鋼箱梁頂推施工的相關(guān)工藝研究

張 鵬，劉 暢，張新國，黃紹邦

（1.中國華冶科工集團有限公司，北京 100176；2.河北工程大學(xué) 土木工程學(xué)院，河北 邯鄲 056107）

0 引言

21世紀初，鋼箱梁作為一種簡便快捷的橋梁施工技術(shù)逐漸出現(xiàn)在公路橋涵的建設(shè)中，并逐步應(yīng)用在高速公路的跨線、跨江等工程中［1］。本文結(jié)合河北省境內(nèi)某跨線高速公路在建項目中鋼箱梁的有關(guān)工藝研究情況展開闡述，經(jīng)過科學(xué)的鋼箱梁加工制作工藝，最終使鋼橋頂推施工順利進行并完成架設(shè)。

1 工程概述

本項目為青島至蘭州高速公路（G22）涉縣至冀晉界段改擴建工程中的ZK716+802.1響堂鋪2號大橋鋼-混組合箱梁。橋梁跨越既有高速——青蘭高速，并采用步履式頂推施工法進行全橋頂推架設(shè)，橋面全寬16.5 m，設(shè)計基準期為100年，設(shè)計安全級等級為一級，適用環(huán)境類別為Ⅱ類。鋼箱梁截面如圖1所示。

圖 1 鋼箱梁橫斷面圖 （單位：mm）

2 鋼箱梁制作的準備工作

2.1 材料準備

用于鋼梁制造的主要材料均有材質(zhì)單，所有材料的采購應(yīng)滿足鋼箱梁設(shè)計和生產(chǎn)進度的要求。

2.1.1 編制材料采購清單

根據(jù)國家相關(guān)的建筑設(shè)計標準文件和大型鋼箱梁建筑制造的施工單元單位劃分等實際情況編制建筑材料的實際采購項目清單。在編制服裝采購材料清單表時，應(yīng)當充分考慮服裝材料的顏色搭配、套裝剪裁、損耗率等情況。在某些特殊使用情況時或該材料的具體規(guī)格與所用材質(zhì)可能發(fā)生重大變動或者更改時，應(yīng)在事先征得工程設(shè)計制造單位和工程監(jiān)理施工單位的一致同意后方可繼續(xù)實施。

2.1.2 材料采購

在采購材料時，必須嚴格按照采購清單及設(shè)計規(guī)范的質(zhì)量標準進行。

2.1.3 材料復(fù)驗

材料復(fù)驗主要針對金指、鋼材和金屬焊材等，必須按照事先的工程設(shè)計檢查規(guī)定或標準嚴格復(fù)驗所有材料，在檢查確定所有材料復(fù)驗合格后方可開始生產(chǎn)和使用。

2.1.4 材料驗收

材料驗收注意事項：①產(chǎn)品鋼材質(zhì)量驗收標準應(yīng)按照每種產(chǎn)品鋼材為同一個生產(chǎn)廠家，同一種產(chǎn)品鋼材原料材質(zhì)，同一種產(chǎn)品鋼材材料厚度及同一種產(chǎn)品出廠鋼材狀態(tài)，其中每10個批號的鋼材應(yīng)抽檢出1組進行試件。如果有檢驗不合格的鋼材堅決不采用。鋼材的力學(xué)指標、探傷等委托有資質(zhì)的第三方檢測機構(gòu)開展檢測工作。②焊接材料應(yīng)根據(jù)其焊接工藝的不同而分開討論，焊接工藝評定的試驗應(yīng)當依據(jù)《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》（JTG/T 3650—2020）確定。焊接各種材料時選用的各種焊材的焊接質(zhì)量標準應(yīng)當完全符合國家及焊接行業(yè)相關(guān)的標準規(guī)定。焊接所用材料的質(zhì)量管理標準應(yīng)根據(jù)現(xiàn)行的焊接行業(yè)標準《焊接材料質(zhì)量管理規(guī)程》（GB/T 3223）嚴格執(zhí)行。③產(chǎn)品涂裝所用材料在首次進廠時，應(yīng)嚴格檢驗每批產(chǎn)品的英文質(zhì)量檢驗合格文書證明文件、中文質(zhì)量標志及其他相關(guān)的產(chǎn)品檢驗取樣報告等，同時對每批產(chǎn)品涂裝所用材料的檢驗取樣結(jié)果進行一次復(fù)驗，并且每次復(fù)驗的檢查結(jié)果質(zhì)量不應(yīng)超過或低于其他各生產(chǎn)廠家的產(chǎn)品質(zhì)量合格證明文件上的相關(guān)性能指標，以及國家和行業(yè)相關(guān)質(zhì)量標準的具體規(guī)定，涂裝所用材料取樣應(yīng)及時存放在產(chǎn)品倉庫內(nèi)，涂裝操作時不得使用質(zhì)量超出產(chǎn)品保質(zhì)期的包裝涂料。④材料的復(fù)驗流程：檢驗人員在鋼板復(fù)驗前通知監(jiān)理人，在監(jiān)理人見證下對材料進行復(fù)驗，并出具合格報告；對復(fù)驗不合格的材料要聯(lián)系廠家退貨。

2.2 施工圖及工藝評定

本橋鋼箱梁結(jié)構(gòu)形式復(fù)雜，節(jié)段類型多，施工圖紙量特別大，在施工圖技術(shù)準備時主要采取以下措施：①按照生產(chǎn)計劃，合理制訂出圖計劃，分批編制施工文件。②對全橋整體線形每道橫隔板接口處截面進行計算機放樣，放樣圖中體現(xiàn)各單元的件號、材質(zhì)、板厚等要素，施工圖繪制、審核均以此為依據(jù)，可提高技術(shù)準備的質(zhì)量及效率［2］。③在Auto CAD模型空間中按放樣圖1∶1繪制圖形，在布局空間出圖，提高了出圖效率和出圖質(zhì)量。④每批施工圖均設(shè)有圖紙清單，防止單元件遺漏。⑤針對圖紙量大的特點，做好每種類型首批圖紙的繪制工作，多道審核，發(fā)現(xiàn)問題及時修改，為后續(xù)大批量出圖奠定基礎(chǔ)。⑥焊接工藝評定試驗。⑦業(yè)主和監(jiān)理工程師要求的其他試驗。

3 鋼箱梁廠內(nèi)加工工藝研究

3.1 鋼箱梁制作工藝

鋼箱梁制作工藝：①火焰鋼板在一臺數(shù)控大型火焰鋼板切割機上一次性切割后，從底板、腹板、頂板、中間的分隔板、邊緣間隔板等剪切零件，過熱電焊孔同時將鋼切出。②在標記平臺上繪制基線，并以此為基準繪制周邊槽加工線。坡口加工使用小車火焰切割坡口。如果板材的長寬需要拼接，則采用埋弧焊。探傷合格后進行后續(xù)工序。③以基線為基準劃線組裝板單元縱橫向加勁肋、人孔加強圈及其他零件板。④由于焊接板材薄和焊接使用量大，因此容易直接產(chǎn)生同向焊接材料變形。在進行焊接時應(yīng)采用對稱、分散、同向等焊接變形方法，以減少焊接材料的同向焊接量和變形。⑤焊后采用火焰加熱進行矯正，火焰矯正溫度控制在500～800 ℃，重點保證板單元的平面度。⑥在指定位置使用統(tǒng)一規(guī)定的彩色噴漆噴涂板單元號。

3.2 鋼箱梁廠內(nèi)拼裝

3.2.1 總拼裝方案

為加快速度、提高效率、縮短制作周期，確保橋位梁段的順利安裝，所以對該箱梁設(shè)計專用的總拼裝胎架，使鋼箱梁制造和預(yù)拼裝一次完成［3］。

本橋在專用胎架上采用“正裝式”總拼裝作業(yè)。胎架外側(cè)設(shè)有縱橫向基準線，保證總拼裝時對基準線控制。經(jīng)檢測合格的底板按照先后順序上總拼裝胎架就位并用馬板、臨時連接件連成整體，依次組裝隔板單元、板條肋、腹板單元，同時進行胎位相關(guān)位置的施焊，經(jīng)檢測合格之后鋼梁解體下胎，最后進行手工打磨處理焊縫位置銹跡并涂裝。

3.2.2 總拼胎架設(shè)置

總拼裝胎架設(shè)計應(yīng)滿足下列要求：①在胎架的橫縱向各點采用標高按整體線形和線形預(yù)拱設(shè)計。②胎架基礎(chǔ)必須有足夠的強度，保證在使用時減少沉降。③胎架外側(cè)應(yīng)同時設(shè)置獨立的檢測基線與基點，以便在現(xiàn)場隨時對胎架進行安全檢測。

3.2.3 鋼箱梁節(jié)段塊體總拼

工廠加工的鋼箱梁可整體在預(yù)制的胎架上進行制造、組裝、匹配，并且可用于安裝臨時胎吊耳。為方便汽車運輸，塊與塊之間所有連接部件的焊縫在總拼胎架上是不允許進行焊接的，同時板肋間連接應(yīng)設(shè)置嵌補件，并安裝現(xiàn)場預(yù)拼裝焊接塊體間對接焊縫和嵌補件焊縫。

3.2.4 總拼關(guān)鍵工藝

節(jié)段塊體匹配、總拼裝檢查合格后，按照設(shè)計圖紙，對連接板進行配鉆打孔，螺栓孔打單側(cè)，另一側(cè)螺栓孔安裝現(xiàn)場總拼配鉆打孔后連接螺栓。檢驗結(jié)果合格，并經(jīng)箱梁監(jiān)理人或工程師負責簽認。組裝的鋼箱梁應(yīng)按施工圖顯示規(guī)定的單位編號并依次噴涂紅色標記。

3.3 廠內(nèi)焊接工藝及要求

為保證本生產(chǎn)項目的工地焊接生產(chǎn)質(zhì)量和加快生產(chǎn)工藝進度，在采用經(jīng)濟、高效、安全、可靠的技術(shù)前提下，優(yōu)先考慮采用先進的橋梁焊接鋼材生產(chǎn)工藝技術(shù)［4］。焊接生產(chǎn)前，根據(jù)項目設(shè)計施工圖紙和國家相關(guān)技術(shù)標準，對生產(chǎn)工廠工地焊接和生產(chǎn)工地橋梁焊接鋼材進行工地焊接生產(chǎn)工藝性能評定參數(shù)試驗，充分了解本項目橋梁焊接鋼材的工地焊接工藝性能，選擇與其相匹配的工廠焊接生產(chǎn)材料和合適的工地焊接生產(chǎn)工藝評定參數(shù)，建立完整的焊接工藝質(zhì)量控制措施，確保焊接質(zhì)量和橋梁安全。如果采用與焊接工藝評定不相符的焊接方法時，應(yīng)對焊縫結(jié)構(gòu)、焊接方法、焊接工藝等改進，必要時由設(shè)計方、承包方和監(jiān)理方共同確定并經(jīng)評審?fù)ㄟ^。

3.4 廠內(nèi)涂裝工藝及要求

焊縫咬邊和氣孔在涂裝前要修補并磨平?，F(xiàn)場施工焊接墻體接縫處每隔一側(cè)均應(yīng)留出100 mm的寬度，待現(xiàn)場墻體焊接接縫完畢后，方可進行對此焊接區(qū)域墻體進行油漆涂裝；焊縫、支墩部位修補，噴砂除銹Sa2.5或St 3.0級，環(huán)氧富鋅底漆1×60 μm+環(huán)氧云鐵中間漆2×120 μm+丙烯酸聚硅氧烷面漆2×100 μm。

橋面頂部進行鋼筋混凝土基層澆筑處理施工前，應(yīng)在需要處理的鋼結(jié)構(gòu)頂面頂部進行基層凈化防水處理，噴砂除銹達到Sa2.5級后，對鋼結(jié)構(gòu)主梁頂板上表面（除剪力鍵部分）進行涂裝環(huán)氧富鋅底漆。組合梁鋼梁的防腐范圍包括延伸至鋼板與混凝土接觸面內(nèi)不小于20 mm的部分。

4 施工現(xiàn)場整體拼裝工藝研究

4.1 鋼箱梁分段

鋼箱橫向、縱向均分為5段，包括主箱梁橫向聯(lián)系。單節(jié)段鋼梁：最重梁段達58.58 t。鋼箱梁分段見表1。

表1 鋼箱梁段分段參數(shù)情況

4.2 現(xiàn)場整體拼裝要求

現(xiàn)場整體拼裝要求：①鋼橋的整體拼裝應(yīng)根據(jù)其跨徑大小、施工現(xiàn)場設(shè)備及人員等特點，科學(xué)合理地選擇最佳的安裝工藝流程。鋼箱梁的施工安裝應(yīng)統(tǒng)一按照施工平面圖、深化加工圖和構(gòu)件拼裝簡圖等標準進行，并根據(jù)相關(guān)情況編制出專項的安全施工技術(shù)方案［5］。②在鋼箱梁的現(xiàn)場安裝前，應(yīng)對各種臨時結(jié)構(gòu)、設(shè)備及各種鋼結(jié)構(gòu)材料在不同種受力情況下其自身強度、剛度及結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性等重要指標進行綜合驗算與檢查；逐項按照桿件明細表核對未進場的桿件、梁段及相應(yīng)的零部件的出廠產(chǎn)品合格證書及有關(guān)的材料生產(chǎn)質(zhì)量證明書等；同時，應(yīng)注意對橋梁設(shè)計的各墩臺的頂面的高程、中線長度及橋梁各墩孔跨徑等進行一次復(fù)測，誤差均在設(shè)計允許安裝偏差幅度內(nèi)的方可安裝。③鋼箱梁桿件的現(xiàn)場安裝等工藝技術(shù)，應(yīng)符合相關(guān)規(guī)定，確保其施工質(zhì)量，若鋼箱梁構(gòu)件在運輸、存放和結(jié)構(gòu)安裝中存在涂層破壞等情況，應(yīng)按相關(guān)技術(shù)圖紙的規(guī)定標準及《公路橋梁施工技術(shù)規(guī)范》的有關(guān)條款重新進行噴涂；其中，鋼橋主體結(jié)構(gòu)的頂層涂裝處理應(yīng)該主體結(jié)構(gòu)全部安裝及工程試驗完成后進行。④鋼箱梁橋在現(xiàn)場安裝時，不得直接對結(jié)構(gòu)桿件等部位進行未批準通過的臨時性切割、焊接等作業(yè)。⑤鋼箱梁結(jié)構(gòu)的安裝應(yīng)對其進行合理的施工過程質(zhì)量控制，保證其結(jié)構(gòu)的整體內(nèi)力、變形、線形及高穩(wěn)等符合有關(guān)的設(shè)計要求。⑥鋼箱梁在現(xiàn)場實施焊接時應(yīng)全部按照圖紙設(shè)計規(guī)定的施工順序進行作業(yè)。設(shè)計中無特別規(guī)定時，鋼箱梁段間的焊接縱向宜由跨中部分向兩端進行，橫向則由中線部分向兩側(cè)對稱進行。

4.3 現(xiàn)場焊接工藝關(guān)鍵技術(shù)研究

根據(jù)以往的工程經(jīng)驗，焊接過程中所用的焊縫金屬應(yīng)與主體金屬強度一致，當焊接不同強度的金屬時，可采用與低強度鋼材相適應(yīng)的焊接材料。由焊接材料及焊接工序所產(chǎn)生的焊縫，其機械性能應(yīng)不低于原構(gòu)件的等級。本工程的焊接特點可參照表2。

表2 本工程現(xiàn)場焊接的主要特點

為保證焊接質(zhì)量，采取以下的控制措施。①焊接前質(zhì)量控制內(nèi)容：母材和焊接材料的確認與必要復(fù)驗；焊接部位的質(zhì)量和合適的夾具焊接設(shè)備和儀器的正常運行情況；焊接規(guī)范的調(diào)整和必要的試驗評定；焊工操作技術(shù)水平的考核。②焊接中質(zhì)量控制內(nèi)容：焊接工藝參數(shù)是否穩(wěn)定；焊條、焊劑是否正常烘干；焊接材料選擇是否正確；焊接設(shè)備運行是否正常；焊接熱處理是否及時。③焊接后質(zhì)量控制內(nèi)容：焊接接頭的質(zhì)量檢驗；焊接區(qū)域的清除工作。

5 結(jié)語

鋼箱梁具有箱梁結(jié)構(gòu)穩(wěn)定強度高、自重輕、環(huán)境影響小等優(yōu)點，而頂梁平推箱梁施工的設(shè)計方法中具有鋼箱梁結(jié)構(gòu)占地面積小、工程造價低及對橋下的城市道路交通和民用航空管道通航中的環(huán)境影響小等優(yōu)點，已成為目前高速橋梁施工中常用的結(jié)構(gòu)形式。由于大型鋼箱梁的總體施工技術(shù)要求愈來愈高，因此其施工工藝難度不斷增大。本文對高速公路鋼箱梁桁架橋的總體制作過程工藝設(shè)計做了詳細的分析，對箱梁施工中一些重難點環(huán)節(jié)給出了有效的安全保護措施，保證了箱梁工程質(zhì)量，可為今后類似公路相關(guān)箱梁工程的總體施工工藝設(shè)計提供參考。