钢-混凝土结合梁在高速公路梁施工中的应用

徐友治 （安徽省交通建设股份有限公司，安徽 合肥 230041）

1 引言

近几年钢-混凝土材料的结合结构不断出现在高速公路桥梁中，并得到广泛利用。通过对钢材和混凝土两种材料的合理利用,混合梁的受力性能、跨越能力、经济性能等方面得到很大改善,在桥梁建设中得到越来越多的重视[1]。

现行在高速公路上钢-混凝土结合桥的主要施工方法就是钢结构的集中加工、钢结构的吊装焊接安装、混凝土梁体施工。钢结构的安装方法对于跨度小、重量轻、交通便利的，可采用焊接拼装吊装施工；对于大跨径、重量大、施工难度大的可采用顶推或悬臂施工。

2 工程概况

济南至祁门高速公路淮合段路基03标段主体工程为淮河特大桥南岸引桥，桥梁总长为5190m。下部结构为PHC管桩、现浇承台、预制墩、现浇墩帽；上部结构为钢-混凝土组合梁桥结构。

钢-混凝土梁组合结构共计36联，主纵梁划分为A～E梁段，主要梁段长4.5m、5m、7.5m、11m。

梁高1.75m，顶板采用800mm×25mm，墩顶位置加厚为32mm；

腹板厚14mm～16mm，墩顶位置增大为20mm；

底板宽度1000mm，板厚采用25mm～32mm，跨中底板厚40mm，墩顶位置为44mm；

腹板横向加劲肋采用180mm×12mm，纵向加劲肋采用160mm×12mm。

3 施工工法研究

为保证钢-混凝土组合梁的加工质量，钢梁采用工厂分节段加工制造、预拼，钢板梁要求5节一起拼装，钢梁预拼底面线形与设计线形一致，预拼后留一节与待制造段匹配。每跨钢板梁组装后由两台50t龙门吊四点抬吊至桥墩位处，由临时支座支承，四跨成联后，下梁至永久支座。

3.1 钢梁工厂加工

3.1.1 桥单元件划分

结构形式如图1、图2，单元件划分为面板单元件，底板单元件，内、外、中腹板单元件，横隔板单元件。

图1 钢梁单元划分

图2 分段制造图

3.1.2 钢梁梁段组装与预拼装原则

采用梁段总成与预拼装一体化建造，其总成与预拼装在同一胎架上完成。梁段预拼主要是检查匹配相邻梁段之间的端口及整体线型,避免工地装焊时，梁段间出现较大间隙和较大错边，使工地装焊工作顺利进行。

3.1.3 关键工序、单元件、部件的焊接

①钢梁底板单元件焊接

底板单元件的数量多，结构形式单一，为了优质高效生产和减少焊接变形，采用反变形胎架。焊接方法采用CO2气体保护焊接，保证了产品的质量和焊缝外观的美观。

②钢梁节段厂内总装

面板、底板、腹板的对接焊缝均采用埋弧自动焊进行焊接；腹板单元件、横隔板单元件与面板、底板间的角接焊缝均采用CO2气体保护焊接。

③钢梁节段工地焊接

钢梁节段工地焊接完全处于露天作业，风大、湿度大、工期紧、结构尺寸大、精度要求高等特点，为了保证吊装四个节段后，能够在最短的时间内完成焊接，同时又要保证钢梁的焊接质量和线形、结构精度的要求，在自动焊焊接技术上，并采用CO2气体保护焊，以缩短工地焊接施工周期、降低劳动强度，保证工地焊接的焊接质量。

④焊缝检测

焊接质量是钢桥质量的根本[2]，故必须对钢梁焊接、焊缝进行严格检测。

所有焊缝在焊缝金属冷却后进行外观检查，不能有裂纹、未熔合、焊瘤、夹渣、未填满弧坑及漏焊等缺陷。焊缝施焊48h，经外观检验合格后，再进行无损检验。

3.2 涂装施工方案

①表面清理工艺要求

表面清理包括表面缺陷修补、打磨，钢板表面盐含量的检测及可溶盐的清除，表面油污的检查及清除，粉尘记号、油漆、胶带等表面附着物及杂物的清除。

②喷砂除锈技术要求

钢梁喷砂顺序一般应自上而下，由一段向另一端推进，以减少干扰[3]。在表面清理检验合格且表面干燥后即可进入喷砂作业工序，主要视表面粗化的均匀性来控制喷砂时间[4]。

③工地涂装

焊缝后24h内进行涂装，其底漆及中间漆干膜厚度按规定增加1.3倍进行涂装处理。箱内焊缝涂装前必须将箱内杂物清理干净后进行。焊缝涂装前应注意与原有涂层的搭结。

3.3 安装施工方案

3.3.1 钢梁吊装准备工作

钢箱梁运输到工地，测量人员根据施工图设计的标高,仔细复核支点坐标为调整钢箱梁的标高做准备，安装组对安装场地、支架进行安全检查，复核千斤顶、支点木块位置，施工人员指挥就位到最佳安装位置。

3.3.2 钢梁安装

钢箱梁总体安装顺序是从每个单跨的一个墩台向另一个墩台架设。

①安装前，用水平仪、全站仪按照设计图中所示竖向位置坐标放线，对永久支座和各临时支座的标高、位置、钢箱梁轴线，各孔跨径进行复测核实，在钢箱梁上标注明显轴线位置及钢箱梁安装位置，其允许偏差符合要求后，方可安装。

②依据各段钢箱梁的重心位置和外廓尺寸选定合适的起吊位置，保证起吊平稳，不变形。

③每节钢箱梁正式安装前先在地面先试吊。

④钢箱梁安装时，钢箱梁起吊到临时支架上空约3cm～5cm后，采用限位块、临时对拉葫芦等工具对钢箱梁进行空间定位，再落梁在四个临时支座上，此时再用限位块和临时对拉葫芦，对钢箱梁进行平面精确定位；如发现误差，及时调整。

⑤钢箱梁的临时固定焊接

每一节钢箱梁安装就位后、整体焊接前都要进行临时固定焊接，其目的是保证钢箱梁空间位置准确和结构安全。钢箱梁临时固定焊接包括与相邻节段的临时固定焊接和与支架的临时固定焊接两部分。临时固定前后都要进行测量控制线性、标高，确保精确定位。

3.3.3 钢箱梁安装施工监控措施

①钢梁到达工地后，架设前，必须进行喷铝面的工地摩擦系数进行复测，当喷涂试件摩擦系数f≥0.45时才准予架设。

②为控制中间临时墩在使用状态，不致因下沉而影响钢箱梁设置预拱度值，架设前应对临时墩进行预压，预压重量为50t/点，并测出临时墩基础的回弹量，以此作为临时墩顶面标高设置的依据。

③钢梁架设应注意标高及平面尺寸的控制。钢梁架设过程中第一段主梁架设就位后，后续梁均以此梁为基准进行架设，定位应严格控制其偏差。

④钢梁预拱度控制

预拱度设置是否达到设计要求，关系到其使用寿命，钢梁架设施工时，通过对临时墩预压或在临时支点处起顶、预应力张拉等措施来控制预拱度，使之达到设计要求。

⑤涂层质量控制

涂层质量的好坏，不仅影响钢梁的外观质量，更重要的是影响钢桥的防腐性能，主要控制其附着力是否符合要求、涂层刮伤处是否按油漆修补工艺严格执行等，以确保涂层的防腐能力达到设计寿命要求。

3.4 混凝土梁与钢结构的结合施工控制

本项目混凝土梁采用C40PVA纤维混凝土预制，其中现浇部分采用C40微膨胀，以便充分与钢梁结合。连续组合梁桥负弯矩区会出现混凝土桥面板受拉、钢梁受压的情况,设计时需解决负弯矩区弯剪相关、裂缝控制及内力重分布等问题。因此,防止负弯矩区混凝土开裂或有效地控制负弯矩区混凝土裂缝宽度，成为影响连续组合梁桥设计的一个关键问题[5]。

3.4.1 采取合理有效的施工措施

采用合理的混凝土梁施工措施,如合理安排混凝土梁面板的浇注顺序、采用预应力桥面板等。采用预制桥面板是一种减小混凝土收缩徐变所引起的不利拉应力的有效方法。

3.4.2 使用合理的材料添加剂

本项目使用的高强PVA纤维素添加剂，改变混凝土梁的受力和抗拉性能，从而增加与钢结构的连接，增加抗裂缝的能力和混凝土本身的强度。同时在局部现浇段使用微膨胀剂，增加混凝土梁与钢梁的有效结合，有效增加了预应力的效果。

3.4.3 采用预应力方法，减少收缩徐变和裂缝的产生

采用预应力方法可以减少甚至防止混凝土在使用荷载下的开裂,使负弯矩区的混凝土桥面板与钢梁，仍然形成组合截面共同工作,以达到节省材料、增加结构刚度的目的,并防止钢梁的锈蚀。在连续组合梁桥负弯矩区引入预应力的方法有：

①通过张拉钢丝束在混凝土桥面板内施加预应力；

②通过调整支座相对的高度，形成预应力；

③钢构桥将墩—梁固结后，在竖向荷载作用下，主梁端部将产生负弯矩，从而可减小跨中正弯矩，梁跨中截面相比其他梁式桥型可相应减小[6]；

④通过预加荷载形成预应力；

⑤为提高负弯矩区组合梁的刚度和承载力，可在负弯矩区底板上方浇筑混凝土，最后施工混凝土桥面板[7]。

4 结论与建议

通过对钢—混凝土结合梁在高速公路中的实际应用、技术研究和施工操作实践，我们可以得出一些初步结论和建议。

①钢—混凝土结合梁在现行高速公路的重要性和必要性。

②钢梁结构的焊接和安装是钢—混凝土结合桥梁的主要阶段。

③混凝土梁与钢结构的结合、混凝土梁裂缝的处理是钢—混凝土结合桥梁的耐久性、使用性能的保证。