裝配式組合鋼箱梁在橋梁工程中的應(yīng)用

高建安

(甘肅公航旅路業(yè)有限公司，甘肅 蘭州 730000)

0 引言

傳統(tǒng)的預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土橋梁結(jié)構(gòu)本身的施工流程十分復(fù)雜，并且整體性的承載力較差，能夠循環(huán)利用的價值與效果較低，難以符合目前的節(jié)能環(huán)保發(fā)展理念。為了解決目前束縛現(xiàn)代化城市交通發(fā)展的瓶頸，需要根據(jù)現(xiàn)實(shí)需求，創(chuàng)造出一種新型的橋梁結(jié)構(gòu)，在穩(wěn)定性、使用壽命與安全性以及經(jīng)濟(jì)性方面都有良好的適用性，而裝配式組合鋼箱梁形式的橋梁應(yīng)運(yùn)而生。裝配式組合鋼箱梁是由多個單獨(dú)的鋼箱組合而成的組合箱梁形式，隨后結(jié)合預(yù)應(yīng)力和波形鋼腹板等技術(shù)，將這些疊合單元組成一個鋼-混凝土疊合梁形式，裝配式組合鋼箱梁為現(xiàn)代橋梁的發(fā)展奠定了重要的技術(shù)基礎(chǔ)。

1 工程概況

本工程項(xiàng)目為國家高速公路網(wǎng)烏海至瑪沁高速內(nèi)互通立交橋的改造項(xiàng)目，其所在范圍為馬家山互通立交內(nèi)，采取A型單喇叭定向的互通立交形式。其中主匝道上跨馬家山互通立交及中川城際鐵路、迎賓大道，新增C、E匝道，改造A、B、D、F、G匝道，主要解決機(jī)場高速與中川機(jī)場航站樓間快速交通銜接問題。

主匝道K設(shè)計(jì)為雙向四車道，A匝道設(shè)計(jì)為雙向兩車道，E匝道設(shè)計(jì)為單項(xiàng)兩車道，其余匝道均為單項(xiàng)單車道。主匝道整體段落長度為2.36 km，一般匝道的改建長度為2.34 km，迎賓大道改建長度為0.8 km，中川機(jī)場收費(fèi)管理所專用的通道為0.511 km，改移省道為0.76 km，新建的T3預(yù)留匝道長度為1.055 km。整個立交改造所用地的面積為185.9畝(1畝≈666.7 m2)，共拆遷400 m2的建筑物。

2 施工前期分析

本項(xiàng)目為甘肅省重點(diǎn)推廣鋼結(jié)構(gòu)橋梁應(yīng)用的試點(diǎn)工程，也是交通部門第一批9個公路鋼結(jié)構(gòu)橋梁的典型示范工程之一。但是由于機(jī)場建設(shè)規(guī)劃發(fā)生了變化，本次立交方案經(jīng)過多次調(diào)整之后，整體項(xiàng)目延后。最終確定采取25～50 m的鋼-混凝土組合結(jié)構(gòu)的布置方案，整體橋梁的面積大約為3萬m2，所需鋼量為1.1萬t，整體的鋼梁均采取波形鋼腹板開口箱。且由于立交橋整體較為復(fù)雜，結(jié)合其結(jié)構(gòu)受力情況，本工程采取多種結(jié)構(gòu)型式，具體數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 工程結(jié)構(gòu)型式箱體設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

3 裝配式組合鋼箱梁在橋梁工程中的實(shí)際應(yīng)用

3.1 鋼箱梁加工重點(diǎn)

本項(xiàng)目的控制性工程主要在于主匝道的高架橋設(shè)計(jì)，其上部分為波形鋼腹板和鋼混組合箱梁形式。為了保障整體鋼結(jié)構(gòu)加工與制造質(zhì)量和進(jìn)度要求，項(xiàng)目采取標(biāo)準(zhǔn)化和現(xiàn)代化加工制造廠房進(jìn)行裝配件加工[1]。該廠區(qū)占地面積大約為15 000 m2，配備涂裝機(jī)、自動焊接以及智能制造等機(jī)械設(shè)備180臺，配備焊工、鉚工、氣割、油漆工以及管理人員共計(jì)350人。該廠區(qū)滿足鋼結(jié)構(gòu)加工標(biāo)準(zhǔn)化和精確化與智能化的全面需求。

3.1.1 鋼-混組合梁施工

結(jié)合鋼結(jié)構(gòu)橋梁的“工廠化制造與裝配化施工”的建設(shè)要求，項(xiàng)目部門建設(shè)了甘肅第一家鋼-混組合梁拼裝廠。本次項(xiàng)目中的剛箱梁從加工制造廠運(yùn)輸?shù)狡囱b廠之后在廠區(qū)預(yù)先制作的模架上進(jìn)行二次拼裝、整體拼裝和焊接，隨后實(shí)施鋼箱梁橋面板鋼筋、端橫梁安裝及橋面Ⅰ期混凝土澆筑、自動噴淋養(yǎng)生等流程。上述的流程均在全封閉的廠區(qū)環(huán)境下進(jìn)行，確保鋼筋組合梁焊接和混凝土澆筑的質(zhì)量達(dá)到高水平[2]。

3.1.2 鋼箱梁架設(shè)

主匝道橋體總長度為1 126.46 m，分為50 m連續(xù)兩種鋼混組合梁和30 m簡支。其中30 m的鋼箱梁安裝主要流程為：將鋼混合組合梁拉運(yùn)到現(xiàn)場；架橋機(jī)逐片架設(shè)鋼箱梁。(5×50) m鋼箱梁的安裝流程為：在主梁的制作階段，分段位置和中跨跨中位置設(shè)置臨時支墩，運(yùn)輸采取分階段的形式。聯(lián)端和支墩安裝臨時支座，墩頂位置安裝永久制作。結(jié)合計(jì)劃分節(jié)段進(jìn)行精確放樣，隨后跨節(jié)段進(jìn)行架設(shè)和安裝。隨后進(jìn)行鋼梁的拼裝、連接、端橫梁、墩頂橫梁和箱間橫梁以及懸臂鋼板之后，將中跨的3號、5號、6號、8號、9號、11號臨時支撐進(jìn)行拆除。然后將鋪設(shè)橋面的壓型鋼板，澆筑一期的橋面板混凝土；當(dāng)其強(qiáng)度達(dá)到90%及以上時張拉Ya-Yc墩頂負(fù)彎矩預(yù)應(yīng)力鋼束。當(dāng)對二期橋面板混凝土進(jìn)行澆筑時，需要張拉YT4體內(nèi)和YT5體外的通長預(yù)應(yīng)力鋼束，將剩余的臨時支撐拆除之后，完成橋面鋪裝和附屬工程施工。

3.2 鋼結(jié)構(gòu)施工質(zhì)量控制重點(diǎn)

3.2.1 鋼箱梁的焊接作業(yè)

整體項(xiàng)目鋼混合梁橋的焊縫累積約為58 680 m，其包含Ⅰ級焊縫和Ⅱ級焊縫。焊接方式采用埋弧自動焊和二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊，在經(jīng)過焊接工藝評定合格之后，方可完成焊接，且須經(jīng)歷開坡口、焊接、焊縫與打磨4道工藝。

整個焊縫的質(zhì)量是本項(xiàng)目加工制作的重點(diǎn)與核心。在加工制造期間需要項(xiàng)目部門嚴(yán)格掌控焊接和涂裝2個環(huán)節(jié)[3]。為了避免焊接發(fā)生變形的問題，所有的箱梁都需要在胎架上定位后進(jìn)行焊接。在縱向方位需要全部采取單面焊雙面成形的工藝處理焊接縫，背面貼陶質(zhì)襯墊，利用藥芯焊絲二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊完成。堤壩和腹板的熔透角焊縫則需要采取先焊接坡口的焊縫，隨后再焊接背面的焊縫，以此來保障全熔透焊接的需求。采取超聲波或者X射線以及磁粉對焊縫的缺陷進(jìn)行檢測。在整套工序完成之后，由第三方專業(yè)檢測單位對鋼箱梁質(zhì)量進(jìn)行全方位檢測合格之后方可運(yùn)出廠區(qū)。

3.2.2 高強(qiáng)度螺栓的連接

本項(xiàng)目所使用的高強(qiáng)度螺栓連接的總量為34 456套，共實(shí)施3道工序，適用于50 m跨度的連續(xù)鋼箱節(jié)段的連接位置。且螺栓群鉆孔的對接精確率須達(dá)到98%以上，遵循螺栓群中間向四周對稱擴(kuò)散的方式進(jìn)行緊固，禁止重復(fù)擰動。

在安裝高強(qiáng)度螺栓前需要全面檢查和清理其接觸面，檢查合格之后安裝節(jié)點(diǎn)孔眼數(shù)50%的梅花形沖釘群內(nèi)，保障安裝結(jié)構(gòu)位置符合要求后在剩余的孔眼中安裝高強(qiáng)度螺栓，隨后將沖釘利用高強(qiáng)度螺栓逐個代替，初次擰動。在初次擰動時，采取額定扭矩為1 000 N·m的扳手從螺栓群中央向四周擰動，做好標(biāo)記，其扭矩為終擰的60%～70%。在初擰完畢之后通過質(zhì)量和外觀的檢查保障其擰動的效果。在初次擰動2 h之后進(jìn)行終擰，按照從中間向四周的順序進(jìn)行，利用電動扭矩扳手連續(xù)實(shí)施，做好標(biāo)記，全部螺栓終擰完畢之后利用復(fù)位法進(jìn)行檢查。

3.2.3 鋼箱梁防腐涂裝施工作業(yè)

本項(xiàng)目需要進(jìn)行鋼箱梁防腐涂裝的總面積為150 762 m2，在整個涂裝過程分為拋丸除銹、底漆、中間漆和面漆4道工序內(nèi)容。涂裝的質(zhì)量與箱梁使用壽命有著十分密切的關(guān)系。除了現(xiàn)場安裝后油漆損傷位置需要露天進(jìn)行涂裝之外，其余的涂裝都需要在廠房中完成。

在涂裝鋼梁的桿件和梁段之前，需要對其表面實(shí)施拋丸除銹清理工作，除銹之后，保障其表面的粗糙程度Ra可以達(dá)到25～60 μm。而對于高強(qiáng)度螺栓的連接面除銹而言，其需要保障整體的除銹等級可以達(dá)到Sa3級，表面粗糙程度Ra應(yīng)當(dāng)達(dá)到50～100 μm，除銹之后應(yīng)當(dāng)利用噴鋁進(jìn)行防銹處理。另外，涂裝高強(qiáng)度螺栓需要在施工開始前全面清除螺栓的頭部油污和螺母以及墊圈外露部分的皂化膜。

根據(jù)施工需求和工程采取的構(gòu)件特點(diǎn)來進(jìn)行拋丸除銹工作，一般利用機(jī)械自動化進(jìn)行除銹處理。在拋丸除銹期間，須使用30%的S390鋼丸和70%的G25鋼砂混合物。使用期間，結(jié)合噴砂后鋼表面的清潔程度和粗糙程度來適當(dāng)調(diào)整二者比例。

涂裝施工期間，梁段表面不應(yīng)當(dāng)有雨水或者結(jié)露的情況發(fā)生，相對濕度不可在80%以上，環(huán)境溫度對于環(huán)氧類漆不可低于10℃，對水性無機(jī)富鋅防銹底漆和聚氨酯漆類不得在5℃以下。外涂裝時禁止在風(fēng)沙、雨天及霧天的環(huán)境下涂裝，涂裝后4 h內(nèi)應(yīng)采取覆蓋措施保護(hù)，避免風(fēng)吹雨淋。

4 結(jié)語

裝配式組合鋼箱梁結(jié)構(gòu)是一種全新的橋梁結(jié)構(gòu)，憑借其施工工期短、成本低和承載力強(qiáng)等優(yōu)勢在目前的橋梁建設(shè)中占據(jù)著重要的地位。相關(guān)部門與人員應(yīng)對這種結(jié)構(gòu)進(jìn)行深入研究，不斷在各類公路橋梁和跨線橋等工程中積極推廣，推動橋梁工程的高質(zhì)量可持續(xù)發(fā)展。