钢-混凝土组合梁施工方案技术研究

常贺CHANG He；赵忠会ZHAO Zhong-hui；沈逢春SHEN Feng-chun；裴存栋PEI Cun-dong

（中电建路桥集团有限公司，北京 100048）

0 引言

随着“交通强国”战略的提出，我国交通基础设施建设蓬勃发展。截止2022 年末，我国公路桥梁103.32 万座、8576.49 万延米，比上年末分别增加7.20 万座、1196.27 万延米，其中特大桥8816 座、1621.44 万延米，大桥15.96 万座、4431.93 万延米[1]。钢-混凝土组合梁是在钢结构和混凝土结构的基础上发展起来的一种新型结构形式[2]，具有强度高、韧性好、重量轻、抗震性能好等特点[3]。因而在大跨、多跨桥梁施工中，备受青睐，如：上海长江大桥非主通航孔桥采用的是85+5×105m+90m 连续组合梁[4]，杭州九堡大桥主梁采用的是3×85m 的连续组合梁[4]。

目前，众多工程技术人员针对大跨径钢-混凝土组合梁结构设计优化及施工方案开展了研究。李航[2]以新平河特大桥钢混组合梁施工项目为具体研究案例，探究了大跨径钢-混凝土组合梁桥施工的关键技术。文辉[5]以江北东高速公路桥梁工程为背景，从混凝土收缩裂缝控制、主梁线形控制等方面分析了钢混组合梁施工技术。针对杭州绕城高速公路大桥大跨度梁式钢混组合梁施工，蒋恺[6]总结了钢混组合梁分段安装、顶升、多次叠合等关键施工技术。韩金豹[7]以某公轨合建跨江通道项目非通航孔引桥为背景，探讨了大跨径连续钢-混凝土组合梁桥的方案设计。

本文依托某新建高速公路项目木厂涧排洪沟特大桥工程，从钢梁制作、桥梁面板施工等方面总结了50m 跨径钢-混凝土组合梁施工技术，以期指导后续类似工程施工。

1 工程概况

木厂涧排洪沟特大桥，如图1，钢结构部分为50m 钢-混凝土组合梁，单幅桥面宽16.5m，主梁采用3 片槽型钢梁，与混凝土桥面板组合形成钢混组合梁，两片槽型组合梁的间距为3.0m，每片槽型梁宽度为2.6m。槽型钢梁顶面形成2%横坡，底面水平，跨中处钢梁中心梁高2.7m，3 片钢梁同高，横坡由垫石及盖梁调整。槽型钢梁顶、底板为等宽变厚度钢板，顶板宽700mm，底板宽2600mm；顶、底板厚度分别为28mm 和22mm。腹板为等厚度钢板，厚度为16mm。为提高其整体和局部稳定性，腹板设置横向加劲肋和纵向加劲肋。槽型钢梁内设实腹式横隔板，横隔板标准间距5.0m。横隔板设置一定数量的水平、竖向加劲肋以提高横隔板稳定性。跨中横隔板不设上下翼缘，与桥面板分离，板厚12mm；中间设人孔。端支点横隔板设上翼缘，通过剪力钉与桥面板连接，板厚20mm。横隔板之间的腹板设横向加劲肋，间距1.65m、1.7m，板厚12mm。槽型梁之间设横梁加强横向联系，横梁标准间距为5.0m，采用焊接工字型截面。端横梁顶板厚度为20mm，底板厚度为16mm，腹板厚度为16mm；跨间设置小横梁，高度为1.36m，其顶板、底板和腹板厚度均为12mm；横梁与主梁焊接。

图1 主桥平面图示意图

2 钢梁制作及吊耳强度验算

2.1 钢梁制作

①采用钢板矫平机，进行钢板矫平，矫平的目的是保证钢板的平整度及消除钢板轧制过程中的应力，确保产品制造精度。所有钢材经复验合格后才能投入预处理工序。钢板在钢材预处理流水线上完成抛丸处理将表面油污、氧化皮、铁锈以及灰尘等杂物清除干净并喷涂车间底漆，除锈等级为Sa 2.5 级，喷涂车间底漆一道，漆膜干膜厚度25μm。②钢箱梁单元化制造。分为顶、底板单元件制造；腹板单元件制造；隔板单元件制造；梁块体单元件制造；隔板块体单元件制造；横梁块体单元件制造。

2.2 钢梁吊装技术研究

2.2.1 吊耳强度

查《钢结构设计规范》（GB50017-2003）：吊耳许用拉应力[σ]=295MPa，吊耳许用剪应力[τ]=170MPa。

参照《设备吊耳》（HG/T21574-2018），验算过程如下：

计算吊耳竖向载荷：

式中：荷载重量G—34000/4=8500kg；重力加速度g—9.8m/s2；动载综合系数K 为1.65。

计算吊耳水平载荷：

式中：钢丝绳仰角α—60°。

计算吊耳吊索方向载荷：

计算吊耳径向弯矩：

式中：L—吊耳孔中心线至垫板中心的距离，120mm。

计算吊耳板吊索方向的最大拉应力：

式中：R—吊耳板端部的圆弧，100mm；D—吊耳板中心孔直径，60mm；S—吊耳耳板厚度，20mm。

计算吊耳板吊索方向的最大剪应力：

经计算得出：σ＜[σ]，τ＜[σ]，因此，所选用吊耳结构强度符合要求。

2.2.2 验算吊耳焊缝强度

参照《设备吊耳》（HG/T21574-2018），验算过程如下：

角焊缝面积：

式中：L—吊耳孔中心线至垫板中心的距离，120mm；R—吊耳板端部的圆弧，100mm；S—吊耳耳板厚度，20 mm。

角焊缝的拉应力：

角焊缝的剪应力：

角焊缝的弯曲应力：

组合应力：

角焊缝许用应力为0.7×[σ]=206.5MPa，经计算得出：σab＜0.7×[σ]，因此所选用吊耳焊缝强度符合要求。（如图2所示）

图2 吊耳示意图

2.3 钢箱梁安装及横梁施工技术研究

2.3.1 钢箱梁安装注意事项

①吊装前将吊机吊杆长杆伸到钢箱梁分段就位时所需的工作半径，以避免起吊时长杆及回转半径较大与桥墩碰撞，吊机从运输车上将构件起吊至安装高度，再进行回转，回转时用ϕ20mm 白棕绳拉好，避免箱梁与桥墩等相撞，就位时缓慢回钩，回钩时箱梁就位要尽量靠近预先投射的测量控制点，再利用倒链及千斤顶进行就位，松钩前将临时定位卡固定好，控制好桥梁线型，尽量减少二次找正时较大的位移量。②回钩时注意应缓慢将构件摆放在支撑体系上，调整每一分段的标高和轴线，直至满足设计要求。后续梁段安装方法以此类推。③吊装前的准备工作做好，特别是每一分段的横向和纵向分段处的定位轴线要在支撑体系做好标识，并安装好梁段。吊装时梁段应严格按标识就位。④箱梁工地焊接应严格按照焊接工艺要求执行。确保焊接质量，控制焊接变形。⑤钢箱梁吊装时应确保分段四个吊点的均匀受力，可以用10t 倒链进行辅助调节。⑥钢箱梁找正完毕后，需进行再次测量，以确保各钢箱梁线型控制准确无误。安装尺寸、标高、线形等经核准后方可进行横梁安装工作。

2.3.2 横梁施工技术

分段施工时，主梁与横梁之间的焊接需布置施工平台，以供施工人员进行焊接作业。施工平台采用ϕ16 钢筋制作成挂篮，如图3，挂篮上部搭接于主梁底板上，中间用钢筋与箱梁腹板连接，增强稳定性以及刚性。下部搭设木跳板连接成通道，以此作为施工平台和通道，以供施工人员行走及施工。

图3 挂篮布置示意图

作业平台施工要求：①作业平台搭设时需由专职安全员指挥、看护，划定警戒区，设立警示标志。②作业平台应固定牢固，不得晃动，焊接位置不得有缺陷，焊接完成后应由质检人员对焊接质量进行检查。③作业平台使用过程中应由专人定期进行检查，若发现问题需及时挂上警示牌并上报处理，待处理完毕重新检查没有问题后，方可重新使用。

3 涂装施工研究

3.1 焊缝部位涂装

焊缝接头部位两侧50mm 范围内不涂装，待焊接完毕后再进行补涂。①表面净化；用稀释剂擦洗清除油污，保证表面清洁、干燥。②机械打磨；采用铲刀或砂轮打磨机清除焊渣、焊豆等飞溅物，并对焊缝缺陷部位进行修整打磨，粗糙焊缝打磨匀顺。③除锈；锈蚀部位采用喷砂除锈或手工机械除锈。若底涂层为电弧喷锌时，必须采用喷砂除锈；若底涂层为涂膜镀锌时，可采用手工机械除锈St 3 级。④补涂；补涂应在表面处理检查合格后4 小时内完成，可采用刷涂、辊涂或喷涂，按所在部位涂装体系逐层进行补涂。

3.2 涂层损伤部位修补

破损部位防腐涂装修补施工在节段拼装成桥后进行，如图4 为涂层损伤部位打磨形态示意图。①除油，清除破损处表面的污物，使用稀释剂清洗油污。②打磨和除锈，涂层仅面漆和中间漆受损，损伤未涉及底层时，可使用0#砂纸对折揉搓掉粗大砂粒后，轻微打磨破损处外露的底漆涂层和周边一定范围的中间漆和面漆涂层。砂纸打磨油漆涂层要有层次，边缘呈平滑过渡的斜坡。③补涂装，清除打磨粉尘后，使用毛刷蘸取稀释剂对打磨区域油漆涂层进行活化，然后按该部位涂装体系逐层进行补涂。热喷涂可采用电弧喷涂或火焰喷涂，油漆涂装可使用刷涂或辊涂，厚度以满足工艺要求为准。

图4 涂层损伤部位打磨形态示意图

3.3 第二道面漆涂装

在大桥全部建成即所有焊缝处理结束后，对整桥进行第二道面漆涂装。由于第一道面漆在长时间放置后表面受到盐雾、灰尘、油污等多方面污染。因此第二道面漆涂装前的重点工作是做好表面净化处理，即去除钢结构件外表面污物并进行拉毛和活化，以保证面漆结合力和外观美观。

4 桥梁面板施工

4.1 桥梁面板预制

为了保证混凝土外观质量，模板采用钢模，预制桥面板模板采用底模与侧模分离式；模板面与各连接处加工采用数控机床精加工，其加工精度为0.1~0.2mm，确保模板精度误差不大于桥面板尺寸公差的1/2，板缝中均嵌入固定式弹性嵌缝条，保证不漏浆和影响梁体美观。采用插入式振捣棒进行振捣，严格控制振动频率、时间、振幅，确保混凝土质量。混凝土桥面板一次浇筑成型，振动出现表面明显有浮浆并不再有气孔泛出，结束后对表面进行抹平。桥面板在预制区养护采用小型蒸汽发生器蒸汽养护。

4.2 桥梁面板控制措施

①钢梁安装时应严格控制安装偏差，做好钢梁高程、平面位置等验收工作，同时严格控制桥面板预制时精度。桥面板吊装前，采用全站仪或水准仪检测、校核钢板梁的尺寸和高程，按照设计图纸及安装监控指令确定每块桥面板的具体位置，并用墨斗弹线标明做好定位线标识。②安装时，当桥面板位于正上方落至钢板梁顶10cm 时，反复调整面板姿态，对准放样点标志线，直至准确对位后，平稳下放确保桥面板平稳，不出现翘动现象。③横向偏位错台控制：为控制面板横向位移产生较大错台，就位时除对准中线外，同时根据基座宽度尺寸，采用∠75×75mm 角钢加工小型限位工装，将工装安装于已就位面板基座并与其端头对齐，限位角钢与面板外侧面齐平，面板沿工装限位边下落就位，避免面板横向错台。如若出现横向错台，可适当调整湿接缝钢筋的间距，以此来调整横向错台。④竖向错台控制：由于钢梁安装后其标高的不易调节，且与设计标高存在一定误差，导致桥面板安装时部分存在竖向错台，故提前制作1～2mm 环氧砂浆垫片（44cm），如就位后两侧基座仍有错台，根据错台高差量采用相应的厚度成品环氧砂浆及时在原砂浆终凝前支垫调整。⑤桥面板从吊装至拼装的全过程中，测量组全程对桥面板的平面位置、平整度、相邻板高差、湿接缝宽度等进行监控量测，保证预制桥面板拼装偏差满足设计规范要求。⑥相邻匹配板贴合控制：采用槽钢加工的矩形挤紧小型工装，宽30cm×长150cm，置于相邻板U 型吊环处，一端与待架板环形钢筋紧密接触，另一端套住已装板环形钢筋，并在环形钢筋与工装端部之间置于5 吨千斤顶，在桥面板就位前（离钢梁顶面约2cm）时，相邻板若有缝隙，采用千斤顶挤紧，或者用5 吨的手抓葫芦使待架板向已安装板移动、贴合，确保相邻板无缝安装。

5 结论

木厂涧特大桥50m 跨径钢-混凝土组合梁施工技术复杂，包括钢梁制作、钢梁吊装、吊耳强度验算、面漆涂装、面板施工等工序。基于施工完成后的监测数据实时反馈，根据相关规范《公路工程质量检验评定标准》（JTG F80/1-2017），本文50m 跨径钢-混凝土组合梁施工工艺保证了工程质量以及施工安全，可为后续类似工程提供指导。