叠合板简支组合梁施工工法

1 前言

当高架桥需跨越交通干道、交通枢纽、河道、地面桥等较大跨度位置时,综合考虑技术、经济、工期等因素,钢-砼叠合梁结构成了一个较好的选择,其充分利用了钢材良好的抗拉性能和砼良好的抗压性能,降低工程造价；下部结构与钢梁预制可平行施工,有效缩短施工工期;

为了方便钢-砼叠合梁钢结构部分的运输,通常将每道钢梁分隔成几个节段,通过平板车运输到施工现场进行连接;普通的预制板组合梁钢结构部分用钢量大,预制板截面尺寸大,运输及吊装难度大,并且节段之间焊接连接使下方作业区域变大,通行困难；焊接施工周期长,工期压力大且焊接质量不能得到保证,此时对预制板组合梁进行优化,即采用叠合板简支组合梁施工工艺;其施工不同点主要有：叠合板简

支组合梁通过调整预制面板,增加后浇层混凝土施工,优化了桥面板横向受力,取消

了钢箱梁腹板纵向加劲肋,减少了底板纵向加劲肋,各道钢梁之间采用工字钢横向联系,简化了横向联系构造,降低了整体用钢量；每道钢梁的各节段之间连接部位在加工厂提前开孔,在施工现场进行螺栓连接,缩短了施工周期,提高了连接质量;

2 工法特点

通过调整预制面板加工尺寸,优化桥面板横向受力,取消了腹板纵向加劲肋和减少底板纵向加劲肋,简化横向联系构造,降低了工程综合造价,且对地面交通影响较小,有较好的社会经济效益;

主梁在高空分段组装,螺栓连接比焊接施工难度降低、安全可靠,质量更易保证;

减少用钢量,调整预制面板加工尺寸以及各节段钢梁采用螺栓连接等施工工艺,大大缩短了施工周期;

3 适用范围

本工法适用于因叠合梁下地面交通组织困难的钢-砼叠合梁工程；另考虑到实施本工法可显着缩短施工工期,故其也适用于对工期有较高要求的钢-砼叠合梁工程;综合考虑经济、技术及设备条件,目前本工法适用的叠合梁跨径范围在55m以

内;

4 工艺原理

施工方法分为两个明显的不同阶段：一、优化的叠合板组合桥面系,先铺设预制板,然后绑扎桥面板顶层钢筋,然后浇筑后浇层混凝土,无需模板脚手架,不仅施工方便,且桥面整体性耐久性好;二、优化的组合梁方案采用高强螺栓拼接,施工便捷,施工工期明显缩短,现场景观效果好;

5 施工工艺流程及操作要点

施工工艺流程

钢-砼叠合梁施工主要由三个阶段组成,即钢梁制作、钢梁安装及桥面板施工;预制组合梁施工工艺与叠合板组合梁施工工艺相比,在钢梁制作阶段基本相同,其较大的区别在于钢梁安装及桥面板施工阶段;

图 钢-砼叠合梁施工工艺流程图

施工操作要点

钢梁制作阶段操作要点 1 图纸会审及排版设计

1在熟悉图纸的基础上,复核各尺寸数据无误后,进行板块排版设计;排版设计的原则是在满足设计要求、钢结构制造规范等前提下,尽量减少钢板损耗,提高钢材利用率;建议事先了解钢板供应厂家可供钢板规格,然后针对不同规格进行多组排版设计,可重点考虑底板、腹板等大面积板块施工的便利;

2 材料采购及试验

1根据排版后的材料规格及数量进行相应钢板采购,材料进场时应检查质保书是否齐全,进场后按规定频率进行材料复试;

3 胎架制作及焊接工艺评定

1钢梁加工前,应制作坚固可靠的胎架;胎架应根据设计图纸要求的起拱度、焊接变形的回弹量及施工临时荷载引起的形变等因素设置预拱度,以保证钢梁质量和控制焊接变形;

2胎架制作期间,应及时进行焊接工艺评定;焊接工艺评定适用范围应涵盖钢

梁制作中发生的各种形式的焊接,其焊接工艺及相应参数应与工程实际制作中所采用的相同;

4下料及坡口加工

1经核查钢板的牌号、规格和质量无误后,按照排版设计对钢板进行划线及板块编号,然后进行切割下料;下料后核对各板块边缘的焊接要求,需要坡口的,进行相应形式的加工;部分板厚相差大的两板块对接,应按要求对厚板进行削斜过渡处理;

5 部件加工

1各板块坡口加工完成后,按照排版设计图,组合焊接成部件待用; 6 上胎架组装

1为确保钢梁制作后尺寸满足设计要求,在主梁纵横方向宜按／2000～／2000的比例设置焊接收缩余量;

2钢梁上胎架组装建议按下列安装顺序进行：底板—→底板纵向加劲板—→一侧腹板—→横隔板—→另一侧腹板—→梁端支承板块—→上翼缘板;

7 厂内焊接及焊缝检测

1全梁在组装阶段主要焊缝基本为定位焊接,在整体焊接前,必须进行全梁的复检;

2钢梁在焊接时会产生很大的焊接应力,应在焊接过程中逐步予以释放,否则应力不断累积,可能导致钢梁局部变形或整体变形;为控制钢梁焊接变形,除了在梁内侧设置斜向支撑外,还应采用合理的总体焊接顺序,即先横向缝后纵向缝、由局部到整体的对称焊接顺序;

3焊接工序的具体操作必须严格按照建筑钢结构焊接技术规程JGJ81-2002和相关设计文件的要求,同时严格执行焊接工艺评定的各项焊接参数;

4钢梁整体焊接完成后,在每个分段的上翼缘板处对称焊四只临时装卸用吊耳,其纵向位置宜设置在钢梁横隔板附近;吊耳尺寸需以钢梁分段自重为基础通过计算确定;

5钢结构加工过程中,根据组装前、组装时、焊接时和焊接后的需要,对焊缝质量进行全程跟踪检验,检验内容主要包括外观检查和无损检测两部分;

6外观检查应待焊缝冷却后进行,无损检测应在焊后24小时且外观检查合格后进行;部分焊缝位置有隐蔽要求,其检验应与施工紧密协调,避免耽误工期;无损检测采用射线和超声波探伤两种方法检验的焊缝,必须达到各自的质量要求,该焊缝方可认为合格;

8 剪力键安装

1剪力键应根据其具体形式确定相应施工方法;

2当采用圆柱头焊钉时,应进行焊钉穿透焊接工艺评定试验,合格后方可进行焊钉焊接;焊接前应清理上翼缘板的杂质,然后弹线划出焊接位置标距线,其尺寸复核无误后采用专用焊接设备施焊;施工时注意瓷环规格必须与焊钉配套,使用前应进行烘焙;

3焊钉焊接后应进行弯曲试验检查;焊钉根部焊脚应均匀,焊脚立面的局部的未熔合或不足360o的焊脚应进行修补;

9 除锈及涂装

1钢梁表面宜采用喷砂除锈,除锈后的钢表面清净度、粗糙度等级应符合相应标准;

2涂装作业应尽量使用高压无气喷涂泵施工;钢梁隐蔽部位,需在焊接成型前喷涂规定膜厚的油漆;最后一道面漆宜在砼板浇筑完成后进行,涂装前应认真做好清洁工作,力求集中调色,一次喷涂成膜;

3涂装施工期间应进行涂装材料、外观质量、漆膜附着力、层数、膜厚等方面的检查;

10 分段运输至现场

1主梁运输宜在夜晚进行,由于主梁超长、超宽,运输前应对运输路线进行彻底排查,重点关注路面状况、路口转弯半径、桥涵净空高度、桥梁最大承载力等,并据此编制交通运输方案及应急预案;钢梁运输前,必须向交警部门及相关运输管理部门报批相关手续;运输时由交警车辆开道,紧接指挥车辆、运梁车辆、两台吊车随后,弯道处可协助处理;运梁车辆悬挂红灯和超长警示标志,整支车队宜限速20km/h内;

2钢梁到场前,必须做好事前准备工作;在节段连接位置设立临时支撑架,支撑架结构的强度和刚性,应根据其使用要求而定;必须满足支承分重量包括在支撑架上进行施工时的荷

载的要求,且有足够的刚性,保证装配线形,支撑架变形需在规定范围内;支撑架设计是考虑钢箱梁的设计线形及预拱值要求,支撑架所形成的工作面应与钢箱梁底板的外形相贴合;

11 复核现场盖梁位置及标高

1根据设计图纸复核相关数据,确认无误后利用全站仪在盖梁上放出所有支座中心点及每根钢梁的两侧边线并予以标示;复核钢梁总长与盖梁相应位置的跨径及钢梁端部角度与盖梁砼面角度,并注意检查盖梁竖面的垂直度;

2支座中心点放样后,先利用图纸数据进行位置复核,无误后,对支座垫板进行标高复核并安装钢梁支座;

12 现场组装、螺栓连接及检查

1钢梁的水平及垂直位置校正均采用千斤顶,用经纬仪、水准仪进行全过程的测量复核;组装方式和要求与工厂制作一致,组装完成后,采用定位焊固定;此时对总梁长、角度、预拱度等进行复核;

2钢梁数据复核无误后,对钢梁的横向连接处采用临时螺栓固定,之后穿入高强

螺栓用扳手紧固后,再卸下临时螺栓,以高强螺栓替换,安装时高强螺栓应自由穿入孔内,不得强行敲打;扭剪型高强螺栓的垫圈安在螺母一侧,垫圈孔有倒角的一侧应和螺母接触,不得装反；螺栓不能自由穿入时,不得用气割扩孔,要用绞刀绞孔,修孔时需使板层紧贴,以防铁屑进入板缝,绞孔后要用砂轮机清除孔边毛刺,并清除铁屑;

3高强螺栓的紧固：必须分两次进行,第一次为初拧;初拧紧固到螺栓标准轴力即设计预拉力的60%～80%,初拧的扭短值不得小于终拧扭矩值的30%;第二次紧固为终拧,终拧时扭剪型高强螺栓应将梅花卡头拧掉;为使螺栓群中所有螺栓均匀受力,初拧、终拧都应按从螺栓群中间顺序向外侧进行紧固进行;终拧应采用专用的电动扳手,如个别作业有困难的地方,也可以采用手动扭矩扳手进行,终拧扭矩须按设计要求进行;用电动扳手时,螺栓尾部卡头拧断后即表明终拧完毕;

4终拧结束后,检查漏拧、欠拧宜用～重的小锤逐个敲检,如发现有欠拧、漏拧应补拧；超拧应更换;检查时应将螺母回退30°～50°,再拧至原位,测定终拧扭矩值,其偏差不得大于±10%,已终拧合格的做出标记;

钢梁安装阶段操作要点 1 现场安装

1为确保吊装过程中的安全性、可行性,必须编制切实可行的吊装方案;吊装方

案必须包含相关受力计算资料,复核焊缝、吊耳、卸扣、钢丝绳的承受力、吊装机械起重能力、吊机支腿下地面承载力、验算钢梁起吊后挠度变化等,根据现场实际情况制定吊装机械平面位置布置图及吊装顺序;根据实际起吊重量,对现场吊机的回转半径、吊臂长度及角度与钢梁上口最大宽度是否匹配进行复核;另外,还需采取钢梁抗扭措施;

2钢梁吊装所需机械、车辆等较多,场地要求大,因此必须事先作好相关区域的交通组织设计并报交警部门审批通过;吊装时安排专人管理社会车辆,同时设置护栏分隔施工区域;

3吊装前,应对所有吊装设备进行检查,然后进行试吊检验;检验内容包括：钢丝绳整体受力状况、是否有缠绕打结、钢丝绳接头处受力是否安全、卸扣是否牢固、支腿地面有无变形,钢梁有无扭转等内容;检查无误后,方可进行整梁吊装;吊装过程设专人统一指挥,两台吊机协调作业,为保证吊装作业的平稳进行,吊装的起升速度宜控制在3m/min以下;

4钢梁就位时,在钢梁边线处设置限位挡板,可有效地提高钢梁吊装效率;钢梁最终定位前,测量叠合梁两端伸缩缝宽度,保持均匀;钢梁下放过程,注意避免碰撞支座导致偏位;

5各节段钢梁的横向接缝采用螺栓连接,螺栓安装过程中不得强行敲打、不得用气

割扩孔,紧固时必须分两次进行,第一次为初拧;初拧紧固到螺栓标准轴力即设计预拉力的60%～80%,初拧的扭短值不得小于终拧扭矩值的30%;第二次紧固为终拧,终拧时扭剪型高强螺栓应将梅花卡头拧掉;

2 梁端砼浇筑

1钢梁以牛腿形式搁置在盖梁上,主梁吊装完成后,要及时按施工图纸要求,浇筑钢梁端部砼,浇筑时严格控制浇捣质量,并注意及时清理钢梁面残留的砼;

3 梁间横梁安装及焊接

1主梁吊装完成后,及时在两侧设置安全围护并进行梁间横梁的安装及焊接;梁间横梁由工厂预制成品后运至现场安装,其安装及焊接的要求必须符合设计图纸与规范要求,特别注意横梁的编号及安装角度必须正确无误,使其安装后线条直顺、整体划一;

桥面板阶段操作要点 1 预制板安装

1）预制板组合梁桥面板施工时是预制板加湿接缝形式,施工复杂且影响桥面整体性和耐久性;采用叠合板组合梁施工时,为预制板加后浇层,施工时先铺设预制板,然后绑扎桥面板顶层钢筋,然后浇筑后浇层混凝土,施工方便,整体耐久性好;

2）预制板安装前,应事先将20mm厚的橡胶条牢固粘胶在钢梁上翼缘的外边,板安装后应检查橡胶条四周是否压紧,避免出现浇筑接缝混凝土出现漏浆现象;

3）预制板安装时注意对构件的保护,板在钢箱梁上放置时要缓慢进行,且板与板间要拼缝紧密;当预制板上外漏钢筋与剪力键冲突时,及时调整预制板的外漏钢筋,不得破坏或移动剪力键;

2 后浇层混凝土浇筑

1预制板安装完成后,严格按照设计图及规范要求进行钢筋安装;

2浇筑过程中,叠合梁的标高控制通过设置适当的钢梁预拱度和控制砼板浇筑厚度来进行;钢筋绑扎完成后,在钢梁上合适的间距布置砼板厚度控制点;

3）叠合梁顶板一般采用低收缩砼,砼厂家必须进行设计配合比试验并经具备相应资质的检测部门测试合格后方可应用于施工阶段;

4）混凝土从低到高浇筑,浇筑作业必须连续;砼泵送后及时用振捣器振捣密实;顶板砼表面无砼铺装层,故浇筑时要特别注意控制混凝土浇筑高度和平整度;

5砼浇筑施工要特别注意以下几点：尽可能减少对钢梁及预制板

合板简支组合梁后浇层浇筑方式示意图

6叠合梁后浇层采用的低收缩砼,对养护条件要求较高;砼初凝后,马上进行覆盖并浇水养生;混凝土浇水养护及覆盖不宜少于14天;

3 支撑架拆除

1后浇层混凝土强度达到要求后可拆除临时支撑架; 4 梁内清理与封孔

1钢梁后浇层施工完成后,及时进行内部的清理,尤其是必须将梁内积水彻底清除干净,避免发生锈蚀;清理完成,及时封闭进人孔;

5 全桥整体涂装

1临时支撑架拆除完成后,对全桥钢梁表面进行彻底清理,清除混凝土残留等,并进行最后的整体涂装,此时尤其需注意保证涂装的色泽统一、外观精致;

6 材料与设备

材料 总体要求

1 对于本工程中所采用的材质,需严格把好质量关,以保证整个工程的质量;所有材料进场前应检查质保资料及复试资料是否完整、齐全;

钢材

1 叠合梁所用钢材必须严格按照设计文件予以采购;采购时要求生产厂家必须提供材质证明书,写明钢材的炉批号、钢号、化学成分及物理性能;钢材进厂后,应检查钢材的质量保证书是否与钢材上打印的标记符合,钢材的规格尺寸允许偏差是否符合国标规定,并按同一炉批、板厚每10个炉批号抽验一组试件进行材料复试,材料化学成份及力学性能应符合桥梁用结构钢GB／T714-2000的有关规定;

2 如钢板有探伤要求的,必须严格按照设计及桥梁用结构钢GB／T714-2000要求予以探伤,相应的探伤比例和等级必须匹配;

焊接材料

1 焊接材料必须根据钢板规格进行选择,严格按照气体保护焊用钢焊丝GB8110-95、低合金药性焊丝GB/T17493-98、低合金钢埋弧焊用焊剂GB12470-90、低合金钢焊条GB5118-95的规定;

2 焊接材料进厂时,要求生产厂家提供质保书,写明材料的名称、型号、化学成分及物理性能,并应予以抽检复试,核查无误后方可使用;

剪力键焊钉

1 剪力键采用圆柱头焊钉,符合圆柱头焊钉GB10433-2002标准,焊钉材料应满足优质碳素结构钢GB699-88的相应钢号要求;配套的瓷环应符合圆柱头焊钉GB10433-2002标准要求;

防腐涂料

1 防腐涂层可采用铁路钢桥保护涂装TB/T1527-1995中的涂装体系;

2 涂装材料性能应符合无机硅酸锌涂料、环氧云铁涂料、聚胺酯涂料GB/44030-G3458-95的规定,附有正规的合格证书,且经具备相应资质的第三方检测机构检测报告;

砼

1 钢筋砼桥面板采用高标号低收缩砼,要求砼厂家必须进行设计配合比试验并经具备相应资质的检测部门严格测试合格后方可应用于施工阶段,建议同时掺加具有早强和缓凝效果的外加剂;施工配合比必须严格按照设计配合比执行,采用相应品种的水泥、粗细骨料、水、外加剂等并严格控制量比,从源头上保证砼质量;

设备

叠合板简支组合

表 钢-砼叠合梁施工所需机械设备表

序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 名称 自动埋弧焊机 半自动埋弧焊机 半自动气体保护焊手工可控硅整流弧碳弧气刨机 自行式气体切割机 手工乙炔-氧气割机 电弧螺柱焊焊机 手控移动式喷砂机高压无气喷涂机组 机械千斤顶 平板拖车 中等汽车吊机 大吨位汽车吊机 链条葫芦 电动扳手 钢筋加工机具 混凝土泵车 混凝土运输车 砼振捣棒 单位 台 台 台 台 台 台 套 台 套 套 只 辆 辆 辆 台 台 套 辆 辆 台 备注 用于钢板对接的埋弧焊 用于钢板对接的埋弧焊 用于钢梁制作的气体保护焊 用于钢梁制作的手工电弧焊 用于钢梁制作的焊缝清理 用于钢梁下料及坡口 用于钢梁修整切割 用于焊钉的焊接 用于喷砂除锈 用于防腐涂装 用于钢梁高度调整 用于钢梁运输 用于临时装卸 用于钢梁吊装 用于钢梁运输 用于高强螺栓紧固 用于钢筋加工 用于砼浇筑 用于砼运输 用于砼浇筑 21 22 23 24 25 水准仪 经纬仪 超声波探伤仪 X光拍片机 力矩扳手 台 台 台 台 台 用于标高控制 用于线形矫正 用于焊缝无损探伤 用于焊缝无损探伤 用于螺栓紧固 7 质量控制标准 钢结构工程 钢梁制作用材料

1 质量控制标准详见上一章材料与设备中所述; 钢结构加工制作

1 质量控制标准按铁路钢桥制造规范TB10212-98、钢结构工程施工质量验收规范GB50221-2001执行,须重点关注下列验收项目：

序 号 1 2 3 4 5 钢结构无损检测 1 质量控制标准按钢焊缝手工超声波探伤方法和探伤结果的分级TB11345-89、钢熔化焊对接接头射线照相和质量分级GB3323-87执行;

钢结构除锈

1 质量控制标准按涂装前钢材表面锈蚀等级和除锈等级GB8923-98执行; 钢结构涂装

1 质量控制标准按铁路钢桥保护涂装TB/T1527-2004执行; 钢结构安装

1 质量控制标准按铁路钢桥制造规范TB10212-98、钢结构工程施工质量验收规范GB50221-2001执行,须重点关注下列验收项目：

项 目 主梁拱度 两片主梁拱度差 全长 侧弯 梁高 允许偏差mm +10,0 4 ±15 l/5000 ±4 序 号 1 2 3 4 5 焊钉焊接 项 目 支座里程位置 支座高程 墩、台处梁顶面高程 两相邻横梁相对高差 伸缩缝宽度 允许偏差mm ±20 ±5 ±10 ±5 不小于设计 1 质量控制标准按圆柱头焊钉GB10433-2002、钢结构工程施工质量验收规范GB50221-2001执行;

混凝土结构工程 钢筋工程

1 质量控制标准按市政桥梁工程质量检验评定标准CJJ2-90执行; 混凝土工程

1 质量控制标准按市政桥梁工程质量检验评定标准CJJ2-90执行;

8 安全措施

钢梁制作期间,用电、动火作业密集,必须遵守相关安全要求,配备相应消防设备;

钢梁运输必须注意行车安全,对沿线道路进行安全排查,桥梁隧道净空必须保证;

钢梁吊装时对现场进行封闭,非施工人员一率不得入内;施工人员戴好安全帽,高空作业系好安全带;正式起吊前进行试吊,密切注意吊机支腿、吊索吊具的安全;

钢梁吊装后,及时进行安全围护,防止坠落,并设置充足的照明灯具; 高处施工必须注意桥下行人、车辆;

临时支撑架搭设和卸落必须依序进行,防止坠落事故;

后浇层浇筑必须严格按照技术交底进行,保持对称、匀速浇筑,并及时振捣; 后浇层浇筑期间必须对临时支撑架进行监控,出现问题及时排除;

9 环保措施

对影响较大的声、光因素,通过隔、挡、吸等措施,尽可能降低对外界的影响; 喷砂除锈在封闭空间内实施,减少粉尘污染,操作人员佩带相应防护套装; 涂装采用高压无气喷涂工艺减少污染,操作人员佩带相应防护套装; 尽量避免夜间施工,如确需夜间施工的,必须取得相关部门的审批;

10 效益分析

钢-砼叠合梁采用本工法进行施工,通过调整预制面板加工尺寸,增加后浇层混凝土,优化桥面板横向受力,取消了腹板纵向加劲肋和减少底板纵向加劲肋,简化横向联系构造,降低了工程综合造价；主梁在高空分段组装,螺栓连接比焊接施工难度降低、安全可靠,质量更易保证,大大减少了对地面交通的影响,有效地缩短了施工工期,降低了工程总费用,形成了较好的经济效益和社会效益;以郑州市107辅道快速化工程ppp项目第四标段107主线工程k3跨叠合梁为例,具体效益分析见表所示;

表 107主线工程k3跨叠合梁施工效益分析表

序项目 号 1 2 3 4 5 跨度m 组合梁梁高m 桥宽m 混凝土用量m 钢材用量kg/m 23叠合板组合梁施预制板组合梁施工 工 55 391 425 55 417 352 降低% 备注 节省206 工期天 90 70 天时间 7 概算金额万元 1345 对交通影响不大,仅一8 社会影响 车道可通行 1123 对交通影响很大,可保证三车道通行 11 应用实例 郑州市107辅道快速化工程ppp项目第四标段107主线设计有k3、k25、k59三跨钢-砼叠合梁,其中k3跨叠合梁跨度最大,按预制板组合梁施工总工期难以保证,且实施期间对地面交通影响相当大;最终k3叠合梁桥通过调整预制面板加工尺寸,增加后浇层混凝土的叠合板组合梁方案,依照本工法组织施工并顺利完工,成品线形流畅、外观精美、行车舒适,得到了相关单位的一致认同;

叠合梁钢结构部分采用钢板全焊接形式,钢梁由主梁、横隔梁及底板加劲肋组成,钢梁上焊接焊钉作为剪力键,后浇层采用C50低收缩砼,预制板提前在加工厂预制并存放3个月以上;应用此工法施工,缩短施工工期约20天,节约工程费用约222万元,实施期间桥下交通始终保持通畅;