公路鋼桁梁斜拉橋高強度螺栓的施擰工藝與質檢措施

◎ 廣東佛山市盛建公路工程監理有限公司 羅 鵬 何錦儀

0 引言

果子溝大橋位于新疆伊犁哈薩克自治州霍城縣果子溝內，是國道G045線新疆賽里木湖至果子溝口段高速公路改造工程項目新建的一座雙塔雙索面鋼桁梁斜拉橋。是我國首座公路鋼桁梁斜拉橋。

1 果子溝大橋及高強度螺栓連接施工工程概況

果子溝大橋全長700m，為雙塔雙索面斜拉橋，斜拉索扇形布置。兩座主塔為階梯形鋼筋混凝土結構。

果子溝大橋鋼桁梁由主桁、縱橫梁、上下平縱聯和橫向聯結系組成。主桁架為“N”型桁架。兩片主桁，左右各一片，中心間距26m，桁高6m，節間長度6m，采用焊接整體節點結構形式。縱橫梁的設計為：橫梁采用變高“工”形截面，縱梁采用“工”形截面。

果子溝大橋鋼桁梁分59個節段安裝，在工地現場采用通過393460套“鋼結構用高強度大六角頭螺栓連接副”進行連接。一個高強度螺栓連接副由一個10.9S高強度大六角頭螺栓、一個10H高強度大六角螺母、兩個HRC35～45高強度墊圈組成。

由于高強度螺栓連接處各桿件的應力都是通過磨擦力傳遞的，所以如果高強度螺栓連接施工時制定的施擰工藝不合理或質量控制不嚴格，造成某些高強度螺栓連接副的實際預拉力達不到設計預拉力，這些桿件與連接板之間的磨擦力不足以傳遞該桿件與相關桿件之間的應力，就會導致這些節點處的安全和穩定發生問題，橋梁無法正常使用。制定合理的施擰工藝并認真實施，既是確保高強度螺栓連接施工工程質量的關鍵，也是果子溝大橋施工質量控制的關鍵之一。

2 果子溝大橋高強度螺栓連接的施擰工藝

果子溝大橋高強度螺栓連接施工采用扭矩法擰緊工藝，分初擰和終擰兩道工序。其工藝流程如下：

2.1 施擰前，分批測定高強度螺栓連接副的扭矩系數。

按照每批不少于8套的頻率抽取試樣，在扭矩系數試驗儀上測定高強度螺栓連接副的扭矩系數。扭矩系數K按下式計算：

式中，K——扭矩系數；

T——實測扭矩（Nm）；

P——實測軸力（KN）；

d——螺栓公稱直徑（mm）。

在果子溝大橋高強度螺栓連接施工工程中，如果某批高強度螺栓連接副的扭矩系數平均值在0.110～0.150范圍內，并且標準偏差小于或等于0.010，則該批高強度螺栓連接副可用于果子溝大橋連接施工；否則該批高強度螺栓連接副不能用于果子溝大橋連接施工。

2.2 計算確定每批高強度螺栓連接副的終擰扭矩和初擰扭矩。

每批高強度螺栓連接副的終擰扭矩由下式計算確定：

式中，Tc——終擰扭矩（Nm）；

K——高強度螺栓連接副的扭矩系數平均值，按流程1的方法測得；

Pc——高強度螺栓的施工預拉力，等于設計預拉力×1.1；

d——高強度螺栓公稱直徑（mm）。

2.3 校正施擰扳手、檢查扳手的扭矩。

果子溝大橋高強度螺栓連接施工使用的扳手有三種：定扭矩電動扳手（以下簡稱電動扳手）、定扭矩帶響扳手（以下簡稱帶響扳手）、數顯表盤扳手。前兩種扳手是施擰扳手，第三種扳手是檢查扳手。一般情況下，初擰和終擰都優先使用電動扳手施擰，只有遇到由于受施工空間制約不能使用電動扳手施擰的螺母，才使用帶響扳手施擰。數顯表盤扳手在檢查高強度螺栓施擰質量時使用。

施擰扳手（包括電動扳手和帶響扳手）在扭矩系數試驗儀上校正輸出扭矩，校正次數為每天上班前和下班后各一次。校正時的允許誤差規定為：上班前校正時實測的輸出扭矩不得大于規定值（規定值由實驗確定）的±3%；下班后實測的輸出扭矩不得大于規定值的±5%。若上班前校正時實測的輸出扭矩誤差大于±3%，則將該扳手的輸出扭矩調整至規定值的±3%以內；若下班后校正時實測的輸出扭矩誤差大于±5%，則立即對該扳手當班所施擰的高強度螺栓全部進行扭矩檢查。

檢查高強度螺栓施擰質量時使用的數顯表盤扳手，使用前必須校正。校正采用掛重法，其扭矩誤差不得大于使用扭矩值的±3%。

2.4 工程部技術人員向施擰工班簽發施擰技術文件。

施擰工班上班前，工程部當班的技術人員在預拼圖和當日準備安裝的施工圖上注明施擰范圍，經試驗確定的電動扳手、帶響扳手的施擰扭矩后，將預拼圖和施工圖作為當日施擰工班施工的技術文件，簽發給施擰工班技術負責人。

溫度與濕度對扭矩系數影響很大，工程部當班的技術人員須向施擰工班技術負責人交代當溫度與濕度變化較大時，根據當天上橋的高強度螺栓的扭矩系數，調整終擰扭矩的方法及辦理程序，以保證結構安全。

2.5 施擰工班領取施擰扳手、高強度螺栓等工具和材料。

為確保每一把施擰扳手的輸出扭矩均處于受控狀態，本項目所用的所有施擰扳手都由試驗室統一保管，在每天上班前和下班后由試驗人員根據施擰螺栓的扭矩系數和當日的環境條件校正和調整輸出扭矩，使其輸出扭矩始終處于符合施工要求的范圍內。

2.6 檢查栓接板面，確認板面抗滑移系數符合設計要求。

施擰工班在施擰前必須檢查摩擦面有無影響或降低抗滑移系數的狀況，發現有疑點時要及時向現場技術管理人員反映，由現場技術管理人員通知工地試驗室進行復查試驗。在確認板面抗滑移系數符合設計要求后，才能開始安裝高強度螺栓連接副和展開施擰作業。

2.7 安裝高強度螺栓連接副。

果子溝大橋全橋所有主桁立面的高強度螺栓連接副，其螺母一律安裝在節點板外側。全橋平面及斜面的高強度螺栓，除縱梁上翼緣（上蓋板、平聯、魚形板），其螺母朝下外，其余一律朝上。

施擰工班在穿放螺栓前，將栓孔的塵土、浮銹清除干凈。嚴禁強行穿入螺栓。對于螺栓不能自由穿入的栓孔，使用與栓孔直徑相同的絞刀或鉆頭進行修整或擴孔，嚴禁氣割擴孔。為防止鋼屑落入板層縫中，絞孔或擴鉆前將該孔四周的螺栓全部擰緊。對于經絞孔或擴鉆的構件及孔眼位置，作好施工記錄并備案。

2.8 對高強度螺栓連接副進行初擰和終擰。

果子溝大橋高強度螺栓施擰分初擰、終擰兩道工序。施擰工班技術負責人在初擰前，用醒目的顏料在拼裝部位標示出不同規格的高強度螺栓使用區域線，并分別注明規格、數量。但標示線不得侵入高強度螺栓墊圈的范圍。

一般情況下，初擰使用PID-1000J型電動扳手，終擰使用PID-1500J型電動扳手。高強度螺栓施擰所用的電動扳手的電源要求電壓穩定，每臺電動扳手都配備了一臺2000VA的專用穩壓器，這些電動扳手和專用穩壓器都固定配套編號，固定配套使用，不允許混雜。

對于受空間限制，不能使用電動扳手施擰的螺帽，使用帶響扳手施擰。由于需要使用帶響扳手施擰的螺帽的位置不一，在使用帶響扳手前，應核對所施擰的高強螺栓批號是否與扳手校正時使用的螺栓為同一批號。若不是同一批號的螺栓，則將扳手送回試驗室按需要施擰螺栓的批號重新校正輸出扭矩。帶響扳手是手動扳手，在使用帶響扳手施擰時，要注意施力均勻，不允許沖擊施擰。

無論使用電動扳手或帶響扳手施擰，無論是初擰還是終擰，對于插入式拼接的節點，都要從節點剛度大的部位向不受約束的邊緣方向施擰。其余都按從螺栓群中間向四周輻射擰緊的順序進行施擰作業。

為防止在擰緊高強度螺栓連接副時出現卡游現象（指擰緊螺母時，螺栓跟著轉動），施擰時必須用套筒扳手卡住螺栓頭。

初擰完畢的高強螺栓逐個用敲擊法檢查。初擰檢查合格后，用白色油漆在螺栓、螺母、墊圈及構件上作劃線標記，以便于終擰后檢查有無漏擰以及墊圈或螺栓是否隨螺母轉動。

2.9 對施擰扳手進行操作后校正。

施擰工班下班后，將施擰扳手交回工地試驗室，由試驗人員對施擰扳手進行操作后校正。這樣做的目的是為了確保高強度螺栓連接副的實際扭矩不超出規定的誤差范圍。對施擰扳手進行操作后校正的有關內容，本文在寫第3個流程時已經寫得比較具體，此處不重復。

3 果子溝大橋高強度螺栓連接施工質量檢查

高強螺栓施擰質量檢查分初擰質量檢查和終擰質量檢查。重點在終擰質量檢查。

3.1 高強度螺栓初擰質量檢查。

初擰質量檢查的方法是：使用0.3kg小錘敲擊螺母一側，用手按住相對的另一側，如螺母顫動較大者即認為不合格，重新進行初擰。初擰檢查由螺栓施擰工班自檢。

3.2 高強度螺栓終擰質量檢查。

高強度螺栓終擰后必須進行終擰質量檢查。終擰質量檢查有兩種方法：一種是松扣、回扣法；另一種是緊扣法。《鐵路鋼橋高強度螺栓連接施工規定》（TBJ 214-92）規定：“一般情況下，宜優先采取松扣、回扣法進行檢查。當有足夠、準確的實測試驗數據時，也可采用緊扣法進行檢查”。

松扣、回扣法檢查的方法是：先在螺栓與螺母的相對位置劃一細直線做為標記，然后將螺母擰松約30°，再用檢查扭矩扳手把螺母重新擰緊至原來位置（使所劃細直線重合），測取此時的扭矩應在0.9Tck～1.1 Tck范圍內。Tck按下式計算：

式中，Tck——檢查扭矩（Nm）；

K——高強度螺栓連接副的扭矩系數平均值，按流程1的方法測得；

P——高強度螺栓的設計預拉力；

d——高強度螺栓公稱直徑（mm）。

緊扣法檢查的方法是：用檢查扭矩扳手擰緊螺母，測得螺母與螺栓剛發生微小相對轉角時的扭矩，應在0.9～1.1緊扣檢查扭矩范圍內。緊扣檢查扭由試驗確定，并在測定緊扣檢查扭時，應確認高強度螺栓的預拉力的誤差在設計預拉力的±2%范圍內。

采取松扣、回扣法檢查高強度螺栓的終擰質量，計算檢查扭矩時有公式可以套用，但是操作比較麻煩，現場檢測試驗工作量比較大。采取緊扣法檢查高強度螺栓的終擰質量，操作比較簡便，現場檢測試驗工作量比較小，但是找不到有關如何測定緊扣檢查扭矩的資料。

參與果子溝大橋建設項目的建設單位、監理單位、施工單位、監控單位通過反復研究，認為可以采用以下公式計算緊扣檢查扭矩：

式中，Tck′——緊扣檢查扭矩（Nm）；

K——高強度螺栓連接副的扭矩系數平均值，按流程1的方法測得；

Pc——高強度螺栓的施工預拉力，等于設計預拉力×1.1；

d——高強度螺栓公稱直徑（mm）；

i——緊扣比，當高強度螺栓的實測預拉力在設計預拉力±2%設計預拉力的范圍內時，實測緊扣扭矩同實測施工扭矩的比值。

理論分析和實踐檢驗的結果都證明，用上述公式計算緊扣檢查扭矩，采取緊扣法檢查高強度螺栓的終擰質量的結果，與采取松扣、回扣法檢查高強度螺栓終擰質量的結果是相同的。限于文章篇幅，本文對此不詳述。

4 結語

在建設者們的共同努力下，果子溝大橋以高強度螺栓連接鋼桁梁的施工工程已經順利完工。建設者們為完成果子溝大橋高強度螺栓連接工程而制定的施擰工藝和質量檢查措施，尤其是研究得出的計算緊扣檢查扭矩公式，對今后的高強度螺栓連接工程有重要的參考價值。