钢-混组合桥梁上部结构装配式施工关键技术

钢-混组合桥梁上部结构装配式施工关键技术

蒋文祥

中国有色金属工业第十四冶金建设有限公司 云南昆明 650000

摘  要：本文通过叙钢-混组合桥梁这种新型桥梁上部结构装配式施工实例，对装配式钢—混组合连续梁的整体结构受力进行简要分析，并对其上部结构的施工难点、施工关键技术以及施工过程注意事项进行简要的分析和总结。

关键词：钢-混组合桥梁；预制桥面板；装配式施工；关键技术；

1、概述

钢-混组合桥梁是在钢-混组合结构的基础上研发出来的一种新型梁式桥梁结构，使钢结构和钢筋混凝土结构有机的组合在一起，充分发挥两种结构的力学特性，利用混凝土的抗压性能好和钢材受拉能力足的优势，弥补了混凝土结构抗拉和钢材受压易屈等问题，使桥梁整体结构具有受力经济合理，结构自重轻、跨度大、易施工等特性。

云南滇中新区嵩昆路军长立交主线桥梁上跨官军路，桥梁全长408米，双幅布置，每幅桥梁标准宽度12.75m，跨径布置为2x（3x32m）+（36m+48m+36m）+（3x32m），共4联，采用钢—混组合结构；其中钢结构部分采用工字型双主梁及工字型挑臂，板面部分采用C60预制混凝土桥面板，板厚0.24m；桥面板与钢结构之间采用圆柱形焊钉作为剪力键进行有效的组合，使本新型组合桥梁结构不同于常规钢梁混凝土板结构中混凝土板仅作为桥面，增加钢梁的荷载；新型组合桥梁结构中混凝土板通过剪力键将钢梁和混凝土板连成整理形成共同工作的承重构件，大大增加了梁的承重能力和刚度；除此之外，桥梁上部结构均实现了工厂预制，现场装配的施工方式，使桥梁的施工质量得到了有效的控制。

图1  全桥立面图

图2  桥梁效果图

2、施工技术工艺原理

将钢-混组合桥梁上部结构拆分成若干个钢结构和混凝土预制构件，充分利用钢结构构件厂制、现场拼装、整体吊装的方式，将厂制钢结构构件进行现场拼接吊装，最后采用焊接的方式使其连续成整体；

桥面混凝土板采取总体几何尺寸标准化，结构钢筋局部调整的分类划分法，桥面板采取现场预制场厂制、分块吊装、现浇带法整体成型的方式将其混凝土预制构件部分连续成一个整体；

其中钢结构部分和混凝土部分通过设置在现浇带中的剪力键连成一个整体，桥梁预应力通过“调整支座高度”法进行设置，进而完成钢-混组合桥梁上部结构的装配式施工。

3、施工重难点分析

（1）钢梁及桥面体量大，采用装配式施工，需对钢结构和桥面混凝土部分进行合理划分，以便在桥梁结构受力和施工方便两者之间寻找最佳结合点，在满足桥梁结构受力的同时，方便装配式施工。

（2）预制板钢筋密度大，精准度要求高问题，上下层钢筋间距最小的仅56mm，常规在61mm～78mm之间；水平分布筋搭接后最小间距仅47mm，普遍在58mm～65mm之间，在水平筋搭接后钢筋间隙间还存在Φ22圆柱形剪力键，更是增加了预制板预留钢筋的精准度要求；尤其中支点区中板，其四周的预制板预留钢筋均需与其预留钢筋相连接，如桥面板在预制过程中，分布筋间距控制达不到要求，将导致预制板就位困难及预留钢筋接头相互连接不上。

图三  预制板断面图

（3）预制板预留钢筋接头防锈难问题；因桥面板预制完成后需存放 6 个月后方可进行安装（减少预制桥面板混凝土收缩徐变产生的次应力），预制板预留钢筋接头防锈处理时间长达6个月之久。

（4）按照双工字钢主梁分段划分及吊装机械配置和起吊方案，双工字钢主梁构件采用工厂分段制作，现场按照单幅桥一个分段横断面地面拼装完成后整体吊装，现场拼装完成后一个吊装单元规格为：最长为29.3米，宽12.75米，高2米，重量最重约78.5吨；起吊高度18.0m，吊装的安全保证是重点。

（5）与常规的钢筋混凝土梁式桥梁不同，装配式钢—混组合桥梁全桥未设置预应力钢绞线或钢丝束，负弯矩区混凝土桥面板裂缝控制不能采用常规的张拉预应力钢绞线、钢丝束等方式进行控制。

（6）单联钢结构安装完成后中支点横梁处顶升一定高度（32+32+32）米联顶升 250mm,（36+48+36）米联顶升320 mm；待预制混凝土板完成安装，再将单联桥整体回落至原设计标高，桥梁整体稳定性及位置控制需严格管控。

（7）预制板吊装就位困难，由于钢结构上剪力键和预制板间预留钢筋的影响，预制板吊装时可调空间有限，一块预制板稍微安装位置不到位，便会产生连锁效果，导致其他预制板安装不到位，甚至安放不下或造成预制板钢筋弯曲、剪力键损坏。

图4  剪力键布置图

（8）桥面板现浇缝施工难问题，全桥横向现浇缝间距为4000mm（位于挑臂上方），共计212道，纵向现浇缝间距6750mm（位于主梁上方），共计4道；施工难点主要为预制板钢筋接头焊接以及现浇缝纵、横向钢筋安装困难问题。

图5  纵横向现浇缝断面图

4、施工关键技术

4.1装配式构件划分

钢结构部分构件划分时，需根据设计特点和场内制作要求，将钢梁进行分段划分，分段需遵循以下原则：

（1）根据厂区至现场道路、桥梁情况，运输车辆运载能力、起吊场地和起吊设备的吊装能力，尽量减少现场工作量为原则；

（2）焊缝尽可能少，且横向焊缝距离跨中和支点点位置要尽可能大的原则；

（3）钢结构划分时，需对钢梁整理结构受力情况进行验算分析，并经设计单位复验后，方可进行实施。

本工程钢梁分段如下图所示，每段钢梁又分为主梁、中支点横梁、边支点横梁、普通横梁以及挑檐部件，梁按照零件翼缘板单元、腹板单元、底板单元、隔板单元等，挑檐面板单元与T肋单元组成部件，最后直接发到工地现场再进行整体组装成型，钢结构桥制作分段图如下：

图6  32+32+32米跨钢梁及桥面板构件划分图

图7  36+48+36米跨钢梁及桥面板构件划分图

4.2预制台座及钢筋精度控制

根据预制板数量、预制场地情况以及工期要求，进行预制场地总体部署，场地布置三个基本作业区，分别为加工区、制作区以及存放区。为确保预制板制作的质量，桥面板预制台座采用30cm厚度C25混凝土制作，上层四个棱角采用50x50x5的角钢进行保护，台座尺寸与预制板相同，台座上铺设3mm钢板作为底模，并与混凝土台座进行有效的固定，以确保台座的平整度及刚度。预制板侧模采用10mm钢板及角钢制作而成，钢板上预留钢筋限位槽，待钢筋安装到位后，采用木模对钢筋竖向位置进行控制，并用聚乙烯封孔泡沫对模板上的空隙进行封堵，以对确保钢筋安装的精准度和混凝土外观质量。

图8  预制台座及模板

4.3预制板预留钢筋接头防锈处治

钢筋锈蚀不仅会使钢筋截面积减小，降低钢筋性能，甚至导致钢筋抱回，严重影响着工程施工质量；本工程桥面板预制完成后需存放 6 个月后方可进行安装（减少混凝土预制桥面板收缩徐变产生的次应力），钢筋防锈的处治显得尤为重要；常见的防锈处理办法有水泥浆法、油漆涂刷法、防锈水、薄膜覆盖法等，但是其经济性及有效性均存在一定的局限性；其中水泥浆法中水泥浆致密性差，涂层薄，易碎，碳化等原因，钢筋在一个月之后便出现锈蚀现象；油漆涂刷法虽能有效的起到防锈作用，但会明显降低钢筋与混凝土的粘结力；防锈水法，施工方便简单，但时效性较短，需经常观察并及时喷刷处理；薄膜覆盖法中薄膜易老化，且实际操作中薄膜易损坏，空气不能排尽等问题导致其防锈效果十分有限。为解决本工程桥面板钢筋防锈问题，工地试验室及项目技术人员，对水泥浆防锈法进行改良，加入阻锈剂和有机胶料，经过研究探讨、配合比试验及试验效果验证，改良后的水泥浆法具有良好的坑裂性、致密性及防锈效果，有效的保证了桥面板钢筋的防锈效果。

4.4负弯矩区混凝土桥面板裂缝控制

在梁式桥梁工程中，混凝土裂缝控制最有效的方法是配置预应力钢绞线或钢丝束；然而装配式钢-混组合桥梁不同于其他常规结构桥梁，桥面板采用预制安装，且桥面板板厚仅240mm，无法采用常规千斤顶张拉作业施加预应力；为有效的控制钢-混组合桥桥面预制板的裂缝，在预制板吊装前，须对连续钢梁的中间支座进行顶升，使负弯矩区的钢梁承受一定的弯矩，然后再进行预制板的吊装、预制板间钢筋连接及现浇带的施工，待现浇带混凝土强度达到设计强度的100%、弹性模量达到设计要求且现浇带混凝土龄期不小于42天后，再将顶升起的梁整体降落至设计标高，使负弯矩区混凝土桥面板受压从而使混凝土桥面板产生预应力，进而有效地控制混凝土桥面板裂缝的产生。

4.5钢结构吊装

本工程单件最大起吊件为：长为29.3米，宽12.75米，高2米，78.5吨；为确保吊装施工的安全，采用两台260t吊车进行安装；吊装前，需确保拼装单元按照设计坡度在地面 1:1 的拼装焊接完成，焊缝检测合格并经各方验收合格；吊车的选型及站位均通过实地考察及专业验算，吊装时预先在桥墩间钢梁分段位置上架设临时固定支架；吊装时整体缓慢提升直至设计位置。

4.6预制板吊装

桥面预制板吊装前，须先清除预制板钢筋头上的水泥浆防锈层，水泥浆防锈层采用Φ14钢筋进行敲打，辅以铁刷进行清理，避免吊装完毕后，钢筋头上水泥浆块掉落至现浇带中，清理困难；

吊装时，需根据现场施工场地及预制板重量选用合理的施工机械，并对施工现场预制板运输路线进行规划；吊装前，须提前进行预制板与钢梁之间的橡胶条的安装和纵向现浇缝下层钢筋的安装，避免预制板安装完成后现浇缝下层纵向钢筋不能安装；预制板吊装时，为避免因预制板加载造成钢梁失稳和钢梁梁底脱空，预制板因先吊装每联跨中中板，然后从每联的两端均衡对称的向跨中吊装，在吊装完中板后再进行跨中的边板吊装，边板的吊装顺序同中板，但桥梁横向方向也需均衡对称吊装，直至一联的预制板全部吊装完成。

4.7顶升及落梁作业

（1）钢梁的顶升及落梁均采用PLC多点同步液压控制系统（双作用，四点变频），千斤顶和油泵配套标定，每联钢梁顶伸、落梁千斤顶采用FY-CLRG-500T-68、高度300mm、工作压力70Mpa千斤顶四个，起落安全贮备系数不小于0.2。

图9  PLC多点同步液压控制系统顶升作业

（2）在每联钢梁分段吊装和现场焊接成一个整体并验收合格后，方可进行钢梁顶升作业。起落梁机械设备需在进场前统一完成千斤顶与油泵的配套检定。钢梁顶升作业时，需根据每联钢梁的重量，选用合适千斤顶，并对千斤顶的性能和顶升的方案进行计算和论证。

（3）在进行千斤顶性能评估时，需将顶升至落梁期间的荷载考虑进去，包括桥梁预制板的重量、现浇带的重量以及施工过程中形成的临时荷载、动载等。起落梁时，除了对千斤顶等设备进行性能验证的时候，还需对钢梁的强度、刚度、稳定性及钢支垫承压性能进行验证，避免因钢支垫设置数量不够造成钢梁和支点损伤及变形。

（4）顶升作业前，需对顶升装置进行安装和验收，包括重力传感器、位移传感器、安全墩、千斤顶、反力墩等，延后合格后方可进行顶升作业。

图10  顶升作业设备布置图

图11  顶升作业中重力传感器和位移传感器

（5）顶升作业时，需配置专人进行指挥，并在每个墩柱位置设置一人，对该墩柱的顶升情况进行观察和控制，顶升作业时，需根据总顶升高度和千斤顶顶程设置顶程，每顶升30-40mm，对各墩柱的顶升情况进行检查，确保无误后方可进行进一步顶升。

（6）落梁时，需确保现浇带混凝土强度达到设计强度，养护龄期不小于42天。

（7）落梁采用500T千斤顶正装，通过8个行程完成（以48米跨为例），落梁过程注意减少千斤顶底部钢板以保证千斤顶有效行程。安全墩上的钢板厚度小于200时候，也要及时减少法兰，每次行程结束及时读取位移传感器读书，与测量人员同步校正核对以保证行程准确性。

（8）落梁时采用分次同步落梁。桥墩顶支座处放置钢板垫块保证其净空小于10mm，直到落到设计标高，支座完全受力。

（9）为确保落梁时位置准确，需设置纠偏千斤顶；分别对桥梁纵横位置进行校正。

（10）控制每次落梁高程，及时设置钢板垫块，避免千斤顶长期受力失效。

4.8现浇缝钢筋安装

现浇缝纵向钢筋位于预制板钢筋的上下层，下层钢筋需在预制板吊装前进行摆放安装，否则待预制板吊装完成后，下层钢筋无法安装；现浇缝横向钢筋上下两层均位于预制板钢筋之间，钢筋如在预制板吊装时安装，将影响预制板的安装，致使预制板安装时须水平穿插作业，且最后一排预制板无法安装下，故现浇缝横向钢筋需待预制板吊装完成后进行高空穿插作业，然单根横向钢筋全长12m长，即便采用先安放钢筋，然后将钢筋焊接起来，单根钢筋也长达9m，高空钢筋穿插作业相当困难。为解决现浇缝横向钢筋高空穿插作业难题，项目部进行技术攻关，采用移动桁架进行横向钢筋安装，桁架两端安放于左右幅桥梁，钢筋穿插时，桥梁左右幅各安排两人，无需在桁架上进行施工作业，通过桁架上的绳索拖拉钢筋进行穿插作业，实现现浇缝横向钢筋的高空穿插作业施工。

4.9桥面板现浇缝施工

桥面板现浇缝采取分联浇筑，浇筑时，从每跨跨中往支座方向均衡对称浇筑，桥面板现浇缝混凝土浇筑具有跨度大，单联长达96m（120m）；方量小，单联仅112.38m³（138.82m³），浇筑高度达大，最高达12.5m；浇筑时采用单台泵车难以满足对称浇筑的要求，在泵车挪动的时，还会形成冷缝；为满足设计均衡对称、无冷缝的浇筑要求，桥面板现浇缝浇筑时，采用单台汽车泵运料配合6台手推车进行混凝土浇筑，汽车吊配备料斗作为备用机械以及汽车泵挪动时混凝土浇筑补充机械，以满足混凝土浇筑要求。

4.10施工注意事项

（1）每块预制桥面板浇注时，要求一次完成，严禁混凝土出现“冷缝”。

（2）预制板制作时，需对每块预制板进行编号，并注明预制时间、预制板安装位置，以及安装方向，预制板的钢筋安装时，需根据预制板的位置及相邻预制板钢筋位置进设计，防止预制板钢筋安装时预留钢筋头冲突。

（3）现浇缝浇筑前，须对现浇缝进行清扫，因现浇缝钢筋密度大，清扫时先用空压机将缝隙中的灰尘、木屑等吹扫干净，并用夹子清除大块杂物，然后采用高压水枪进行清洗，避免高压水枪冲洗时，灰尘、木屑在钢筋和预制板缝隙之间堵塞，清洗不干净，影响混凝土浇筑质量。

（4）预制桥面板的堆放支点应设置于吊点附近，板底应采用弹性支承块（如橡胶块）支承，弹性应满足存板时四点均匀支撑受力的要求，支承块高宽比应选择得当以适应预制桥面板的收缩和徐变；预制桥面板的堆放一般情况下不得超过 6 块，各层板的支承块位置应对齐。

（5）预制板安装时，预制板的安装方向及位置，须严格安装预制板预制时确定的位置进行安放，安置时，不得强行安装，不得损坏或弯曲钢梁上的剪力键和相邻预制板的钢筋。

5、总结

本文通过对钢-混组合梁上部结构装配式施工关键技术进行实践介绍，分别对钢-混组合连续梁上部结构装配式施工难点、施工关键技术以及预制桥面板施工过程中注意事项进行详细叙述，并结合工程实际进行分析叙述，为同类型桥梁的施工提供一个参考。

6、参考文献

[1]杨亚莉.大跨径钢混凝土组合桥梁施工关键技术.山西建筑，2012（04）.

[2]刘飞.连续钢混组合梁负弯矩区处理措施.北方交通，2015.

[3]邓青儿，于洋，汤岳飞.大跨径钢-混凝土组合梁在老桥改建中的应用[J].桥梁建设，2016(01).

[4]田明昱，黄杰，连续—刚构组合梁桥设计、施工关键问题的探讨[J].水利水电施工，2007(01).

[5]陈卫全，刘永健，张俊光，张泽军.预制混凝土桥面板湿接缝构造形式研究[J].内蒙古公路与运输， 2018(01).

[6] 苏庆田，胡一鸣，田乐，曾明根.用于组合梁桥面板湿接缝的弧形钢筋连接构造[J].中国公路学报，2017(09).

[7]王德辉，史才军，吴林妹.超高性能混凝土在中国的研究和应用[J].硅酸盐通报，2016(01).

[8]朱玉,丁德豪.预制混凝土梁湿接缝环形钢筋搭接长度研究[J].公路，2015(12).

1