鋼箱梁現(xiàn)場(chǎng)二次拼裝質(zhì)量控制技術(shù)

余扣成

（中鐵十六局集團(tuán)第三工程有限公司，浙江 湖州 313000）

0 引言

鋼箱梁由于施工周期較短、整體重量輕等特點(diǎn)廣泛應(yīng)用于城市立交及上跨既有道路工程中。鋼箱梁分塊原則為盡量減少現(xiàn)場(chǎng)拼縫焊接，其制作質(zhì)量對(duì)于提高其耐久性以及降低使用中的噪音有著極為重要的作用。受“10·10無錫高架橋側(cè)翻事件”影響，大件運(yùn)輸手續(xù)審批困難，蘇州南湖路快速路東延吳淞江樞紐工程鋼箱梁在節(jié)塊劃分中均為小節(jié)段，無形中增加了現(xiàn)場(chǎng)二次拼接施工工序。本文結(jié)合實(shí)際情況，闡述了鋼箱梁現(xiàn)場(chǎng)二次焊接質(zhì)量的控制措施。

1 工程概況

蘇州南湖路快速路東延工程，主線橋梁長(zhǎng)2.1km，設(shè)吳淞江立交樞紐1座，為南湖快速路與中環(huán)快速路東線的立交互通段落，立交形式采用四層式全定向立交。上跨中環(huán)快速路東線（雙向6車道），均采用鋼箱梁形式上跨，共計(jì)5聯(lián)。本文以ES匝道橋第六聯(lián)鋼箱梁為背景進(jìn)行闡述。

ES匝道橋長(zhǎng)520.9m，曲線半徑200m，第六聯(lián)鋼箱梁長(zhǎng)度2×45=90m，底板寬3.75m，頂板寬9.6m，梁高2m，頂、底板均設(shè)2%橫坡，雙箱室結(jié)構(gòu)。橋梁材質(zhì)均采用Q345qD，如圖1所示。設(shè)計(jì)單孔施工預(yù)拱度值為70mm，如圖2所示。

圖1 鋼箱梁示意圖

圖2 預(yù)拱度布置圖

2 鋼箱梁分塊

根據(jù)鋼箱梁結(jié)構(gòu)尺寸和現(xiàn)場(chǎng)條件及吊裝站位要求，且滿足現(xiàn)狀公路運(yùn)輸“三限”等要求來劃分。

（1）結(jié)合鋼梁頂、底、腹板板厚變化規(guī)律，將縱向分段位置避開應(yīng)力高峰區(qū)。

（2）頂?shù)装蹇v橫縫錯(cuò)開250mm，同時(shí)縱向分段位置頂?shù)装濉⒏拱逑嗷ュe(cuò)開成Z型口，如圖3所示。

圖3 Z型口與安裝關(guān)系示意圖

（3）縱向分段位置避開隔板位置不小于200mm。

（4）兼顧運(yùn)輸（梁段長(zhǎng)度控制30m內(nèi)，寬度5m內(nèi)）及現(xiàn)場(chǎng)安裝合理確定分段。

（5）根據(jù)施工安排合理設(shè)置合攏段（加預(yù)留100mm余量），如圖4所示。

圖4 梁段編號(hào)圖

3 施工預(yù)拱度設(shè)計(jì)

3.1 計(jì)算荷載

（1）鋼箱梁自重：根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙，鋼箱梁自重409682kg，換算荷載集度為45.5kN/m。

（2）橋面鋪裝。

（3）壓重：邊支點(diǎn)4m范圍鋼箱內(nèi)設(shè)置C30鐵砂混凝土壓重，重量按260kN/m計(jì)算。

（4）計(jì)算模型：采用Midas梁?jiǎn)卧?jì)算，計(jì)算模型見圖5。

圖5 鋼箱梁模型圖

3.2 計(jì)算結(jié)果

標(biāo)準(zhǔn)組合下單跨撓度如圖6，其最大撓度為44mm。

圖6 撓度線型圖

各工況下?lián)隙热绫?所示，可按標(biāo)準(zhǔn)組合設(shè)置預(yù)拱度，最大預(yù)拱度為44mm。鋼箱梁制造和安裝時(shí)應(yīng)考慮橋梁縱橫斷面線形的影響，實(shí)際安裝線型與設(shè)計(jì)圖預(yù)拱度（根據(jù)施工圖設(shè)計(jì)為70mm）的差值可以在架設(shè)支架時(shí)，適當(dāng)調(diào)整支架標(biāo)高進(jìn)行部分修正，其余部分采用找平層調(diào)整。

表1 預(yù)拱度調(diào)整表

4 鋼箱梁制作

鋼箱梁制作流程如下：零件→板單元→出廠節(jié)段→預(yù)拼裝→工廠涂裝→運(yùn)輸→現(xiàn)場(chǎng)二次拼裝焊接→吊裝安裝→補(bǔ)焊、補(bǔ)涂裝→最后一道面漆涂裝[1]。

在工廠內(nèi)鋼箱梁預(yù)拼裝工序采用長(zhǎng)線胎架法、反裝法實(shí)施，根據(jù)預(yù)拱度數(shù)值和橫坡調(diào)整胎架頂部支撐鋼管標(biāo)高，保證整孔鋼箱梁線型流暢。

5 現(xiàn)場(chǎng)二次拼接質(zhì)量控制

鋼箱梁拼裝場(chǎng)地位置設(shè)在SW匝道橋半徑弧形內(nèi)，南北方向布置，長(zhǎng)度60m、寬度25m，地基換填后澆筑C30混凝土，厚度20cm。

在現(xiàn)場(chǎng)拼裝的節(jié)段梁有ESL2-1、ESL2-2，ESL4-1、ESL4-2，ESL9-1、ESL9-2。

5.1 臨時(shí)胎架設(shè)計(jì)

拼裝場(chǎng)地設(shè)2組拼裝胎架。一組胎架設(shè)3組支撐墩，單個(gè)墩采用4根Φ429鋼管，高度1.2m，1.8m×1.8m（橫向×縱向），頂部采用雙拼Ⅰ36工字鋼，頂部調(diào)節(jié)鋼管10cm高為基準(zhǔn)點(diǎn)，如圖7所示。

圖7 單個(gè)臨時(shí)胎架設(shè)計(jì)圖

5.2 胎架預(yù)拱度設(shè)置

現(xiàn)場(chǎng)拼裝以ESL2-1、ESL2-2節(jié)段進(jìn)行闡述，該段屬于曲線半徑內(nèi)弧段，兩節(jié)鋼箱梁拼接長(zhǎng)度37.56m具有代表性[2]。

施工預(yù)拱度根據(jù)節(jié)塊分段長(zhǎng)度計(jì)算和底板橫坡及長(zhǎng)度計(jì)算見表2。

表2 施工預(yù)拱度計(jì)算表

5.3 線型控制

根據(jù)拼裝節(jié)段鋼箱梁結(jié)構(gòu)尺寸和胎架支撐位置，在場(chǎng)地上畫出鋼箱梁外部輪廓尺寸。兩塊鋼箱梁在胎架精準(zhǔn)對(duì)接后，用鋼板臨時(shí)固定，采用內(nèi)弧翼緣板邊與地面線上下是否一致，如出現(xiàn)偏差后及時(shí)調(diào)整，上下用定位鋼板固定住，保證無外力或無應(yīng)力狀態(tài)下自然對(duì)接。線型檢測(cè)方法有傳統(tǒng)吊垂球法、紅外線投射法[3]，要科學(xué)選用。

5.4 焊接質(zhì)量控制

由于鋼結(jié)構(gòu)對(duì)溫度特別敏感，相應(yīng)位置隨溫度變化而變化，所以對(duì)大跨度鋼結(jié)構(gòu)橋梁的定位安裝和線形監(jiān)控，最好在鎖定合攏溫度時(shí)間內(nèi)測(cè)設(shè)，否則要引入溫度修正系數(shù)，計(jì)算比較復(fù)雜，準(zhǔn)確度也難以掌握。

針對(duì)鋼箱梁的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及所使用的鋼材種類和對(duì)焊接接頭的質(zhì)量要求，按照焊接接頭的等強(qiáng)度、等屈服、等韌性原則，為保證焊接質(zhì)量，摸清楚本橋的焊接特點(diǎn)，按照《鋼結(jié)構(gòu)焊接規(guī)范》（GB 50661-2011）為依據(jù)，根據(jù)本橋的相關(guān)設(shè)計(jì)要求進(jìn)行焊接工藝評(píng)定試驗(yàn)。焊接采用SAW（埋弧焊）、GMAW（實(shí)心焊絲二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊）、FCAW（藥芯焊絲二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊）、SW（螺柱焊）、SMAW（焊條電弧焊）。質(zhì)量控制的措施具體如下：

（1）定位焊不得有裂紋、夾渣、焊瘤等缺陷,凡最后不熔入正式焊縫的定位焊應(yīng)予以清除。

（2）不同厚度的鋼板對(duì)接，應(yīng)將較厚板的一面加工成斜坡，其坡度對(duì)頂、底板及腹板應(yīng)小于或等于1:8，對(duì)加勁肋可小于或等于1:5。

（3）現(xiàn)場(chǎng)焊接環(huán)境條件較復(fù)雜，箱梁焊接位置設(shè)置配套的防風(fēng)、雨棚,焊接環(huán)境的相對(duì)濕度應(yīng)不小于80%，焊接環(huán)境的溫度，對(duì)低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼不應(yīng)低于5℃，普通碳素結(jié)構(gòu)鋼不應(yīng)低于0℃。主要桿件應(yīng)在組裝后24h內(nèi)焊接[4]。

（4）本橋所有橫梁外殼板的橫向?qū)雍缚p，其焊縫增強(qiáng)量必須≤1.5mm。焊縫打磨要保證焊縫增強(qiáng)量平滑過渡到母材表面。

（5）埋弧自動(dòng)焊必須在距焊縫端部80mm以上的引、熄弧板上進(jìn)行引弧、熄弧。焊接中應(yīng)盡量不斷弧，如有斷弧必須將?；√幣俪?:8斜坡后，并搭接50mm再引弧施焊，引、熄弧板應(yīng)待焊縫冷卻后割去，焊縫端面應(yīng)打磨光潔并與工件齊平。

（6）為保證構(gòu)件疲勞受力性能，需對(duì)受拉部位的焊縫進(jìn)行打磨。

6 結(jié)束語(yǔ)

鋼箱梁工藝已成熟地運(yùn)用于城市立交橋中，基于鋼箱梁的諸多優(yōu)點(diǎn)，鋼箱梁會(huì)在越來越多的跨越既有路線的工程中得到運(yùn)用，該工程的鋼箱梁小節(jié)段到現(xiàn)場(chǎng)二次拼裝組成大件吊裝，既解決了陸運(yùn)運(yùn)輸問題，又保障了鋼箱梁整體質(zhì)量及成橋后線型問題。總之，本文現(xiàn)場(chǎng)二次拼接施工技術(shù)應(yīng)用取得的經(jīng)驗(yàn)可供類似工況鋼箱梁參考及借鑒。