混合梁桥高效装配施工研究

陈光军，徐猛梁

(1.浙江省长兴交通投资有限公司 湖州市 313100；2.浙江工业大学 土木工程学院 杭州市 310014)

0 引言

混合梁结构是在参考钢与混凝土自身的优点与限制基础上得到的一种新型结构，它主要是在桥梁纵向用事先预制好的钢梁来取代中间部分的混凝土梁[1]。传统混合梁结构一般被用于大跨径斜拉桥，在中等跨径梁桥中的应用较少。由于混合梁桥不仅在桥梁高度上可以满足工程需要，又可以减少引桥部分的施工量，因此在江浙地区以及含有平原湖泊的地段具有较好的竞争力[2]。但如果采用斜拉桥，设计与混合梁一样的过渡段构造，则存在较大轴力，这与连续梁桥的轴力很小的特点不一致，造成不必要的浪费。因此针对平原湖泊地区的特点采用与连续梁桥受力特点一致的钢混混合梁桥，并提出单箱混凝土-多箱钢的对接形式，通过设置混凝土实心段外加钢混过渡段来实现混凝土与钢的连接，且单箱混凝土-多箱钢的对接形式，解决了传统单箱混凝土-单箱钢对接形式中由于巨大的封闭空间带来的焊接难等问题，为浙江省平原湖泊地区的桥梁建设提供了新的方案。

1 概述

1.1 工程概况

金溪大桥位于浙江长兴县画溪大道，上跨长湖申航道(Ⅳ级航道)，桥下因通航要求，限高为2.86m。桥梁总宽38m，左幅与右幅分离，主桥上部结构采用(45m+80m+45m)钢-混混合梁结构。主桥两段边跨为纵向长度45m的预应力混凝土变截面箱梁；中间跨由混凝土箱梁、钢混过渡段及钢箱梁段组成，其中混凝土箱梁纵向长度约为20m，位于中跨两端；钢箱梁段纵向长约40m，位于中跨中部；钢箱梁与混凝土交界面位于主梁中跨侧距离桥墩中心线20m处[3]。中跨钢混叠合梁高1.6m，其中钢箱梁高1.45m，采用四箱断面，顶板宽18.75m，挑臂长2.5m，底板宽13.79m，横隔梁应工程要求沿纵桥向每1.5m交替设置。中跨钢箱梁采用分离式钢箱，各钢箱梁横向螺栓连接，上部各桥面板之间焊接，同时在钢箱梁内顶、底部设置纵向加劲肋增加结构刚度。小横隔板处及大横隔板处钢箱梁截面见图1、图2。

图1 小横隔板处钢箱梁截面

图2 大横隔板处钢箱梁截面

1.2 桥梁总体施工方案及主要难点

传统混合梁桥中的钢箱梁一般采用整体预制后运至现场焊接，但对于航道上中等跨径的混合梁桥，其钢箱梁截面受通航净高要求的限制梁高较小，施工人员在箱内焊接困难，难以保证施工质量。同时，在平原湖泊地区的河流运输能力差，无法采用船运的方式运输整体钢箱梁，从而导致运输成本高昂。基于以上难点，本工程主要通过对钢箱梁结构型式、钢箱梁段的运输和钢混结合段的构造等方面的改进与创新来实现混合梁桥快速施工[4]。

整体施工方案如下：

(1)物料进场、施工现场放样等工作及下部结构施工。

(2)边跨位置进行底面硬化和满堂支架搭建，安装混凝土箱梁底模，浇筑边跨主梁及中跨1.5m悬臂混凝土箱梁。

(3)悬臂混凝土箱梁上架设挂篮，采用挂篮法施工剩余长度混凝土箱梁。

(4)过渡段施工以及结合段箱室内混凝土施工及预应力张拉。

(5)将中跨整体钢箱梁横向拆分成4片后浮运至施工现场组装、架设。

2 主桥施工方案要点

2.1 钢箱梁段结构型式的改进设计与施工要点

传统大跨径混合梁桥的钢箱梁外形与混凝土箱梁一致，且一般为横向分段，现场吊装后，需要在箱内进行加劲肋和横隔板的焊接。因此混合梁桥虽然降低了梁高，但也增加了工人在箱内焊接工作的难度，其恶劣的施工环境导致施工质量无法得到有效保证。基于此，本工程做以下改进：

(1)将传统单箱多室钢箱梁横向分为4片单箱单室的分离式钢箱梁，横向采用螺栓连接，桥面板焊接；

(2)梁内的加劲肋及横隔梁在预制工厂提前加工，无需在施工现场进行箱内焊接，各片钢箱梁预制完成后用架桥机吊装，既保留了混合梁桥原有的优点[5]，又大量减少了箱内焊接工作量。

具体施工方案如下：

首先，钢箱梁作为中跨跨中部分的主结构，在吊运前需对焊缝成型质量、母材的表面平整度、油漆质量以及进行探伤检测等工序进行检查，合格后才能进行吊运；中跨的钢箱梁作为整座桥梁的主结构之一，在吊运前需对钢箱焊接质量、钢箱材料表面的平整度、表层涂料质量进行检查，并对钢梁整体进行探伤试验，确认内部是否存在裂纹或缺陷，全部合格后才能吊运。吊运采用双导梁架桥机，架桥机拼装结束后，要进行一次全面检查，空车试运行和吊重试验，保证吊运安全。在架桥机空车运行前，需在其后端用钢绳套住小车，并伸入桥面板的预留孔洞里，使小车与桥面板形成环行固定，从而避免架桥机倾覆。待架桥机支腿落位完成，开始吊装钢箱梁。在架桥机前进的过程中，移动小车经绳索与钢箱梁前后的吊耳连接，操作台控制小车缓慢前进，将分离式钢箱梁吊至指定位置，同时立刻与钢混结合段焊接，固定其位置。其余几片钢箱梁也同样运至相应位置后，为保证横向稳定，在相邻两片钢箱梁的吊耳间用铁索套住连接，起到临时稳定作用。钢箱梁在吊装前边部就架设好纵向木板，供工人进行横向螺栓连接时作为临时工作平台。最后进行钢混过渡段和钢箱梁整体钢筋绑扎，浇注混凝土养护成桥。

图4 钢箱梁段施工

2.2 钢箱梁段的运输与装配

以往箱梁一般用运梁平车运输至施工现场。该工程的地点是在江浙地区及含有平原湖泊的地段，且钢箱梁段由传统的整体式改进为分离式，大大减少了钢箱梁质量，因此钢箱梁以及钢过渡段可以采用浮运的方式运输，既节省了运输成本，又可以边吊装边施工，多设备多工序同步作业，节省了工期。

在进行浮运前，考虑到运输要用的驳船需要在施工时尽量靠近岸边，以减少起重机的起吊作业半径，需要对近岸侧进行清淤，使水深不小于1.2m，以满足驳船的吃水深度，同时也不要过度清淤，以防对驳岸不利[6-7]。待钢过渡段及钢箱梁段运至指定地点后，利用手拉葫芦勾住钢混过渡段顶板的吊耳，通过手拉葫芦的钢索将过渡段提升至指定标高位置后进行焊接施工，固定其位置。剩余的钢箱梁也以同样运至相应位置后施工。

2.3 钢混结合段的创新施工

传统混合梁桥的结合段一般为箱室结构，即在混凝土与钢箱梁交界面保持相同截面形式[8]。本工程首次采用混凝土实心段外加钢混结合段技术来实现混凝土箱梁与钢箱梁的连接，增大了结合段的刚度，保证其力学性能。同时，为保证平稳过渡，增加钢过渡段中的顶板、底板及横隔板的厚度，并设置横向加劲肋。主要施工步骤如下：

首先在挂篮底部大梁上放置工字钢，再在工字钢上架设钢板作为挂篮施工部分的底模板，钢板上部即为钢混结合段及钢过渡段。其中，实心段的混凝土全部使用钢纤维混凝土，从结合段顶部钢板的连通圆孔下料，通过各层间串筒灌入整个箱体。实心段浇筑至顶板，一次浇筑成型。浇筑完尽快进行养护，养护期间桥面禁止加载。混凝土养护结束后，再进行钢束的预应力张拉，张拉完立刻进行静力压浆，完成预应力钢绞线的锚固。钢板上要涂上脱模剂，再进行底板、腹板普通钢筋绑扎，腹板预应力管道架设、内模搭设以及顶板钢筋的绑扎，铺设顶板预应力管道[9]。

图5 钢混结合段施工

3 工程应用情况

浙江省湖州市长兴县长桥大桥，地处G318国道画溪街道地区，本桥跨长湖申航道(Ⅳ级航道)，桥下限高2.66m，通航净空为宽55m×高7m。主桥上部结构为45m+80m+45m变截面钢混组合箱梁。钢箱梁横截面为单箱四室断面，高1.35m。钢混叠合梁梁高1.5m，梁顶宽12.05m，挑臂长1.65m，底板宽8.75m，横隔梁应工程要求沿纵桥向每2m设置一道。工程采用单箱混凝土-多箱钢预应力混合连续梁桥施工方法，横向拆分为5片，在工厂预制完成后，浮运至现场吊装，减少了箱内焊接工作量，保证施工质量，缩短工期，既安全又经济。

4 结语

实践证明，采用单箱混凝土-多箱钢的对接形式，合理设计使用钢材和混凝土，充分发挥混凝土与钢材的优势，减少了因箱内庞大的焊接工作量带来的诸多附带问题，确保了施工质量，保证施工进度，大大节约了成本。结合段处浇注实心混凝土增加了整体刚度，满足受力需求。同时，重量更轻的分离式的钢箱梁使其运输方式更加灵活，更加经济，该施工方法的应用将极大提升混合梁桥适用范围，为平原湖泊地区桥梁建设提供有竞争力的新桥型。