鋼管混凝土拱橋鋼格子梁監(jiān)造重點(diǎn)內(nèi)容探討

作者簡介：

陳冠名（1995—），助理工程師，研究方向：鋼結(jié)構(gòu)監(jiān)造。

摘要：文章以平南三橋鋼格子梁的監(jiān)造為例，介紹了鋼格子梁制造的工藝，探討了原材料進(jìn)場復(fù)驗(yàn)監(jiān)理、鋼板下料及零件加工控制監(jiān)理、單元件加工制造監(jiān)理、總成匹配制造監(jiān)理、焊接質(zhì)量控制監(jiān)理等方面的控制重點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：平南三橋;鋼格子梁;監(jiān)造

中國分類號(hào)：U448.34A451664

0 引言

20世紀(jì)末以來，中國橋梁建設(shè)速度越來越快，跨度也越來越長，超大跨度也成了現(xiàn)代橋梁建設(shè)的一個(gè)重要標(biāo)志。在橋梁建設(shè)工程中，鋼管混凝土拱橋因其自身結(jié)構(gòu)輕、用材少、跨度大、承載能力強(qiáng)、力學(xué)性能好等優(yōu)點(diǎn)，被大跨度橋梁工程廣泛選用[1]。在鋼管混凝土拱橋諸多優(yōu)勢的背后，其也因?yàn)槭┕るy度大、技術(shù)復(fù)雜、跨度增加時(shí)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)差等缺點(diǎn)讓很多工程建設(shè)者望洋興嘆[2]。鋼結(jié)構(gòu)加工制造是鋼管混凝土拱橋建設(shè)中的重要工程，同時(shí)鋼格子梁的制造作為鋼管混凝土拱橋鋼結(jié)構(gòu)加工中的重要內(nèi)容之一，因其加工精度高、單元件裝配要求高、各種連接焊縫質(zhì)量要求高等特點(diǎn)，對(duì)現(xiàn)代鋼管混凝土拱橋鋼結(jié)構(gòu)監(jiān)造工作提出了更高要求[3]。

1 工程概況

平南三橋鋼格子梁均采用“工”形截面鋼-混凝土組合結(jié)構(gòu)。鋼混凝土組合橋面梁的鋼格子梁，其主縱梁、主橫梁下翼緣鋼板采用Q420qD-Z25材質(zhì)的鋼板。全橋鋼格子梁共37個(gè)節(jié)段，南北岸各18個(gè)節(jié)段，另外中間還有一個(gè)匹配段（見圖1）。全橋鋼格子梁總重5 500 t，最重節(jié)段為南北岸的兩個(gè)第四節(jié)段，單個(gè)第四節(jié)段重139 t。平南三橋鋼格子梁制造分為廠內(nèi)單元件制作、總成匹配制造、鋼格子梁工地安裝三個(gè)階段。各種單元件在工廠的專用胎架上進(jìn)行制造，經(jīng)總成拼裝成鋼格子梁節(jié)段，合格后涂裝、存放。采用水路將節(jié)段、構(gòu)件由廠內(nèi)存放區(qū)運(yùn)至橋位進(jìn)行吊裝，吊裝鋼格子梁線形調(diào)整到位后，完成工地安裝焊接工作。本文主要以平南三橋?yàn)槔榻B鋼格子梁廠內(nèi)結(jié)構(gòu)制造的監(jiān)理控制內(nèi)容。

2 鋼格子梁制造工藝

（1）鋼格子梁的制造施工工藝方案為單元件制造和總成匹配制造（見圖2）。

（2）本橋鋼格子梁零件下料切割采用的工藝方案為預(yù)加補(bǔ)償量一次下料。所有零件采用數(shù)控精密切割下料，下料完成后轉(zhuǎn)移到坡口專用平臺(tái)上采用半自動(dòng)火焰切割機(jī)進(jìn)行開坡口施工。

（3）單元件的制作都在專用胎架上進(jìn)行。工序?yàn)椋焊髁慵?、部件按線形組裝成單元件后施焊。

（4）格子梁拼裝工藝方案。格子梁拼裝胎架按三個(gè)以上吊裝節(jié)段匹配制造設(shè)計(jì)，胎架按橋面線形設(shè)計(jì)制造。在胎架上完成縱橫梁、人行道、車行道底板焊接及節(jié)段接頭連接件的匹配、鉆孔工作。

（5）廠內(nèi)單元件焊接采用自動(dòng)埋弧焊和CO2氣體保護(hù)焊。

（6）節(jié)段總成焊縫采用藥芯焊絲氣體保護(hù)焊接。

3 鋼格子梁制造全過程監(jiān)理控制重點(diǎn)

3.1 原材料進(jìn)場復(fù)驗(yàn)

鋼結(jié)構(gòu)加工的原材料進(jìn)場復(fù)驗(yàn)階段，監(jiān)理方需檢查鋼板、焊接材料、半成品零件或者成品等的質(zhì)保書是否齊全，并核對(duì)進(jìn)場原材料的型號(hào)、牌號(hào)、規(guī)格等是否符合設(shè)計(jì)及規(guī)范的要求，核對(duì)質(zhì)保書上材料的理化性能指標(biāo)是否符合現(xiàn)行規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)的要求，檢查鋼板的外觀、尺寸、板厚等是否符合對(duì)應(yīng)的現(xiàn)行規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)的要求，還需督促施工方及第三方檢測機(jī)構(gòu)對(duì)鋼板進(jìn)行超聲波無損檢查，并保證超聲波無損檢查的一次合格率達(dá)到規(guī)范要求。

3.2 鋼板下料及零件加工控制

下料過程中，監(jiān)理主要采取抽檢的方式對(duì)鋼格子梁拼板的下料尺寸進(jìn)行控制，使用鋼卷尺根據(jù)下料零件的零件號(hào)對(duì)應(yīng)的設(shè)計(jì)尺寸進(jìn)行抽檢，使用拉粉線的方式對(duì)下料鋼板表面平整度和對(duì)角線之差進(jìn)行檢查，使用多功能角度尺對(duì)坡口角度和切割面垂直度進(jìn)行檢查，采用目測的方法對(duì)局部缺口崩坑、鋼板表面缺陷、切割表面和坡口表面粗糙度等外觀項(xiàng)目進(jìn)行檢查。后續(xù)工序中檢查各種單元件的幾何尺寸時(shí)，若出現(xiàn)因下料導(dǎo)致的偏差過大，應(yīng)回頭對(duì)下料尺寸進(jìn)行檢查和控制，并根據(jù)實(shí)際情況增加下料階段的抽檢及巡視比例。

3.2.1 監(jiān)理人員可根據(jù)《鐵路鋼橋制造規(guī)范》（QC/R 9211-2015）[4]的相關(guān)要求檢查下料零件：

（1）焰切面質(zhì)量符合表1的規(guī)定。

（2）切割面的硬度不超過HV350。

（3）對(duì)角線之差：2 m。

（4）加工樣板與正確形狀偏差：±0.5 mm。

（5）零件外形尺寸偏差：±1 mm。

3.2.2 鋼格子梁零件加工及矯正要求

（1）主橋格子梁縱梁腹板制孔采用搖臂鉆床或磁力鉆進(jìn)行加工。

（2）所有過渡坡口采用刨邊機(jī)加工或火焰切割而成。

（3）在制造過程中零件及部件因加工產(chǎn)生變形，可采用熱矯正或機(jī)械矯正。其中橋面系縱橫梁翼板焊接變形采用型鋼校正機(jī)進(jìn)行校正。

（4）零件及部件經(jīng)過冷矯正后不得在表面留有明顯的凹痕和其他損傷。采用熱矯正時(shí)，矯正溫度控制在600 ℃～800 ℃，要求矯正后零件及部件要在空氣中自然緩慢地冷卻，降至室溫以前不得采用水急冷和錘擊。

3.3 單元件加工制造監(jiān)理

3.3.1 單元件放地樣及胎架制作

3.3.1.1 放地樣檢查

放地樣是保證生產(chǎn)產(chǎn)品輪廓線形的重要工序。放地樣階段，監(jiān)理人員檢查地樣坐標(biāo)點(diǎn)是否符合單元件線形和地樣坐標(biāo)要求，地樣坐標(biāo)允許誤差應(yīng)符合設(shè)計(jì)及規(guī)范要求，本橋控制在±1 mm。劃線階段，需根據(jù)構(gòu)件的設(shè)計(jì)線形及地樣坐標(biāo)點(diǎn)進(jìn)行劃線施工，監(jiān)理人員復(fù)核地標(biāo)劃線是否與坐標(biāo)點(diǎn)的連線重合。

3.3.1.2 胎架制作過程監(jiān)理

（1）監(jiān)理人員在胎架制作過程進(jìn)行巡視，需確保搭建胎架的平臺(tái)基礎(chǔ)有足夠的承載力，且構(gòu)件上胎后平臺(tái)本身不發(fā)生變形和沉降。

（2）胎架完工后，需檢查胎架是否有足夠的強(qiáng)度、剛度和結(jié)構(gòu)完整性，以及胎架與地面基礎(chǔ)的連接點(diǎn)是否穩(wěn)固，確保胎架能支撐分段的重量，以保證單元件裝配線形。

（3）核查胎架上是否按制造圖要求畫出分段中心線、接縫線、水平線、檢驗(yàn)線等必要的標(biāo)記。

（4）胎架支撐構(gòu)件的接觸面標(biāo)高是檢查的重點(diǎn)內(nèi)容，監(jiān)理需對(duì)胎架支承平面進(jìn)行標(biāo)高檢查，胎架標(biāo)高的誤差允許范圍為±1 mm。其他胎架完工檢查項(xiàng)目還有胎架水平度、模板垂直度、模板型值位置、分段定位標(biāo)記等。

3.3.2 單元件裝配檢查

單元件制作過程中，監(jiān)理方需進(jìn)行裝配報(bào)檢和完工驗(yàn)收。裝配報(bào)檢是對(duì)單元件制造過程控制的手段之一，是焊接前對(duì)單元件幾何尺寸的控制。裝配報(bào)檢既要要求施工方按設(shè)計(jì)尺寸對(duì)單元件進(jìn)行裝配，又要考慮焊接收縮的影響。主要檢查項(xiàng)目是單元件裝配的幾何尺寸、線形、拼板對(duì)接處的錯(cuò)邊及間隙等。

3.3.3 單元件完工驗(yàn)收內(nèi)容及精度要求

完工檢查不僅需按照圖紙對(duì)單元件進(jìn)行幾何尺寸和線形檢查，還需對(duì)單元件進(jìn)行焊縫外觀、矯正及清磨檢查。涉及長度測量的采用鋼卷尺，角度測量采用角尺、角度模板，平面度測量采用靠尺或粉線與直尺，整體線形及單元件的長度和旁彎測量采用根據(jù)地樣吊線錘的方式，焊縫外觀檢查以目測為主，焊腳高度檢查采用多功能焊規(guī)。

3.3.3.1 外形尺寸檢查內(nèi)容

（1）橫梁單元件的完工檢查內(nèi)容有梁高、梁長、梁寬、梁腹板平面度、吊桿孔間距偏差、旁彎、工字梁蓋板對(duì)腹板角度、縱梁接頭間距等。各項(xiàng)指標(biāo)允許偏差應(yīng)滿足設(shè)計(jì)及規(guī)范要求。

（2）縱梁單元件的完工檢查內(nèi)容有梁高、梁長、梁寬、梁腹板平面度、旁彎、工字梁蓋板對(duì)腹板角度、高強(qiáng)螺栓的孔群偏差（中心距）和兩相鄰孔距等。各項(xiàng)指標(biāo)允許偏差應(yīng)滿足設(shè)計(jì)及規(guī)范要求。

（3）人行道橋面板單元件完工檢查內(nèi)容有長度、寬度、高度、對(duì)角線差、橫向平面度、縱向平面度、隔板間距、孔徑和孔距等。各項(xiàng)指標(biāo)允許偏差應(yīng)滿足設(shè)計(jì)及規(guī)范要求。

（4）車行道鋼底板單元件的完工檢查內(nèi)容有長度、寬度、高度、對(duì)角線差、剪力鍵間距、剪力鍵垂直度、平面度等。各項(xiàng)指標(biāo)允許偏差應(yīng)滿足設(shè)計(jì)及規(guī)范要求。

3.3.3.2 焊縫外觀檢查

所有焊縫必須在全長范圍內(nèi)進(jìn)行外觀質(zhì)量檢查，不得有裂紋、未融合、夾渣、未填滿和焊瘤等缺陷，并應(yīng)符合《鐵路鋼橋制造規(guī)范》（QC/R 9211-2015）表4.9.12[4]的規(guī)定。

3.3.3.3 其他要求

無損檢測：符合設(shè)計(jì)及規(guī)范要求;

標(biāo)記標(biāo)識(shí)：完整、正確、清晰。

3.4 總成匹配制造監(jiān)理

平南三橋鋼格子梁節(jié)段廠內(nèi)制造采用“3+1”“4+1”“10+1”的匹配方式進(jìn)行總成預(yù)拼裝匹配制造，要求至少采用3個(gè)及以上制造節(jié)段（根據(jù)施工場地和資源配置來選擇制造節(jié)段數(shù)量）加1個(gè)匹配節(jié)段的匹配制造方式。鋼格子梁總成預(yù)拼裝采取主體結(jié)構(gòu)整體裝配定位后橫、縱梁交叉焊接的制造工藝，人行道橋面板、車行道鋼底板的裝焊和剪力釘焊接在橫、縱梁交叉焊接后施工，之后進(jìn)行吊索預(yù)埋管裝焊施工，并以吊索預(yù)埋管定位整個(gè)鋼格子梁主體結(jié)構(gòu)的位置，最后進(jìn)行節(jié)段間高強(qiáng)螺栓栓接孔的鉆孔和匹配施工，高強(qiáng)螺栓栓接孔匹配完成后才能下胎清磨。在鋼格子梁節(jié)段的匹配制造過程中，監(jiān)理應(yīng)對(duì)總成鋼格子梁節(jié)段地樣坐標(biāo)進(jìn)行復(fù)測，并對(duì)節(jié)段胎架的標(biāo)高和穩(wěn)固性等進(jìn)行檢查;對(duì)主體結(jié)構(gòu)的裝配定位、矯正和完工進(jìn)行檢查;對(duì)剪力釘進(jìn)行焊接質(zhì)量檢查;對(duì)高強(qiáng)螺栓連接面栓接孔匹配和高強(qiáng)螺栓施擰扭矩進(jìn)行檢查。

3.4.1 總成放地樣及胎架完工檢查

內(nèi)容與3.3.1節(jié)一樣，這里不贅述。

3.4.2 總成主體結(jié)構(gòu)裝配定位測量

3.4.2.1 縱、橫梁單元件上總成胎架裝配定位檢查

（1）鋼格子梁下底板采用吊線錘對(duì)地樣的方式檢查工字梁單元件底板定位情況;鋼格子梁面板采用鋼卷尺來測量工字梁單元件頂板定位情況，允許偏差要根據(jù)設(shè)計(jì)及焊接收縮情況綜合考慮。同樣采用吊線錘對(duì)地樣的方法來測量縱、橫梁單元件的總長，翼緣板位置、旁彎等參數(shù)。

（2）采用鋼尺檢查對(duì)接縫的錯(cuò)邊，允許誤差：Δ≤0.1 t（t為板厚），且≤2.0 mm。

（3）采用鋼尺檢查對(duì)接縫的間隙，焊接間隙應(yīng)符合工藝及規(guī)范要求，如果出現(xiàn)超大焊縫要重新做超寬間隙的焊接工藝評(píng)定。

（4）總成標(biāo)高檢查，根據(jù)工藝圖給出的各節(jié)點(diǎn)相對(duì)高程對(duì)格子梁面板的標(biāo)高進(jìn)行檢查，標(biāo)高測量采用水準(zhǔn)儀和塔尺。鋼格子梁節(jié)段標(biāo)高允許誤差要求符合設(shè)計(jì)及規(guī)范的要求。

3.4.2.2 人行道橋面上總成胎架裝配定位檢查

（1）檢查人行道橋面板的邊線與橋面定位線的重合情況（人行道橋面板上總成前先根據(jù)圖紙?jiān)跈M、縱梁上劃出定位線），重點(diǎn)檢查相鄰的人行道橋面板朝向跨中側(cè)的邊線是否在一條直線上。

（2）檢查人行道橋面板的平面度，橫向平面度允許誤差為2.0 mm，縱向平面度允許誤差為4.0 mm。由于人行道橋面板厚度較薄，并且有一定的焊接量，所以焊后還需進(jìn)行火工矯正和平面度復(fù)測。

（3）檢查人行道橋面板底面加勁板的對(duì)接有無錯(cuò)邊，及加勁板對(duì)接縫間隙的距離。

3.4.2.3 車行道鋼底板上總成胎架定位檢查

（1）車行道鋼底板邊線與橋面定位線的重合情況（車行道橋面板上總成前先根據(jù)圖紙?jiān)跈M、縱梁上劃出定位線）。

（2）車行道鋼底板上部剪力鍵縱向及橫向?qū)R情況檢查，采用拉粉線的方式進(jìn)行檢查，縱向要保證之后通常的能穿過剪力鍵，橫向要保證剪力鍵嵌補(bǔ)段安裝不錯(cuò)邊。

（3）車行道鋼底板裝配檢查合格后允許施焊，焊接完成后進(jìn)行上部剪力鍵嵌補(bǔ)段裝配檢查，用鋼尺檢查嵌補(bǔ)段裝配的錯(cuò)邊情況，拉粉線檢查整個(gè)節(jié)段上部剪力鍵的直線度。

3.4.3 總成主體結(jié)構(gòu)完工控制重點(diǎn)

3.4.3.1 鋼格子梁預(yù)拼外形尺寸完工檢查內(nèi)容

鋼格子梁預(yù)拼外形尺寸完工檢查內(nèi)容有預(yù)拼總長、梁高、中心線偏差、吊桿間距、吊點(diǎn)高差、橫梁及縱梁中心距、旁彎、相鄰兩縱梁端面對(duì)角線差、拱度等。各項(xiàng)指標(biāo)允許偏差應(yīng)滿足設(shè)計(jì)及規(guī)范要求。

3.4.3.2 鋼格子梁焊縫質(zhì)量檢查

內(nèi)容與3.3.3.2節(jié)一樣，這里不贅述。

3.4.3.3 其他要求

無損檢測：符合設(shè)計(jì)及規(guī)范要求;

標(biāo)記標(biāo)識(shí)：完整、正確、清晰。

3.4.4 剪力釘完工檢查項(xiàng)目和質(zhì)量要求

（1）剪力釘位置允許偏差為±3.0 mm。

（2）剪力釘高度允許偏差為±1.5 mm。

（3）焊腳尺寸：擠出焊腳平均高度要求≥0.2 d（d為剪力釘直徑，下同），擠出焊腳最小高度≥0.15 d，擠出焊腳平均直徑≥1.25 d。

（4）彎曲試驗(yàn)：使用榔頭對(duì)剪力釘進(jìn)行錘擊，錘擊3%數(shù)量的剪力釘作30°彎曲。要求焊縫無裂紋。

（5）焊接前要求對(duì)焊接位置進(jìn)行打磨，焊縫外觀要求焊腳飽滿、成形好。

3.4.5 高強(qiáng)螺栓孔

連接處高強(qiáng)螺栓孔通孔率要求100%通過較設(shè)計(jì)孔徑小0.75 mm的試孔器。

3.5 焊接質(zhì)量控制監(jiān)理

3.5.1 焊工進(jìn)場控制

本項(xiàng)目所有上崗焊工上崗須具備國家承認(rèn)的焊工資格證書，并按本項(xiàng)目《焊工考試大綱要求》進(jìn)行上崗考試，焊工考試由駐場監(jiān)理工程師組織。本項(xiàng)目上崗前焊工需進(jìn)行埋弧自動(dòng)焊、CO2氣體保護(hù)焊等科目的考試，通過駐場監(jiān)理工程師考試后，按要求簽發(fā)上崗證。所有焊工均需持證上崗。

3.5.2 焊接質(zhì)量控制

3.5.2.1 焊前控制

監(jiān)理日常巡檢過程中，需檢查構(gòu)件焊縫兩側(cè)30 mm范圍內(nèi)是否打磨清理干凈，焊接前還需要求施焊人員對(duì)桿件進(jìn)行預(yù)熱，預(yù)熱溫度為100 ℃～120 ℃（焊縫兩側(cè)80～100 mm區(qū)域內(nèi)）。相對(duì)空氣濕度≥80%時(shí)，如果沒有相應(yīng)措施，嚴(yán)禁焊接。

3.5.2.2 過程控制

（1）監(jiān)理巡檢焊接施工過程中，如果發(fā)現(xiàn)焊縫出現(xiàn)裂紋應(yīng)該及時(shí)處理并查明原因，隨后聯(lián)系施工方的工藝人員根據(jù)裂紋形成的原因制訂工藝方案，工藝方案形成后需報(bào)監(jiān)理工程師審核，經(jīng)監(jiān)理工程師批準(zhǔn)后才能實(shí)施。

（2）焊接過程應(yīng)該嚴(yán)格按照本項(xiàng)目的《焊接作業(yè)指導(dǎo)書》施焊，監(jiān)理應(yīng)熟悉場內(nèi)施焊部位坡口形式、裝配形式、焊接方式、焊縫要求等，并根據(jù)要求指導(dǎo)焊接作業(yè)和檢查焊縫外觀質(zhì)量。

（3）施焊過程應(yīng)該按照焊前打磨、預(yù)熱、除濕，焊接過程控制層間溫度和電流電壓，焊后保溫來操作。監(jiān)理要對(duì)焊接過程進(jìn)行巡視，如發(fā)現(xiàn)未按程序操作的應(yīng)及時(shí)制止，并采取相對(duì)應(yīng)的處理措施。

3.5.2.3 焊后控制

（1）監(jiān)理需督促施工方對(duì)焊縫進(jìn)行焊后保溫緩降處理，防止急冷出現(xiàn)收縮裂紋。

（2）焊后需對(duì)焊縫進(jìn)行外觀質(zhì)量檢查，內(nèi)容與3.3.3.2節(jié)一樣，這里不贅述。

（3）監(jiān)理方需督促施工方及第三方檢測機(jī)構(gòu)對(duì)焊縫外觀無缺陷的單元件及鋼格子梁節(jié)段按設(shè)計(jì)和規(guī)范要求進(jìn)行無損檢測，并要求焊縫無損檢測不合格的，返修次數(shù)不得超過2次。

4 結(jié)語

在中國橋梁建設(shè)施工中，鋼結(jié)構(gòu)加工技術(shù)的發(fā)展有效地提高了橋梁的質(zhì)量，也為大跨度橋梁的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。鋼格子梁的監(jiān)造是鋼管混凝土拱橋監(jiān)理的重要內(nèi)容之一，也是決定鋼管混凝土拱橋最后能否順利通車的關(guān)鍵工程。作為監(jiān)理工作者，應(yīng)該秉承“嚴(yán)格監(jiān)理、優(yōu)質(zhì)服務(wù)、科學(xué)公正、廉潔自律”的原則，把好鋼格子梁質(zhì)量生產(chǎn)的大關(guān)。

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