鋼桁橋梁鋼結構制造中技術管理與質量控制分析

文/章黃

1 工程概況

金安金沙江大橋（見圖1），上部結構為主跨1386m的單跨雙絞板桁結合式鋼桁梁懸索橋，主纜采用三跨布置，理論主纜跨度（330m+1386m+205m），橫向纜距27m，上部結構為鋼板結合桁架梁設計主桁架采用帶豎腹桿的華倫式結構，桁高9.5m，標準節(jié)間長10.8m。設計道路雙向四車道高速公路，計算行車速度80km/h，橋型布置。

圖1 金安金沙江大橋效果圖

主橋鋼桁梁全長約1386m,鋼桁梁包含鋼桁架和正交異性鋼橋面板兩部分，板桁結合。橋面板與鋼桁架通過拴接焊結合方式組成整體。鋼桁梁主體結構采用Q345qD、Q420qD 鋼材，工程總量約1.5 萬t。鋼桁梁整體節(jié)段圖（見圖2）。

圖2 鋼桁梁整體節(jié)段圖

工程施工技術是鋼桁橋梁建設過程中核心環(huán)節(jié)，做好施工技術管理控制能夠保證工程施工質量。從科學發(fā)展管理層面講，積極運用先進的技術，對傳統(tǒng)的施工技術加以改進，實施好鋼桁橋梁施工技術控制，既能降低橋梁建設的質量安全風險，又能延長橋梁服役后的使用壽命，確保每一個施工環(huán)節(jié)達到國家標準，最終為工程順利建設提供支撐。

2 鋼桁橋梁工法管理

下弦桿結構組成：腹板、上蓋板、下蓋板、節(jié)點板、橫梁接頭板組成（見圖3）。

圖3 下弦桿結構示意圖

3 鋼桁橋梁制造管理

3.1 制造技術文件編制、評審管理

針對鋼桁梁圖紙尺寸及相關標準、規(guī)范要求，編制了相應的工藝技術文件、驗收規(guī)則、拼裝方案等以指導現場鋼桁梁施工，工藝技術文件均經過業(yè)主代表及駐地監(jiān)理工程師的認可。項目開工前針對結構特點、對各種焊接接頭進行了分類和匯總，結合《施工設計圖紙》《公路橋涵施工技術規(guī)范》(JTGT 3650—2020）和可實施的焊接方法，確定能夠覆蓋全部焊接接頭的接頭形式共計45 組。按照評定標準進行檢驗，力學性能、宏觀金相等檢驗項，編寫專項總結報告并通過專家會議組評審[1]。

3.2 崗前質量技術培訓措施

開工前，對參建人員進行了質量技術交底，質量交底的內容包括：預拼裝測量控制網設置，鋼桁梁總拼過程中精度的要求、報驗停止點，產品試板的要求，質量控制的重點、難點，出現質量問題的處理流程以及制作過程中涉及的檢查方法等。

對現場施工人員進行了工藝流程及重點、難點的技術交底。通過技術交底全面、系統(tǒng)地介紹了裝配定位原則及精度要求，詳細說明了各類工裝的使用方法，以及在結構轉運、吊裝、翻身工藝方案及注意事項等。

3.3 制造關鍵技術管理與質量措施

3.3.1 開工前的控制措施

鋼桁梁原材料經監(jiān)理驗收合格，并做好相應的復驗合格后使用，確保原材料的可追溯性。對于進場的檢測儀器、設備，均嚴格按照要求進行計量合格后，并在規(guī)定的有效期內使用。對胎位處的地基的沉降進行了監(jiān)控，監(jiān)控頻率控制在每月2～3 次，預拼裝胎架最大沉降為3mm，滿足拼裝胎架要求，后續(xù)也將持續(xù)觀測。

3.3.2 弦桿制造技術

弦桿為雙節(jié)點的箱型桿件構造，最大長度10.8m，焊縫長度較長，節(jié)點板開擋尺寸、桿件直線度等都是重點控制項。將節(jié)點板、腹板分別高精度數控下料，預留焊接收縮量，埋弧自動焊施焊對接焊縫，拼縫后修正節(jié)點中心線，有效控制板件焊接變形，兩端預留切割余量，確保箱型桿件最終直線度成型；箱型桿件制作完成后兩端配切，確保桿件長度。弦桿兩端孔群均采用“后孔法”，利用三維數控鉆床同時鉆制孔群，頂底板孔群以已鉆腹板孔為基準劃線卡樣板鉆制，有效控制孔群精度。

3.3.3 桿件裝焊尺寸控制和測量

為了有效控制箱口尺寸的精度采用如下工藝措施：對于各種零部件，根據結構特點并借鑒以往經驗，設計制造了一批專用的組裝胎架、焊接胎架等工裝。設置合理的工藝量，并精確控制各工序的過程控制精度。編制合理的焊接工藝并采取預變形等措施控制焊接、修整等變形。如火焰加熱法在焊接前對節(jié)點板懸出部位進行焊接反變形，保證了箱口尺寸和平面度要求。

3.3.4 桿件焊縫無損檢管理

桿件的焊縫無損探傷嚴格按照驗收規(guī)范進行，并經監(jiān)理以及第三方檢測單位確認合格。

3.3.5 桿件制孔控制和測量

成品桿件采用數控型鋼龍門移動式三維鉆床制孔，其加工精度規(guī)格為（0.04+0.004L）mm，16m 內最大誤差0.1mm，最大加工桿件長度16m，使得桿件制孔精度尺寸得到保證，桿件孔群尺寸經測量符合驗收要求。

3.3.6 制孔控制與測量

弦桿有多向連接關系、連接關系復雜，未滿足標準要求，將會直接影響橋位安裝及成橋線形。為了確保達到孔群精度要求，根據該橋特點，采取如下工藝措施：以后孔法工藝為主，先孔法為輔的制孔，避免焊接變形、矯正變形的影響，提高制孔精度。采用專用劃線平臺儀器劃線工藝，同時對超長極邊孔群設置了鉆孔校準線，預防數控鉆床意外出錯。設計高精度的制孔工藝裝備，包括鉆孔樣板、鉆孔胎架等，采用數控鉆、搖臂鉆及磁力鉆相結合的鉆孔工藝。

3.3.7 桿件完工控制和測量

按照《工程質量驗收制度》規(guī)定：采用鋼卷尺、彈簧秤、磁力座、專用平尺、游標卡尺和專用檢測樣板等,按照100%對桿件各項檢驗指標,依據制造驗收規(guī)則規(guī)定項和允許偏差進行測量與報檢，試裝桿件各項檢測均合格[2]。

3.3.8 斜桿接頭板的控制措施

斜桿接頭板的角度和孔群關系直接影響到后續(xù)斜桿、上弦桿的安裝，為保證其角度和孔群關系的精度，采取了相應措施即利用已制孔的節(jié)點板上孔群精密劃線組裝斜桿接頭板，同時利用專用定位樣板（沖釘和螺栓定位），保證斜桿接頭板與節(jié)點板的相對孔群關系。

3.4 桁架梁預拼胎架的制作控制和測量

在鋼桁梁預拼裝胎架施工過程中,首先對拼裝胎架的測量地樣線、標高控制網、胎架縱、橫基準線進行設置。定位地樣線用全站儀進行放樣和測量，高程在胎架周邊運用水準儀布置標高基準點以形成標高測量控制網，橫向基準線運用激光經緯儀定位出梁段底板的定位基準線。根據地樣線搭設胎架，對胎架的線型及端面尺寸進行測量，合格后報驗監(jiān)理等單位驗收。驗收合格后方投入使用。

4 鋼桁梁拼裝質量工藝應用情況

為確保鋼桁梁段順利拼裝，根據現場實際施工條件，編制了包括桿件轉運、拼裝調整等一系列過程的工藝技術方案。負責項目實施的生產、技術和質量控制人員對拼裝節(jié)段轉運及全過程進行了跟蹤指導和監(jiān)督。

根據鋼桁梁拼裝施工狀態(tài)及測量數據總結：

利用三維鉆床鉆孔設備，制孔精度高，鉆孔準，通孔率100%，首輪產品質量穩(wěn)定可靠，進一步驗證了鋼主梁總拼工藝施工方案合理；優(yōu)化后的施工工藝可進一步提高產品質量，在立體化交叉作業(yè)過程中可以更好地利用車間現有人力、物力資源，施工效率可以得到有效地提高；合理地制作工藝結合了所配置的自動化、機械化焊接設備，可以很好地保證產品制作精度及質量要求；檢測手段、檢驗記錄表格能夠滿足質量管理要求，各工序質量均能達到制造規(guī)則要求；鋼桁梁節(jié)段預拼裝過程中的制造、轉運、存放等過程，對涉及安全、環(huán)保、人員健康的危險源進行了有效識別，HSE 管理體系覆蓋全面，運轉有效。

從總拼胎架布設開始，按照制造線型設置預拱度，從支墩標高、下橋面板塊頂面標高、主桁片下弦桿頂板標高幾個方面，逐級控制大節(jié)段總拼線型，通過測量網控制大節(jié)段立體總拼過程中橋面板塊基線間距、主桁片節(jié)點間距、桁高、桁寬、對角線差、節(jié)段環(huán)口匹配度等項點，有效控制大節(jié)段整體總拼制造精度。

5 結語

“逢山開路，遇水搭橋。”“十三五”期間，我國綜合國力和自主創(chuàng)新能力不斷增強，橋梁設計建設水平不斷提升，多項施工記錄位居世界第一。

在橋梁建設過程中，橋梁質量直接對民眾的人身和財產安全帶來一定的影響。在實際的施工中，鋼桁梁制造是工程建設過程中的關鍵環(huán)節(jié)，其在工廠內制造更容易科學管理，雙整體節(jié)點桿件制作、特殊部位焊接、大節(jié)段精度控制等更具備優(yōu)勢，經過努力與逐步探索為國家橋梁建設工程創(chuàng)造出更有利的條件，為經濟社會發(fā)展發(fā)揮重要作用。