中铁十局集团第三工程有限公司 福建厦门 361012
摘要：钢箱—混凝土结合梁具有良好的受力性能和较好的综合经济效益，应用前景广泛，这种桥梁重量轻，结构强度大，跨度容易调节，施工快速方便，经济适用。采用工厂预制现场拼接的施工工艺可以缩短工期，制作阶段可工厂化施工，具有高效、保质、安全、环保等优点。通过对施工过程的合理安排，施工要点的把控，制定完善的施工规程，可以有效指导相近条件下钢梁的施工，为较新颖的桥型，对今后类似工程的施工具有借鉴意义。
关键词：钢箱-混凝土结合梁；制作；施工；管理
一、前言
近年来，随着对组合结构的深入研究，组合梁或组合结构梁，因其良好的受力性能和较好的综合经济效益以及作为一种环保型桥梁，将展示其美好的应用前景，在施工条件受到严格限制的桥梁中更有其独特的生命力。纵向主要受力构件为钢箱梁，采用工厂预制现场拼接的施工工艺可以缩短工期，简化工地现场的施工工作量。
二、工程实例
福建莆炎高速公路三明段YA2标境内跨306省道新队分离式桥，桥长130m，桥面净宽2×11.75m，上部结构为钢箱-混凝土结合梁，主梁截面为钢横隔板连接的2个预制开口钢箱梁和现浇混凝土桥面板通过抗剪连续件组成，钢箱梁宽3.5m，结构中线处梁高1.8m，桥面板厚0.35m，横桥向2个钢箱中距6.5m，桥面板宽12.75m。主桥跨径为3×40m，全桥预制钢箱分5个制作段。分别为（27+26+14+26+27）米，全桥共10个钢梁制作段，主梁在专用场地进行焊接制作，桥梁施工采用架设临时支架法施工，接口处采用高强螺栓连接，钢板的主要厚度为25mm，36mm，材质为Q345D。
三、制作准备
（一）组织机构和人员准备
根据工程特点，工期和工程量的安排，钢箱梁制作团队共有80人，其中下料班组10人，制作班组60人，管理人员10人。
（二）施工机械设备的准备
本工程项目的主要制作设备为数控火焰切割机和埋弧自动焊接机以及常用的焊接和加工设备。
（三）施工的技术准备
钢箱梁施工前组织有关技术人员，对图纸进行自审、会审，编制焊接工艺评定任务书，发现问题及时与设计院联系解决。根据施工详图准备各种所需要的施工验收规范、规程，编制详细的专项制作作业指导书和焊接工艺指导书。按施工详图提出钢材备料计划，进行材料准备，并根据材料规格进行配料，绘制排版图；根据钢箱梁构件的结构型式对腹板进行数控编程，数控编程的起拱度应充分考虑切割余量和焊接收缩余量。本工程项目为箱型梁结构，主要控制的工艺为箱型梁腹板数控切割工艺和下料工艺是保证箱型梁焊接质量的关键技术措施。
（四）施工材料准备
该工程主要选用的钢材材质为Q345D热扎钢板。高强螺栓采用M24，剪力钉采用Φ22*200mm，主要焊接材料有用于手工焊接的焊条E5015、E5016，用于埋弧自动焊接的焊丝H10Mn 焊剂HJ350，用于CO2气体保护焊接的焊丝H08Mn2SiA。所有采购的钢材和焊接材料必须符合有关的规范标准和设计要求。钢材按品种规格分类堆放，并按照程序文件的要求进行标识，以防混用。钢材应存放在干燥的专用场地，不能露天长期堆放。焊条、焊丝和焊剂应妥为包装，并保存在干燥设备的仓库里。
四、放样、号料
放样前必须熟悉施工图和工艺要求，认真检查确认钢材的牌号、规格、质量是否符合图纸及有关规范标准的要求。放样前应对钢材进行检查，如不符合规范要求则应进行矫正，合格后方可使用。矫正后钢材表面，不应有明显的凹痕和损伤。损伤程度不应超过有关标准的要求。钢材矫正采用机械矫正（平板机）及火焰矫正。火焰矫正采用烤枪，温度应控制在600～800℃，不得超过900℃。矫正后钢材表面不应有明显的凹痕和损伤。损伤程度不应超过有关标准的要求。放样的允许偏差应符合下表的规定：
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放样和号料应根据工艺要求预留制作时的焊接收缩余量。由于钢结构的结构型式为箱型结构，焊缝比较多因此放样时考虑50mm焊接收缩余量。
五、下料、切割及坡口加工
箱型梁的翼缘板和规则的零件板采用半自动切割机进行下料，腹板和隔板采用数控切割机进行下料，为了保证切割质量，所有零件板尽量不用手工切割。控制箱型梁构件截面尺寸最重要的腹板和底板的几何尺寸，下料时必须采用数控切割机进行精密切割，底板对角线偏差要控制在2mm范围内，对角线不符合规范要求的不准使用。坡口形式应根据施工图纸及规范要求、焊缝的级别进行设计，采用自动或半自动切割机加工坡口，坡口加工一定要按工艺规定进行，必须保证坡口角度，钝边及光洁度。
经该钢箱梁多次焊接实验，当对接坡口为30度且两边开坡口时，能够完成优质的焊接接缝。不宜开单边15度坡口。
平板对接焊接必须用埋弧自动焊机进行。施焊前，应从焊缝的两端设置引弧和引出板，其材质和坡口形式应与焊件相同。引弧和引出板的焊缝长度应大于50mm。焊接完毕采用气割切除引弧和引出板，并修磨平整，不得用锤击落，拼接焊缝必须达到II级以上焊缝标准。
六、制孔
钢梁两端的连接螺栓孔应在试拼装后进行；所有螺栓孔均采用带钻套的模板配钻，模板孔距应符合设计要求；钻孔前应对各接头进行编号，按编号逐个检查接头处的间隙及偏差，并做好记录，钻孔时将间隙及偏差均分在两个制作段上。
七、组装
1.将预制好的底板置于相应区域的结点板上，通过适当的外加力使底板与结点板帖紧，并将结点板与底板焊牢。
2.在底板上放出腹板的位置，检查腹板的下缘曲线，必要时对下缘曲线进行修正，合格后按样线装配到底板上。
3.在底板和腹板上进行二次放样，确定各横隔板和加劲肋的位置，检查各零件的尺寸，合格后按样线进行装配。
八、焊接
（一）焊接准备
所有参加施焊的焊工，必须经过考试合格，取得国家有关机构认可颁发的“合格焊工资格证书”，并在有效期内，才能从事相应项目的焊接。
焊接工艺评定：焊接工艺评定按国家现行《建筑钢结构焊接规程》的规定进行。然后按合格的工艺评定编制焊接工艺指导书指导焊接。
焊接材料：焊条和焊剂在使用前应按产品说明书规定的烘焙时间进行烘焙。保护气体的纯度应符合焊接工艺评定的要求。低氢型焊条经烘焙后应放入保温箱内保温，使用时放保温筒内，随用随取。不合格的焊条及超过使用期限的焊条禁止使用。
（二）焊接工艺
施焊前，焊工应复查焊件部位的组装和表面清理的质量，表面和坡口内外两侧20mm范围内的油、锈及其污垢，必须清理干净且呈现金属光泽。当不符合要求时，应经修磨合格方可焊。
组装件必须在自由状态下组合，以避免附加应力造成焊接裂纹和焊接变形。
焊接方法优先采用埋弧自动焊，其次CO2气体保护焊接方法。H型钢截面的主焊缝必须采用埋弧自动焊。
根据《手工电弧焊及气体保护焊坡口基本形式及尺寸》和《埋弧焊坡口基本形式及尺寸》钢构件坡口型式按焊缝级别要求、焊接方式、设计图纸要求进行施工。
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钢结构制作工艺流程图
对接接头、T形接头、角接接头、十字接头等对接焊缝及对接和角接组合焊缝，应在焊缝的两端设置引弧和引出板，其材质和坡口形式应与焊件相同，尺寸为60×80mm。不得在吊车梁下翼缘打火引弧及焊接夹具。
多层焊宜连续施焊，每一层焊道焊完后应及时清理检查，清除缺陷后再焊。焊缝高度必须符合设计及规范的要求。
焊缝出现不合格时，焊工不得擅自处理，应查清原因，订出返修工艺后，按返修工艺进行处理，但同一部位返修一般不得超过2次。
焊接完毕焊工应清理焊缝表面熔渣及飞溅物经自检合格后，焊工应在工艺规定的焊缝相关部位打上焊工钢印。
焊接工作应在焊接工艺书的指导下和严肃的焊工纪律约肃下进行。
（三）焊逢检测
焊缝外形尺寸应符合现行国家标准《钢结构焊缝外形尺寸》和设计文件规定。
焊缝无损探伤检测：无损探伤检测的人员，必须持相应探伤Ⅱ级以上资格证，并在有效期内，方可担任其无损检测工作。焊缝质量标准（GB50205-2001）。所有的对接焊缝和熔透焊缝满足二级焊缝质量标准；其它焊缝满足三级焊缝外观质量标准。二级焊缝应进行不少于20%的超声波探伤检查。局部探伤的焊缝，有不允许的缺陷时，应在该缺陷两端的延伸部位增加探伤长度，增加长度不应小于该焊缝长度的10%，且不应小于200mm，有不允许的缺陷时，应对该焊缝100%探伤检查。构件焊缝外观检查合格后，才可进行无损探伤检查。低合金结构钢应在完成焊接24小时后，方可进行焊缝探伤检查。
九、试拼装
钢箱梁以全榀钢箱（五个制作段）为单位在试拼装胎架上进行试拼，胎架支点跨度分布与桥梁实际跨度相同，接头处用临时墩支撑，与钢箱梁现场安装时状态相同。
十、表面处理及涂装
钢结构件在制作完毕经检验合格后进行抛丸处理，抛丸处理能有效的达到设计要求的粗糙度，使涂层与基体很好的结合。抛丸前的构件预处理。抛丸前，构件表面粘附油脂、涂料等污物时，可用低温加热的方法除去，或用适当的有机涂剂（SSPC-SP1）清洗。该项目钢结构件采用抛丸机（型号）自动抛丸除锈，抛丸施工由抛丸工严格按抛丸机操作规程进行，除锈等级应达到Sa2~Sa2.5级。当环境湿度大于80%或钢材表面温度低于空气露点温度3℃时，禁止施工。抛丸除锈后，应采用无水无油的压缩空气除去表面附着的钢砂和粉尘，并防止任何其它污染源污染抛丸清理过的表面。
表面抛丸除锈之后的钢构件必须在5小时之内喷涂，涂装之前不允许锈蚀，如有返锈现象，必须再进行表面处理。
经表面处理及涂装，并全部检验合格的钢箱梁可以分段出厂，运输到工地进行组装。
十一、运输
钢箱梁根据制作分段及吊装次序采用60吨平板挂车运至工地现场，为确保运输过程中不发生超过规范允许的变形，特采取以下措施：
1.合理设置支点：前支点距前端0.1L，后支点距后端0.2L（L为制作段梁长）同时支点应尽量对准横隔板位置。
2.在前后支点设立稳固的支撑架，限制钢箱梁在运输过程中前后左右滑移。
十二、临时支墩及梁体吊装
按照设计要求，现场制作临时支墩，经试压临时支墩符合要求时，方可吊装钢箱梁。每节段钢箱梁由两台100吨自行式吊车起吊安装，现场要有专门负责指挥的工长及信号工，要有维持安全环境的交通疏导人员。
吊装后用高强度螺栓按先底板再腹板后上翼板和从钢梁一端向另一端的顺序进行栓接。高强螺栓应顺畅穿入，不得强行拧入穿入后方向全桥一致，注意垫圈使用方向。检查应在螺栓终拧1小时以后24小时以内进行。检查样本的数量为总数的5%，并且不小于2个，抽样检查不合格者不得多于样本的2%，否则继续取样，直到总数的80%合格为止，欠拧者补拧，超拧者更换。
十三、预制混凝土板吊装
钢箱梁连接完成后，先不安装剪力钉，应该吊装预制混凝土板作为现浇混凝土的底模，本项目预制板为70mm厚钢筋混凝土板，预制板安装时预制板与钢梁翼板之间应密贴，不要留有空隙，需满足防水要求，可采用在钢梁上翼缘外边粘贴压边密封胶条，密封胶条应挤压成条，并具有20%至35%的压缩度且耐老化年限不小于30年。满铺后再安装剪力钉。预制板和剪力钉全部安装后绑扎钢筋，进行350mm混凝土桥面板现浇。
十四、桥面板施工
混凝土浇筑前，应对钢箱梁的安装、高程、纵横向连接及施工支架进行检查验收，各项均应达到设计要求或施工方案要求。钢梁顶面传剪器焊接经检验合格后，方可浇筑混凝土。现浇混凝土结构宜采用缓凝、早强、补偿收缩性混凝土。混凝土桥面结构应全断面连续浇筑，浇筑顺序：顺桥向应自跨中开始向支点外交汇，或由一端开始浇筑；横桥向应先由中间开始向两侧扩展。桥面混凝土表面应符合纵横坡度要求，表面光滑、平整，应采用原浆抹面成活，并在其上直接做防水层。不宜在桥面板上另做砂浆找平层。
十五、临时支墩拆除
1.拆除临时墩须遵循先支后拆、后支先拆的顺序，分几个循环卸完，卸落量开始宜小，以后逐渐增大。纵向应对称卸落，横向应同步卸落。
2.本桥中孔跨径相对较大，边孔跨径相对较小，遵循先两边孔后中孔对称拆除的原则。由于边孔只有一个临时墩，只须横向同步拆除卸落设备。中孔有两组临时墩，由跨中向支座方向对称循环卸落。
3.待10cm强迫位移完成后，对临时墩支点处梁底标高进行测量，并与设计标高进行核对。
4.卸落设备移去后，拆除各临时墩。
十六、结语
我们在工厂利用较好的施工环境，可控的施工流程，合理的施工安排，制作出了优良的桥梁用钢箱梁；在施工现场可以快速拼装，钢箱和混凝土优势互补，形成完整的钢箱-混凝土结合桥梁，实践中取得了良好的效果。钢箱—混凝土结合梁，与非组合梁结构相比，不仅节约钢材，降低造价，极大地降低了上部结构的建筑高度，局部受压稳定性能良好，还能提高结构的承载能力，降低冲击影响，改善抗震与抗疲劳性能。
参考文献：
[1]《公路桥函施工技术规范》（JTJ041-89）.
[2]《市政桥梁工程质量评定标准》（CJJ2-90）.
[3]《钢结构工程施工质量验收规范》（GB50205-2001）.
[4]《钢焊缝的外形尺寸》（GB10854-89）.
[5]《建筑钢结构焊接规程》（JGJ81-2002）.
[6]《手工电弧焊焊接接头的基本型式与尺寸》（GB985）.
[7]《埋弧自动焊焊接接头的基本型式与尺寸》（GB986）.