橋梁鋼結(jié)構(gòu)箱梁施工技術(shù)分析

趙有亮

（中鐵二十二局集團(tuán)第一工程有限公司，黑龍江 哈爾濱 150000）

0 引言

鋼結(jié)構(gòu)橋梁與傳統(tǒng)混凝土橋梁相比，不但運(yùn)用簡便靈活，同時(shí)具有結(jié)構(gòu)不易變形、強(qiáng)度大、運(yùn)行穩(wěn)定性高等優(yōu)勢，目前已被應(yīng)用于各類大橋工程施工中。根據(jù)廣東佛山謝疊大橋鋼箱梁施工實(shí)際情況，對鋼箱梁制作、安裝的施工全過程的各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行詳盡論述，用實(shí)踐證明了該工程技術(shù)的可行性。

1 工程概況

謝疊大橋位于廣東省佛山市南海區(qū)海八路（桂丹路）上，現(xiàn)場交通較為便利。該橋1993年2月開工，1994年9月完工，2004年在既有橋梁兩側(cè)各拼寬一座橋梁。橋梁全長868.0m，原中間主橋?yàn)?×68m 預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土T 構(gòu)箱梁和預(yù)應(yīng)力T 梁（掛梁），主橋?yàn)閹炝旱腡 形剛構(gòu)?，F(xiàn)將跨佛山水道T 構(gòu)拆除重建為鋼混組合連續(xù)梁。新建鋼混組合梁橋擬采用2 臺(tái)95t 龍門吊同步吊裝施工，總重量約1526t。

組合梁跨徑組合為2×68m，橫橋向分4 片箱梁，梁端箱梁中心處梁高2.5m，中支點(diǎn)箱梁中心處梁高4.5m，橋面寬21.5m，翼緣板懸臂寬1.0m，頂板厚度為16～32mm；箱室底寬2m，箱室間隔3.83m，箱梁底板厚度28～48mm，腹板厚度為12mm 及16mm，底板加勁肋采用I 字形加勁肋，厚16mm，高24cm。橋面采用PBL 剪力鍵，鋪設(shè)鋼筋網(wǎng)及18cm 厚C40 鋼纖維混凝土。

鋼結(jié)構(gòu)的箱型梁均采用工廠制造，現(xiàn)場使用2 臺(tái)95t 龍門吊同步吊裝，底板、腹板間栓接連接，頂板間焊接連接。

在鋼箱梁加工與制作過程中，嚴(yán)格實(shí)行全方位品質(zhì)控制和監(jiān)督管理，以保證鋼箱梁制作與裝配的產(chǎn)品質(zhì)量，不留隱患。

2 鋼箱梁制作及安裝

2.1 技術(shù)準(zhǔn)備

在對設(shè)計(jì)圖紙和技術(shù)文件工藝性審查的基礎(chǔ)上，開展工藝討論和決定制作方案，繼而完成設(shè)計(jì)圖紙轉(zhuǎn)化、工藝流程制定、工裝方案設(shè)計(jì)等系列工作。鋼箱梁的制作與檢測根據(jù)《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》（JTG/T 3650—2020）及相關(guān)規(guī)范的要求實(shí)施。鋼箱梁制作和使用的量具、儀器、儀表等應(yīng)當(dāng)經(jīng)由國家二級(jí)以上的計(jì)量機(jī)構(gòu)檢測合格后，方可采用。使用前，檢測由廠內(nèi)和工地的試驗(yàn)人員進(jìn)行復(fù)檢，以保證鋼箱梁制作、安裝的準(zhǔn)確度。鋼箱梁在加工制作過程中，對重要零件、板單元和鋼箱梁節(jié)段分階段加以檢測、驗(yàn)收，并提供加工和檢驗(yàn)記錄，以便追蹤和查考。

2.1.1 施工圖繪制

圖紙?jiān)O(shè)計(jì)以設(shè)計(jì)圖為基礎(chǔ)，并以標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)方法為指導(dǎo)，具體內(nèi)容涉及各種單元圖紙、總裝圖以及配套的設(shè)計(jì)資料表等。

2.1.2 焊接工藝文件編制

焊接工藝試驗(yàn)方案應(yīng)根據(jù)謝疊大橋鋼箱梁工程設(shè)計(jì)圖紙和《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》（JTG/T 3650—2020）等標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范要求制定。首先，充分考慮鋼箱梁結(jié)構(gòu)的連接形式及板厚組合，并結(jié)合具體焊接方法（如氣體保護(hù)焊、埋弧自動(dòng)焊等），編制焊接工藝試驗(yàn)文件。其次，進(jìn)行焊接試驗(yàn)，試驗(yàn)通過后，根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，編制焊接工藝文件。再次，將焊接工藝文件報(bào)監(jiān)理、總包審核通過。最后，進(jìn)行專家評審，作為佛山謝疊大橋鋼箱梁制作的焊接技術(shù)基礎(chǔ)。

2.1.3 方案評審

在鋼箱梁制作之前，技術(shù)人員編制鋼箱梁廠內(nèi)制作方案及現(xiàn)場吊裝施工方案，并報(bào)監(jiān)理、總包審核后，進(jìn)行專家會(huì)審。鋼箱梁廠內(nèi)制作方案及現(xiàn)場吊裝施工方案主要內(nèi)容涉及∶工程概況、編制依據(jù)、施工部署、施工計(jì)劃、制作重點(diǎn)與難度、工藝流程、焊接工藝、涂裝工藝、高強(qiáng)栓施擰工藝、運(yùn)輸方案、吊裝方案、質(zhì)量保障措施、安全保障措施、應(yīng)急預(yù)案等。鋼箱梁廠內(nèi)制作方案及現(xiàn)場吊裝施工方案通過專家評審后，作為佛山謝疊大橋鋼箱梁制作的技術(shù)基礎(chǔ)。

2.2 材料

2.2.1 材料保證

為了保障鋼箱梁工程所用的各種材料的品質(zhì)，對使用的鋼材做出如下規(guī)定：材料供應(yīng)商應(yīng)當(dāng)經(jīng)過各方共同確認(rèn)；供應(yīng)商須保證按項(xiàng)目進(jìn)度規(guī)定供應(yīng)鋼材，以確保鋼箱梁生產(chǎn)的順利進(jìn)行。該項(xiàng)目鋼結(jié)構(gòu)鋼材選用Q355C 型鋼，化學(xué)成分、力學(xué)性能指標(biāo)必須符合《低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼》（GB/T 1591—2018）的相關(guān)規(guī)定，并按照工程建設(shè)規(guī)定以正火狀態(tài)供應(yīng)。

2.2.2 材料復(fù)驗(yàn)及管理

鋼箱梁制作所用鋼材材質(zhì)必須滿足設(shè)計(jì)要求和現(xiàn)有國家標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)范要求。該橋制造使用的鋼材主要材質(zhì)為Q355C。鋼材到廠后，除有鋼廠的出廠質(zhì)量證明書外，需按鋼材復(fù)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)，通知監(jiān)理旁站進(jìn)行抽檢復(fù)驗(yàn)。按同一廠家、同一材質(zhì)、同一板厚、同一出廠狀態(tài)每10 個(gè)爐（批）號(hào)抽檢一組，每組不大于60t，每個(gè)檢驗(yàn)批抽驗(yàn)一組試件。材料檢測合格后，由質(zhì)量檢驗(yàn)人員在原材質(zhì)保證書上加蓋合格公章，并編上序列號(hào)，作為領(lǐng)料依據(jù)。將不合格材料反饋給供應(yīng)商，及時(shí)換料。

2.3 主要工藝

2.3.1 預(yù)處理及號(hào)料

對新購進(jìn)的鋼材，按照有關(guān)規(guī)范規(guī)定，做好材質(zhì)審核并錄入各批次鋼材的爐批號(hào)和鋼材型號(hào)編碼，以備查驗(yàn)。經(jīng)審核為無效的材質(zhì)，不得使用。鋼材在下材切割之前，做好矯平預(yù)加工處理，鋼材矯平后不得產(chǎn)生褶皺、起翹等影響品質(zhì)的現(xiàn)象，表面不得有明顯的疊痕和其他破損，必要時(shí)做好局部修復(fù)及拋光整平。號(hào)料首先去除鋼材表層的氧化皮等污垢，其次做好車間底漆預(yù)處理，一般車間的底漆干膜厚20～30μm。最后檢驗(yàn)鋼材的牌號(hào)、尺寸、材質(zhì)，證實(shí)無誤后，方可號(hào)料。號(hào)料上已畫的切割曲線應(yīng)正確清晰。鋼材必須在預(yù)處理自動(dòng)線上，經(jīng)過趕平、拋丸除銹、預(yù)涂車間底漆后，再行使用。

2.3.2 放樣及下料

第一，采用先進(jìn)的三維設(shè)計(jì)軟件對全橋梁段進(jìn)行三維建模，并結(jié)合以往的施工經(jīng)驗(yàn)，對鋼箱梁各零件進(jìn)行準(zhǔn)確放樣，繪制零件詳圖，作為繪制下料套料圖及數(shù)控編程的依據(jù)。

第二，箱梁的頂板、底板、腹板、橫隔板單元等采用數(shù)控切割機(jī)下料。編程時(shí)，要根據(jù)零件形狀、復(fù)雜程度、尺寸大小、精度要求等規(guī)定切入點(diǎn)、退出點(diǎn)、切割方向和切割順序，并應(yīng)加入補(bǔ)償量，以消除切割熱變形的影響。

第三，通過機(jī)械方法切割的邊緣應(yīng)光潔，無裂痕或參差不齊；切割面硬度不得超過HV350；切割面不得有裂紋等危害性缺陷。

第四，鋼箱梁主要構(gòu)件的內(nèi)部應(yīng)力取向與一般鋼材軋壓方式相同。

第五，為了檢驗(yàn)程序的準(zhǔn)確性，對批量使用數(shù)控切割機(jī)下料的產(chǎn)品首件，必須經(jīng)過嚴(yán)格檢查證明為符合規(guī)定后，方可繼續(xù)下料。

第六，為提高加工精度及生產(chǎn)效率，該橋拼接板孔全部采用激光下料，下料精度為0.5mm。

2.3.3 機(jī)加工

為了提高該橋零件制作精度，保障裝配質(zhì)量和焊縫質(zhì)量，對一些特殊工件（如坡口）需進(jìn)行機(jī)械加工，即采用刨（銑）邊的機(jī)械加工方法滿足施工需要。邊緣需加工處理的部分，下料時(shí)會(huì)留出加工余量。

2.3.4 板單元制造

第一，板單元制造在施工平臺(tái)上進(jìn)行，組裝前必須根據(jù)施工圖紙核實(shí)零件編號(hào)及尺寸，檢查無誤后方可組裝。在組裝之前，必須徹底清除所有浮銹和污垢；焊縫端部設(shè)置起弧板、熄弧板，起弧板、熄弧板的材料和坡口與板單元焊接件一致；由于焊接收縮，板單元焊接后產(chǎn)生橫向和縱向變形，嚴(yán)重影響板單元平面度，為了控制焊接變形和減小殘余應(yīng)力，采用反變形胎架進(jìn)行船位焊接。

第二，板單元組裝的尺寸偏差必須符合《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》（JTG/T 3650—2020）及該橋制造驗(yàn)收規(guī)則的規(guī)定。

2.3.5 梁段制造

第一，鋼箱梁節(jié)段拼裝全部在拼裝廠房內(nèi)的拼裝胎架上完成。鋼箱梁制作采用多節(jié)段連續(xù)匹配制作與預(yù)拼裝同時(shí)完成的“長線法”拼裝方案。拼裝胎架線形制作及鋼箱梁節(jié)段拼裝都以預(yù)先設(shè)置好的測量控制網(wǎng)為基準(zhǔn)，以確保鋼箱梁拼裝線形及接口精度。節(jié)段預(yù)拼裝檢驗(yàn)合格并打砂、涂裝后放置到存梁場待運(yùn)。

第二，胎架基礎(chǔ)必須有足夠的承載力，確保在使用過程中沉降≤1mm。胎架要有足夠的剛度，避免在使用過程中變形。

第三，按照設(shè)計(jì)給定的鋼箱梁制作線形制作胎架拼裝線形，考慮鋼箱梁受焊接收縮和重力的影響而發(fā)生的變形，在胎架橫向設(shè)置適當(dāng)?shù)纳瞎岸取?/p>

第四，梁段制造時(shí)，按照從下向上，從中間向兩側(cè)的順序進(jìn)行組裝，具體順序?yàn)椋旱装鍐卧獧M隔板單元—腹板單元—頂板單元—挑臂單元—箱間橫聯(lián)單元。

第五，箱間橫聯(lián)單元的腹板與各箱間為栓接連接?，F(xiàn)場拼裝時(shí)，采用單側(cè)螺栓孔在板單元制造時(shí)出孔，另一側(cè)螺栓孔在胎架上配鉆的方法施工。該施工方法保證了螺栓孔的位置精度。

2.3.6 梁段匹配

第一，為確保鋼箱梁架設(shè)順利，環(huán)口螺栓孔位置對接準(zhǔn)確，鋼箱梁在拼裝場要進(jìn)行預(yù)拼裝。若發(fā)現(xiàn)節(jié)段尺寸有誤或螺栓孔位置不符時(shí)，可在拼裝場進(jìn)行修正。避免在高空調(diào)整，減少高空作業(yè)難度和加快吊裝速度，消除現(xiàn)場施工風(fēng)險(xiǎn)。

第二，該橋底板、腹板環(huán)口處連接均為栓接連接。為保證螺栓孔位置對接準(zhǔn)確，采用單側(cè)螺栓孔在板單元制造時(shí)出孔，另一側(cè)螺栓孔在梁段匹配時(shí)配鉆的方法施工。

2.3.7 梁段涂裝

第一，該工程涂裝對象主要為鋼箱梁節(jié)段。鋼箱梁轉(zhuǎn)運(yùn)至涂裝車間，按照不同區(qū)域涂裝配套體系分別進(jìn)行涂裝。涂裝工序依次為：噴砂—噴涂底漆—中間漆—第一道面漆—涂裝完成后轉(zhuǎn)運(yùn)至存放區(qū)待發(fā)運(yùn)。

第二，在整橋安裝完成后，進(jìn)行環(huán)縫補(bǔ)涂裝，涂層修補(bǔ)，并噴涂最后一道面漆，確保全橋顏色一致。

2.3.8 現(xiàn)場吊裝

佛山謝疊大橋老橋拆除完成后，利用95t 龍門吊施工剩下的管樁支架及調(diào)高立柱，然后利用2 臺(tái)95t龍門吊同步進(jìn)行鋼箱梁架設(shè)工作。鋼箱梁架設(shè)時(shí)，因龍門吊吊裝高度受限，采用先從大樁號(hào)向小樁號(hào)架設(shè)三個(gè)箱梁節(jié)段，第四個(gè)箱梁節(jié)段最后從小樁號(hào)向大樁號(hào)方向進(jìn)行架設(shè)的方案。

2.3.9 現(xiàn)場連接

首先，佛山謝疊大橋底板、腹板間采用栓接連接，頂板采用焊接連接，箱間橫聯(lián)單元的腹板與各箱間為栓接連接。

其次，在構(gòu)件位置調(diào)整正確后，將沖釘和普通螺栓之外的栓孔按圖紙要求的規(guī)格穿入高強(qiáng)度螺栓。穿入螺栓時(shí)，注意在螺栓頭側(cè)和螺母側(cè)各配置墊圈一個(gè)，墊圈有內(nèi)倒角的一側(cè)必須朝向螺栓頭和螺母支承面（均朝向板束外側(cè)）。穿入的螺栓可用短臂扳手預(yù)緊。

最后，高強(qiáng)度螺栓緊固分初擰、復(fù)擰和終擰依次進(jìn)行，初擰扭矩宜為終擰扭矩的50%，復(fù)擰扭矩等于初擰扭矩。緊固時(shí)，應(yīng)從板件中心向四周，由中間向兩端對稱施擰。

2.3.10 焊接

首先，為減少焊接變形，保證鋼箱梁整體尺寸，焊縫的焊接采取“先點(diǎn)焊、后滿焊”的焊接方式。焊接時(shí)，采用對稱施焊，采取翻身措施，盡量避免仰位焊；有條件的焊縫均采用雙面坡口，減小焊接量，降低焊接應(yīng)力。

其次，焊前，必須將待焊區(qū)域及其周圍20～30mm范圍內(nèi)的鐵銹、油污、氧化皮、底漆等有害物打磨干凈，露出金屬光澤，并按要求進(jìn)行預(yù)熱。當(dāng)焊接環(huán)境濕度較大時(shí)，對不要求預(yù)熱的鋼板也應(yīng)用火焰進(jìn)行去潮氣處理。

最后，所有焊縫在焊縫金屬冷卻后進(jìn)行外觀檢查，不得有裂紋、未熔合、焊瘤、夾渣、未填滿弧坑及漏焊等缺陷。焊縫施焊24h，經(jīng)外觀檢驗(yàn)合格后，再進(jìn)行無損檢驗(yàn)。

3 結(jié)語

綜上所述，鋼結(jié)構(gòu)箱梁作為目前一種較為領(lǐng)先的橋梁結(jié)構(gòu)，施工效率已得到了業(yè)內(nèi)的一致認(rèn)可和推崇。為更好地保證鋼結(jié)構(gòu)箱梁的施工質(zhì)量，應(yīng)當(dāng)嚴(yán)格遵循有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，做好控制措施，高效地進(jìn)行鋼結(jié)構(gòu)箱梁各個(gè)環(huán)節(jié)施工，從而保證橋梁的整體質(zhì)量。