淺談橋位支架單元板拼裝鋼箱梁線形質(zhì)量控制

■龐中艷，趙留芳 ■江蘇省交通工程集團(tuán)有限公司，江蘇 鎮(zhèn)江 212003

近年來，為了大跨度和美觀的需要，國內(nèi)許多城市周邊出現(xiàn)了大跨度鋼箱梁結(jié)構(gòu)的景觀橋梁，這些鋼箱梁橋大多是跨越淺灘河流、道路，甚至是陸地造橋，由于運輸條件受限，均采用廠內(nèi)制作成單元板，使用汽車運輸至橋位現(xiàn)場，在施工現(xiàn)場拼裝成大節(jié)段后吊裝或在橋位處搭設(shè)滿堂支架后直接在橋位上進(jìn)行單元板拼裝的工藝進(jìn)行施工。由于鋼箱梁的線形要求很高，橋位支架上進(jìn)行單元板拼裝鋼箱梁，線性控制難度非常大。本文以鄂爾多斯市東勝大橋為例介紹了橋位高支架單元板拼裝鋼箱梁橋梁線形質(zhì)量控制的幾點要點，為同類工程的施工提供參考。

1 工程概況

東勝大橋又名韓土公路二號橋，位于內(nèi)蒙古鄂爾多斯市，四季和晝夜溫差大，夏季紫外線照射強(qiáng)。主橋長 490m，主跨230m，橋?qū)?0m，橋面高28.2m，梁體為正交異性板鋼箱梁結(jié)構(gòu)，鋼箱梁設(shè)計節(jié)段長度7.5m至10.4m不等，在橋位處搭設(shè)少支點滿堂支架，支架高度25.2m，鋼箱梁單元板在專業(yè)廠內(nèi)生產(chǎn)，單元板運輸至現(xiàn)場直接在橋位支架上進(jìn)行鋼箱梁組拼焊接，與傳統(tǒng)的梁段整體吊裝組拼，在施工工藝上存在著較大差異，在整體線形質(zhì)量控制上難度系數(shù)更大。

圖1 橋位支架單元板拼裝圖

2 鋼箱梁線形質(zhì)量控制要點分析

在橋位現(xiàn)場支架上直接采取單元板進(jìn)行鋼箱梁的線性控制主要有三個方面:(1)單元板廠內(nèi)制作尺寸、變形控制及出廠前的檢查驗收是保證鋼箱梁線形的基礎(chǔ);(2)橋位現(xiàn)場搭設(shè)的支架必須安裝位置準(zhǔn)確，具有足夠的剛度、穩(wěn)定性，確保支架承載后的縱向、橫向、豎向位移量控制在允許范圍內(nèi);(3)單元板在橋位支架頂?shù)奶ゼ苌线M(jìn)行組拼鋼箱梁最為關(guān)鍵，影響因素較為復(fù)雜，必須嚴(yán)格控制好單元板的組拼順序、焊接工藝及安裝就位精確度。

3 線形質(zhì)量控制要點應(yīng)對措施

3．1 廠內(nèi)單元板制作線形控制

(1)焊接工藝不完善，工藝不合理引起單元板廠內(nèi)生產(chǎn)時嚴(yán)重焊接變形，對此，制作廠家在單元板生產(chǎn)前需結(jié)合設(shè)計要求對焊接工藝進(jìn)行仔細(xì)評定，選擇有操作技能經(jīng)驗的生產(chǎn)工人，并通過多組構(gòu)件的試焊作業(yè)，總結(jié)焊接技術(shù)參數(shù)及操作流程，最終制訂出完善、合理的焊接工藝方案。

(2)廠內(nèi)需要選用技術(shù)先進(jìn)的設(shè)備，例如平板機(jī)、數(shù)控切割機(jī)、多頭切割機(jī)、銑邊機(jī)等。

(3)單元板制作應(yīng)在室內(nèi)進(jìn)行，確保不受太陽照射導(dǎo)致板材正反面溫度不一致，還應(yīng)嚴(yán)格控制廠內(nèi)單元板制作胎架的剛度及放樣精度。

(4)由于鋼箱梁單元板構(gòu)件尺寸大，構(gòu)件平整度矯正必須選擇合理的矯正方法，對平整度達(dá)不到要求的板材以及焊接后的單元板必須使用平板機(jī)，不得使用火焰矯正。

(5)單元板的精度低影響鋼箱梁整體的變形量，為保證單元板的精度，除嚴(yán)格控制好材料的下料尺寸外，單元板制作過程中的組拼順序及焊接順序也很重要，焊接順序?qū)⒁饐卧宓膬?nèi)部變形，不合理組拼順序、焊接順序?qū)е聝?nèi)應(yīng)力不平衡，使制作的單元板變形。

(6)單元板廠內(nèi)制作時應(yīng)按照設(shè)計圖紙分節(jié)段制作，每個節(jié)段單元板完成后須在廠內(nèi)進(jìn)行試拼裝，確保尺寸和平整度滿足設(shè)計及規(guī)范要求后方能運輸出廠，運輸裝卸車時須做好防護(hù)，確保單元板在運輸及裝卸車過程中不碰撞、不變形。

因此，在選擇鋼箱梁生產(chǎn)廠家的時候尤為重要，應(yīng)首選那些技術(shù)實力雄厚、設(shè)備先進(jìn)、質(zhì)量意識強(qiáng)、管理正規(guī)的大型鋼結(jié)構(gòu)廠家。

3．2 支架變形控制

本項目選用大型鋼管柱少支點滿堂支架，在鋼管支架頂搭設(shè)橋位拼裝胎架。由于支架高度高，且單節(jié)段鋼箱梁最大重量達(dá)300噸，支架穩(wěn)定性及受荷載后的變形控制難度很大。

(1)首先，合理的支架方案設(shè)計最為關(guān)鍵，承載能力須預(yù)留足夠的安全系數(shù)，搭設(shè)支架的鋼管柱、型鋼等材料必須不低于國標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)。另外，此類承重大、高大型的支架必須經(jīng)過專家論證方可實施。

(2)支架搭設(shè)前必須確保支架基礎(chǔ)地基穩(wěn)固、平整、排水良好。在處理好的地基上進(jìn)行精確放樣和測量，開挖基槽澆筑鋼管柱支架基礎(chǔ)?；A(chǔ)澆筑時須埋設(shè)法蘭螺栓或預(yù)埋鋼管應(yīng)以固定鋼管柱?；A(chǔ)施工時應(yīng)嚴(yán)格控制基礎(chǔ)頂面平整度和高程。

(3)有支架高度高，寬度大，支架頂預(yù)壓操作難度大，危險性大?？刹捎弥Ъ芑A(chǔ)預(yù)壓的方式消除支架基礎(chǔ)的非彈性沉降量，同時檢測地基的穩(wěn)定性。

(4)支架鋼管柱不應(yīng)有損傷和變形，鋼管下料時應(yīng)嚴(yán)格控制下料長度，下料時應(yīng)預(yù)留支架承載后的彈性變形量和非彈性變形量。鋼管柱拼接時還應(yīng)嚴(yán)格控制拼接順直度及接頭的焊接質(zhì)量。

(5)支架搭設(shè)是嚴(yán)格按照放樣點進(jìn)行鋼管柱的安裝，并嚴(yán)格控制鋼管柱的垂直度。鋼管柱支架根據(jù)設(shè)計設(shè)置縱橫向剪刀撐和橫撐，以確保支架整體剛度和穩(wěn)定性，各連接部位須嚴(yán)格控制焊接質(zhì)量和螺栓連接質(zhì)量。

圖2 支架連接加固圖

(6)支架頂拼裝胎架搭設(shè)是須控制好橋梁整體線形和胎架的剛度及穩(wěn)定性。鋼箱梁拼裝前還應(yīng)對支架及拼裝胎架進(jìn)行二級預(yù)壓。第一級預(yù)壓:在鋼箱梁底單元板板吊至胎架施工平臺時，先對組裝梁段的胎架進(jìn)行預(yù)壓，再組裝施工;第二級預(yù)壓:在頂單元板板吊至施工平臺準(zhǔn)備焊接時，先進(jìn)行預(yù)壓再組裝施工;

圖3 支架與胎架的二級預(yù)壓

3．3 現(xiàn)場組拼焊接變形控制

針對本橋?qū)嶋H焊接情況，對全橋不同施工工藝及參數(shù)劃分如下五點并加以實施:

(1)定位焊:①定位焊縫應(yīng)距設(shè)計焊縫端部30mm以上，其長度為50～100mm;角焊縫定位焊縫的焊腳尺寸不得大于設(shè)計焊腳尺寸的1/2;②定位焊縫不得有裂紋、夾渣、焊瘤等缺陷，對于開裂的定位焊縫，必須在保證焊件組裝尺寸正確的條件下補(bǔ)充定位焊，并清除開裂的焊縫。

(2)埋弧自動焊接:①埋弧自動焊應(yīng)在距設(shè)計焊縫端部80mm以外的引板上起、熄弧;②在埋弧自動焊焊接過程中，應(yīng)待焊縫稍冷卻后再敲去熔渣。敲渣部位到熔池的距離應(yīng)大于1m;③在自動焊過程中不應(yīng)斷弧，如有斷弧則必須將?；√幣俪?∶5斜坡，并搭接50mm再引弧施焊，焊后搭接處應(yīng)修磨勻順;④單面焊雙面成型的焊縫應(yīng)在坡口背面貼嚴(yán)、貼牢工藝規(guī)定的陶質(zhì)襯墊;⑤對于錨箱的四條主焊縫、橫隔板與錨箱間的連接焊縫，焊后對焊縫進(jìn)行超聲錘擊處理;⑥圓柱頭焊釘?shù)暮附庸に噮?shù)(焊接電流、焊接時間、焊釘伸出長度和焊釘提升高度等)應(yīng)通過其焊接工藝試驗確定，試驗結(jié)果應(yīng)符合GB/T10433的規(guī)定。

(3)梁段間焊縫的焊接:①梁段經(jīng)檢查合格后方可進(jìn)行梁段間焊縫的焊接，施焊順序應(yīng)嚴(yán)格按焊接工藝規(guī)程執(zhí)行;②梁段間焊縫的焊接和焊接檢驗應(yīng)符合規(guī)范及《韓土二號橋制作規(guī)則》的有關(guān)規(guī)定;③梁段間焊縫經(jīng)檢查合格后，按照先一側(cè)對接后角接，再另一側(cè)對接的順序焊接U形肋、板肋和球扁鋼嵌補(bǔ)件。

(4)焊接順序的確定:①橋位的焊接必須對稱焊，即以橋中心線為對稱，兩邊同時同方向施焊底板、頂板的對接焊然后再對稱施焊嵌補(bǔ)段焊縫。施焊底板、腹板對接焊時應(yīng)從下到上進(jìn)行;②具體部位的焊接順序:a．斜頂板與人行道板的焊接:采用CO2藥芯焊，先焊鋼箱梁內(nèi)側(cè)，焊縫焊完，再用埋弧自動焊焊接外側(cè)，即保證熔透;b．斜頂板與頂板:先焊鋼箱梁里側(cè)焊縫，焊完后在鋼箱梁外側(cè)消跟，焊接箱外焊縫，保證焊縫熔透的要求，達(dá)到鋼箱梁密封的作用;c．頂板、底板縱向?qū)硬捎猛瑫r同方向焊接或者中間向兩側(cè)同時焊接;d．頂板對接焊縫焊接完成后，再焊接頂板與橫隔板的對接焊;

圖4 焊接順序圖

(5)考慮外界因素的施工工藝。現(xiàn)場單元板橋位拼裝作業(yè)不具備室內(nèi)條件，現(xiàn)場施工環(huán)境復(fù)雜，晝夜溫差大，風(fēng)荷載也會影響鋼箱梁線形。

①焊接選擇合理的合攏段的安裝時間;(每跨合龍段梁定位組裝選擇);

②進(jìn)行長度方向的溫差補(bǔ)償(對于固定基準(zhǔn)點定位尺寸，根據(jù)環(huán)境溫度變化情況進(jìn)行計算補(bǔ)償);

③考慮溫度對鋼箱梁的外形影響，當(dāng)定位鋼箱梁頂單元板板時，由于受到頂單元板板的遮蓋，日光不夠直接照射到底板，造成頂單元板板的鋼板溫度高于底板而變形，所以要預(yù)留橫向的焊接預(yù)留量。

圖5 陽光照射導(dǎo)致變形示意圖

④焊接焊接溫度對鋼箱梁的幾何尺寸和線形也有影響，故要預(yù)留焊接收縮量。(當(dāng)鋼板厚度在20mm以下時，焊縫平均收縮量約為0.1mm/m ×20m=2mm。)

⑤分析驗算風(fēng)荷載對鋼箱梁接支架的側(cè)向推力，鋼箱梁拼裝就位時考慮位移預(yù)留量。

4 結(jié)語

鋼箱梁線形質(zhì)量是鋼箱梁外觀質(zhì)量的重要指標(biāo)之一，采用橋位支架單元板拼裝鋼箱梁的施工工藝具有工作面大，作業(yè)速度快，安全風(fēng)險小，節(jié)約成本等諸多優(yōu)點，但是由于施工條件復(fù)雜，影響因素多，給橋梁線形質(zhì)量控制增加了很大的難度，施工前必須經(jīng)過細(xì)致縝密的規(guī)劃設(shè)計，充分考慮各種不利因素，施工過程中每一環(huán)節(jié)須加以嚴(yán)格控制，方能確保鋼箱梁整體線形質(zhì)量。

［1］《韓土二號橋施工監(jiān)控報告》．蘇交院檢(2010)－JG－01－2(4)．

［2］《公路工程質(zhì)量檢驗評定標(biāo)準(zhǔn)》．JTG F80/1－2004．

［3］《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》．GB50017－2003．

［4］《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》．JTG/T F50 －2011．

［5］《公路橋鋼箱梁制造規(guī)范》．DB32/T 947 －2005．