紅蓮大橋鋼混結合段施工工藝與質量控制研究

林 章

（廣州市南沙區(qū)建設工程質量安全監(jiān)督站，廣州 511457）

鋼混結合段是紅蓮大橋的關鍵部位，施工難度較大。本文旨在介紹鋼混結合段的施工難點和關鍵工藝，并提出相應的施工質量控制方法。

1 工程概況

紅蓮大橋位于廣東省廣州市南沙區(qū)，采用雙塔雙索面混合梁斜拉橋型。主橋為（62+104+580+104+62）m雙塔斜拉橋，全長912 m，如圖1 所示。主橋縱斷面位于±4%的人字坡上，邊坡點位于主跨的中間位置，主線平面為直線。主梁由混凝土箱梁和鋼箱梁組成?；炷料淞何挥谌f頃沙側和龍穴島側，長度為176 m。箱梁寬度從輔助墩開始逐漸變窄，萬頃沙側從48 m 漸變到35.5 m，龍穴島側保持全寬35.5 m，中心梁高為3.52 m。鋼箱梁位于主跨方向，采用正交異性板PK 箱斷面，梁中心線處內輪廓高為3.5 m，橋面寬度為35.5 m，全寬為40.5 m（含風嘴及分流板）。鋼混結合段是鋼箱梁與混凝土梁的連接點，全長9.45 m，包括2 m 長的鋼混結合段和2.75 m 混凝土梁加強段、4.7 m 鋼箱梁加強段。鋼混結合段施工質量直接關系到全橋的剛度過渡段平順性及應力傳遞的可靠性。

圖1 主橋箱梁立面示意圖

2 鋼混結合段施工難點

①鋼混結合段所處位置周邊環(huán)境復雜，搭設支架難度較大。結合段所處位置地質條件差，導致支架設計及施工難度很大。②鋼混凝土結合段重247.3 t，梁頂距地面25.2 m，吊裝定位十分困難。地形狹窄，起重機占用空間有限，鋼混凝土結合段作為鋼箱梁拼裝的起點，對結構尺寸和定位精度有高要求。③鋼混凝土節(jié)點截面結構復雜，焊接結構難度大。模板內部結構狹窄、復雜，焊接質量必須高。剛度過渡段的頂板和底板焊接，以增加T 肋結構的高度。鋼錨箱內結構復雜，作業(yè)空間狹窄，焊接質量要求較高。④鋼混凝土結合段的配合比設計和補償收縮混凝土施工難度大。鋼網室內填充混凝土，確保力傳遞平穩(wěn)，澆注質量要求高。鋼混凝土節(jié)點截面是特殊受力部位，混凝土需具備補償收縮性能和良好性能。設計接縫段混凝土配合比需多次試拌。鋼網間距狹窄，補償收縮混凝土的振動密實度是施工過程中的難點。

3 鋼混結合段關鍵施工工藝

3.1 水中鋼管樁施工工藝

根據現(xiàn)場地質條件，計算鋼管樁的理論入土深度。若現(xiàn)場地質條件特殊，現(xiàn)場技術人員應重新調整樁深。水中鋼管樁按摩擦樁進行設計，最終貫入校核主要用于插入和打入，并以樁的設計長度作為校準參考。如果鋼管樁達到設計樁長但貫入不正確，則需連續(xù)打樁。為防止沉樁時出現(xiàn)“假極限”或“吸入”現(xiàn)象，應將錘子暫停一段時間再重新打入。

3.1.1 導向架配合全站儀精確定位

汽車起重機將鋼管堆放入導向架切口內，并調整鋼管堆的垂直度。測量人員用全站儀粗略測量樁的位置，并駕駛汽車起重機將鋼管樁移至指定位置。使用全站儀對鋼管樁進行精確定位。

3.1.2 振動下沉

樁的位置和垂直度確定后，應啟動振動器，每次振動的時間不應超過10~15 min。在下沉過程中應連續(xù)進行，不可中途停頓或間隔較長時間。

3.1.3 樁接續(xù)

當樁打入地下，導架施工平臺高度達到0.5~1.0 m時，拆除振動器繼續(xù)打樁。檢查后將樁與樁焊接并繼續(xù)打樁直至達到設計深度。在進行樁接續(xù)時，應留出適當?shù)慕永m(xù)高度，并清除對焊接有害的附著物。

3.1.4 控制打入精度

管樁縱橫向偏差不應超出D/5，樁的傾斜度應小于全長的1/100。

3.1.5 鋼管樁頂切割

切割時應嚴格控制標高，使樁頂標高符合臨時支架設計要求，且管端面能和蓋板緊貼密實。

3.2 鋼混結合段鋼梁吊裝施工工藝

為防止起重過程中發(fā)生碰撞，吊具、屬具和機器必須具有足夠的安全性，以防止發(fā)生事故。E 類梁段吊點布置圖如圖2 所示。

圖2 E 類梁段吊點平面布置圖

①浮吊進場拋錨定位，保證航道通航。②掛鉤。③進行試吊，包括負荷試驗和回落試驗，觀察梁段是否水平穩(wěn)定，確認浮吊機械性能正常。④緩慢升起吊點，用繩子纏繞電纜，防止元件旋轉并到達設計標高1 m的位置后停止，觀察支架情況。⑤保持提升機構穩(wěn)定，用纜繩纏繞繩拉動物品旋轉，待物品進入升降機內，支架上方時停止，初步定位。⑥緩慢將梁段放置于支架上，確保落梁精確就位。⑦松開連接鋼絲繩與梁段的卸扣，緩慢升起吊鉤，將鋼絲繩垂直提起。

3.3 鋼混結合段鋼箱梁焊接施工工藝

3.3.1 工地拼裝焊接前準備工作

焊接前，調整面板表面高差，使其符合焊接工藝要求的偏差范圍。焊接前必須清除焊接區(qū)域的有害物質，使表面具有金屬光澤。

3.3.2 臨時連接

鋼梁加工時，在每節(jié)鋼梁兩頭的對接接頭處設置了匹配件，使用鋼板制作。鋼梁吊裝到支架頂時，使用螺栓將鋼梁定位，使用100 t 手動千斤頂調節(jié)高度。調整完畢后，進行臨時焊接，采用220 mm×150 mm×16 mm 的加強板進行臨時焊接。每根鋼梁的接頭處焊有16 根加強筋，加強筋與鋼梁雙面滿焊，焊縫高度不應小于8 mm。每段鋼梁臨時焊接完成后，才能進行下一段鋼梁的安裝。

3.3.3 橋上焊接施工準備

針對焊縫，制定專門的焊接工藝；根據橋梁焊接工程總數(shù)和施工進度要求，配置足夠功率的焊接電源；配電設備、焊接設備、通風除塵設備、防風腳手架、除銹機、氣刨工具、火焰切割工具、防水防潮設備和焊材烘干機等所需施工設備的安裝與調試，并指定專職人員維護和管理；搭建臨時工作平臺；提前購買并復核所需的焊接材料；建立健全施工現(xiàn)場責任制、橋梁系統(tǒng)安全及電力系統(tǒng)、通風除塵系統(tǒng)等規(guī)章制度，建立用電安全告示及裝置，確保施工安全。

3.3.4 鋼箱梁焊縫焊接

梁段吊裝就位后進行梁段線形的調整，滿足線形要求后，連接匹配件進行梁段的焊接工作。

3.4 鋼混結合段混凝土施工工藝

3.4.1 配合比設計及優(yōu)化

鋼混結合段采用強度為C60 的鋼纖維自密實混凝土，具有大流變、低收縮、高韌性的特性，難以設計和施工補償收縮混凝土的配合比。鋼混凝土接頭截面是特殊的受力部位，要求混凝土具備補償收縮和良好性能。因此，節(jié)點段的混凝土配合比設計需進行反復試配和驗證。根據試驗混凝土的和易性、強度、斷裂韌性、收縮、延性、耐久性等性能，混凝土配合比方案見表1。

表1 鋼混凝土結合部段C60 鋼纖維自密實混凝土配合比

3.4.2 混凝土拌制

混凝土攪拌過程中，先將骨料、水泥纖維和礦物摻合料混合，然后加水和外加劑攪拌均勻。進入機器的水泥溫度不應超過55 ℃。攪拌時間根據配合比和設備條件確定，鋼-混凝土接縫截面不應短于120 s。原材料按配合比精確稱量，允許最大偏差：膠凝材料±1%、外加劑±1%、骨料±2%、拌合用水±1%?；炷翑嚢枨皽y定骨料含水率，根據天氣變化調整配合比。

3.4.3 混凝土運輸

混凝土運輸時使用罐車，進場后核對送貨單上的強度等級和檢測坍落度，滿足要求后才能使用。

3.4.4 混凝土澆筑

混凝土澆筑時選擇10～20 ℃環(huán)境溫度，避免冬夏施工。使用振動器確保密實。澆筑前檢查支架、模板和預埋件?？刂铺涠?、含氣量、入模溫度和模板表面溫度，保證耐久性。底板、腹板和頂板用振搗棒振搗。關鍵部位特別注意振搗。控制頂板高度，進行收漿抹面。底板和頂板的收漿抹面注意泄水孔和平整度。

3.4.5 混凝土養(yǎng)護

混凝土澆筑后立即進行養(yǎng)護，保持濕潤。梁體混凝土需帶模養(yǎng)護一段時間，用水保濕保溫。拆模前要等混凝土強度達標，拆模后要保持濕潤，防止溫度變化引起開裂。加強對溫度的監(jiān)控，防止溫差過大造成損害。

4 鋼混結合段施工質量控制

4.1 水中鋼管樁施工質量控制

①檢查樁位和垂直度。②先振動1~2 min，再調整平面位置和傾斜度，然后插打。③檢查傾斜度，發(fā)現(xiàn)傾斜及時調整，必要時停止下沉，采取其他措施糾正。④觀察貫入度，遇到困難停振分析原因，禁止強振久振損壞樁錘。⑤支架沉降處理措施：沉降監(jiān)測貫穿整個施工過程，通過監(jiān)控數(shù)據得出支架操墊抬高的梁度值。若在施工過程中或體系轉換前支架局部發(fā)生超過預期的沉降，應立即暫停施工，分析沉降原因。檢查支撐點是否牢固，防止偏載造成局部管樁受力過大。對沉降點可以計算承載力，通過改變操墊位置和增減支撐點實現(xiàn)荷載重新合理分配，減輕沉降點支架的荷載，然后用千斤頂頂起沉降點鋼梁，用鋼板重新操墊固定。此外，加固連接沉降點和附近支架，形成整體受力。

4.2 鋼混結合段鋼梁吊裝施工質量控制

4.2.1 梁下緣軸線控制

在臨時支架頂部和吊裝段端部的下緣打好控制軸線，將鋼箱梁逐步向梁軸線移動，當?shù)跹b段下緣的軸線與臨時支架頂部的軸線相吻合時，放下梁段。

4.2.2 梁頂軸線控制

在鋼箱梁拼裝時，在梁頂背面軸線處做好標識，并在側面固定限位支架。安裝鋼箱梁節(jié)段時，通過全站儀觀察測量點位置是否位于軸線上，調整梁軸線，使鋼箱梁緊貼限位支架，直至與設計軸線重合。在鋼箱梁安裝完成后，若發(fā)現(xiàn)偏位，可通過螺旋千斤頂調整軸線。

4.2.3 標高控制

通過臨時水準點控制，利用楔形墊塊的移位調整鋼箱梁的安裝標高。當標高過高時，向梁中央移動楔形墊塊，反之向梁腳側移動。達到設計高程后，焊牢墊塊與臨時墩型鋼。

4.3 鋼混結合段鋼箱梁焊接施工質量控制

①當焊接環(huán)境有下列條件時，必須采取有效的防護措施，否則禁止焊接：環(huán)境溫度低于-18 ℃；焊接表面潮濕、暴露在雪和大風中；手工電弧焊（風力大于8 m/s）和CO2氣體保護焊（風力大于2 m/s）不采用擋風罩或防護措施；焊工在困難的條件下工作；相對濕度大于80%；雨和雪。②當母材表面因降水、雪等原因潮濕（80%RH）或有風時，不允許進行露天焊接。然而，如果焊工和待焊零件受到適當?shù)谋Ｗo并且母材經過適當?shù)臏蕚洌ɡ缂訜?、干燥），則可以進行焊接。③溫度低于0 ℃時，一般不允許焊接，必須進行焊接時須按規(guī)范進行預熱。④手工電弧焊（風力大于8 m/s）和CO2焊（風力大于2 m/s）應基本停止焊接。但是，如果提供足夠的防風措施或使用抗風焊機，仍然允許焊接（藥芯焊絲電弧焊除外）。⑤由于現(xiàn)場梁段與焊接工位之間的焊接面施工復雜，需要在施工前制定計劃，施工時安排專門的人力、物力，并搭建專門的防風棚腳手架提前4~8 h搭好。⑥防風棚必須滿足以下要求：上部稍通風但不漏風，能防止物體撞擊；中間部分疏松，能承受強風的吹動，防止大陣風冷空氣進入；可同時容納2名以上操作人員，運行平穩(wěn)無晃動，不干擾其他操作人員；可存放操作設備和準備材料，不妨礙工作，無間隙造成設備損壞和失控的材料。

4.4 鋼混結合段混凝土施工質量控制

①優(yōu)化混凝土配合比設計：根據混凝土物理性能試驗及澆筑控制方法，反復試配和驗證混凝土配合比，確保混凝土具有補償收縮的性能和良好的使用性能。②使用自密實鋼纖維混凝土：采用流變大、收縮性低、高強C60 鋼纖維自密實混凝土提高了混凝土的斷裂韌性和耐久性。③采用插入式振動器結合附著式振動器的振動工藝：在混凝土澆筑過程中，附裝振動器和插入式振動器相結合的振動工藝，確?；炷撩軐嵍取＂芸刂苹炷翝仓沫h(huán)境條件：混凝土宜在環(huán)境溫度10～20 ℃且溫度無劇烈變化時澆筑，避免混凝土冬期施工和夏期施工。⑤控制混凝土澆筑的順序和方法：根據結構特點，分段進行混凝土澆筑，先底板、腹板后頂板、翼緣板，采用水平分層的方法澆筑，控制澆筑厚度和澆筑速度，避免形成明顯接縫和冷縫。⑥鋼筋混凝土養(yǎng)護：混凝土澆筑后必須立即養(yǎng)護，必須通過噴水、保濕養(yǎng)護的方式連續(xù)養(yǎng)護，并必須與模具一起保存一段時間，以保證混凝土的強度后期會增加。當遇到日曬、氣溫驟降等情況時，必須采用足夠的隔熱措施，以防止混凝土表面溫度發(fā)生劇烈變化。加強對箱式區(qū)內部溫度的監(jiān)控，控制內外溫差，防止混凝土開裂。

5 結束語

通過對紅蓮大橋鋼混結合段施工的研究，分析了鋼混結合段的施工難點主要包括：位置環(huán)境復雜、吊裝定位困難、焊接施工困難和混凝土配合比設計難度大。針對這些問題，本文提出了相應的解決方法，包括水中鋼管樁的施工工藝、鋼梁吊裝的施工工藝、鋼箱梁焊接的施工工藝和混凝土的施工工藝。同時，本文還提出了鋼混結合段施工質量控制的方法，包括樁位和垂直度的檢查、梁軸線和標高的控制、混凝土配合比設計的優(yōu)化、振搗工藝的控制和混凝土養(yǎng)護的加強。這些方法對于確保鋼混結合段施工質量具有重要意義。