跨鋼- 混凝土混合梁鋼混結合段吊裝固定及精確定位施工工藝

于祥坤

（日照公路建設有限公司，山東 日照 276825）

1 概述

鋼- 混凝土混合梁（Steel-concrete Hybrid Girder）是利用接頭構造將鋼箱梁與混凝土梁連接成復合結構的一種橋梁。現代橋梁為了減輕主跨的自重、增加橋梁的跨越能力和整體剛度，各種類型的橋梁均采用鋼混復合結構。鋼混連續梁橋中跨采用鋼混結合段能夠充分發揮橋梁的混凝土和鋼材兩種材料的特性以及橋梁整體結構優勢，使鋼梁和混凝土梁成為一個受力平順、工作協調的整體結構，相比較單一材料提升了受力性能、跨越能力、經濟性能等能力，結構布局也更加合理化[1-4]。

鋼混連續梁橋的受力性能由于是混凝土梁、鋼混結合段和鋼箱梁組成不同于單一材料構成的橋梁，鋼混結合段是保證內力從鋼箱梁平順的傳遞到混凝土梁的關鍵[5-6]，因此鋼混結合段的高質量施工是重心所在。目前大跨鋼一混凝土混合梁鋼混結合段主要施工流程依次為：鋼混結合段預制、船舶運輸到橋位、鋼混結合段吊裝及固定、混凝土澆筑。由于大跨鋼一混凝土混合梁鋼混結合段構造復雜，鋼箱梁吊裝過程中如何保證精確定位，混凝土澆筑前如何進行臨時固定，是大跨鋼一混凝土混合梁鋼混結合段施工的重點及難點，如不針對工程特點考慮其精確定位方法及固定施工工藝是否合理，極易造成施工質量問題，嚴重的將導致事故發生，會造成不可估量的損失。目前對于大跨鋼- 混凝土混合梁鋼混結合段相關研究主要集中在結構的整體受力分析上，施工關鍵技術研究較少，因此亟需依托工程開展相關研究。

2 工程概況

韓莊運河大橋為三跨變截面鋼- 混凝土混合梁連續梁橋，如圖1、圖2 所示，橋梁跨徑布置為85+180+85m，跨中鋼箱梁段總長度為61.5m，鋼混結合段長4.5m，采用有格室的后承壓板形式，結合段設有PBL剪力板和剪力釘與頂底板共同形成鋼格室。鋼格室內混凝土養護完成后，張拉預應力束將承壓板與混凝土連接的更加緊密。鋼格室順橋向長度1.25m，鋼砼結合段頂板鋼格室上板厚26mm、下板厚25mm；底板鋼格室上板厚25mm、下板24mm；腹板鋼格室外側腹板厚24mm、內側板厚25mm，在腹板內側焊接豎向寬度為225mm 的PBL 剪力板、板上開有直徑70mm、圓孔并穿過φ25mm、HRB400 鋼筋與混凝土榫形成PBL 剪力鍵。在鋼格室內壁設置φ22mm高15cm的剪力釘。

圖1 韓莊運河特大橋梁平立面圖(單位：m)

圖2 鋼砼結合段三維圖

鋼砼結合段全橋共 4 段， 外形尺寸為3.99m*12.75m*4.1m，吊裝重為65t，采用浮吊吊裝，吊裝到設計位后，配合掛籃及其它裝置進行主梁間臨時固定。

3 測量控制網布設及變形觀測

3.1 測量控制網布設

3.1.1 控制點的選取。同幅兩鋼混結合段在安裝時應保證高程精度滿足設計要求、懸臂端的姿態保證一致，方便鋼箱梁吊裝合龍時的精確安裝。為減少鋼- 混結合段在制作、運輸、施工時因結構的微小變形所導致的誤差影響，鋼混結合段頂板布置5 個控制點、底板布置3 個控制點，與混凝土梁的控制點處于同一縱斷面，橫斷面距端面10cm，以保證鋼混結合段的安裝精度，具體點位布置如圖3 所示。

圖3 鋼混結合段布點（單位：cm）

3.1.2 控制網設置。根據施工現場實際情況與梁體上控制點位置，測量控制網分別布置在橋上和橋下，形成兩條閉合控制線，相互校準和測量，方便進行復測，精準的控制鋼混結合段的空間姿態。

3.2 懸臂端混凝土箱梁變形觀測

3.2.1 箱梁上觀測點的選取。為保證鋼混結合段在吊裝時安全、精確、空間姿態穩定，需要在吊裝前對中跨混凝土梁進行變形觀測，掌握混凝土梁隨著溫度的改變而變形的規律。在兩中跨17 號塊箱梁頂端面對稱設置3 個點（1、2、3），如圖4 所示，觀測點設置在距端面10cm的位置。

圖4 混凝土箱梁變形觀測點布置（單位：m）

3.2.2 懸臂端混凝土箱梁變形觀測。在布好混凝土箱梁端面的觀測點后，需要對6 個觀測點進行觀測連續12 個小時，每隔兩小時進行數據采集一次，并同時用溫控儀測量大氣溫度。對數據進行處理分析，掌握混凝土變形的變化規律，在吊裝前保證混凝土梁參數的精確。

3.2.3 實測與設計及仿真分析對比。通過早、中、晚的觀測，在不同溫度下分析懸臂梁的空間位置變化，根據每大觀測懸梁上兩量對壓點的坐標值來反算兩端間距變化。高程主要是測量對稱點高差變化。

4 鋼混結合段吊裝及臨時固定施工工藝

4.1 吊裝工藝流程

考慮施工現場環境及效率，本項目采用浮吊吊裝，鋼砼結合段共4 個節段，工需吊裝四次，吊裝順序根據現場施工需要進行吊裝，但須半幅施工完畢后再施工另外半幅，圖5為正在浮吊提升的鋼混結合段。

圖5 鋼混結合段浮吊提升

工藝流程如下：（1）浮吊駐位，為完成各節間各構件的吊裝，浮吊需進行拋錨駐位。浮吊需占用主航道（每次占用時間控制在四小時以內），及時與海事部門進行溝通對航道進行臨時交通管制和安全措施保障，確保吊裝過程安全可控，如圖6 所示。（2）吊裝第一段鋼砼結合段（圖示為小樁號側），吊重為65t。并進行點焊等臨時固定，如圖7 所示。（3）浮吊至大樁號側駐位，要求同第一吊，如圖8 所示。（4）吊裝第二段鋼砼結合段（圖示為大樁號側），吊重為65t。并進行點焊等臨時固定，如圖9 所示。（5）采用同樣的方式吊裝另外半幅的鋼砼結合段并固定。

圖6 步驟一

圖7 步驟二

圖8 步驟三

圖9 步驟四

4.2 鋼混結合段臨時固定

4.2.1 臨時固定裝設置。鋼混結合段采用浮吊吊裝至混凝土主梁懸臂端高程就位后，由于鋼混結合段與混凝土主梁最終固定前，需要進行鋼混結合段空間姿態調整，以保證鋼混結合段定位準確，并達到設計預拱度高程，此過程耗時較長，因此為了使浮吊盡早離場，減少水運航道封航時間，采用掛籃及后吊點輔助裝置代替浮吊進行鋼混結合段的臨時吊裝固定，如圖10、圖11 所示。

由圖10、圖11 可見，吊裝就位后原有掛籃僅可固定鋼砼段鋼結構前吊點位置，在橋面腹板上設置吊耳，掛籃通過吊耳對鋼砼結合段施加吊裝力；后吊點采用輔助鋼縱梁進行臨時吊裝固定，傳力模式采用鋼砼結合段腹板位置上方設置吊耳，吊耳與鋼帶連接，再由鋼帶頂部由扁擔梁分散到兩側千斤頂和橫梁上，橫梁壓在4 片鋼縱梁上，鋼縱梁縱向長度為3m，懸出混凝土段尺寸為1m，鋼縱梁梁底設置墊塊，以保證受力明確。

圖10 掛籃及臨時吊裝固定裝置示意圖

圖11 掛籃及臨時吊裝固定裝置現場照片

4.2.2 臨時固定流程。①提前在混凝土梁段中預埋鋼板，并利用預埋鋼板做為吊裝導向板。②待鋼砼結合段吊裝就位并進行初定位后，將預埋鋼板與鋼砼結合段焊接固定。③利用全站儀等測量儀器對鋼砼結合段進行精確測量，通過浮吊及導梁配合調整。④調整到位后安裝連系梁，并將連系梁固定。⑤將連系梁與鋼砼結合段后支點吊耳通過銷軸固定。⑥掛籃根據鋼砼結合段前支點調整位置。⑦將掛籃與鋼砼結合段前支點吊耳通過銷軸固定。⑧浮吊緩慢松鉤，將承載力向掛籃轉移，過程中密切監控，直至完全脫鉤。

5 鋼- 混結合段空間姿態精確定位

鋼混結合段是由整體鋼箱梁在廠內切割而成，以頂板的切口邊為基準，通過紅外線垂度儀對底板、腹板進行劃線切割，對鋼混結合段的切割端口進行檢測、打磨，保證切口平整，同時頂板與底板的端口在同一鉛垂線上。鋼混結合段在運輸以及起吊安裝的施工過程中，難免會出現結構的輕微變形，導致觀測點出現位置偏差，應及時的調整觀測點，使其精準的安裝。

綜上因素，以鋼混結合段的垂直度、高程和控制點的平面位置為控制指標來調整鋼混結合段的空間姿態，保證鋼箱梁安裝時的精確合龍。定位步驟如下：①在鋼箱梁的安裝中，盡量避免鋼混結合段與混凝土梁距離過近，導致鋼筋、鋼絞線與鋼混結合段發生擠碰現象，平順的將鋼絞線穿入鋼混結合段中；②安裝就位后，通過掛籃千斤頂與手拉葫蘆對鋼混結合段的空間狀態進行初調，將高程與平面位置大體調整到設計位置，與設計偏差不超過±20mm；③利用紅外線垂度儀配合鋼板尺，測量出結合段懸臂端頂、底板的垂度差△L；④通過千斤頂與手拉葫蘆相互配合，消除結合段頂、底板的垂度差；⑤綜合對混凝土懸臂端的高程以及平面位置測量結果，最終確定鋼混結合段的定位，通過掛籃及后吊點輔助裝置整體調整結合段高程；⑥鎖定掛籃及后吊點輔助裝置吊帶，安裝勁性骨架，鎖定鋼——混結合段。

6 結論

6.1 為減少鋼- 混結合段在制作、運輸、施工時因結構的微小變形所導致的誤差影響，應將控制點設置在距懸臂端10cm處的斷面上，并與混凝土箱梁控制點在立面上一致。

6.2 測量控制網分別布置在橋上和橋下，形成兩條閉合控制線，相互校準和測量，方便進行復測，精準的控制鋼混結合段的空間姿態。

6.3 在鋼- 混結合段吊裝前，為保證鋼混結合段在吊裝時安全、精確、空間姿態穩定，需要在吊裝前對中跨混凝土梁進行變形觀測，掌握混凝土梁隨著溫度的改變而變形的規律。

6.4 考慮施工現場環境及效率，本項目采用浮吊吊裝，鋼砼結合段共4 個節段，工需吊裝四次，吊裝順序根據現場施工需要進行吊裝，但須半幅施工完畢后再施工另外半幅。

6.5 在精調時以控制鋼一混結合段與大節段鋼箱梁合龍端口的垂直度、高程及端部控制點的平面位置為主。

6.6 為了使浮吊盡早離場，減少水運航道封航時間，采用掛籃及后吊點輔助裝置代替浮吊進行鋼混結合段的臨時吊裝固定。