预应力钢―砼组合梁施工
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摘要：本文结合首都机场T2至T3航站楼联络线工程的施工实例，详细介绍了预应力钢-砼组合梁从工厂加工、现场吊装以及安装就位体系转换的施工过程，对钢-砼组合梁加工、运输以及吊装各阶段变形原因进行分析，并对关键要点制定控制措施。
关键词】预应力；钢-砼组合梁；施工
Abstract: In this paper, the capital airport T2 to T3 terminal contact line engineering construction examples, introduces in detail the prestressed steel - concrete composite beams from the factory processing, on-site hoisting and installation system conversion construction process of steel - concrete composite beams, processing, transportation and hoisting deformation stages are analyzed, and the key points development of control measures.
Key words: prestressed steel - concrete composite beam; construction;
中图分类号：TU74 献标识码：文章编号：2095-2104（2013）1-0020-02
1 工程概况
中铁二局施工的首都机场T2航站楼至T3航站楼联络线工程的一联钢-砼组合梁跨度分别为27m＋41m＋34.5m＋30m（钢箱梁设计为6个节段制作、5个节段吊装）,工程地处市区，左右两侧临近既有桥梁，场地狭窄，并跨越交通繁忙的机场高速公路，施工难度大。在工程实践中，钢箱梁采用大吨位吊车吊装、桥面板采用定型钢架施工，安全、快捷完成工程的施工。
2 钢箱梁节段制作
2.1 胎具搭设：支撑采用厚12L扁钢或角钢，立柱采用200×200LH型钢或大角
钢，以3m为一个间距。胎具搭设上横梁为水平，平面线型与设计图钢箱梁设计平面曲线一致。
2.2底板加工：底板首先进行排版，排版图经审验合格后方可接料。在钢板接料时
注意纵向接料焊缝错开200mm以上。底板每块分别在长度方向增加千分之零点四的焊接收缩量，并在总长度方向两端分别再增加150-200mm荒料，接料先接纵向焊缝，后接横向焊缝，便于内部焊接应力的释放。接料完成进行调平，然后按下料图1：1放样，画出切割线进行切割，并在宽度方向需增加2mm焊接收缩量。
2.3钢箱梁节段制作控制要点
2.3.1 胎具搭设：支撑采用厚12L扁钢或角钢，立柱采用200×200LH型钢或大角钢，以3m为一个间距。胎具搭设上横梁为水平，平面线型与设计图钢箱梁设计平面曲线一致。
2.3.2 底板加工：底板首先进行排版，排版图经审验合格后方可接料。在钢板接料
时注意纵向接料焊缝错开200mm以上。底板每块分别在长度方向增加千分之零点四的焊接收缩量，并在总长度方向两端分别再增加150-200mm荒料，接料先接纵向焊缝，后接横向焊缝，便于内部焊接应力的释放。接料完成进行调平，然后按下料图1：1放样，画出切割线进行切割，并在宽度方向需增加2mm焊接收缩量。
2.3.3 T形梁加工：腹板根据高程曲线进行程序编制，切割机组数控切割，T梁翼板切割下料时切成直条。翼腹焊接采用埋弧自动焊，焊后采用H型钢矫正机调整焊接变形。接料时腹板接料线与翼缘板接料线错开200mm以上，与底板接料线错开200mm以上，纵向接口应错开200mm以上，筋板焊缝与接料线应错开100mm 以上, 底板横向接缝与翼缘横向接缝应错开100mm以上。
2.3.4 横隔板及闭合加劲肋和翼缘：隔板编程切割。横隔板采用径向布置。横隔板上竖向加劲肋与水平加劲肋相交时，应保持水平加劲肋连续。隔板翼缘板与T梁翼缘板的连接处开单面30°坡口。隔板翼缘在长度方向小6～8mm，便于组装及与T梁翼板衬条熔透焊接。
2.3.5 钢箱梁组装：组装顺序，底板上胎底板最后一道焊缝的焊接组装横隔板组装地板筋装两侧T梁焊接腹板与底板焊接地板筋及横隔板接口位置钻孔。
2.3.6 钢箱梁防腐防锈处理：钢箱梁箱体内、外、筒以及其它外露钢板件喷砂除锈达到Sa 2.5级，喷砂后钢材表面粗糙度Rz=50-60μm；钢箱梁梁体外VCI-396底漆二道，共50μm，VCI-396面漆一道，共25μm，漆膜总厚度为75μm；钢箱梁梁体内VCI-396底漆三道，漆膜总厚度为75μm；高强螺栓为摩擦型连接，连接板与钢梁接触面做喷砂除锈处理后再做喷铝防锈处理，接触面摩擦系数不小于0.55。
钢箱梁在工厂制造，出厂前对整联6段进行预拼，检查其拱度、中线、过孔率是否符合规范要求。
3 钢箱梁节段运输
钢箱梁选用载重量50吨的带鹅颈低平板半挂车、后带载重50吨的全挂车进行运输，选用功率为300马力牵引车。在运梁前，确定运梁路线，并向交管部门申请，安排在夜间进行运输。为了防止焊缝开裂或造成较大的永久变形，通过受力分析确定合理的运梁支点位置，并控制行走速度（控制在10KM/h为宜），尽量匀速行驶，避免急停急起；同时设置减震措施，为增加摩擦力，在钢梁与货台之间并放两根20×20×300M方木支垫，并在方木上缠裹两层土工布，避免车辆在行驶过程中将梁体面漆损坏。
4 钢箱梁节段吊装
钢箱梁吊装准备工作主要包含如下几个方面：吊装方案报批、临时支墩搭设、施工场地处理、吊装定位措施设置等。
4.1 吊装方案除监理、业主需要审批外，同时还必须征得交管、路政等管理部门的同意。在吊装方案中明确起吊设备、吊装顺序、人员组织、安全设施以及预计占道时间等方面的内容。
4.2 临时支墩搭设
钢箱梁分段吊装，为了实现钢箱梁的节段拼接以及钢箱梁预拱度调整，需在分段处设置临时支墩。
本联钢箱梁长132.5m，分6个节段（A、B、C1、C2、D、E）制作，其中C段由C1、C2组成，在吊装前拼装好；分5个节段（A、B、C、D、E）吊装，设置4个（1#、2#、3#、4#）临时支墩，受机场高速公路通行要求限制，本项目设2种不同类型的临时支墩，其中位于高速公路上空的临时支墩（2#、3#）需搭设门洞进行支撑。临时支墩布置见图4.2.1。
图4.2.1临时支墩布置示意
高速公路外侧1#、4#临时支墩直接采用碗扣式钢管脚手架搭设，纵横向间距30M×30M，步距120M搭设,设计承载能力不小于320t。
2#，3#临时支墩搭设成门洞形式，门式支架两端采用φ600×8mm钢管立柱，设置位置在高速路超车道及临时停车道上。在钢管柱上放置I63a工字钢并置作横梁，在纵向搁置I63a工字钢跨越高速路，最后在按20M间距横向放置I20a工字钢。为了增强立柱底部受力，在立柱底部设置100×100×40M的C30混凝土底座。为了防止物体坠落，保证行车安全，在I20a工字钢下先铺一层φ8L钢丝网后再铺一层竹胶板。
通过分析计算，工字钢沉降17L，为了保证施工钢箱梁不变形，将临时支墩上砂桶高程比设计高程提高17L。
4.3 施工场地处理
为了保证运梁车以及大吨位吊车在施工场地正常作业，需对施工场地软弱地基进行处理。挖除软弱换填级配砂砾并碾压密实。
4.4 钢箱梁吊装
根据本联钢箱梁设计尺寸以及现场吊装作业环境，选择HC920型300吨全液压汽车起重机作为吊装起重设备。吊车作业占地面积（长×宽）：10m×18m。
为了保证在有限的空间和时间内完成吊装作业，吊装前对吊车停放位置、钢箱梁进场线路、吊装时间等进行周密计算，确保一次吊装就位。钢箱梁吊装按ABCDE顺序逐段吊装。为保证吊装顺利，采用CAD软件将构筑物、吊车位置、钢箱梁摆放位置等反映到平面图上进行模拟试吊，通过比选确定吊车、待吊装钢箱梁的最佳摆放位置。C段钢箱梁的吊装见图：4.4.1。
图4.4.1C段吊装方案设计图
钢箱梁吊装时必须严格按照施工方案组织实施。首先吊车进入作业区，严格按照吊车使用说明书和吊车平面布置图支设吊车，在吊车工作有效半径和高度范围内不得有障碍物。
吊车支设完毕后，安排有经验的操作工人检查吊车各方面工作性能是否完好并进行试运转，确保正常后通知运梁车进入起吊区。按照出厂起吊方式安装好起吊钢丝绳，然后利用吊车缓慢、均衡地将钢梁吊起5cm左右，再次检查吊车的稳定性、制动器的可靠性、梁体平稳性以及绑扎的牢固性确认无误后开始正式吊装。同时在正式吊装前在钢梁四个角点安装好牵引绳，便于正式吊装就位时作牵引平衡用。
经试吊确认无误后，除现场指挥和操作人员外严禁其他人员进入作业区，同时中断该处车辆通行。指挥人员指挥操作司机将梁体缓慢提升至超出盖梁或临时支墩顶面2m左右后暂停，待梁体稳定后旋转就位到安装位置，操作人员利用牵引绳稳定梁体并配合吊车操作司机在指挥人员的统一指挥下进行定位。待梁体定位基本准确后缓慢将梁体下落到距离支座顶5-10cm位置。再次检查、调整定位的准确度，确保准确无误后，将梁体缓慢下落到位。
待支座或临时支撑砂箱完全持力后再次检查梁体安装精度是否满足规范许可要求以及橡胶支座的平面位置及有无侧向变形和“三条腿”现象，若有则必须将梁体吊离并查明原因予以解决后重新落梁，直到满足规范许可要求为止。
在吊装过程中，钢箱梁的线形采取如下措施控制：
测量放线：以工厂试拼的结果为依据，在两个盖梁及临时支墩上，分别测量标明支座位置、理论中心位置、轮廓线位置。
设置定位三脚架：根据放线位置，在X、Y方向分别设置定位架，以便于构件直接就位。竖向位置根据设计拱度和高度通过超垫钢板设置。
微调精确就位：第一段主梁就位后，由于后续架梁均以此梁为基准进行架设，应认真地检查其位置是否正确，严格控制其偏差。第二段主梁与第一段连接时，先在连接处用撬棍通过节点板定位，再下落就位另一端。支墩上铺设四氟板，以便横移微调。
4.5 钢箱梁节段连接
钢箱梁节段之间采用大六角头高强度螺栓连接，施工扭矩通过下式确定：
Tc=k×Pc×d
Tc―施工扭矩（N・m）
k ―高强度螺栓连接副扭矩系数平均值
Pc―高强度螺栓施工预拉力（kN）
d―高强度螺栓螺杆直径（L）
本联钢箱梁连接螺栓直径为24L，性能等级为10.9s，设计预拉力225KN，扭矩系数平均值k为：0.126（底板），0.132（腹板），0.134（翼板）。根据以上公式计算扭矩分别为：680.4 N・m（底板），712.8 N・m（腹板），723.6 N・m（翼板）。
高强度螺栓的施扭分三阶段实施：初拧、复拧和终拧。初拧、复拧扭矩为施工扭矩的50%，最后按施工扭矩值进行终拧。初拧、复拧和终拧由螺栓群中央顺序向外拧紧。
高强度螺栓检查:抽检螺栓数10%进行检查。在检查时，先在螺杆端面与螺母上画一条直线，然后将螺母扭松约60度，再用扭矩扳手重新扭紧，使两线重合，检测扭矩应在0.9～1.1Tc范围内。发现不合格在扩大10%进行检查，若仍有不合格者，整个节点高强度螺栓重新拧紧。
5 体外索预应力施工
体外索位于钢箱梁体内。本联钢箱梁体外预应力索采用19-φ15(7φ5)HVM-C型成品拉索、HVM.TK15-19Ⅱ型锚具（可调索力、整体可换索），每索张拉控制应力1264.8Mpa，张拉力3303KN。 每根体外索在直线段中部设减震器，间距不大于8m。体外索共4索，每箱室2索，曲线布置，采用d外=127mm，壁厚6mm钢管作转向器。
为保证体外索张拉应力符合设计要求，现场施工时体外索分2次张拉到位，即桥面板混凝土浇筑完成且达到设计强度90%后，采用400t千斤顶对称张拉体外索到95%设计应力，然后拆除临时支墩和内外模板后再次采用2台400t千斤顶按双控方式张拉每索钢绞线到设计应力。
6 桥面板混凝土施工
在架好的钢梁上现浇厚15～40M的C45补偿收缩砼，钢梁和砼板通过剪力钉联成组合截面，并在钢梁、砼板内施加预应力，实现应力体系转换，使钢箱梁、桥面板形成同一整体组合截面共同参与受力。其施工顺序为：安装砼模板安装钢筋、波纹管和钢绞线砼浇筑砼养护张拉拆除临时支墩。
6.1 安装砼模板
翼缘板模型：外部翼缘板利用定型钢支架施工，钢支架采用φ48L钢管焊接而成。在钢箱梁出厂前，在梁体两侧翼板上纵向每隔30M预留φ25mm的钢支架悬吊孔，钢支架利用φ22mm的螺栓悬吊并固定在钢梁上，钢支架下部设置可调节顶托，用于调整支架高度。支架固定后，在支架上间隔30M摆放10M×10M的分布方木，方木上铺厚12L光面竹胶板作砼模型。然后利用顶托调整翼
缘板高程满足设计要求，完成翼板模型安装。
安装时必须注意相应的安全措施，以防高空坠物。
内箱模型安装：钢箱梁内模用φ48L短钢管利用扣件连接成井字架。在井字架上摆放10M×10M方木，方木上铺厚12L光面竹胶板作砼模型。井字架纵向每隔3米设置一个，并通过纵向连接钢管连为整体。在竖向支撑钢管底部支垫10M×10M的方垫片，避免破坏梁体面漆。桥面板砼施工时在每箱室中部预留50M×70M人孔，便于内模及钢管拆除取出。模型安装见图：6.1.1。
图6.1.1模型安装图
6.2 安装钢筋
钢筋、波纹管、钢绞线的制作加工在桥位附近加工场进行，运至现场绑扎、安装。
6.3 砼浇筑
桥面板采用C45级补偿收缩砼，在混凝土中添加微量膨胀剂使硬化后的混凝土产生与收缩相反的体积膨胀来补偿混凝土的收缩,以此消除或减小收缩应力，减少裂纹产生。
桥面板采用商品砼从桥梁一端由低向高用1台100/砼输送泵灌注，以插入式振捣器为主、平板式振捣器为辅进行振捣。
6.4 砼的养生
桥面板厚度为15～40M，砼标号高，施工期间气温高，初凝前失水较快，在施工中用土工布覆盖洒水养护，以防止收缩裂纹产生。
6.5 预应力张拉
桥面板内布置普通预应力钢束，钢束为12-φs15(7φ5),采用15-12夹片式锚具，预应力钢束的标准抗拉强度为1860MPa，张拉控制应力1264.8Mpa，张拉力2086.1KN。
桥面板混凝土达到设计强度90%后，采用300t千斤顶张拉，先张拉长索、后张拉短索，长索两端张拉，短索一端张拉。张拉顺序：体外索长索普通钢束短索普通钢束。
6.6 管道压浆
顶板预应力孔道采用真空灌浆，孔道内采用压注C40水泥浆，波纹管内水泥浆必须充溢、饱满。
6.7 拆除临时支墩
先拆除1#、4#临时支墩，再拆除3#、4#临时支墩。拆除完后，量取钢箱梁预拱度的下落量，与设计相比较。
7 关键工序质量控制要点
7.1 进场前检查其出厂合格证、技术说明书、质量检验证明等文件，按规定抽样检验，合格后方可进场。
7.2 钢板均需根据来料情况仔细排料，采用自动及半自动切割，号料时注意钢板轧制方向与桥体方向一致，钢料不平直、锈蚀、有油漆等污物将影响号料。
7.3 为避免组装、焊接过程中由磕、碰、摔、撞或过载引起的异常变形，应合理布置加工场地，形成流水生产线。
7.4 控制合理的焊接顺序，减少内力（受热变形）产生，使焊缝能够自由收缩。另外尽量避免密集交叉截面，长度也要尽可能小。通过采用小线能量、多层焊、焊前预热可以减少工件温差。当焊缝还处在较高温度时，锤击焊缝可使金属伸长。焊后进行退火可消除残余应力。
7.5 钢箱梁运输选择路面平整，宽度及转弯半径符合要求的道路作为运梁道路。运输行走速度（控制在10KM/h为宜），匀速行驶，避免急停急起，同时设置减震措施，防止焊缝开裂或造成较大的永久变形。
7.6 为避免“塌腰”现象影响美观，选择钢箱梁自重和二期荷载同时作用工况，计算钢箱梁跨中最大下沉量，并在此基础上增加1-2cm的经验值作为预拱度设计值。将得到的预拱度设计值与原设计计算的高程值叠加即可得到控制高程值。相应地按此办法可得到临时支墩位置控制高程值。
8 施工过程安全措施
8.1 钢箱梁制作安全措施
1）设备、材料和构件堆放场地必须平整坚实，各区域之间保持一定的距离，以防止吊运撞击。
2）设备、材料和构件要求分类码放，码放高度要执行有关规定，并有防护措施。
3）加强用电、用气安全管理。
8.2 钢箱梁吊装安全措施
1）对参加该段施工人员须经过三级安全教育和上岗前安全培训,使施工作业人员在吊装过程中做到“反三违”和“三不伤害”，坚持“以人为本、安全第一”为宗旨。
2）钢梁吊点位置必须与出厂吊装时的吊点位置相同，不得擅自更改；钢丝绳绑扎牢固强度应进一步加强。
3）吊装时钢梁上不得站人，起吊钢梁下也严禁站人。与吊装作业无关的人员和不直接参加吊装的人员不得进入吊装作业区域内。
4）钢梁起吊、降落均应均匀、平稳、缓慢进行，严禁忽快忽慢和突然制动。
8.3 砼桥面施工安全措施
1）为确保安全,配备限速标志、严禁超车标志、变道行驶指示标志等,按有关要求设置夜间照明和危险信号红灯。
2）所有高空作业人员在正式操作前必须由安质部门对其安全设施进行检查，确认无误后方能正式操作。
3）为防止高空坠落物危及车辆安全，严禁在翼缘模板边缘以及两侧人行步道上堆放施工器具及其它任何杂物。上桥人员不得将桥上任何物体踢落到桥下。
9 结术语
中铁二局施工的首都机场联络线工程Z1匝道第一联4跨总长132.5m设计为预应力钢-砼组合梁，于2006年9月1日开始施工，9月28日完工，历时28天，施工进度、工程安全、质量都得到了保证。工程于2007年7月6日通过验收，经业主、监理、设计检测、评定，各项指标符合设计，满足各项运营条件及各项使用功能要求。该施工工艺可借鉴到其它类似工程项目的施工。