澆橋面板模板的安裝、拆除工作，同時為結構安全進行了一定的儲備。

安裝預制板前，應仔細檢查鋼箱內焊縫、涂裝情況以及是否將施工垃圾、積水清理干凈。安裝現澆板鋼筋時，應控制好鋼筋頂、底保護層的厚度，同時注意主墩墩頂區域頂層縱向鋼筋配筋率比其他部位要高。因澆筑面積大，選擇澆筑日期時應避開日曬強、風力大的天氣，并配備充足的施工人員、收面設備，避免混凝土出現干裂等現象。先澆筑除主墩墩頂兩側各11.7m 范圍之外區域的橋面板。

2.3.2 連續梁體系轉換

第一次澆筑的橋面板混凝土強度達到100%后，拆除所有鋼管支架，然后澆筑主墩兩側各11.7m 范圍內的低收縮C50 混凝土。待第二次澆筑的橋面板混凝土強度達到設計要求后，每墩設置8 臺200t 的低高度液壓千斤頂，逐級、同步拆除兩主墩墩頂的臨時墊塊，使主梁下降60cm 至設計標高，并安裝在永久支座上，完成了連續梁體系轉換。

3 結語

通過嚴格控制鋼梁制造、鋼梁安裝、混凝土橋面板澆筑、體系轉換等環節施工質量，該項目鋼混組合連續箱梁得以順利完成。鋼混組合梁充分發揮了鋼材和混凝土兩種材料的優勢，是未來公路常規跨徑鋼結構橋梁的一個重要發展方向。