混合梁橋高效裝配施工研究

陳光軍，徐猛梁

(1.浙江省長興交通投資有限公司 湖州市 313100；2.浙江工業(yè)大學 土木工程學院 杭州市 310014)

0 引言

混合梁結(jié)構是在參考鋼與混凝土自身的優(yōu)點與限制基礎上得到的一種新型結(jié)構，它主要是在橋梁縱向用事先預制好的鋼梁來取代中間部分的混凝土梁[1]。傳統(tǒng)混合梁結(jié)構一般被用于大跨徑斜拉橋，在中等跨徑梁橋中的應用較少。由于混合梁橋不僅在橋梁高度上可以滿足工程需要，又可以減少引橋部分的施工量，因此在江浙地區(qū)以及含有平原湖泊的地段具有較好的競爭力[2]。但如果采用斜拉橋，設計與混合梁一樣的過渡段構造，則存在較大軸力，這與連續(xù)梁橋的軸力很小的特點不一致，造成不必要的浪費。因此針對平原湖泊地區(qū)的特點采用與連續(xù)梁橋受力特點一致的鋼混混合梁橋，并提出單箱混凝土-多箱鋼的對接形式，通過設置混凝土實心段外加鋼混過渡段來實現(xiàn)混凝土與鋼的連接，且單箱混凝土-多箱鋼的對接形式，解決了傳統(tǒng)單箱混凝土-單箱鋼對接形式中由于巨大的封閉空間帶來的焊接難等問題，為浙江省平原湖泊地區(qū)的橋梁建設提供了新的方案。

1 概述

1.1 工程概況

金溪大橋位于浙江長興縣畫溪大道，上跨長湖申航道(Ⅳ級航道)，橋下因通航要求，限高為2.86m。橋梁總寬38m，左幅與右幅分離，主橋上部結(jié)構采用(45m+80m+45m)鋼-混混合梁結(jié)構。主橋兩段邊跨為縱向長度45m的預應力混凝土變截面箱梁；中間跨由混凝土箱梁、鋼混過渡段及鋼箱梁段組成，其中混凝土箱梁縱向長度約為20m，位于中跨兩端；鋼箱梁段縱向長約40m，位于中跨中部；鋼箱梁與混凝土交界面位于主梁中跨側(cè)距離橋墩中心線20m處[3]。中跨鋼混疊合梁高1.6m，其中鋼箱梁高1.45m，采用四箱斷面，頂板寬18.75m，挑臂長2.5m，底板寬13.79m，橫隔梁應工程要求沿縱橋向每1.5m交替設置。中跨鋼箱梁采用分離式鋼箱，各鋼箱梁橫向螺栓連接，上部各橋面板之間焊接，同時在鋼箱梁內(nèi)頂、底部設置縱向加勁肋增加結(jié)構剛度。小橫隔板處及大橫隔板處鋼箱梁截面見圖1、圖2。

圖1 小橫隔板處鋼箱梁截面

圖2 大橫隔板處鋼箱梁截面

1.2 橋梁總體施工方案及主要難點

傳統(tǒng)混合梁橋中的鋼箱梁一般采用整體預制后運至現(xiàn)場焊接，但對于航道上中等跨徑的混合梁橋，其鋼箱梁截面受通航凈高要求的限制梁高較小，施工人員在箱內(nèi)焊接困難，難以保證施工質(zhì)量。同時，在平原湖泊地區(qū)的河流運輸能力差，無法采用船運的方式運輸整體鋼箱梁，從而導致運輸成本高昂。基于以上難點，本工程主要通過對鋼箱梁結(jié)構型式、鋼箱梁段的運輸和鋼混結(jié)合段的構造等方面的改進與創(chuàng)新來實現(xiàn)混合梁橋快速施工[4]。

整體施工方案如下：

(1)物料進場、施工現(xiàn)場放樣等工作及下部結(jié)構施工。

(2)邊跨位置進行底面硬化和滿堂支架搭建，安裝混凝土箱梁底模，澆筑邊跨主梁及中跨1.5m懸臂混凝土箱梁。

(3)懸臂混凝土箱梁上架設掛籃，采用掛籃法施工剩余長度混凝土箱梁。

(4)過渡段施工以及結(jié)合段箱室內(nèi)混凝土施工及預應力張拉。

(5)將中跨整體鋼箱梁橫向拆分成4片后浮運至施工現(xiàn)場組裝、架設。

2 主橋施工方案要點

2.1 鋼箱梁段結(jié)構型式的改進設計與施工要點

傳統(tǒng)大跨徑混合梁橋的鋼箱梁外形與混凝土箱梁一致，且一般為橫向分段，現(xiàn)場吊裝后，需要在箱內(nèi)進行加勁肋和橫隔板的焊接。因此混合梁橋雖然降低了梁高，但也增加了工人在箱內(nèi)焊接工作的難度，其惡劣的施工環(huán)境導致施工質(zhì)量無法得到有效保證。基于此，本工程做以下改進：

(1)將傳統(tǒng)單箱多室鋼箱梁橫向分為4片單箱單室的分離式鋼箱梁，橫向采用螺栓連接，橋面板焊接；

(2)梁內(nèi)的加勁肋及橫隔梁在預制工廠提前加工，無需在施工現(xiàn)場進行箱內(nèi)焊接，各片鋼箱梁預制完成后用架橋機吊裝，既保留了混合梁橋原有的優(yōu)點[5]，又大量減少了箱內(nèi)焊接工作量。

具體施工方案如下：

首先，鋼箱梁作為中跨跨中部分的主結(jié)構，在吊運前需對焊縫成型質(zhì)量、母材的表面平整度、油漆質(zhì)量以及進行探傷檢測等工序進行檢查，合格后才能進行吊運；中跨的鋼箱梁作為整座橋梁的主結(jié)構之一，在吊運前需對鋼箱焊接質(zhì)量、鋼箱材料表面的平整度、表層涂料質(zhì)量進行檢查，并對鋼梁整體進行探傷試驗，確認內(nèi)部是否存在裂紋或缺陷，全部合格后才能吊運。吊運采用雙導梁架橋機，架橋機拼裝結(jié)束后，要進行一次全面檢查，空車試運行和吊重試驗，保證吊運安全。在架橋機空車運行前，需在其后端用鋼繩套住小車，并伸入橋面板的預留孔洞里，使小車與橋面板形成環(huán)行固定，從而避免架橋機傾覆。待架橋機支腿落位完成，開始吊裝鋼箱梁。在架橋機前進的過程中，移動小車經(jīng)繩索與鋼箱梁前后的吊耳連接，操作臺控制小車緩慢前進，將分離式鋼箱梁吊至指定位置，同時立刻與鋼混結(jié)合段焊接，固定其位置。其余幾片鋼箱梁也同樣運至相應位置后，為保證橫向穩(wěn)定，在相鄰兩片鋼箱梁的吊耳間用鐵索套住連接，起到臨時穩(wěn)定作用。鋼箱梁在吊裝前邊部就架設好縱向木板，供工人進行橫向螺栓連接時作為臨時工作平臺。最后進行鋼混過渡段和鋼箱梁整體鋼筋綁扎，澆注混凝土養(yǎng)護成橋。

圖4 鋼箱梁段施工

2.2 鋼箱梁段的運輸與裝配

以往箱梁一般用運梁平車運輸至施工現(xiàn)場。該工程的地點是在江浙地區(qū)及含有平原湖泊的地段，且鋼箱梁段由傳統(tǒng)的整體式改進為分離式，大大減少了鋼箱梁質(zhì)量，因此鋼箱梁以及鋼過渡段可以采用浮運的方式運輸，既節(jié)省了運輸成本，又可以邊吊裝邊施工，多設備多工序同步作業(yè)，節(jié)省了工期。

在進行浮運前，考慮到運輸要用的駁船需要在施工時盡量靠近岸邊，以減少起重機的起吊作業(yè)半徑，需要對近岸側(cè)進行清淤，使水深不小于1.2m，以滿足駁船的吃水深度，同時也不要過度清淤，以防對駁岸不利[6-7]。待鋼過渡段及鋼箱梁段運至指定地點后，利用手拉葫蘆勾住鋼混過渡段頂板的吊耳，通過手拉葫蘆的鋼索將過渡段提升至指定標高位置后進行焊接施工，固定其位置。剩余的鋼箱梁也以同樣運至相應位置后施工。

2.3 鋼混結(jié)合段的創(chuàng)新施工

傳統(tǒng)混合梁橋的結(jié)合段一般為箱室結(jié)構，即在混凝土與鋼箱梁交界面保持相同截面形式[8]。本工程首次采用混凝土實心段外加鋼混結(jié)合段技術來實現(xiàn)混凝土箱梁與鋼箱梁的連接，增大了結(jié)合段的剛度，保證其力學性能。同時，為保證平穩(wěn)過渡，增加鋼過渡段中的頂板、底板及橫隔板的厚度，并設置橫向加勁肋。主要施工步驟如下：

首先在掛籃底部大梁上放置工字鋼，再在工字鋼上架設鋼板作為掛籃施工部分的底模板，鋼板上部即為鋼混結(jié)合段及鋼過渡段。其中，實心段的混凝土全部使用鋼纖維混凝土，從結(jié)合段頂部鋼板的連通圓孔下料，通過各層間串筒灌入整個箱體。實心段澆筑至頂板，一次澆筑成型。澆筑完盡快進行養(yǎng)護，養(yǎng)護期間橋面禁止加載。混凝土養(yǎng)護結(jié)束后，再進行鋼束的預應力張拉，張拉完立刻進行靜力壓漿，完成預應力鋼絞線的錨固。鋼板上要涂上脫模劑，再進行底板、腹板普通鋼筋綁扎，腹板預應力管道架設、內(nèi)模搭設以及頂板鋼筋的綁扎，鋪設頂板預應力管道[9]。

圖5 鋼混結(jié)合段施工

3 工程應用情況

浙江省湖州市長興縣長橋大橋，地處G318國道畫溪街道地區(qū)，本橋跨長湖申航道(Ⅳ級航道)，橋下限高2.66m，通航凈空為寬55m×高7m。主橋上部結(jié)構為45m+80m+45m變截面鋼混組合箱梁。鋼箱梁橫截面為單箱四室斷面，高1.35m。鋼混疊合梁梁高1.5m，梁頂寬12.05m，挑臂長1.65m，底板寬8.75m，橫隔梁應工程要求沿縱橋向每2m設置一道。工程采用單箱混凝土-多箱鋼預應力混合連續(xù)梁橋施工方法，橫向拆分為5片，在工廠預制完成后，浮運至現(xiàn)場吊裝，減少了箱內(nèi)焊接工作量，保證施工質(zhì)量，縮短工期，既安全又經(jīng)濟。

4 結(jié)語

實踐證明，采用單箱混凝土-多箱鋼的對接形式，合理設計使用鋼材和混凝土，充分發(fā)揮混凝土與鋼材的優(yōu)勢，減少了因箱內(nèi)龐大的焊接工作量帶來的諸多附帶問題，確保了施工質(zhì)量，保證施工進度，大大節(jié)約了成本。結(jié)合段處澆注實心混凝土增加了整體剛度，滿足受力需求。同時，重量更輕的分離式的鋼箱梁使其運輸方式更加靈活，更加經(jīng)濟，該施工方法的應用將極大提升混合梁橋適用范圍，為平原湖泊地區(qū)橋梁建設提供有競爭力的新橋型。