淺談橋位支架單元板拼裝鋼箱梁線形質(zhì)量控制

■龐中艷，趙留芳 ■江蘇省交通工程集團(tuán)有限公司，江蘇 鎮(zhèn)江 212003

近年來，為了大跨度和美觀的需要，國內(nèi)許多城市周邊出現(xiàn)了大跨度鋼箱梁結(jié)構(gòu)的景觀橋梁，這些鋼箱梁橋大多是跨越淺灘河流、道路，甚至是陸地造橋，由于運(yùn)輸條件受限，均采用廠內(nèi)制作成單元板，使用汽車運(yùn)輸至橋位現(xiàn)場，在施工現(xiàn)場拼裝成大節(jié)段后吊裝或在橋位處搭設(shè)滿堂支架后直接在橋位上進(jìn)行單元板拼裝的工藝進(jìn)行施工。由于鋼箱梁的線形要求很高，橋位支架上進(jìn)行單元板拼裝鋼箱梁，線性控制難度非常大。本文以鄂爾多斯市東勝大橋?yàn)槔榻B了橋位高支架單元板拼裝鋼箱梁橋梁線形質(zhì)量控制的幾點(diǎn)要點(diǎn)，為同類工程的施工提供參考。

1 工程概況

東勝大橋又名韓土公路二號橋，位于內(nèi)蒙古鄂爾多斯市，四季和晝夜溫差大，夏季紫外線照射強(qiáng)。主橋長 490m，主跨230m，橋?qū)?0m，橋面高28.2m，梁體為正交異性板鋼箱梁結(jié)構(gòu)，鋼箱梁設(shè)計(jì)節(jié)段長度7.5m至10.4m不等，在橋位處搭設(shè)少支點(diǎn)滿堂支架，支架高度25.2m，鋼箱梁單元板在專業(yè)廠內(nèi)生產(chǎn)，單元板運(yùn)輸至現(xiàn)場直接在橋位支架上進(jìn)行鋼箱梁組拼焊接，與傳統(tǒng)的梁段整體吊裝組拼，在施工工藝上存在著較大差異，在整體線形質(zhì)量控制上難度系數(shù)更大。

圖1 橋位支架單元板拼裝圖

2 鋼箱梁線形質(zhì)量控制要點(diǎn)分析

在橋位現(xiàn)場支架上直接采取單元板進(jìn)行鋼箱梁的線性控制主要有三個(gè)方面:(1)單元板廠內(nèi)制作尺寸、變形控制及出廠前的檢查驗(yàn)收是保證鋼箱梁線形的基礎(chǔ);(2)橋位現(xiàn)場搭設(shè)的支架必須安裝位置準(zhǔn)確，具有足夠的剛度、穩(wěn)定性，確保支架承載后的縱向、橫向、豎向位移量控制在允許范圍內(nèi);(3)單元板在橋位支架頂?shù)奶ゼ苌线M(jìn)行組拼鋼箱梁最為關(guān)鍵，影響因素較為復(fù)雜，必須嚴(yán)格控制好單元板的組拼順序、焊接工藝及安裝就位精確度。

3 線形質(zhì)量控制要點(diǎn)應(yīng)對措施

3．1 廠內(nèi)單元板制作線形控制

(1)焊接工藝不完善，工藝不合理引起單元板廠內(nèi)生產(chǎn)時(shí)嚴(yán)重焊接變形，對此，制作廠家在單元板生產(chǎn)前需結(jié)合設(shè)計(jì)要求對焊接工藝進(jìn)行仔細(xì)評定，選擇有操作技能經(jīng)驗(yàn)的生產(chǎn)工人，并通過多組構(gòu)件的試焊作業(yè)，總結(jié)焊接技術(shù)參數(shù)及操作流程，最終制訂出完善、合理的焊接工藝方案。

(2)廠內(nèi)需要選用技術(shù)先進(jìn)的設(shè)備，例如平板機(jī)、數(shù)控切割機(jī)、多頭切割機(jī)、銑邊機(jī)等。

(3)單元板制作應(yīng)在室內(nèi)進(jìn)行，確保不受太陽照射導(dǎo)致板材正反面溫度不一致，還應(yīng)嚴(yán)格控制廠內(nèi)單元板制作胎架的剛度及放樣精度。

(4)由于鋼箱梁單元板構(gòu)件尺寸大，構(gòu)件平整度矯正必須選擇合理的矯正方法，對平整度達(dá)不到要求的板材以及焊接后的單元板必須使用平板機(jī)，不得使用火焰矯正。

(5)單元板的精度低影響鋼箱梁整體的變形量，為保證單元板的精度，除嚴(yán)格控制好材料的下料尺寸外，單元板制作過程中的組拼順序及焊接順序也很重要，焊接順序?qū)⒁饐卧宓膬?nèi)部變形，不合理組拼順序、焊接順序?qū)е聝?nèi)應(yīng)力不平衡，使制作的單元板變形。

(6)單元板廠內(nèi)制作時(shí)應(yīng)按照設(shè)計(jì)圖紙分節(jié)段制作，每個(gè)節(jié)段單元板完成后須在廠內(nèi)進(jìn)行試拼裝，確保尺寸和平整度滿足設(shè)計(jì)及規(guī)范要求后方能運(yùn)輸出廠，運(yùn)輸裝卸車時(shí)須做好防護(hù)，確保單元板在運(yùn)輸及裝卸車過程中不碰撞、不變形。

因此，在選擇鋼箱梁生產(chǎn)廠家的時(shí)候尤為重要，應(yīng)首選那些技術(shù)實(shí)力雄厚、設(shè)備先進(jìn)、質(zhì)量意識強(qiáng)、管理正規(guī)的大型鋼結(jié)構(gòu)廠家。

3．2 支架變形控制

本項(xiàng)目選用大型鋼管柱少支點(diǎn)滿堂支架，在鋼管支架頂搭設(shè)橋位拼裝胎架。由于支架高度高，且單節(jié)段鋼箱梁最大重量達(dá)300噸，支架穩(wěn)定性及受荷載后的變形控制難度很大。

(1)首先，合理的支架方案設(shè)計(jì)最為關(guān)鍵，承載能力須預(yù)留足夠的安全系數(shù)，搭設(shè)支架的鋼管柱、型鋼等材料必須不低于國標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)。另外，此類承重大、高大型的支架必須經(jīng)過專家論證方可實(shí)施。

(2)支架搭設(shè)前必須確保支架基礎(chǔ)地基穩(wěn)固、平整、排水良好。在處理好的地基上進(jìn)行精確放樣和測量，開挖基槽澆筑鋼管柱支架基礎(chǔ)。基礎(chǔ)澆筑時(shí)須埋設(shè)法蘭螺栓或預(yù)埋鋼管應(yīng)以固定鋼管柱。基礎(chǔ)施工時(shí)應(yīng)嚴(yán)格控制基礎(chǔ)頂面平整度和高程。

(3)有支架高度高，寬度大，支架頂預(yù)壓操作難度大，危險(xiǎn)性大。可采用支架基礎(chǔ)預(yù)壓的方式消除支架基礎(chǔ)的非彈性沉降量，同時(shí)檢測地基的穩(wěn)定性。

(4)支架鋼管柱不應(yīng)有損傷和變形，鋼管下料時(shí)應(yīng)嚴(yán)格控制下料長度，下料時(shí)應(yīng)預(yù)留支架承載后的彈性變形量和非彈性變形量。鋼管柱拼接時(shí)還應(yīng)嚴(yán)格控制拼接順直度及接頭的焊接質(zhì)量。

(5)支架搭設(shè)是嚴(yán)格按照放樣點(diǎn)進(jìn)行鋼管柱的安裝，并嚴(yán)格控制鋼管柱的垂直度。鋼管柱支架根據(jù)設(shè)計(jì)設(shè)置縱橫向剪刀撐和橫撐，以確保支架整體剛度和穩(wěn)定性，各連接部位須嚴(yán)格控制焊接質(zhì)量和螺栓連接質(zhì)量。

圖2 支架連接加固圖

(6)支架頂拼裝胎架搭設(shè)是須控制好橋梁整體線形和胎架的剛度及穩(wěn)定性。鋼箱梁拼裝前還應(yīng)對支架及拼裝胎架進(jìn)行二級預(yù)壓。第一級預(yù)壓:在鋼箱梁底單元板板吊至胎架施工平臺時(shí)，先對組裝梁段的胎架進(jìn)行預(yù)壓，再組裝施工;第二級預(yù)壓:在頂單元板板吊至施工平臺準(zhǔn)備焊接時(shí)，先進(jìn)行預(yù)壓再組裝施工;

圖3 支架與胎架的二級預(yù)壓

3．3 現(xiàn)場組拼焊接變形控制

針對本橋?qū)嶋H焊接情況，對全橋不同施工工藝及參數(shù)劃分如下五點(diǎn)并加以實(shí)施:

(1)定位焊:①定位焊縫應(yīng)距設(shè)計(jì)焊縫端部30mm以上，其長度為50～100mm;角焊縫定位焊縫的焊腳尺寸不得大于設(shè)計(jì)焊腳尺寸的1/2;②定位焊縫不得有裂紋、夾渣、焊瘤等缺陷，對于開裂的定位焊縫，必須在保證焊件組裝尺寸正確的條件下補(bǔ)充定位焊，并清除開裂的焊縫。

(2)埋弧自動(dòng)焊接:①埋弧自動(dòng)焊應(yīng)在距設(shè)計(jì)焊縫端部80mm以外的引板上起、熄弧;②在埋弧自動(dòng)焊焊接過程中，應(yīng)待焊縫稍冷卻后再敲去熔渣。敲渣部位到熔池的距離應(yīng)大于1m;③在自動(dòng)焊過程中不應(yīng)斷弧，如有斷弧則必須將停弧處刨成1∶5斜坡，并搭接50mm再引弧施焊，焊后搭接處應(yīng)修磨勻順;④單面焊雙面成型的焊縫應(yīng)在坡口背面貼嚴(yán)、貼牢工藝規(guī)定的陶質(zhì)襯墊;⑤對于錨箱的四條主焊縫、橫隔板與錨箱間的連接焊縫，焊后對焊縫進(jìn)行超聲錘擊處理;⑥圓柱頭焊釘?shù)暮附庸に噮?shù)(焊接電流、焊接時(shí)間、焊釘伸出長度和焊釘提升高度等)應(yīng)通過其焊接工藝試驗(yàn)確定，試驗(yàn)結(jié)果應(yīng)符合GB/T10433的規(guī)定。

(3)梁段間焊縫的焊接:①梁段經(jīng)檢查合格后方可進(jìn)行梁段間焊縫的焊接，施焊順序應(yīng)嚴(yán)格按焊接工藝規(guī)程執(zhí)行;②梁段間焊縫的焊接和焊接檢驗(yàn)應(yīng)符合規(guī)范及《韓土二號橋制作規(guī)則》的有關(guān)規(guī)定;③梁段間焊縫經(jīng)檢查合格后，按照先一側(cè)對接后角接，再另一側(cè)對接的順序焊接U形肋、板肋和球扁鋼嵌補(bǔ)件。

(4)焊接順序的確定:①橋位的焊接必須對稱焊，即以橋中心線為對稱，兩邊同時(shí)同方向施焊底板、頂板的對接焊然后再對稱施焊嵌補(bǔ)段焊縫。施焊底板、腹板對接焊時(shí)應(yīng)從下到上進(jìn)行;②具體部位的焊接順序:a．斜頂板與人行道板的焊接:采用CO2藥芯焊，先焊鋼箱梁內(nèi)側(cè)，焊縫焊完，再用埋弧自動(dòng)焊焊接外側(cè)，即保證熔透;b．斜頂板與頂板:先焊鋼箱梁里側(cè)焊縫，焊完后在鋼箱梁外側(cè)消跟，焊接箱外焊縫，保證焊縫熔透的要求，達(dá)到鋼箱梁密封的作用;c．頂板、底板縱向?qū)硬捎猛瑫r(shí)同方向焊接或者中間向兩側(cè)同時(shí)焊接;d．頂板對接焊縫焊接完成后，再焊接頂板與橫隔板的對接焊;

圖4 焊接順序圖

(5)考慮外界因素的施工工藝。現(xiàn)場單元板橋位拼裝作業(yè)不具備室內(nèi)條件，現(xiàn)場施工環(huán)境復(fù)雜，晝夜溫差大，風(fēng)荷載也會(huì)影響鋼箱梁線形。

①焊接選擇合理的合攏段的安裝時(shí)間;(每跨合龍段梁定位組裝選擇);

②進(jìn)行長度方向的溫差補(bǔ)償(對于固定基準(zhǔn)點(diǎn)定位尺寸，根據(jù)環(huán)境溫度變化情況進(jìn)行計(jì)算補(bǔ)償);

③考慮溫度對鋼箱梁的外形影響，當(dāng)定位鋼箱梁頂單元板板時(shí)，由于受到頂單元板板的遮蓋，日光不夠直接照射到底板，造成頂單元板板的鋼板溫度高于底板而變形，所以要預(yù)留橫向的焊接預(yù)留量。

圖5 陽光照射導(dǎo)致變形示意圖

④焊接焊接溫度對鋼箱梁的幾何尺寸和線形也有影響，故要預(yù)留焊接收縮量。(當(dāng)鋼板厚度在20mm以下時(shí)，焊縫平均收縮量約為0.1mm/m ×20m=2mm。)

⑤分析驗(yàn)算風(fēng)荷載對鋼箱梁接支架的側(cè)向推力，鋼箱梁拼裝就位時(shí)考慮位移預(yù)留量。

4 結(jié)語

鋼箱梁線形質(zhì)量是鋼箱梁外觀質(zhì)量的重要指標(biāo)之一，采用橋位支架單元板拼裝鋼箱梁的施工工藝具有工作面大，作業(yè)速度快，安全風(fēng)險(xiǎn)小，節(jié)約成本等諸多優(yōu)點(diǎn)，但是由于施工條件復(fù)雜，影響因素多，給橋梁線形質(zhì)量控制增加了很大的難度，施工前必須經(jīng)過細(xì)致縝密的規(guī)劃設(shè)計(jì)，充分考慮各種不利因素，施工過程中每一環(huán)節(jié)須加以嚴(yán)格控制，方能確保鋼箱梁整體線形質(zhì)量。

［1］《韓土二號橋施工監(jiān)控報(bào)告》．蘇交院檢(2010)－JG－01－2(4)．

［2］《公路工程質(zhì)量檢驗(yàn)評定標(biāo)準(zhǔn)》．JTG F80/1－2004．

［3］《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》．GB50017－2003．

［4］《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》．JTG/T F50 －2011．

［5］《公路橋鋼箱梁制造規(guī)范》．DB32/T 947 －2005．