钢混组合连续箱梁施工技术与质量控制分析

杨国锋

（山东省公路检测中心，山东济宁 272100）

0 引言

近年来，随着国家对钢结构桥梁的大力推广，各种类型的钢桥陆续建成，极大地丰富了我国桥梁的形式及内涵。钢混组合连续箱梁，以其梁高较低、自重轻、结构受力明确、方便施工及一定的造价优势，在桥梁上部结构施工中得到了广泛应用。

1 工程概况

汶金线是济宁市西部一条主要的南北向干线公路，承担着鲁西南地区的重要运输任务。南旺运河大桥位于汶金线嘉祥与汶上交界处，是一座跨京杭运河的桥梁。原南旺运河大桥建成于80年代末期，结构形式为45+60+45m 刚架拱，全宽12m。经过近30年运营，特别是在近年来交通量大、重型车比例高的情况下高负荷运营，大桥出现了多处严重病害，虽然进行过几次维修、加固，桥梁病害仍呈加快发展趋势。根据桥梁检测结论，管理部门决定将该桥拆除重建，新结构采用一联57+64+57m 钢混组合连续箱梁。

2 主要施工工艺及质量控制要点

新建南旺运河大桥上部结构横断面为双箱单室形式，桥面宽12.25m，设置双向1.5%横坡。其中，单片钢梁由顶板、底板、腹板及横隔板通过焊接形成槽型开口截面；箱外横隔板及挑梁通过栓焊结合的方式与钢梁连接为整体，混凝土桥面板通过钢梁顶板上的剪力钉与钢梁连接，组成钢混组合箱梁。横断面如下图1所示。

2.1 钢梁制造

钢梁制造是专业性较强的建设领域，目前总承包单位主要通过合法的专业分包组织生产，因此，分包单位的选择非常关键。应从制造单位资质、类似业绩、设备配置、加工能力、管理能力等方面重点把关，选择行业内认可度高、信誉好的分包单位。

钢梁制造主要包括技术准备、材料准备、零件下料加工、单元件组焊、上胎架总装、涂装等环节，制造周期长、影响因素多，需要对其进行全过程、全方位的质量控制。

2.1.1 技术准备

技术准备阶段，主要进行设计图工艺审查、节段划分、制造图绘制、工艺试验、工艺文件、制造方案编制等工作。结合钢混组合箱梁的结构形式，综合考虑运输尺寸和重量限制、现场吊装条件、设计要求等因素，钢混组合箱梁采用纵向划分，节段间顶板、腹板、底板采用Z 字口错缝形式，横断面内划分为2 个箱型分段以及挑臂、箱外横联部件。据此，全桥共划分了16 个箱形节段，其中最长节段为25m，最重节段为52t。为确定焊接作业参数，使焊缝性能达到设计及规范要求，进行了对接、熔透角接、T 形角焊缝、剪力钉焊接等11 组焊接工艺试验，覆盖了全桥所有接头形式，确定了所采用的焊接工艺，有效保证了钢梁的焊接质量。

2.1.2 材料准备

根据钢梁生产计划，合理确定该项目所用的钢材、焊材、涂装材料等原材料的进场计划。材料进场后，重点检查材料的规格、型号是否与设计要求相符，出厂质量证明书是否齐全、有效，逐一核对后按规范要求取样复验。

2.1.3 钢梁加工

钢梁制造包括以下环节：零件下料与加工、单元件组焊修整、节段组焊修整（胎架总装）、节段检验（含无损检测）、喷砂涂装。每个环节的工序质量对后续环节均影响巨大，因此，应重点做好各工序质量管理。

（1）零件下料与加工

确定零件的下料尺寸时，要依据设计图纸的要求，并结合钢梁制造工艺，充分考虑制造过程中的焊接收缩量、机械加工及合龙节段的预留量，并在下料环节进行尺寸补偿。该项目的合龙节段，其顶板、底板、腹板零件的长度、方向、尺寸均补偿100mm。合龙前，通过对合龙口尺寸的连续观测，确定合龙节段长度并进行配切，保证了合龙焊缝对接间隙满足焊接工艺要求。

钢梁零件主要有顶板、底板、腹板、横隔板（含支座部位隔板）、接头板、板条肋，采用数控火焰切割机下料。每种零件的首件进行严格的尺寸、切割面质量、平整度检查，确定无误后再进行批量生产。生产过程中做好巡检工作，发现零件尺寸超差或切割表面质量达不到要求时，及时调整纠偏，避免大批量不合格品的零件出现[1]。

（2）单元件制作

单元件是钢梁节段制作的基础。根据钢梁的结构特点，划分为底板单元、腹板单元、隔板单元、挑臂单元等进行生产。以底板单元为例，介绍单元件组焊控制要点。

底板单元由底板及纵向板条肋两部分组成。其中底板宽度2600mm，厚度30mm；纵向板条肋厚度为18mm，高为200m，板条肋间距400mm。制作流程如下：

（a）检查、核对底板、板条肋零件编号及坡口朝向，根据制造图纸，在底板上划板条肋安装线；

（b）对线组装板条肋，检查板条肋与底板的垂直度、组装间隙及横隔板部位板条肋间距，满足要求后点焊固定；

（c）严格按照焊接工艺规程的规定在焊接胎架上进行船位焊。重点控制两侧对称、同方向施焊；工地对接口部位的板条肋端部预留200mm 不焊，待安装调整到位后再与嵌补段一起焊接；

（d）检测单元件平面度、弯曲变形程度，不满足要求时，采用火焰矫正。矫正完成后对焊缝进行外观及无损检测。

（3）节段制作

根据该桥钢梁的结构特点及拼装方案，采用桥长、桥宽方向整体匹配加工。按照桥梁线性要求，用胎架布置钢梁拼装，并把胎架调整到对应标高。以定型胎架为外模控制钢梁的竖向曲线和水平曲线，并在拼装过程中，对已拼装节段线形进行严格测量、监控。

（a）底板单元铺设：把底板单元件平铺在胎架上，以纵横基准线为基准，定位底板单元，符合要求后，把底板单元固定在胎架上，防止总拼过程中单元件位置变动；

（b）组装横隔板单元：在底板单元件上按线组装横隔板单元。重点检查横隔板与底板的垂直度，核对隔板两侧边缘与腹板安装线的位置关系。横隔板单元相当于钢箱梁的内胎，因此，应特别重视隔板单元的组装质量。检查合格后，进行定位焊并及时采用槽钢临时支撑。

（c）组装腹板单元：根据腹板定位线确定腹板单元的安装位置。采用倒链对拉使腹板面板和各横隔板顶紧密贴。检查腹板组装位置、与底板的夹角以及槽形钢梁端口尺寸，无误后将腹板与隔板、底板点焊固定。

（d）挑臂及横向接头板组装：依据梁体纵、横基准线，施划挑臂、横向连接接头板位置线，对线组装接头板。检查接头板位置及纵横向间距偏差。

（e）钢梁焊接、矫正：钢梁组装完成并检验合格后，应先焊接横隔板与腹板、底板、板条肋贴角焊缝，然后焊接腹板与底板、接头板熔透角焊缝。节段端部如无横隔板，应在端口处增加型钢内支撑，减小该部位的变形，保证箱口尺寸满足要求。检查节段的变形情况，当变形超过允许偏差时，采用火焰矫正。

（f）剪力钉焊接：钢梁焊接、矫正完成后，在顶板上放出剪力钉位置，待焊位置打磨出金属光泽，采用电弧螺柱焊焊接剪力钉。作为钢梁和混凝土板剪力传递的关键部件，剪力钉的焊接质量尤为重要。除严格按照工艺试验确定的参数施焊外，应加强焊缝的外观检查，同时严格按1%的比例随机抽取剪力钉进行30o弯曲检验，有效保证剪力钉的焊接质量。

（4）涂装

钢梁涂装包括梁段厂内涂装、桥位涂装两部分。主要工艺及控制要点如下：

（a）钢结构表面处理：采用砂轮磨光机将梁段表面的飞溅、焊瘤、毛刺打磨平整，自由边倒角。构件表面有油污时，用有机溶剂清洗彻底。处理完成后，按要求喷砂清理，控制表面的清洁度达到Sa2.5 级，粗糙度达到Rz40-80μm，并进行全面检查，避免局部清理不彻底、遗漏或粗糙度达不到设计要求。表面处理的质量直接影响涂装体系的使用性能及耐久性，因此，该工序的施工质量应引起特别重视。

（b）厂内涂装：喷砂完成后，应尽快完成底漆喷涂，间隔时间超过规范要求，容易在表面形成肉眼不可见的锈蚀，影响漆膜与基材的附着性能。油漆施工环境温度应控制在5～38oC，钢材表面温度应高于露点3oC，相对湿度不大于85%。应在下层油漆实干后再进行上层油漆喷涂，否则底层油漆不能完全固化，附着差、易脱落，难以在结构表面形成有效的涂层保护，当环境温度较低时，尤其要注意底涂层的固化情况。在工地安装焊缝两侧各100mm 宽度区域内，喷砂后粘贴胶带覆盖，暂不涂装。

（c）桥位涂装：对钢梁运输、桥位安装过程中出现的油漆损伤、桥位安装焊缝部位以及全桥最后一道面漆的涂装。对油漆损伤及安装焊缝部位，采用砂轮磨光机打磨至St3 级，并将邻近区域涂层打磨成阶梯状，检验合格后，按防腐体系要求逐层进行油漆施工。在全桥最后一道面漆施工前，用高压水枪对钢箱梁外表面进行冲洗，清除涂层表面的污物后，及时喷涂第二道面漆，以防止二次污染影响其整体的防腐性能[2]。

2.2 钢梁安装

采用钢管支架进行钢梁安装。现场布设一台80t跨墩龙门吊，吊装钢箱节段。挑臂及钢箱间的横向连接件，采用汽车吊进行安装。主要施工流程如下：

2.2.1 支架搭设

将支架设置于钢箱梁纵向节段接缝处。每处搭设8 根Φ820×10mm 钢管，钢管之间纵、横向用槽钢与钢管焊接。钢管顶部设置横向分配梁，其上布置为Φ273×7.5mm 调平钢管、50t 液压千斤顶调节装置及横向钢梁限位装置。两边跨支架安装于河滩上，采用尺寸为4×10×0.6m 的钢筋混凝土扩大基础，地基采用2×20cm 灰土处理。中跨（河道处）支架采用钢管桩基础，钢管桩打入深度不小于7.0m。

2.2.2 钢梁安装

先安装主墩固定支座处钢梁节段，吊装就位两钢梁间横向联系单元，然后逐次往两边墩方向安装。重点控制钢梁纵向轴线、支座横向中心线及梁顶高程（包括设置的预拱度）；检查钢梁节段接口部位对接错边量、对接间隙大小，满足规范及焊接工艺要求后，用马板固定；清理、打磨对接缝部位的胶带、油漆、铁锈等杂物，按照腹板、底板、翼缘顶板的顺序对接焊缝；对接焊缝进行外观和UT、RT 的无损检测。检测合格后，根据安装情况配切、组焊板条肋嵌补段，并将钢梁间横向联系单元与纵梁连接成整体。主梁安装完成后，统一安装挑臂单元[3]。

根据设计要求，在两主墩墩顶钢梁节段安装前，在主墩上设置垫块，垫块顶高程高出主墩支座设计高程60cm，将墩顶梁段临时支承在垫块上。

2.3 桥面板施工、体系转换

2.3.1 桥面板施工

该项目桥面板采用厚度为8cm 的C50 预制板及20cm 厚的C50 现浇组合桥面板。预制板作为现浇桥面板的底模，简化了现浇桥面板模板的安装、拆除工作，同时为结构安全进行了一定的储备。

安装预制板前，应仔细检查钢箱内焊缝、涂装情况以及是否将施工垃圾、积水清理干净。安装现浇板钢筋时，应控制好钢筋顶、底保护层的厚度，同时注意主墩墩顶区域顶层纵向钢筋配筋率比其他部位要高。因浇筑面积大，选择浇筑日期时应避开日晒强、风力大的天气，并配备充足的施工人员、收面设备，避免混凝土出现干裂等现象。先浇筑除主墩墩顶两侧各11.7m 范围之外区域的桥面板。

2.3.2 连续梁体系转换

第一次浇筑的桥面板混凝土强度达到100%后，拆除所有钢管支架，然后浇筑主墩两侧各11.7m 范围内的低收缩C50 混凝土。待第二次浇筑的桥面板混凝土强度达到设计要求后，每墩设置8 台200t 的低高度液压千斤顶，逐级、同步拆除两主墩墩顶的临时垫块，使主梁下降60cm 至设计标高，并安装在永久支座上，完成了连续梁体系转换。

3 结语

通过严格控制钢梁制造、钢梁安装、混凝土桥面板浇筑、体系转换等环节施工质量，该项目钢混组合连续箱梁得以顺利完成。钢混组合梁充分发挥了钢材和混凝土两种材料的优势，是未来公路常规跨径钢结构桥梁的一个重要发展方向。