86大跨度钢-混凝土组合结构连续箱梁预制施工工法.pdf

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1、大跨度钢混凝土组合结构箱梁预制施工工法大跨度钢混凝土组合结构箱梁预制施工工法GGG（中企）C3086-2008陈理平秦顺全梁辉胡勇殷秀凯(中铁大桥局股份有限公司)1 1前言前言钢混凝土组合梁是在钢结构和混凝土结构基础上发展起来的一种新型梁结构，通常采用钢梁与混凝土板，以抗剪连接件连接形成整体而共同受弯的一种结构构件。钢混凝土组合梁具有结构高度小、自重轻、承载力高、刚度大、节省支模工序和模板、减少现场作业量、施工速度快、综合效益好等显著优点。上海长江隧桥105m 钢混凝土组合结构连续箱梁桥是设计、施工、计算分析与试验研究等多方面的一次全新实践，是世界上最大的等高度组合箱梁，是我国最大的预制梁，整

2、孔预制的施工方法也是同类桥梁国内上首次应用。现将其编制成施工工法。2 2工法特点工法特点2.1 组合梁采用梁场整孔预制、浮运架设的先进施工技术。2.2 组合梁由预制桥面板与槽型钢梁组成，结构尺寸大、技术含量高，箱梁长度超过100m，重量超过 2300t，箱梁断面形式参照图2.2-1、图 2.2-2 所示。2.3 桥面板及现浇缝分别采用5-8cm 低坍落度 C60 及掺高聚物纤维 C60 高性能混凝土。2.4 组合梁的线形控制复杂，其线形设计在平面内包括了直线段和不同曲率半径的曲线段，立面设计了纵坡。2.5 采用“孔+1”长线法预制钢梁节段及整孔槽型钢梁，确保钢梁质量及线形。2.6 采用整体活动

3、叠合支架满足不同曲线不同跨度的组合梁叠合需要。图图 2.2-12.2-1 桥面板横断面及平面布置图桥面板横断面及平面布置图(mm)(mm)图图 2.2-22.2-2 组合梁典型横断面图组合梁典型横断面图(mm)(mm)3 3适应范围适应范围整孔预制大跨度钢混凝土组合结构箱梁，适用于海洋环境或大江大河入海口的开阔水域，便于大型运输船舶的运输或浮运的跨江跨海大桥。14 4工艺原理工艺原理桥梁工程位于外海海洋环境或大江大河入海口的开阔水域，便于大型运输船舶的运输。根据跨海大桥工厂化、预制化、大型化、标准化的建设思想，整孔预制已经成为跨海大桥的经典施工方法之一，在预制场内最大限度的完成施工，易于保证施

4、工质量与安全并加快施工进度；再从组合梁受力而言，单跨简支状态可以充分发挥组合梁混凝土顶板受压、钢底板受拉的受力性能优势。所以，对于采取组合梁形式的大跨度跨江跨海大桥，采用整孔预制的施工方法，受力明确，施工简便，而且具有技术经济的合理性。5 5施工工艺流程及操作要点施工工艺流程及操作要点5.1 施工工艺流程组合箱梁由槽型钢梁与预制混凝土桥面板通过剪力钉及现浇缝混凝土结合在一起。桥面板采用 C60 高性能混凝土，预制完需存放6 个月后方可投入使用。钢板在工厂预处理下料，完成板单元制造后，先进行10m 分节段的拼装、涂装，然后进行整孔吊装段的总拼、涂装，预制场内布置龙门吊及运梁台车配合作业。组合梁采

5、用钢梁总拼胎架与钢-混凝土叠合台座分开方式进行，即槽型钢梁在总拼胎架上施工完成后，通过 2 条滑道顶升并向外横移至叠合台座，在叠合台座上采取四个断面支撑，进行钢槽型梁与混凝土桥面板叠合，完成钢-混凝土第一次结合，第一次结合时除两端 10m 范围内桥面板用临时扁担固定在钢梁上，其余桥面板均通过现浇缝混凝土、剪力钉及横向预应力与钢梁结合。待现浇缝混凝土强度及弹性模量达到设计要求后，张拉横向预应力束，再用水平千斤顶顶推横移台车使组合梁整体沿横移滑道滑移至存梁区存放，在存梁台座进行模拟架梁，为墩顶钢梁精确合龙作好准备（工艺流程见图 5.1）。钢结构厂制造钢箱梁板单元船运至箱梁预制场平板汽车运输至板单元

6、调校、存放区钢箱 梁1 0m 节段 拼装运梁台车与 门吊配合施 工在喷砂油漆车间内进行防腐涂装,运梁台车配合 作业在槽形梁总拼胎架上进行整孔总拼,并完善涂装工作整孔钢梁两点顶推至叠合台座起顶成四点支撑状 态混凝土桥面 板(中板、边板）预制混凝土桥面板存放6个月安装混凝土桥面板浇筑湿接缝混凝土,两端1 0m范围不 结合完成钢-混凝 土第一次结 合撤除中间两支点横移台车运梁至存梁台座存 放在存梁台座对组合梁进行模拟架梁图图 5.15.1 施工工艺流程图施工工艺流程图5.2 操作要点5.2.1 桥面板预制桥面板的预制均采用低坍落度的C60 高性能混凝土，混凝土采用梁场混凝土工厂厂拌。混凝土运输采用卡

7、车上放有吊斗进行混凝土的运输，混凝土浇筑施工采用预制场内龙门吊吊起吊斗进行。1预制台座桥面板预制台座：原场地地基经清理后整平，并用普通钢筋混凝土板硬化，厚度为 20cm。在桥面板台座施工区域安装钢筋网片，然后浇筑混凝土。地坪之上施工条形基础，桥面板底模直接安装在此条形基础上。条形基础间距 2m，顶面预埋钢板，钢板与底模横肋焊接相连，不得脱空。2模板的设计制造与安装为保证桥面板平整度，底模、侧模均采用刚度较大的钢模。确保了模板安拆方便、坚固耐用、接缝密贴、尺寸准确。每块底模制造完毕并经检查合格后，整体吊放到台座上，与台座预埋件焊接成整体，侧模分段吊装与底模组装成整体。侧模采用普通单层面板结构，为

8、保证钢筋位置精确，侧板上开有圆型钢筋槽口。由于桥面板尺寸较大，侧模均分成若干块，然后再组拼。13钢筋绑扎桥面板板型较多，钢筋绑扎难度大，为便于制作及提高生产效率、保证质量，根据设计图纸，提出下料单，工班据以下料、加工。钢筋成型、弯曲在钢筋车间专门制作的模具上进行。热轧光面钢筋和螺纹钢筋用闪光对焊方法焊接。其接头熔接良好，完全焊透，且不得有钢筋烧伤及裂缝等现象。焊接接头按规定验收批，抽取试件作冷弯和抗拉试验，合格后方可使用。钢筋绑扎在钢筋绑扎台座上直接成型。由龙门吊吊装到底模上，然后再安装侧模（见图 5.2.1-1、图 5.2.1-2）。为保证桥面板钢筋保护层厚度及耐久性，采用精细制造的钢模预制

9、出高一级别的混凝土垫块。保证保护层厚度误差符合规范要求。图图 5.2.1-15.2.1-1 整体钢筋起吊入模整体钢筋起吊入模图图 5.2.1-25.2.1-2 钢筋精确定位钢筋精确定位4混凝土浇筑为了保证混凝土密实度，防止施工时对钢梁污染，采用 5-8cm 的低坍落度 C60 高性能混凝土。混凝土的运输采用平板车车载吊斗（吊斗方量 2m3），混凝土灌注采用门吊悬挂吊斗边放料边移动方式连续灌注（见图5.2.1-3）。每块预制板浇筑时，一次完成，中间不设施工缝。混凝土斜向分层由一边向另一边推进浇筑，每层厚度25cm，采用插入式振捣棒振捣。为保证混凝土振捣质量，常规部位采用 50 或 70 棒振捣，

10、但对预应力槽口等钢筋密集处采用 30 棒振捣。对每次浇筑的混凝土严格控制坍落度，并进行检测。桥面板浇筑完成后，及时对桥面板顶面修整、抹平，待定浆后进行第二遍抹平（脱模后桥面板见图 5.2.1-4）。图图 5.2.1-35.2.1-3 浇筑混凝土浇筑混凝土图图 5.2.1-45.2.1-4 拆模后的桥面板拆模后的桥面板5桥面板养护及存放当桥面板混凝土灌注完毕，板面上覆盖土工布，初凝后，对桥面进行洒水养护。桥面板养护用水与拌制桥面板混凝土用水相同。洒水次数以混凝土表面湿润状态为度。一般白天以12 小时一次、晚上 4 小时一次。对预应力混凝土板，待其预应力张拉完毕，对非预应力预制板的实际强度达到 4

11、0Mpa 后，进行起吊移位。在预制板上按设计要求预埋吊钩，预制板的起吊采用四点均匀起吊。桥面板存放按6 层考虑，由龙门吊起吊至存板台座上存放。5.2.2 钢槽形梁预制钢梁断面为槽形，钢梁板单元在工厂下料后板单元运输到预制场组拼成 10m 节段，之1后再总拼为整孔钢梁。在满足相关工艺文件的前提下，综合考虑运输及批量生产等因素，将标准梁段的结构形式划分各单元件如图5.2.2-1 所示：10m 节段钢梁主要划分为顶腹板单元、底板单元（三块）、横隔板单元（包括实腹式及空腹式）等单元件，单元件在钢结构工厂制造后运输到预制场进行钢槽型梁预制。图图 5.2.2-15.2.2-1 横断面各单元件示意图横断面各

12、单元件示意图1工装胎架工装胎架的制造方式和精度是用来保证节段拼装外形及尺寸的很重要的一个措施。10m节段拼装胎架：胎架全长115m，宽 12m，单个胎架按“孔+1”的长度来设计（见图5.2.2-2所示）。为保证整桥平面线形及预拱度，我们在节段拼装胎架上先将平面线形及预拱值设置好，节段拼装均以一端为基准线进行拼装，另一端再根据线型进行配切。整孔总拼胎架：整孔梁拼装胎架：胎架全长105m，宽9m（见图 5.2.2-3 所示）。为保证整孔梁平面线型及预拱度，我们在整孔拼装胎架及地面上先将平面线型及预拱值设置好，将节段依次与地面上的基准对线进行拼装，并至少检查三个节段的线形后再进行环缝的焊接。图图 5

13、.2.2-2 10m5.2.2-2 10m 节段拼装胎架节段拼装胎架图图 5.2.2-35.2.2-3 总拼胎架结构断面图总拼胎架结构断面图210m 节段拼装10m 节段拼装按照“孔+1”的方案进行，每次预拼装合格后，标记梁段号，将最后一个梁段留下，与下一孔梁段匹配制作。在节段制造中，按钢梁底板（三块）两侧顶腹板空腹式横梁等的顺序来进行组装和焊接。组装时，以胎架为外胎，横梁为内胎，重点控制桥梁的线形、梁段几何形状和尺寸精度、相邻接口的精确匹配等。1）拼焊底板先进行中间底板的定位，在中间底板宽度方向划好中心线，该中心线对准胎架中心线，由于单元件制造时在长度方向一端留有余量，因此对位时以没有余量的

14、一端为基准，并对准1胎架上的基准线，检查无误后再将底板与胎架用码板钢性固定。中间底板定好位后，再安装两侧的底板，两侧的底板长度方向也以一端为基准，横向则以加劲肋的间距为基准进行拼装。焊接采用陶质衬垫单面焊双面成型的工艺，打底采用CO2气体保护焊（见图 5.2.2-4、图5.2.2-5）。图图 5.2.2-45.2.2-4埋弧填充埋弧填充图图 5.2.2-55.2.2-5 火焰矫正火焰矫正2）拼装顶腹板单元纵向将顶腹板单元的坡口端与底板单元的坡口端对齐拼装，并测量其端口的平齐度，横向则以底板上已经划好的腹板边缘拼装线对线拼装，同时检查钢梁的整体高度以及对角线误差，检查无误后将腹板与底板定位，并将

15、腹板与胎架进行刚性固定，定好位后暂不焊接。3)空腹式横梁拼装实腹式横梁焊接完成后，再进行空腹式横梁K 形支架的定位，重点测量 K 形支架的间距、垂直度、高度尺寸及其系统线的偏移量。4)梁段焊接焊接时先进行空腹式横梁的焊接，以减小顶腹板组合单元的焊接变形，空腹式横梁的焊接均采用 CO2气体保护焊。空腹式横梁焊接完成后再进行腹板与底板的熔透角接焊，焊接采用 CO2气体保护焊，先焊接内侧焊缝，然后反面气刨清根再焊接外侧焊缝。最后进行实腹式横梁的焊接：实腹式横梁与顶、底、腹板均为熔透角焊缝，焊接采用CO2气体保护焊，先焊接一侧，另一侧气刨清根后再进行焊接。由于有部分加劲肋需磨光顶紧，在实腹式横梁与顶底

16、腹板焊接完成并检测完后再进行需磨光顶紧加劲肋的装配和焊接。3整孔总拼整孔分为若干个节段，且钢梁整体设有预拱，根据不同的预拱值在胎架上设置牙板来调节各个节段。节段定位时，依次与胎架上的基准线对线定位拼装，每一条环缝焊接前，需检查各个节段的尺寸、平面曲线及预拱值是否符合要求，然后才能开始焊接，且在下一条环缝焊接前需将前一道环缝焊接所产生的误差尽量消除，以满足整体尺寸的要求。环缝焊接完成并经无损检测合格后，安装底板及腹板的纵肋嵌补段（见图5.2.2-5、图 5.2.2-6）。图图 5.2.2-55.2.2-5 腹板环缝焊接腹板环缝焊接图图 5.2.2-65.2.2-6 整孔钢梁总拼整孔钢梁总拼14组

17、合梁桥面板与钢槽形梁叠合桥面板与钢槽型梁叠合的主要工序为：横移槽形钢梁降低钢梁高度同时调整竖曲线至设计线形中板位置放样安装中板复测钢梁线形边板支架进位并整体起顶定位按线形对边板标高放样安装底模复测底模标高及线形边板方位放样安装边板复测边板标高边板安装标高调整及定位安装钢筋及其他系统浇筑湿接缝混凝土（梁两端10m 范围内不浇筑混凝土）组合梁湿接缝混凝土养护横移至存梁台座并进行模拟架梁（见图 5.2.2-7）。图图 5.2.2-75.2.2-7 钢钢-混凝土组合梁叠合步骤图混凝土组合梁叠合步骤图桥面板与槽型钢梁结合过程中采用整体拖拉式活动支架以控制混凝土桥面板边板安装的线形，并在浇筑湿接缝的过程中

18、起到支撑作用。组合箱梁叠合活动式支架（整体轮轨式可滑移钢结构支架）分为 5 个独立分部，由地面向上依次为：支架基础、滑移台车、支架桁架、底模托架、底模。为适应组合梁不同平面和竖向线形,基础以上 4 个分部相对独立，为装配式构件，其中滑移台车与支架桁架可做横向相对滑动，适应组合梁平曲线需要；底模托架与支架桁架采用栓接结构，适应组合梁横坡变化需要；底模与底模托架采用栓接结构，并用短槽钢做钢凳以适应组合梁竖向线形变化需要（图5.2.2-8、图 5.2.2-9）。图图 5.2.2-85.2.2-8 边板安装活动式支架边板安装活动式支架图图 5.2.2-95.2.2-9 钢混凝土组合梁叠合钢混凝土组合梁

19、叠合15梁场模拟架梁组合梁预制完毕后，横移至存梁台座，进行模拟架梁，其目的是测量成品梁的线形，对墩顶合龙需要切割的钢梁余量进行画线。存梁台座的中心距离与桥墩一致，以达到模拟效果。6 6主要机具设备和材料主要机具设备和材料表表 6-16-1 主要设备投入一缆表主要设备投入一缆表序号123456789设备名称180t/120t 运梁台车40t/15t 龙门吊25t 龙门吊25t 汽车吊半挂汽车100t 履带吊横移台车1000t/800t 千斤顶涂装车间单位台台台台辆台套台栋数量1/13/33341716/122功能钢梁 10m 段的倒运桥面板的倒运和组合梁的叠合钢梁 10m 段的拼装和钢梁总拼桥面

20、板的倒运、钢梁总拼等桥面板、板单元的倒运钢梁板单元的卸船移梁、顶梁和叠合台座顶落梁、移梁、叠合台座钢梁 10m 段的涂装表表 6-26-2 主要材料投入一缆表主要材料投入一缆表序号123456材料名称混凝土钢材钢材钢绞线钢筋预应力锚具规格C60Q370qDQ345qD17-15.20-1860HRB335/Q235夹片式张拉端锚具数量16700 m3备注5-8cm 的低坍落度高性能混凝土主要用于槽型钢梁的拼焊7115 t10061 t471 t5366 t13276 套主要用于桥面板的预制及桥面湿接缝7 7质量控制质量控制7.1 质量控制依据的规范1 公路工程质量检验评定标准（JTG F80/

21、1-2004）；2 铁路钢桥制造规范B10212-98；3 铁路特大桥质量评定验收标准TBJ416-87；4 钢熔化焊对接接头射线照相和质量分级GB3323-87；5 钢焊缝手工超声波探伤方法和探伤结果的分级GB11345-89；6 气焊、手工电弧焊及气体保护焊焊缝坡口的基本型式与尺寸GB985-88；7 埋弧焊焊缝坡口的基本型式和尺寸GB986-88；8 涂装前钢材表面锈蚀等级和除锈等级GB8923-98；9 铁路钢桥保护涂装TBl527-99；10 表面粗糙度参数及其数值GB1031-95；11 焊缝磁粉检验方法和缺陷磁痕的分级JB/T6061-92。7.2 质量控制措施及标准7.21 桥

22、面板预制表表 7.2.1-17.2.1-1 钢筋安装检查项目及控制标准表钢筋安装检查项目及控制标准表项次检查项目规定值或允许偏差（mm）1检查方法12345受力钢筋间距箍筋间距长钢筋骨架尺寸高、宽弯起钢筋位置保护层厚度100，-2010每构件抽查 2 个断面，用尺量每构件抽查 510 个间距按骨架总数 30%抽查520+5，-0每骨架抽查 30%沿模板周边检查 8 处表表 7.2.1-27.2.1-2 预应力管道位置的允许偏差预应力管道位置的允许偏差项次1坐标检查项目梁长方向梁高方向同排2间距上下层允许偏差(mm)30用尺量1010用尺量10检查方法表表 7.2.1-37.2.1-3混凝土结构

23、工艺标准表：混凝土结构工艺标准表：项次1234567检查项目板厚边长对角线顶面平整度管道中心外露钢筋强度允许偏差(mm)3mm5mm6mm5mm2mm2mm不小于设计值7.2.2 钢槽型梁预制钢结构主要要求保证结构的线型、尺寸和焊缝质量。我们主要是通过工艺、设备、焊接材料来达到这些要求。1钢梁线形主要是保证整孔钢梁的平面曲线及预拱度的线形，整孔钢梁生产时，我们对每一节段焊接前和焊接后都进行线形的测量和监控，以便随时掌握线形的变化情况并及时做出调整。2外观主要包括焊缝的外观成形和钢梁的平面度。对于焊接后的焊缝有表面缺陷的，均采取气刨或打磨的方式来提高焊缝的美观度。环缝焊接时，局部位置会产生一定的

24、角变形，焊后主要采取火焰矫正的方法来控制其变形。3工艺环缝焊接时，最主要是要减小焊接所产生的变形，以保证钢梁的平面线形和预拱度符合要求。我们在环缝焊接时，首先采取合理的焊接工艺参数，尽量采用较小的线能量输入，小电流、快速焊，多层多道焊，严格控制层温，减小热输入产生的内部拘束应力和焊接变形；其次，采用合理的焊接顺序，先焊接焊接量较小的腹板，并采取从中间向两边，由下向上的焊接顺序，然后再焊接底板。焊接完毕采取相应的措施，例如后热、焊后保温、锤击等，以1减小应力集中，防止裂纹及焊接变形的产生。8 8安全措施安全措施8.1成立了以项目经理为组长的安全生产领导小组，建立纵向到底、横向到边安全管理网络。建

25、立安保体系制度。8.2针对本工程的特点，编制了“临时用电施组”、“门吊装拆安全专项方案”、“生产安全事故应急救援预案”（其中包含九类高危作业应急预案）。8.3 召开定期或不定期的安全会议。每周进行一次安全检查。各类机械设备按规定定期进行检查，并做好记录。机械设备操作人员按规定定期进行维护保养，维护、保养记录齐全。8.4 对各作业队进行进场安全总交底、分部及分项工程开工前的安全技术交底、专项安全方案等的安全技术交底，并有交底双方签字记录。8.5 进场的安全防护用具、机械设备、施工机具等按规定由安全员、材料员、机管员等进行了验收，并设专人管理，定期进行检查、维护和保养，各类记录齐全。8.6 在施工

26、现场醒目处张挂危险作业每日告知牌。通过危险源告知牌使每个施工人员明确了每天各个岗位上存在的危险源以及相应的防范措施,保证每位员工真正做到心中有数。9 9环保保护环保保护9.1 环境保护是新世纪重要的话题，现代社会呼吁文明施工，保护脆弱的生态环境不仅是施工企业适应现代化建设市场的客观要求，也是自身整体施工管理水平的重要体现。9.2 认真学习环境保护法，并执行当地环保部门的有关规定，接受环保部门的监督指导，教育督促员工自觉做好环境保护工作。9.3 保护周围的环境。对施工过程中产生的垃圾及各种废弃物及时清理，不随意丢弃，污染上部结构及周围环境。9.4 工程竣工后，及时全面清理施工现场，并在指定地点集

27、中进行废弃物和垃圾的处理。1010 效益分析和资源节约效益分析和资源节约上海长江隧桥大跨度钢混凝土组合结构连续箱梁采用的梁场整孔预制的施工方法，整个生产流水线中各工序衔接紧凑，大大的加快了工期，保证了28 片 85105 m 钢混凝土组合梁预制的顺利完成，比同类型桥梁的其他施工方法节约成本8001000 万，工期节约了5 个月，带来了巨大经济效益和社会效益。本工法的运用做好了节能减排。合理规划预制梁场，设置了三条生产流水线，工序紧凑，充分利用了资源，节约了成本，加快了工期。在不影响结构性能的前提下，大临设施的混凝土采用海沙作为原材料。桥面板 C60 高性能混凝土采用大掺量“海工 1 号”掺合料

28、，其材料组成为磨细的高炉矿渣中掺入粉煤灰，经过特殊的生产工艺复配而成。经过反复实验论证，在混凝土配合比中，每 m3混凝土中，掺合料（294kg）：水泥（196kg）=1.5：1，更好地满足了结构混凝土使用性能，并且具有很强的经济性。1111应用实例应用实例上海长江隧桥工程是目前世界上最大的桥隧结合工程。B4 标段位于主通航孔两侧，跨径组合均为（接70 m 梁）85 m5105 m90 m（接主航道桥）=700m。采用了钢-混凝土组合结构连续箱梁的结构形式，两联双幅共 28 孔。桥面近期按双向六车道+紧急停车带布置，远期按双向四车道+紧急停车带+轨道交通布置，桥宽217.15m。两幅桥间距由5.85m变化到 10m。本项目合同工期：2006 年 11 月份2008 年 9 月底，合同总价4.097 亿元。中国中铁大桥局对该项目的施工即采用了整孔预制的施工方法，保证了技术经济的合理性。1