钢混组合箱梁与桥面板整体现浇施工关键技术

潘本金，任万鹏

(陕西路桥集团有限公司，陕西 西安 710075)

0 引言

随着中国经济快速发展和钢铁产能的提升，为响应交通运输部去产能大力推广钢桥建设号召，钢桥建设已进入蓬勃发展阶段，立交工程、跨线桥施工随处可见，其中跨线桥部分多以跨度大、自重小、造型美观的钢箱梁为首选结构形式。钢混组合梁从受力角度来说，混凝土板具有良好的抗压性能，钢箱梁具有很好的抗拉性能，从而发挥材料的力学特性，具有承载力高、抗腐蚀、耐久性好、钢材可回收利用等优势。但目前国内外对这种桥梁多采用钢箱梁+预制钢筋混凝土叠合梁组合形式施工，桥面板是在现场架设预制板后将板周边预留钢筋焊接、浇筑铰缝混凝土形成整体，在后期运行期间混凝土收缩、徐变易产生裂缝，对桥面板产生病害，影响桥梁使用功能和寿命。为了防止上述问题出现，经与设计单位共同研究将使用钢箱梁组合预制桥面板改为钢箱梁+整体现浇混凝土桥面板施工技术，克服预制桥面板组合铰缝后期产生裂缝的不利因素，对进一步提高桥梁施工质量、使用寿命具有重要意义。本文就钢混组合箱梁整体式现浇桥面板施工提出创新技术，对钢箱梁安装在墩顶设预抬值、箱梁翼缘板悬臂吊架模法整体现浇桥面板、同步顶升落梁就位，对桥面板产生挤压应力的关键技术展开介绍。

1 工程概况

旬邑—陕甘界高速公路是国家高速公路银百线(G69)陕西境段，路线终点设赤道立交枢纽工程，其B匝道桥上跨高速公路主线，从行车视角美学角度考虑，第2联(5～9号墩)跨径为(24+2×35+24)m， 桥长118m，设计为钢混叠合梁桥型。设计荷载为公路-Ⅰ级，桥面宽度为2×0.5m(护栏)+11.75m(行车道)，桥下净空5m。下部结构采用柱式墩，肋板台，桩基础。本桥位于R=300m圆曲线上。全桥钢材采用Q345qD，总重410t，设左、右主纵梁，中间由横梁联系并设小纵梁。钢混组合梁底板厚度由14，16，20mm向外加厚；上翼缘板厚25，16mm，腹板厚14，16mm,腹板向内加厚，加劲板厚20，16mm。梁总高度1.70m，其中钢箱梁高1.30m。桥面板由倒角15cm厚过渡到40cm，翼缘板悬臂厚25cm。桥面板钢筋225t，C50无收缩混凝土518m3。本桥梁采取在墩顶设预抬值安装钢箱梁，翼缘板吊架模法现浇桥面板再落梁技术，即钢箱梁在厂内分段加工，汽车运输至工地支架安装(见图1)。采用箱梁安装在墩顶设预抬值，桥面板在钢箱梁上无支架现浇，翼缘板借用钢箱梁悬吊架模法施工，最后在墩顶用千斤顶同步顶升落梁到设计桥梁高度成桥。箱梁设预抬值安装，最终落梁对桥面板产生挤压应力，桥面板受力更好；翼缘板吊架模法施工受力全部着力于钢箱梁上，模架受力在一个受力体系内完成，解决了满堂支架法施工与钢箱梁各自受力可能产生不同沉降的问题，整体受力效果好；同步顶升千斤顶各点同步顶升、同步落梁对桥梁受力效果好。

图1 钢混组合梁结构断面

2 钢箱梁预抬高度节段安装关键技术

钢箱梁分为A，B，C，D 4种类型7个梁段在工厂加工成型，汽车运输至工地现场，采用钢管墩式支架、汽车式起重机安装焊接成整体。在节段拼装位置设钢管临时墩承载梁体。

2.1 浇筑支架基础

普通地基处理按压实度≥95%，承载力≥250kPa的标准，在地基上浇筑250cm×250cm(长×宽)、厚60cm C20混凝土基础，按要求标准埋设钢管立柱法兰盘预埋件。

2.2 安装钢管立柱支架

钢管立柱采用φ478圆钢管，根据混凝土基础顶面与钢箱梁安装高度，确定钢管立柱高度，钢管立柱按200cm×200cm间距在基础上呈正方形角点布置，与法兰螺栓连接，立柱间采用∟10×8斜向剪刀撑焊接连接保持稳定。钢管顶端焊接20mm厚钢板，底面四周设加劲肋与钢管顶端焊接，在钢管顶部钢板上安装I30a横梁，梁长与半幅箱梁底同宽。

2.3 钢箱梁墩顶设预抬值节段安装

钢箱梁在墩顶设预抬值安装，使桥梁整体形成一个向上的预拱度，本桥6～8号墩顶设10，13，10cm预抬值，通过成桥下落达到设计标高，对钢箱梁上面的桥面板产生了挤压应力，相对于传统安装标高一次到位，虽存在二次落梁施工，但减少了因预制梁板铰缝施工后期带来的裂缝问题，从而提高整体式桥面板受力后的桥梁运营使用寿命，梁板受力更好(见图2)。施工时，在钢箱梁安装前，按设计要求完成支座安装，在墩顶桥跨前、后设4处φ235钢管支墩，钢管支墩上、下焊接20mm厚钢板，墩顶钢管支墩高度分别为10，13，10cm，其他各支点根据预拱度坐标计算高度设置，钢管支墩内充填混凝土以提高承载力。钢箱梁安装时，在墩顶部位，钢箱梁落在钢管支墩上，另一端头部位落在钢管临时墩中间部位，在工字钢横梁上用钢垫块调节安装高度。钢箱梁落在支架横梁上所有的钢管支墩上，测量预抬值标高满足安装精度后，完成钢箱梁各节段二氧化碳气体保护焊焊接连接成整体。完成全桥钢箱梁安装，从而使钢箱梁安装相对于设计标高整体形成了一个向上的预拱度。

图2 钢混组合箱梁中跨6～8号墩顶设预抬值安装简图(单位:cm)

3 悬臂吊架模法桥面板施工关键技术

3.1 悬臂吊架模法施工技术

现有桥面板施工技术大多以落地满堂支架法进行施工，材料用量多，地基处理要求高，费时费工，施工成本高；再者桥面板荷载由钢箱梁与满堂支架二者共同受力，易产生不均匀沉降，因此考虑利用钢箱梁纵横梁、悬臂吊架模法施工桥面板，桥面板荷载全部由钢箱梁承受，在一个受力体系内完成，克服了桥面板施工靠满堂支架与钢箱梁二者受力的不利影响，保证了施工质量，降低了施工成本。

3.1.1翼缘板悬臂吊架模法施工技术

钢箱梁翼缘板悬臂须现浇混凝土宽度1.125m，墩顶处厚40cm，墩顶以外通过15cm厚倒角过渡到边部25cm板厚。经方案论证优选，采用悬臂吊架模法施工技术。悬吊装置尾部采用顶压、另一端悬挂模板的技术方案，即采用双拼[12、长200cm作为承重梁(纵向间距100cm)横桥向布置，在钢梁剪力钉内外2排位置采用φ48×3.5钢管做承重梁支撑，并在承重梁内侧端部采用φ20 U形螺栓做拉杆，悬吊部位采用3道φ20螺杆做吊杆，吊杆顶端穿过承重梁设φ48×3.5钢管锚固，吊杆下端采用双φ48×3.5 钢管悬吊蝴蝶卡锁定，在下端钢管上铺设6cm×8cm 方木(间距30cm)纵向背肋，在方木上铺设20mm厚竹胶板做模板，组成翼缘板悬吊架模系统。其荷载传递自上而下为：顶端悬挂钢管→吊模承重梁→吊杆→竹胶板→纵向方木背肋→横向钢管。翼缘板悬臂吊架模设计断面如图3所示。

图3 翼缘板悬臂吊架模设计断面(单位：cm)

3.1.2悬臂吊架模法体系受力验算

3.1.2.1荷载分类及计算

1)永久荷载(荷载分项系数取1.2)。钢筋混凝土重度取26kN/m3，结构高度0.40m，均厚0.28m；模板及支撑方木的自重根据JGJ 166—2016《建筑施工碗扣式钢管脚手架安全技术规范》中表4.2.4取0.50kN/m2；配件自重：脚手板自重标准值统一按0.35kN/m2取值，栏杆与挡脚板自重标准值按0.14kN/m2取值。

2)可变荷载分项系数取1.4，人员及施工设备荷载取2.5kN/m2，倾倒混凝土产生的冲击荷载取4kN/m2，振捣混凝土时产生的荷载取2.0kN/m2。

3.1.2.2荷载效应组合计算

荷载计算：支撑材料，底模为竹胶板，板底铺设方木，断面尺寸为6cm×8cm，间距30cm，方木下为φ48×3.5钢管。

恒、活载计算：恒载分项系数取1.2，活载分项系数取1.4。

恒载：q1(翼缘板)=26×0.28(均厚)=7.28kN/m2，q3(支架、模板系统自重)=0.35+0.14+1.1=1.5kN/m2。

活载：q4(人员及施工设备荷载)取2.5kN/m2，q5(倾倒混凝土产生的冲击荷载)取4kN/m2，q6(振捣混凝土时产生的荷载)取2.0kN/m2。

荷载效应组合计算：Q(翼缘板)=1.2×(q1+q3)+1.4×(q4+q5)=1.2×(7.28+1.5)+1.4×(2.5+4)=19.636kN/m2。

双拼[12跨径取距离1.325m，间距取最大的1m，按简支梁体系验算。

3.1.2.3翼缘板悬臂吊架模受力验算

吊架按1m间距布置，每个吊架布置3根吊杆，悬臂板下荷载：G1=(7.28+1.5)kN/m2×1.25m×1m/3=3.7kN，G2=19.636kN/m2×1.25m×1m/3= 8.2kN。

计算结果：支点反力Fmax=65kN，变形δmax=2.5mm≤L/400=1 125/400=2.8mm，满足要求；剪切应力τmax=34MPa<[τ]=125MPa,满足要求；组合应力σmax=156MPa<[σ]=215MPa,满足要求。各类杆件受力验算均满足施工要求。此种悬臂吊架模体系技术新颖、结构简单、节省材料、降低成本。依靠钢箱梁承受翼缘板悬臂端混凝土施工，避免了满堂支架体系施工造成的不均匀沉降问题，保证了施工质量，如图4所示。

图4 翼缘板悬臂吊架模侧、底、顶面

3.1.3中缝悬托架模施工技术

相邻钢箱梁中缝悬浇施工利用钢箱梁自身受力，采用双拼[12、长280cm吊模作为承重梁，布设于钢箱梁纵梁一侧的小横梁与小横梁间下翼缘板上，利用钢箱梁小横梁下翼缘板钢板顶面做支撑，安装纵向承重梁横向间距100cm，在承重梁上安装钢管支架底托，搭设φ48×3.5竖向钢管支架，在钢管顶部设[12分配梁，在分配梁上铺设间距30cm的6cm×8cm方木做背肋，其上铺设15mm厚竹胶板，按孔口四周向上倒角15cm过渡，组成中缝悬托架模体系现浇混凝土施工。其模架施工结构技术新颖、节省材料、方便施工、安全可靠，如图5所示。

图5 钢箱梁中缝悬托架模体系顶、底面

3.1.4钢箱梁箱内顶架模施工技术

在钢箱梁梁体内顶口搭设普通钢管支架，铺设15mm厚竹胶板，背肋采用间距30cm的6cm×8cm方木。模架设计时考虑钢筋混凝土荷载、模架自重、施工荷载要求。

3.2 支架预压

支架预压采用小砂袋法进行，设计桥面板板厚25cm，1m2混凝土及钢筋自重约0.824t，按1.1倍进行预压，砂袋采用人工配合起重机进行加载。边部翼缘板及箱间板位置1m2堆放0.91t砂袋。支架预压的目的是消除支架的非弹性变形和方木等变形。获得支架在荷载作用下的弹性变形数据，确定合理的施工预拱度，满足箱梁成桥的标高与线形设计要求。

3.3 桥面板钢筋安装及混凝土浇筑

首先浇筑钢箱梁在墩顶内置式盖梁部分混凝土，达到设计强度后，吊装绑焊桥面板钢筋完成，检验钢筋安装施工质量，浇筑桥面板无收缩混凝土。混凝土浇筑顺序为先浇筑跨中部分，由跨中向墩顶逐步浇筑，墩顶前、后5m范围预留不浇筑，待桥面板混凝土强度达到设计强度的90%后，拆除钢箱梁安装时的钢管临时墩支架后，由钢箱梁全部承受桥梁荷载，再浇筑墩顶预留部分桥面板混凝土，完成第1次桥梁受力体系转换，如图6所示。

图6 钢混组合梁桥面板整体式钢筋混凝土施工

3.4 支架拆除

人工拆除吊架模系统、底模、侧模板。钢箱梁安装的临时墩支架拆除由两端向跨中逐步进行，以逐步拆除5～6，9～8跨，再拆除6～7，8～7跨的顺序，切割人员对称同步拆除临时墩顶钢垫块，使钢桥全部荷载由6～8号墩顶钢管支墩承受。起重机起吊拆除工字钢横梁、钢管，拆除混凝土基础。

4 同步顶升落梁关键技术

选择与墩顶梁体荷载相匹配的智能千斤顶，墩顶千斤顶的总顶升量不大于梁体计算荷载的80%，本桥7号墩选用200t千斤顶6台，6，8号墩分别选用4台，墩顶3台智能千斤顶同步实施顶升落梁。以7号墩千斤顶智能控制箱为主机，6，8号墩千斤顶智能控制箱为辅机，通过无线信号传输命令，实现墩顶箱梁下方的若干千斤顶同步顶升，抽取钢管支墩、同步回油，完成落梁到墩顶支座上。落梁时，若干千斤顶同步顶升，使钢箱梁与盖梁间的钢管支墩不受力，抽取较高钢管支墩，更换较低钢管支墩，千斤顶回油，落梁于较低钢管支墩上，然后，抽取部分位于千斤顶下方的顶升钢管支墩，再安放千斤顶重复顶升，钢箱梁逐步下落，如此循环完成落梁后，对钢箱梁桥面板产生了挤压应力，完成第2次桥梁受力体系转换。采用上述落梁方法提高了梁体安装定位精度，避免了各墩各点不同步落梁易产生梁体扭曲变形的风险，落梁速度快，缩短了施工工期，降低了工程投入，保证了质量安全，在大体量落梁技术上取得了创新成果，如图7所示。

图7 7号墩智能千斤顶主控机箱同步顶升落梁

5 施工质量控制要点

5.1 钢箱梁墩顶设预抬值安装、焊接质量控制

在设置钢箱梁安装支架时，按墩顶设计预抬值计算支架各支点处预拱度，合理设置支架高度，在钢箱梁安装时，严格按计算预拱度标高安装就位。钢箱梁节段拼装需满足规范规定的焊缝宽度和标高精度，相邻节段安装高差≤3mm。电焊工须持证上岗，在钢箱梁正式焊接前，按焊接材质、焊接环境、焊接温度完成焊接工艺评定，评定合格后才能进行大面积焊接施工。焊缝采取雷达探伤检验。

5.2 吊架模安装质量控制

吊架模承重梁后端U形螺栓与剪力钉焊接要牢靠，焊缝饱满。钢管支撑安装要垂直，吊架承重的关键是靠承重梁内侧的一撑一拉杠杆原理受力作用，由外侧受拉吊杆传递模板承托吊架，施工时应认真检查确保各部位锚固受力牢靠不变形。

5.3 桥面板现浇质量控制

按质量评定标准要求验收桥面板钢筋安装质量，浇筑混凝土前将模内杂物清除干净，高压水枪冲洗，混凝土严格控制坍落度，混凝土分段连续完成浇筑，严格控制收面平整度在5mm以内，并做好桥面早期保湿养护工作。

5.4 同步顶升落梁质量控制

为了保证同步整体缓慢落梁，实施前应合理组织安排，统一指挥，发号施令，确保对称同步实施，千斤顶与钢管支墩应保持垂直受力，拆装过程要细心，防止受力偏移发生危险，施工人员要做好安全防护措施，确保落梁安全。

6 结语

赤道立交B匝道钢混组合箱梁采用墩顶预抬高度、桥面板整体现浇施工技术，落梁对桥面板产生挤压应力，消除桥面板在运行期间产生的混凝土收缩、徐变易引起裂缝的不利因素，提高桥梁使用寿命；同步顶升落梁技术保证了落梁安全；箱梁翼缘板悬臂端使用槽钢承重梁悬吊架模法施工，靠钢箱梁自身承受整体悬浇桥面板混凝土自重，在技术创新上更进了一步，其结构安全可靠、架体轻盈、用料少、进度快，具有良好的经济和环保效益。