鋼箱梁倒裝法在實際加工制作中的應用

田軍華

（中鐵十五局集團物資有限公司，河南 洛陽471000）

在鋼箱梁加工制作過程中，鋼箱梁的焊縫質量在各個項目中都會作為重難點工程來進行對待，焊縫質量是否符合要求直接影響到整個項目的進度，是施工中的主要管控環(huán)節(jié)，倒裝法的應用將制作過程中的仰焊工藝變?yōu)槠胶腹に?，有效的降低了焊接難度，提高了工作效率，降低了制作成本。本文以通過洛陽市東環(huán)路向北打通唐寺門立交工程- 鋼箱梁項目生產(chǎn)制作為例，綜合闡述倒裝法在實際加工制作中的應用。

1 工程概況

洛陽市東環(huán)路向北打通唐寺門立交工程采用全互通式立體交叉，立交層數(shù)5 層。橋梁工程包括東環(huán)路主線、北環(huán)路主線、及A-H 八條匝道橋梁工程。共15 聯(lián)鋼箱梁，其中由我公司進行制作安裝的梁段為：主線BH39#-42# 三跨一聯(lián)45m+63m+45m 鋼箱梁，橋梁中心高2.2-3.5 米，橋寬26.2 米，總重為3079.65 噸，本項目鋼箱梁采用的形式為單箱多室+兩側挑檐。

圖1 BH39#-42#鋼箱梁橫截面示意圖

2 鋼箱梁構件組裝工藝

鋼箱梁段的加工制作都比較復雜，制作中焊縫工作量比較多，因此引起的焊接變形和殘余應力較大，為保證鋼箱梁的整體質量，加快制作進度，同時有效控制鋼箱梁的焊接變形，鋼箱梁加工制作采用采用的生產(chǎn)方式為“板單元→板塊單元→塊體單元→預拼裝→涂裝→橋位組拼→橋位焊接→涂裝”，即在車間生產(chǎn)零件及板塊單元，組焊成塊體單元，然后通過多段連續(xù)匹配預拼裝進行橋位的整體吊裝及焊接成整體。

廠內(nèi)加工制作時，應先對復驗合格的鋼板進行滾平，然后按施工圖紙進行零件下料、矯正、坡口加工，再進行部件組裝、焊接及焊縫檢查、修整，最后完成頂板板塊、底板板塊、腹板板塊、橫隔板單元、加勁板單元等單元件的技工制作，制作完成后運至塊體組裝區(qū)域進行單元塊組裝。

單元塊組裝時采用倒裝法，具體倒裝法工藝流程如下：

（1）鋪設面板單元件：制作胎架，對應坐標點定位鋪設面板單元件，將板單元與胎架模板之間剛性連接固定，焊接板單元之間的對接焊縫，確保全熔透。

（2）安裝腹板及橫隔板單元件：根據(jù)設計圖紙，結合腹板、橫隔板定位線及腹板板邊線，將制作好的單元件按照中腹板、橫隔板、腹板、橫隔板、邊腹板的順序，依次對稱安裝腹板及橫隔板單元件，安裝完成后進行點焊固定。

（3）安裝挑臂梁單元件：根據(jù)設計圖紙放樣線進行挑臂梁的安裝，安裝完成后進行點焊固定。

（4）焊縫焊接：按照先焊接隔板與腹板的豎向角焊縫，再焊接隔板與底板的水平角焊縫順序進行焊縫焊接。

（5）安裝底板單元件：確定底板單元件的縱、橫向位置與圖紙相符，將底板單元件與腹板、橫隔板進行點焊固定。

（6）鋼箱梁翻身：根據(jù)鋼箱梁重量計算起吊設備噸位，對吊耳所在位置的底板與腹板、橫隔板焊縫及翻身受力點的焊縫進行加強焊接處理，確保鋼箱梁翻身過程中無意外情況發(fā)生。

（7）焊縫焊接：焊接底板單元件與腹板、橫隔板之間的水平角焊縫。

（8）部分矯正修整：冷矯正或機械矯正，環(huán)境溫度不宜低于-12℃，矯正后的鋼料表面不應有明顯的凹痕和其他損傷，否則仍需進行整形；熱矯正溫度控制在600℃～800℃，嚴禁過燒、錘擊和水冷。

具體工藝要求如下：

（1）拼裝時以胎架為外胎，以縱、橫隔板為內(nèi)胎，各板單元按縱、橫基線就位，輔以加固措施以確保精度和安全。為使梁段對接時易于調校各板的相互位置，將內(nèi)、外腹板焊縫預留200mm不焊，待現(xiàn)場安裝架設時再施焊。

（2）橫向以道路中心線為基準向兩側組裝，寬度預留橫向對接焊縫收縮量，并保證襯墊焊接間隙；縱向現(xiàn)場安裝的自西向東依次組裝單元件，考慮到頂?shù)赘拱迮淝杏嗔?，相鄰梁段間距應較理論加大80mm，避免安裝時頂?shù)赘拱灏l(fā)生抵觸，待一個輪次鋼箱梁組焊完畢并解除所有約束、調校完畢及箱口匹配調整后,對非基準端端面進行配切，配切預留工地焊接間隙及對接縫焊接收縮量，合理配切長度。每一輪次最后一個梁段配切應根據(jù)一輪次所有梁段總長（以水平投影長度為準）來決定配切修正量，及時減少節(jié)段總拼時的累積偏差對鋼箱梁總長的影響（因鋼箱梁每一梁段間加長80mm，考慮進梁段總長計算里）。

（3）每個梁段均需設置長度、標高、軸線測量控制點，分別為鋼箱梁兩端中心線及橫隔板位置。

單元塊預拼裝完成后經(jīng)檢驗合格進行總體預拼裝，并調整好線型，實施接口的匹配、嵌補段量配、組裝定位匹配件。預拼裝結束后，保留一個節(jié)段參加下次匹配預拼裝，其余梁段運至涂裝廠房進行除銹、涂裝，涂裝結束后按架設順序采用汽車運輸運往橋位存梁現(xiàn)場。

3 倒裝法的優(yōu)勢

3.1 降低焊接難度、提高焊接質量

電焊的四種焊接方式分別是仰焊、平焊、立焊、橫焊，而仰焊是四種焊接方式中難度最高的一種，在仰焊過程中，熔化金屬在自重的作用下產(chǎn)生了下垂，熔池在高溫下的表面張力較小，極易產(chǎn)生熔化金屬向下落，從而產(chǎn)生焊瘤。焊接時電流過高，背面產(chǎn)生內(nèi)凹，如果電流太小，則根部不易焊透，產(chǎn)生夾渣及焊縫成形不良等缺陷，且在操作時也難以控制熔滴過渡，使得焊接品質難以保證。

與正裝方式相比，采用倒裝法加工制作，將主梁頂板放在下方，底板放在上方的方式，可以使與頂板連接的角焊縫處于水平位置施焊，然后翻轉180°，與底板連接的角焊縫仍然平位置施焊，與傳統(tǒng)的先組裝底板，然后依次組裝隔板，腹板最后頂板的方法相比，這樣做有效避免了仰焊工藝，降低了焊接難度，提高了焊接質量，減輕了焊工的作業(yè)強度。

3.2 降低制作難度，保障構件質量

由于挑臂梁在正裝法施工時，屬于懸空作業(yè)，不僅需要搭建人工操作平臺，還需要長時間占用起吊設備進行挑臂梁的定位，且定位困難，無法保證挑臂梁的安裝精度，在工序安排上需要在鋼箱梁組裝完成后才能進行挑臂梁的安裝，導致工期延長，采用倒裝法加工制作，挑臂梁不僅可以直接放在胎架上進行安裝，還具備與鋼箱梁主體同時施工的條件，在保證了安裝精度及外形順直美觀的同時，降低了安裝難度，提高了安裝效率；并且倒裝法組裝能夠利用構件自重形成的撓度與制作平臺上的胎架相吻合的特點，有效形成鋼梁所需要的拱度，從而抵消現(xiàn)實中鋼構件在兩個支座中間因自重會產(chǎn)生向下的撓度，倒裝法通過降低制作難度，有效提高了鋼箱梁的質量，縮短了工期。

3.3 提高制作效率，降低制作成本

倒裝法在實際制作中：

一是通過把仰焊工藝變?yōu)槠胶腹に?，大幅降低了焊接難度，壓縮了制作工期，以本項目為例，橋梁全長153 米，寬26.2米，頂板厚度28/16cm，底板厚度28/16cm，隔板厚度28/14cm，重約3079.65 噸，按正裝法施工時，需要仰焊的主焊縫主要包括頂板與腹板有1071 米，頂板與隔板有2713 米，頂板與加筋肋的角焊縫有14688 米。通過倒裝法可以有效將上述仰焊工作量轉化為平焊工作量，在廠內(nèi)實際加工制作中，仰焊與平焊的工序承包單價和焊接工作效率均存在較大差距，以本項目相關技術要求進行估算，其中主焊縫所需的熔透焊，工序勞務承包單價相差約35 元/米，工效相差約4 米/工日；角焊縫所需的部分熔透焊，工序勞務承包單價相差約7 元/米，工效相差約20 米/工日；本項目鋼箱梁通過倒裝法施工能夠降低勞務成本近23.5 萬元，減少勞務人員出工近1680 工日，縮短工期約30 天。

二是通過把挑臂梁的懸空焊接作業(yè)變?yōu)樘ゼ苤魏附幼鳂I(yè)，降低了施工難度，壓縮了鋼箱梁制作的整體工期，挑臂梁在正裝法的實際安裝過程中，全天均需要起吊設備進行配合安裝，且需要搭設人工操作平臺進行高空作業(yè)，每天僅能安裝9 米的單側挑臂梁，與正裝法相比，倒裝法不僅可以把挑臂梁部分的仰焊工藝變?yōu)槠胶腹に?，同時減少了安裝時起吊設備的使用時間，還提供了挑臂梁與鋼箱梁主體同時施工的條件，以本項目153 米跨鋼箱梁為例，直接縮短鋼箱梁制作工期34 天。

通過倒裝法在洛陽市東環(huán)路向北打通唐寺門立交工程BH39#-40#段905.8 噸鋼箱梁加工制作中的實際應用，不僅保障了焊接的品質，提高了安裝的精度，還降低勞務成本約23.5萬元，縮短工期64 天，減少場地使用費用約4 萬元，平均減少加工制作費近100 元/噸。由此充分體現(xiàn)了倒裝法在鋼箱梁加工制作中提高質量、壓縮工期、降低成本的優(yōu)勢。

4 倒裝法的不足

在現(xiàn)場制作時，由于塊體單元縱向剛度較弱，吊、運和翻身及安裝等作業(yè)時，容易產(chǎn)生變形，幾何精度難以保障，因此我單位采用增加縱向桁架式縱隔板，具體加強形式見圖2。

圖2

與正裝法相比，倒裝法需要增加一道鋼箱梁翻轉180°的工序，并對塊體單元進行加強處理，雖然翻身的工序所需時間僅需1 天即可完成，但在鋼箱梁翻轉時必須要通過計算去確定鋼箱梁吊耳的位置，充分考慮起吊設備噸位等因素，在翻轉時要加強安全保障，確保翻身過程中無意外情況發(fā)生。

5 綜合分析

綜合倒裝法的結構特點及優(yōu)缺點比對，倒裝工藝能大量減少預拼裝的工作量，縮短預拼裝周期，并從多方面提高鋼箱梁的質量，保證鋼箱梁外形的美觀。相比增加鋼箱梁翻身的一項工作量，在具備鋼箱梁翻身條件的情況下，倒裝法的優(yōu)越性明顯高于正裝工藝。

6 結論

洛陽市東環(huán)路向北打通唐寺門立交工程鋼箱梁加工制作任務現(xiàn)已基本完成，工程質量均符合國家標準要求，該文通過綜合分析對鋼箱梁倒裝法在實際加工制作過程中的應用及優(yōu)勢，闡述了倒裝法能夠在實際應用中起到保證質量、提高效率、縮短工期、降低成本的作用，為今后鋼箱梁橋的實際應用提供參考。