裝配式組合鋼箱梁在橋梁工程中的應用

高建安

(甘肅公航旅路業(yè)有限公司，甘肅 蘭州 730000)

0 引言

傳統(tǒng)的預應力鋼筋混凝土橋梁結構本身的施工流程十分復雜，并且整體性的承載力較差，能夠循環(huán)利用的價值與效果較低，難以符合目前的節(jié)能環(huán)保發(fā)展理念。為了解決目前束縛現(xiàn)代化城市交通發(fā)展的瓶頸，需要根據(jù)現(xiàn)實需求，創(chuàng)造出一種新型的橋梁結構，在穩(wěn)定性、使用壽命與安全性以及經(jīng)濟性方面都有良好的適用性，而裝配式組合鋼箱梁形式的橋梁應運而生。裝配式組合鋼箱梁是由多個單獨的鋼箱組合而成的組合箱梁形式，隨后結合預應力和波形鋼腹板等技術，將這些疊合單元組成一個鋼-混凝土疊合梁形式，裝配式組合鋼箱梁為現(xiàn)代橋梁的發(fā)展奠定了重要的技術基礎。

1 工程概況

本工程項目為國家高速公路網(wǎng)烏海至瑪沁高速內互通立交橋的改造項目，其所在范圍為馬家山互通立交內，采取A型單喇叭定向的互通立交形式。其中主匝道上跨馬家山互通立交及中川城際鐵路、迎賓大道，新增C、E匝道，改造A、B、D、F、G匝道，主要解決機場高速與中川機場航站樓間快速交通銜接問題。

主匝道K設計為雙向四車道，A匝道設計為雙向兩車道，E匝道設計為單項兩車道，其余匝道均為單項單車道。主匝道整體段落長度為2.36 km，一般匝道的改建長度為2.34 km，迎賓大道改建長度為0.8 km，中川機場收費管理所專用的通道為0.511 km，改移省道為0.76 km，新建的T3預留匝道長度為1.055 km。整個立交改造所用地的面積為185.9畝(1畝≈666.7 m2)，共拆遷400 m2的建筑物。

2 施工前期分析

本項目為甘肅省重點推廣鋼結構橋梁應用的試點工程，也是交通部門第一批9個公路鋼結構橋梁的典型示范工程之一。但是由于機場建設規(guī)劃發(fā)生了變化，本次立交方案經(jīng)過多次調整之后，整體項目延后。最終確定采取25～50 m的鋼-混凝土組合結構的布置方案，整體橋梁的面積大約為3萬m2，所需鋼量為1.1萬t，整體的鋼梁均采取波形鋼腹板開口箱。且由于立交橋整體較為復雜，結合其結構受力情況，本工程采取多種結構型式，具體數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 工程結構型式箱體設計數(shù)據(jù)統(tǒng)計

3 裝配式組合鋼箱梁在橋梁工程中的實際應用

3.1 鋼箱梁加工重點

本項目的控制性工程主要在于主匝道的高架橋設計，其上部分為波形鋼腹板和鋼混組合箱梁形式。為了保障整體鋼結構加工與制造質量和進度要求，項目采取標準化和現(xiàn)代化加工制造廠房進行裝配件加工[1]。該廠區(qū)占地面積大約為15 000 m2，配備涂裝機、自動焊接以及智能制造等機械設備180臺，配備焊工、鉚工、氣割、油漆工以及管理人員共計350人。該廠區(qū)滿足鋼結構加工標準化和精確化與智能化的全面需求。

3.1.1 鋼-混組合梁施工

結合鋼結構橋梁的“工廠化制造與裝配化施工”的建設要求，項目部門建設了甘肅第一家鋼-混組合梁拼裝廠。本次項目中的剛箱梁從加工制造廠運輸?shù)狡囱b廠之后在廠區(qū)預先制作的模架上進行二次拼裝、整體拼裝和焊接，隨后實施鋼箱梁橋面板鋼筋、端橫梁安裝及橋面Ⅰ期混凝土澆筑、自動噴淋養(yǎng)生等流程。上述的流程均在全封閉的廠區(qū)環(huán)境下進行，確保鋼筋組合梁焊接和混凝土澆筑的質量達到高水平[2]。

3.1.2 鋼箱梁架設

主匝道橋體總長度為1 126.46 m，分為50 m連續(xù)兩種鋼混組合梁和30 m簡支。其中30 m的鋼箱梁安裝主要流程為：將鋼混合組合梁拉運到現(xiàn)場；架橋機逐片架設鋼箱梁。(5×50) m鋼箱梁的安裝流程為：在主梁的制作階段，分段位置和中跨跨中位置設置臨時支墩，運輸采取分階段的形式。聯(lián)端和支墩安裝臨時支座，墩頂位置安裝永久制作。結合計劃分節(jié)段進行精確放樣，隨后跨節(jié)段進行架設和安裝。隨后進行鋼梁的拼裝、連接、端橫梁、墩頂橫梁和箱間橫梁以及懸臂鋼板之后，將中跨的3號、5號、6號、8號、9號、11號臨時支撐進行拆除。然后將鋪設橋面的壓型鋼板，澆筑一期的橋面板混凝土；當其強度達到90%及以上時張拉Ya-Yc墩頂負彎矩預應力鋼束。當對二期橋面板混凝土進行澆筑時，需要張拉YT4體內和YT5體外的通長預應力鋼束，將剩余的臨時支撐拆除之后，完成橋面鋪裝和附屬工程施工。

3.2 鋼結構施工質量控制重點

3.2.1 鋼箱梁的焊接作業(yè)

整體項目鋼混合梁橋的焊縫累積約為58 680 m，其包含Ⅰ級焊縫和Ⅱ級焊縫。焊接方式采用埋弧自動焊和二氧化碳氣體保護焊，在經(jīng)過焊接工藝評定合格之后，方可完成焊接，且須經(jīng)歷開坡口、焊接、焊縫與打磨4道工藝。

整個焊縫的質量是本項目加工制作的重點與核心。在加工制造期間需要項目部門嚴格掌控焊接和涂裝2個環(huán)節(jié)[3]。為了避免焊接發(fā)生變形的問題，所有的箱梁都需要在胎架上定位后進行焊接。在縱向方位需要全部采取單面焊雙面成形的工藝處理焊接縫，背面貼陶質襯墊，利用藥芯焊絲二氧化碳氣體保護焊完成。堤壩和腹板的熔透角焊縫則需要采取先焊接坡口的焊縫，隨后再焊接背面的焊縫，以此來保障全熔透焊接的需求。采取超聲波或者X射線以及磁粉對焊縫的缺陷進行檢測。在整套工序完成之后，由第三方專業(yè)檢測單位對鋼箱梁質量進行全方位檢測合格之后方可運出廠區(qū)。

3.2.2 高強度螺栓的連接

本項目所使用的高強度螺栓連接的總量為34 456套，共實施3道工序，適用于50 m跨度的連續(xù)鋼箱節(jié)段的連接位置。且螺栓群鉆孔的對接精確率須達到98%以上，遵循螺栓群中間向四周對稱擴散的方式進行緊固，禁止重復擰動。

在安裝高強度螺栓前需要全面檢查和清理其接觸面，檢查合格之后安裝節(jié)點孔眼數(shù)50%的梅花形沖釘群內，保障安裝結構位置符合要求后在剩余的孔眼中安裝高強度螺栓，隨后將沖釘利用高強度螺栓逐個代替，初次擰動。在初次擰動時，采取額定扭矩為1 000 N·m的扳手從螺栓群中央向四周擰動，做好標記，其扭矩為終擰的60%～70%。在初擰完畢之后通過質量和外觀的檢查保障其擰動的效果。在初次擰動2 h之后進行終擰，按照從中間向四周的順序進行，利用電動扭矩扳手連續(xù)實施，做好標記，全部螺栓終擰完畢之后利用復位法進行檢查。

3.2.3 鋼箱梁防腐涂裝施工作業(yè)

本項目需要進行鋼箱梁防腐涂裝的總面積為150 762 m2，在整個涂裝過程分為拋丸除銹、底漆、中間漆和面漆4道工序內容。涂裝的質量與箱梁使用壽命有著十分密切的關系。除了現(xiàn)場安裝后油漆損傷位置需要露天進行涂裝之外，其余的涂裝都需要在廠房中完成。

在涂裝鋼梁的桿件和梁段之前，需要對其表面實施拋丸除銹清理工作，除銹之后，保障其表面的粗糙程度Ra可以達到25～60 μm。而對于高強度螺栓的連接面除銹而言，其需要保障整體的除銹等級可以達到Sa3級，表面粗糙程度Ra應當達到50～100 μm，除銹之后應當利用噴鋁進行防銹處理。另外，涂裝高強度螺栓需要在施工開始前全面清除螺栓的頭部油污和螺母以及墊圈外露部分的皂化膜。

根據(jù)施工需求和工程采取的構件特點來進行拋丸除銹工作，一般利用機械自動化進行除銹處理。在拋丸除銹期間，須使用30%的S390鋼丸和70%的G25鋼砂混合物。使用期間，結合噴砂后鋼表面的清潔程度和粗糙程度來適當調整二者比例。

涂裝施工期間，梁段表面不應當有雨水或者結露的情況發(fā)生，相對濕度不可在80%以上，環(huán)境溫度對于環(huán)氧類漆不可低于10℃，對水性無機富鋅防銹底漆和聚氨酯漆類不得在5℃以下。外涂裝時禁止在風沙、雨天及霧天的環(huán)境下涂裝，涂裝后4 h內應采取覆蓋措施保護，避免風吹雨淋。

4 結語

裝配式組合鋼箱梁結構是一種全新的橋梁結構，憑借其施工工期短、成本低和承載力強等優(yōu)勢在目前的橋梁建設中占據(jù)著重要的地位。相關部門與人員應對這種結構進行深入研究，不斷在各類公路橋梁和跨線橋等工程中積極推廣，推動橋梁工程的高質量可持續(xù)發(fā)展。