高速公路桥梁建设中的钢-混凝土组合梁施工技术

闫有宽

（中铁二十一局集团第五工程有限公司，重庆 402772 ）

1 工程概况

团坝枢纽K21+495.037 渝遂高速跨线桥，为双幅主线桥，单幅桥宽12.5m，悬臂长1.5m，横断面为双箱单室结构，宽3.15m。结构采用双箱单室槽型钢混组合梁，经横联后构成完整的整体，单箱室内设横隔板。桥面板与钢主梁翼缘连接，构成钢-混凝土组合梁。桥梁的其它方面，桥面板厚0.25m～0.35m，组合梁高2.5m。

2 钢-混凝土组合梁的应用优势分析229

钢-混凝土组合梁集钢材、混凝土于一体，可以充分发挥出两类材料的应用优势，综合应用效果较佳。在国内近几年的建设行业发展过程中，钢-混凝土组合梁主要在城市立交桥梁及建筑结构中得到应用，并且正朝着大跨方向发展。同时，钢-混凝土组合梁在国内的应用实践也可表明，它兼具钢结构和混凝土双重结构的优点，经济效益和社会效益显著，也符合我国基本建设的国情，更是未来结构体系的主要发展方向之一。较之于传统的钢箱梁结构，钢-混凝土组合梁可以减轻结构自重和减小地震作用，同时也能减小截面尺寸，增加有效使用空间，并节省支模工序和模板，缩短施工周期，增加梁的延性等。其具体应用优势主要体现在如下几方面：

1 节约钢材。以某车间为例，原设计方案中平台采用的是钢梁上浇灌混凝土板的方式，后将其更改为钢-混凝土组合梁，此举可在不影响整体质量的前提下减少钢材用量，减幅约17%～25%，施工量减少、材料成本降低[1]。

2 降低梁高。梁的高度随之下降，降低了作业难度，在梁高受限的施工场景中具有可行性。

3 加大梁的刚度。在传统的建筑结构中，钢梁截面刚度不足的情况屡见不鲜，而在应用钢-混凝土组合梁后，可以发挥出钢梁与混凝土板的双重优势，切实提高梁的刚度。

4 安全可靠。通过钢-混凝土组合梁的应用，有助于提高梁的承载力，增强其抗震性能，局部受压稳定性较佳，耐久性更好，可以有效抵御外部的影响。

3 钢-混凝土组合梁施工关键技术分析

3.1 计算原理

在采用钢-混凝土组合梁之前，为了更好地进行结构设计，需先掌握计算原理，以此对该结构的弹性进行分析，为后续的施工提供可靠的数据支撑。具体可采用以下假定原理来展开计算：首先设定钢材与混凝土均为理想的弹性体；其次确定钢筋混凝土翼缘板与钢梁之间有可靠的连接交互作用，且相对滑移范围值处于小值状态，也可以忽略不计；之后设定平截面假定依然成立，并不考虑混凝土翼缘板中的钢筋问题。需要注意的是，该假设只在正弯矩承载力计算时成立，负弯矩承载力计算式需考虑钢筋作用。

正式开始钢-混凝土组合梁弹性分析时，可采用换算截面法进行计算，并按以下顺序进行：先进行未截面前的计算，再进行截面之后的计算。其中换算截面法的基本原理为混凝土翼缘板按照总力不变及应变相同条件，截面面积可按弹性模量+应力的总和，与钢梁截面后的结构值进行等价换算。为了混凝土截面重心高度换算前后保持不变，换算时混凝土翼缘板厚度不变，仅将翼缘板有效翼缘宽度除以弹性模量，得出钢材弹性模量与混凝土弹性模量的比值，最后求得等价的钢梁截面后，按照材料力学的方法计算截面的抗弯承载力。也可先设截面后的惯性为x,截面心轴距离为y，以此计算钢梁底部的截面值，组合梁总高为换算作用在截面上的弯矩，组合梁的挠度以截面后的刚度为基础进行计算，再由结构力学的方法计算梁的挠度，由此判断钢-混凝土组合梁结构的承受力度。

3.2 钢主梁加工和支架搭设

在渝遂高速跨线桥工程中，第1 联钢混梁总长55m，共分为4 个节段，分别制作成型，通过出厂检验后转至施工现场，用于拼装作业，构成整体。4 个节段的加工作业可同步开展，施工效率得以提高；此外，厂内预制的方式具有规范化的特征，节段的质量较佳。

支架所在区域为软土地基，该处的稳定性不足，为避免支架失稳现象，需提前夯填碎石，浇筑C25 混凝土垫层（厚度按20cm 控制），并组织荷载试验，以判断其是否满足承载力要求，达标则搭设支架，不达标则需进一步处理，直至实测结果满足要求为止。关于支架的布置情况，如图1 所示。具体步骤为：

1 支架采用的是钢管支架，支架基础采用预制2.5m×2m×0.8m 的条形基础。

2 于支架顶部铺设纵向I20 工字钢，作为分配梁而使用，各钢管柱间用槽钢焊接，以构成完整的结构体系。

3 于道路上方施工时，配套刚性防护栏杆、防护网，以免发生材料或人员坠落等事故。

4 于施工道路的两端分别设置减速标志，提前告知驾驶人员，做出减速行为，安全通过。安全巡查员在施工现场做全面的检查，确保施工安全。

图1 支架布置立面图（单位：m）

3.3 钢主梁的运输及安装

3.3.1 准备工作

钢主梁运抵现场后，需妥善保管，并根据吊装时间提前封闭道路，营造相对独立的钢主梁安装环境。对于施工所需的机械设备，应对其做全面的检查，以确保机械设备可稳定运行。

3.3.2 试吊及吊装

为检查吊车工作性能，吊车就位后，起吊要第一次吊装的钢梁，以验证吊车各项工作性能满足使用要求。吊车采用260t 汽车吊，节段最大重量50.56t，主车用4 根φ56mm/φ64mm 钢丝绳，4 个25/35tU 型环固定在构件吊耳上。

试吊时，汽车吊移动至钢混梁顶上垂直起吊离地，当构件离地30mm～50mm 时，应停止起吊，并检查受力点是否牢固、中心是否偏移，从而确保无误，再继续起吊和下降。钢混梁垂直起吊至高出支墩位时，才能移动就位到正上方，且在起吊过程中被吊构件必须捆绑风绳，必要时可用风绳控制被吊构件在空中稳定[2]。

另外，要严防磕碰临时支墩和其它物体。在被吊构件基本就位后，利用连接装置，千斤顶、葫芦等在构件受力部位进行支撑和固定，保证构件自身稳定。值得注意的是，构件在未完全固定前汽车吊不得松钩。

3.3.3 拼装

钢混梁分段准确就位应当以桥墩两头中线和中轴线标记为基准，使之与钢混梁体纵横中心线（在工厂预制过程中已经标记上）对正就位；对好之后用冲钉及螺栓与拼接板将纵肋连接好，调节钢混梁。在拼装过程中，测量人员全程对节段中心、高程进行监测，确保拼装质量。同时，为消除钢桥安装的累积误差，保证顺利合拢，合拢段长度根据现场节块安装情况，预留足够的余量10cm～15cm。

梁段的对接顺序为：梁段腹板对接→底板的对接→梁段面板的对接。钢混梁顶板对接焊应采用带陶瓷衬垫的单面焊双面成型工艺，保证焊缝熔透并打磨匀顺。

焊接前，必须彻底清除待焊区域内的有害物质；焊接时，严禁在母材的非焊接部位引弧；焊接后，应清理焊缝表面的熔渣及两侧的飞溅。

对不同板厚的对接焊应加工成不低于1∶8 的斜坡过渡，钢板焊接的圆弧端部应打磨匀顺。沿长度方向，不同深度的坡口焊缝或坡口焊缝与角焊缝之间的焊缝区段要匀顺过渡；底板及腹板采用高强度大六角螺栓对钢梁节段进行纵、横向连接[3]。此外，在施工前，要复验大六角头扩栓的扭矩系数和摩擦面抗滑移系数，合格后允许施工。

3.3.4 涂装

待拼装工作均落实到位后，进入涂装环节。正式涂装前应全面清理主梁上的杂物，并适度打磨，以便清理残留在表面的氧化皮、焊渣等，在确保无杂物后，流程为：

1 涂2 遍环氧富锌底漆，形成厚度为80mm 的干膜。

2 涂抹1 遍环氧封闭漆，形成厚度为20mm 的干膜。

3 涂抹2 遍环氧云铁中间漆，此部分干膜的厚度为140μm。

4 均匀涂抹1 遍丙烯酸聚氨酯面漆。

5 均匀涂抹1 遍氟碳面漆。

经五道涂抹工序后，所形成的漆膜总厚度需达到320μm，否则不达标。

3.4 桥面板施工

3.4.1 底模结构

底模采用δ8 的Q345C 钢板，横向加劲肋横向间距2m，设纵向加劲肋一道，确保底模稳定，施工期间严禁机械在模板上行走。

3.4.2 桥面板施工

一、测量放样。钢混叠合梁与底模配套生产，所有节点位置均已在工厂内放样定位，且有工装限位，确保现场安装时底模与钢混叠合梁的完美契合。

二、吊装中横梁底模待钢混叠合梁吊装完成后，按照事先编号依次将底模节块吊装上梁，在桥面利用千斤顶以及手动葫芦等工具对底模节块进行小幅度位置调整对位，保证安装精度，随后将底模与桥面板间焊接牢固[4]。

三、安装翼缘三脚架翼缘三脚架与钢混叠合梁面板间采用螺栓连接，桥面上螺栓孔位已在厂内预制完成，现场作业人员利用工装将三脚架吊起后将其与桥面板栓接，并留下些许缝隙，使三脚架可以小幅度转动，便于后续纵撑安装。

四、安装翼缘纵撑纵向支撑采用与三脚架同种规格材料，并与三脚架间采用连接板栓接的形式，纵撑端头开条形空，便于与三脚架连接。

五、铺设翼板模板。翼缘三脚架和纵撑安装完成后，在其顶面铺设厚18mm 竹胶板，宽度为1.2m，并将竹胶板接缝位置设置在三脚架横撑上，同时用胶带对接缝进行粘贴，避免后续浇筑作业中漏浆。

六、桥面板混凝土浇筑。钢混叠合梁及模板均安装完成后，重新对所有细部连接处进行检查，确保安全后，进行混土浇筑；浇筑时间选择在桥梁所跨道路交通组织封道期间内，桥下道路交通封闭，且没有车辆通行时进行[5]。

4 结语

综上所述，钢-混凝土组合梁是桥梁建设中的新型结构形式，相较于传统的钢结构、钢筋混凝土结构而言，其可以同时发挥出钢和混凝土的性能优势，受力条件良好，材料用量较少。此外，钢-混凝土组合梁还具有较高的抗震性能，可有效抵御地震对其的破坏作用，桥梁具有足够的耐久性。总体来看，无论是施工质量还是经济效益，钢-混凝土组合梁均具有突出的应用优势，推广价值较高，值得被灵活应用于桥梁工程中。