波形腹板鋼-混凝土組合梁的標(biāo)準(zhǔn)化施工研究

李成軍

（甘肅博睿交通重型裝備制造有限公司，甘肅 蘭州 730000）

隨著鋼結(jié)構(gòu)智能制造技術(shù)的發(fā)展，波形腹板鋼-混組合梁通過將鋼結(jié)構(gòu)與混凝土進(jìn)行優(yōu)化組合，使之充分發(fā)揮各自材料性能潛力的同時降低造價(jià)、加快建造速度，并更多地考慮結(jié)構(gòu)使用性能、安全性、耐久性，推進(jìn)施工標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)。綜合考慮橋梁建設(shè)成本，安全耐久，管理養(yǎng)護(hù)等方面的因素，也是當(dāng)前橋梁工程發(fā)展的趨勢。

1 工程概況

G312 線清水驛至傅家窯公路來紫堡特大橋上部結(jié)構(gòu)采用40m 標(biāo)準(zhǔn)跨徑新型波形腹板鋼箱-混凝土組合梁。單幅橋面寬16.25m，單幅兩片主梁中心距10.5m，單片鋼箱梁腹板中心距2.75m，對于不設(shè)超高的曲線橋梁，其橫坡僅通過支座墊石調(diào)整高差，對于設(shè)置超高的曲線橋梁，其橫坡在通過支座墊石調(diào)整高差的同時，剩余的部分通過波形鋼腹板高度變化調(diào)整，如圖1 所示。

圖1 波形腹板鋼-混組合梁斷面示意圖

為充分發(fā)揮組合梁結(jié)構(gòu)作用及便于標(biāo)準(zhǔn)化施工，組合梁混凝土橋面板分兩期形成。箱梁頂板混凝土橋面板需在鋼梁吊裝前澆筑并與鋼梁形成組合結(jié)構(gòu)，二期混凝土橋面板除懸臂處采用現(xiàn)澆外，箱間橋面板采用預(yù)制混凝土橋面板。開口型鋼箱梁和箱梁懸臂處混凝土橋面板利用壓型鋼板作為模板，可實(shí)現(xiàn)無模板快速施工。主梁采用雙箱單室截面，有開口鋼箱梁和混凝土橋面板通過抗剪連接件組成，雙箱之間通過橫梁和端橫梁連接。該結(jié)構(gòu)形式使組合結(jié)構(gòu)更早發(fā)揮作用，提高材料的利用效率，能夠?qū)崿F(xiàn)利用現(xiàn)有橋機(jī)設(shè)備先組合、后架設(shè)，橋面板無模板施工。箱梁底板設(shè)置體外束，混凝土橋面板設(shè)置預(yù)應(yīng)力鋼束，具有結(jié)構(gòu)質(zhì)量好、施工便利、可實(shí)現(xiàn)工廠化、標(biāo)準(zhǔn)化施工等優(yōu)勢。鋼結(jié)構(gòu)耐久性根據(jù)JT/T722-2008《公路橋梁鋼結(jié)構(gòu)防腐涂裝技術(shù)條件》的要求，按大氣腐蝕種類C3 設(shè)計(jì)，采用長效型（保護(hù)年限25 年）涂裝體系。

施工流程如下：準(zhǔn)備工作→工廠化節(jié)段預(yù)制→鋼-混組合梁生產(chǎn)→安裝架設(shè)→二期混凝土橋面板施工→成橋。

2 施工前準(zhǔn)備工作

施工前準(zhǔn)備工作對標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)起關(guān)鍵性的指導(dǎo)作用，關(guān)鍵性的準(zhǔn)備工作如下。

1）技術(shù)準(zhǔn)備 根據(jù)設(shè)計(jì)文件、規(guī)范細(xì)化施工圖紙用于直接指導(dǎo)生產(chǎn)；明確制造工藝方案、制造驗(yàn)收規(guī)則、檢驗(yàn)計(jì)劃、施工工藝文件；加強(qiáng)對技術(shù)人員，焊工、涂裝工、起重工等特種作業(yè)人員進(jìn)行交底培訓(xùn)；進(jìn)行焊接工藝評定試驗(yàn)、涂裝工藝性試驗(yàn)。

2）材料準(zhǔn)備 編制采購計(jì)劃，羅列采購清單；根據(jù)采購計(jì)劃，分批分類采購；按照規(guī)范要求對材料逐批分類進(jìn)行復(fù)驗(yàn)；加強(qiáng)材料存放、使用管理。

3）工裝準(zhǔn)備 為保證鋼箱梁生產(chǎn)制造的質(zhì)量、提高制造精度、生產(chǎn)效率，改制或制造一系列工裝、臺座，宜選用智能制造生產(chǎn)線以滿足標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)需要。

4）場站準(zhǔn)備 準(zhǔn)備成品構(gòu)件存放區(qū)、工地二拼焊接及一期混凝土施工場站、運(yùn)梁通道等。

3 工廠化節(jié)段預(yù)制

3.1 鋼箱梁預(yù)制

零件下料采用精密切割下料。編程下料時除應(yīng)考慮焊接收縮量之外，還應(yīng)考慮切割熱變形的影響。對于影響成橋線性質(zhì)量的波形鋼腹板壓型主要采用模壓法壓制成型，利用液壓機(jī)與波形截面吻合的模具進(jìn)行一次成型壓制，宜多波連續(xù)壓制，尺寸應(yīng)符合JT/T 784《組合結(jié)構(gòu)橋梁用波形鋼腹板》規(guī)定。零件下料切割質(zhì)量、波形鋼腹板壓型誤差控制等影響單元件和箱體組裝精度。

波形腹板鋼箱主要由底板單元、隔板單元、頂腹板單元等單元件組裝而成。單元件在專用組裝胎架或自動化設(shè)備上進(jìn)行組裝，以此提高組裝精度和生產(chǎn)效率，主要作業(yè)工序有定位組裝、點(diǎn)焊固定。組裝胎架或設(shè)備應(yīng)具有打磨、除塵、卡緊等功能，焊腳高度不大于焊后焊腳的1/3，焊腳長度應(yīng)為50～80mm，點(diǎn)焊間距為400～500mm。如圖2所示，單元件在反變形工裝胎架上采用機(jī)器人等智能化設(shè)備進(jìn)行焊接，并依照J(rèn)TG/T 3650-2020《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》要求進(jìn)行單元件焊縫外觀尺寸檢查及無損檢測。焊后在專用矯正工裝胎架上進(jìn)行單元件的矯正作業(yè)。箱體組裝在胎架上完成，胎架設(shè)計(jì)時需考慮豎曲線及預(yù)拱度。先將底板單元上整裝胎架，加裝隔板單元以隔板單元為內(nèi)胎，最后組拼頂腹板單元。涂裝施工前，采用自動化噴砂或拋丸等方法進(jìn)行除銹，除銹等級和粗糙度應(yīng)符合設(shè)計(jì)文件要求，并應(yīng)符合JT/T 722《公路橋梁鋼結(jié)構(gòu)防腐涂裝技術(shù)條件》的規(guī)定。按照設(shè)計(jì)要求和涂裝工藝進(jìn)行底漆、中間漆和面漆施工。驗(yàn)收合格入成品庫，鋼箱梁節(jié)段預(yù)制完成。

圖2 智能自動化焊接

3.2 混凝土橋面板預(yù)制

橋面板采用預(yù)制鋼筋混凝土板，板厚25cm，預(yù)制板順橋向、橫橋向設(shè)置齒形剪力鍵。橋面板的預(yù)制采用混凝土臺座與鋼模板相結(jié)合施工，布設(shè)鋼筋加工廠、橋面板預(yù)制生產(chǎn)區(qū)和存放區(qū)，要求預(yù)制板存放時間6 個月以上。預(yù)制板生產(chǎn)區(qū)布設(shè)專用臺座，專用模板，可實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化、流程化生產(chǎn)，施工工藝流程如圖3 所示。

圖3 預(yù)制板施工工藝流程

4 鋼-混組合梁生產(chǎn)

橋梁施工工藝、材料要求及質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)遵循JTG/TF 3650-2020《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》、GB 50755-2012《鋼結(jié)構(gòu)工程施工規(guī)范》、GB 50661-2011《鋼結(jié)構(gòu)焊接規(guī)范》等有關(guān)條文。在架設(shè)現(xiàn)場布設(shè)標(biāo)準(zhǔn)化梁場（如圖4 所示），用于完成波形腹板鋼箱梁二次拼裝、焊接、箱梁頂板壓型板鋪設(shè)、剪力釘焊接及箱梁頂板一期混凝土橋面板施工，流程如下：①場地平整及基礎(chǔ)施工，包括門式起重設(shè)備，軌道基礎(chǔ)采用混凝土條形基礎(chǔ)、作業(yè)場地混凝土硬化等；②起重設(shè)備安裝；③搭建可調(diào)節(jié)型鋼鋼框架密集支撐；④將分段完成工廠預(yù)制的鋼箱梁運(yùn)至現(xiàn)場后置于胎架上，按技術(shù)要求完成拼裝焊接后，進(jìn)行組合梁頂板一期橋面混凝土施工，使箱梁頂混凝土橋面板與鋼梁在吊裝前形成組合結(jié)構(gòu)。在主梁隔板位置處每跨單箱布設(shè)4 個吊點(diǎn)，避免在運(yùn)輸和吊裝過程中產(chǎn)生明顯變形。

圖4 標(biāo)準(zhǔn)化梁場

5 安裝架設(shè)

新型波形腹板鋼-混組合梁上部結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)階段已充分考慮了鋼結(jié)構(gòu)與混凝土的優(yōu)化組合。可利用現(xiàn)有架梁設(shè)備，無須重新開發(fā)制造專用架梁設(shè)備即可完成施工任務(wù)。根據(jù)不同的現(xiàn)場工況作業(yè)條件，可利用門式起重機(jī)、架橋機(jī)、流動式起重機(jī)等多種方式進(jìn)行，本項(xiàng)目利用架橋機(jī)和汽車起重機(jī)進(jìn)行架設(shè)。架設(shè)主要工作為主梁架設(shè)、橫梁安裝、橋面板安裝和體外束張拉。

為實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)，針對本項(xiàng)目4×40m 連續(xù)梁在施工階段不同工況條件下，對體外束進(jìn)行張拉，采用有限元軟件進(jìn)行模擬，通過表1 對箱梁中跨和邊跨底板應(yīng)力值，箱梁預(yù)拱度變化進(jìn)行對比，并結(jié)合實(shí)際施工需要，最終體外束的張拉工作選擇工況二執(zhí)行，各項(xiàng)數(shù)值滿足設(shè)計(jì)要求，工序之間銜接合理順暢，形成流水化作業(yè)，有利于降低施工成本，加快建造速度。

表1 箱梁底板預(yù)應(yīng)力值和預(yù)拱度變化

6 二期橋面混凝土板施工

二期橋面混凝土板施工主要是箱梁懸臂和濕接縫。箱梁懸臂位置在箱梁頂板一期混凝土澆筑前已鋪設(shè)壓型鋼板，壓型鋼板以栓釘焊接方式固定于鋼梁上。濕接縫均位于箱梁頂板位置，在橋位只需要完成鋼筋綁扎，預(yù)應(yīng)力波紋管布設(shè)后，即可進(jìn)行混凝土澆筑施工，實(shí)現(xiàn)無模板快速施工。

7 成 橋

拆除一聯(lián)內(nèi)臨時支座，完成體系轉(zhuǎn)換。連接頂板鋼束張拉預(yù)留槽口處的鋼筋后，澆筑混凝土。安裝防撞鋼護(hù)欄，完成防水層、橋面鋪裝及其他附屬工程，成橋驗(yàn)收。

8 結(jié)語

本文結(jié)合G312 線清水驛至傅家窯公路來紫堡特大橋?qū)嶋H案例，從主要施工工藝流程等方面闡述了新型波形腹板鋼-混組合梁應(yīng)用的全過程。波形腹板鋼-混組合梁澆筑部分頂板混凝土，利用現(xiàn)有架橋機(jī)實(shí)現(xiàn)快速架設(shè)，使組合結(jié)構(gòu)更早發(fā)揮作用，提高材料的利用效率，降低附加應(yīng)力和提高預(yù)應(yīng)力導(dǎo)入度，使橋面板拉應(yīng)力滿足預(yù)應(yīng)力A 類構(gòu)件的要求，達(dá)到材料的優(yōu)質(zhì)組合。利用壓型鋼板和預(yù)制板，實(shí)現(xiàn)無模板施工或減少濕作業(yè)量，施工周期短、施工技術(shù)成熟可控、有利于推進(jìn)橋梁標(biāo)準(zhǔn)化、工廠化、智能化、信息化建設(shè)，尤其在城市、山區(qū)、跨越河流、既有線施工中具有良好的應(yīng)用前景。O