裝配式鋼—混組合連續(xù)梁之槽型鋼箱梁制造技術(shù)

田利中 束新宇 顧志忠 付文東

裝配式鋼—混組合連續(xù)梁之槽型鋼箱梁制造技術(shù)

田利中 束新宇 顧志忠 付文東

本文結(jié)合臨汾市濱河西路與彩虹橋、景觀大道立交橋項目，介紹了槽型鋼箱梁廠內(nèi)分梁段制造采用標準化、模塊化生產(chǎn)，多聯(lián)連續(xù)匹配組裝、焊接和預(yù)拼裝同時完成的長線法施工技術(shù)。其施工方法及措施對同類槽型鋼梁采用加工廠分梁段制造具有一定的參考價值。

槽型鋼箱梁；廠內(nèi)制造；標準化；模塊化；預(yù)拼裝

1.前言

隨著我國交通事業(yè)的發(fā)展，鋼橋的建造數(shù)量不斷地增加，特別是城市高架橋?qū)蛄和庥^造型、經(jīng)濟實用性等方面要求也越來越高。因城市高架橋施工場地受限，工期緊張，采用常規(guī)現(xiàn)澆箱梁橋、預(yù)制梁橋很難滿足其要求，裝配式鋼-混組合梁在這方面有著獨特的優(yōu)勢。臨汾市濱河西路與彩虹橋、景觀大道立交橋項目考慮到施工期間不能阻斷橋下交通同時兼顧經(jīng)濟性，鋼箱梁所有構(gòu)件均在工廠制作，經(jīng)試拼合格后運往現(xiàn)場進行吊裝。該施工方法充分提高了鋼箱梁制造質(zhì)量，具有標準化、模塊化、精細化生產(chǎn)、裝配式施工的特點，大大縮短了鋼箱梁生產(chǎn)周期，具有很高的經(jīng)濟技術(shù)優(yōu)勢，符合國家大力發(fā)展裝配式建筑和倡導(dǎo)的“綠色低碳、節(jié)能環(huán)保和可持續(xù)發(fā)展”及“工業(yè)化”的建設(shè)要求，與我國“十三五”優(yōu)先啟動國家重點研發(fā)任務(wù)研究方向切合。槽型鋼箱梁梁段加工制造是整個橋梁建設(shè)中關(guān)鍵的項目，正確的施工工藝、施工方法對提高工程質(zhì)量、加快生產(chǎn)進度、提高經(jīng)濟效益都具有十分重要的作用。

2．工程概況

臨汾市濱河西路與彩虹橋、景觀大道立交橋項目位于山西省臨汾市堯都區(qū)劉村鎮(zhèn)，上部結(jié)構(gòu)采用鋼-混組合箱梁，下部結(jié)構(gòu)為框架墩+承臺+樁基的結(jié)構(gòu)形式。橋梁全長2587.5米，工程總投資5.8億元，是國內(nèi)目前整體規(guī)模最大的鋼-混凝土組合箱梁橋，橋梁選用Q345qD橋梁專用鋼，用鋼量1.37萬噸，共由4座橋組成分別為：濱河西路主線高架橋，橋面采用雙向6 車道設(shè)計，橋梁寬度24.0m，橋梁全長1498.5米；規(guī)劃九路主線高架橋，橋面采用雙向4 車道設(shè)計，橋梁寬度17.5m，橋梁全長242.0米；景觀大道A匝道橋，橋面采用單向兩車道設(shè)計，橋梁寬度9m，局部小半徑加寬到10.4m，橋梁全長549.0m米；景觀大道B匝道橋，橋面采用單向兩車道設(shè)計，橋梁寬度9m，局部小半徑加寬到10.4m，橋梁全長298.0m米。

以濱河西路主線高架橋為例：鋼箱梁采用開口槽型斷面，4m一個基本梁段，均高1.40m，上覆混凝土板厚0.35m。槽型鋼梁截面為單箱四室，鋼梁橫向采用腹板豎肋+頂?shù)装鍣M肋的橫隔板結(jié)構(gòu)形式。橋上翼緣板寬0.60m，厚度t=26mm；下底板寬16.00m，厚度t=20mm；兩側(cè)腹板均高1.45m，厚度t=16mm。在局部位置對頂板進行加厚。鋼箱梁橫向采用腹板豎肋+頂?shù)装鍣M肋的橫隔板結(jié)構(gòu)形式。橫隔板的間距墩頂為1.00m，跨中為2.0m。濱河西路高架橋橫斷面圖詳見圖1。

3．施工工藝流程說明

3.1 梁段劃分

槽型鋼箱梁制造時由于吊裝和運輸?shù)膯栴}，需要對整體結(jié)構(gòu)進行縱向分割和橫斷面分割，分割時應(yīng)考慮以下因素：可供應(yīng)鋼板的最大長度和寬度，以利于減少拼接焊縫工作量；廠房大小及起吊能力；便于組成穩(wěn)定的構(gòu)件，便于組裝和施焊，避免或減少仰焊；滿足長距離運輸要求等。綜合考慮以上因素，濱河西路高架橋槽型鋼箱梁采用橫向分割，每4米作為一個標準梁段，如圖1所示。

圖1 標準梁段槽型鋼箱梁示意圖

3.2工藝流程圖

槽型鋼箱梁制造工藝流程如圖2所示。

圖2 槽型鋼箱梁制造工藝流程

3.3 工藝補償量設(shè)置

工藝補償量設(shè)置原則：從鋼板下料開始直至鋼箱梁制作完成的全過程，對每個環(huán)節(jié)都充分考慮焊接，修整對零部件尺寸的影響，使得每個部件最大限度的保持在設(shè)計的位置和尺寸上。濱河西路高架橋槽型鋼箱梁工藝補償量設(shè)置如表1所示。

表 1 工藝補償量

4.反變形胎架制作

槽型鋼箱梁總體拼裝采用多聯(lián)連續(xù)匹配組裝、焊接和預(yù)拼裝同時完成的長線法施工技術(shù)，槽型鋼箱梁胎架基礎(chǔ)必須有足夠的承載力，確保在使用過程中不發(fā)生沉降，并要有足夠的剛度，避免在使用過程中變形。搭設(shè)胎架時縱向是根據(jù)設(shè)計圖上提供的數(shù)值來設(shè)線型，橫向是根據(jù)橫隔板預(yù)設(shè)反變形量設(shè)置線型，縱橫向的制作線形均通過調(diào)整調(diào)節(jié)塊高差來實現(xiàn)。胎架外設(shè)置獨立的基線、基點，形成測量控制網(wǎng)，以便隨時對胎架和梁段線形進行檢測。每輪次梁段下胎后，應(yīng)重新對胎架進行檢測，做好檢測記錄，確認合格后方可進行下一輪次的組拼。胎架搭設(shè)如圖3所示，胎架搭設(shè)要求如下：

圖3 槽型鋼箱梁制作胎架圖

4.1 場地硬化，將整個拼裝場地整平后澆筑20cm厚C30混凝土。

4.2 按全橋線型在平臺上劃出橋梁整體兩側(cè)的頂板邊線、底板橫向分段線及縱向邊線、腹板中心線的地樣線。

4.3 按照地樣線及胎架布置圖要求布置胎架，設(shè)置成橋線型的整體制作胎架，并對胎架、地樣線提交報檢。

4.4 每檔橫向水平胎架設(shè)置9～12檔，支撐點間距不小于梁體底板寬度，橫向水平胎架圓管之間需采用不少于3檔的板條連接固定。每塊胎架地腳板四個方向采用D16×200的膨脹螺栓焊接固定。

4.5 每檔胎架橫向水平面用調(diào)節(jié)塊調(diào)平，調(diào)節(jié)塊與模板的連接距離不小于150mm。調(diào)節(jié)塊如圖所示均勻布置，且每檔不得少于17塊。

4.6 縱向根據(jù)箱梁每聯(lián)長度設(shè)置不少于75檔的橫向支撐胎架，每2-3個大梁段之間理論上設(shè)置350mm的開檔間距，有合攏的地方設(shè)置450mm的開檔間距便于人進出施工。

5. 單元件下料組裝

5.1 號料下料

5.1.1 零件放樣下料，采用CAD電腦軟件對鋼箱梁各構(gòu)件進行精確放樣，部分結(jié)構(gòu)復(fù)雜部位結(jié)合立體圖進行立體放樣，繪制各構(gòu)件零件詳圖，作為繪制下料套料圖及數(shù)控編程的依據(jù)。放樣時按工藝要求預(yù)留制作和安裝焊接收縮補償量、加工余量及線形調(diào)整量。

5.1.2 號料及下料號料前核對鋼材的牌號、規(guī)格、材質(zhì)等相關(guān)資料，檢查鋼材表面質(zhì)量。號料嚴格按工藝套料圖進行，保證主要構(gòu)件受力方向與鋼材軋制方向一致。對鋼板及大型零件的起吊轉(zhuǎn)運采用磁力吊具，T型肋、扁鋼加勁板等采用專用吊具起吊，保證鋼板及下料后零件的平整度。底板矩形零件采用數(shù)控火焰切割下料，圓弧異形零件、腹板零件、匝道橋頂板、底板、橫隔板等異形或較小規(guī)格的零件均采用等離子切割下料。每下料10張鋼板需對切割設(shè)備精度進行檢查，符合要求后才能進行后續(xù)切割下料；需對每張鋼板下料零件的首件進行驗收，合格后才能后續(xù)下料。數(shù)控切割時，每張鋼板的首個零件切割完畢后應(yīng)及時檢查尺寸，發(fā)現(xiàn)偏差較大應(yīng)及時反饋給工藝，調(diào)整割縫補償?shù)膮?shù)，確保數(shù)控下料的零件尺寸符合要求。

圖 4 零件尺寸驗收

圖 5 數(shù)控等離子下料

5.2 板單元件生產(chǎn)

單元件制作質(zhì)量直接決定槽型鋼箱梁的制作質(zhì)量，甚至影響全橋質(zhì)量，因此單元件裝配精度、焊接質(zhì)量、變形控制及矯正顯得尤為重要，為此，在板單元件生產(chǎn)線上設(shè)置專門的工序和設(shè)備工裝，保證裝配精度和焊接質(zhì)量，控制和矯正焊接變形。單元件制造及分段總裝過程中，組裝前徹底清除待焊區(qū)的鐵銹、氧化皮、油污、水分等有害物，使其表面露出金屬光澤。組裝前的清除范圍見圖6。

圖6 組裝前的清除范圍（單位：mm）

5.3 底板單元件制造

底板采用半自動火焰切割機開單面坡口，焊縫坡口角度60°，坡口留根尺寸6mm，兩塊對接地板的裝配間隙1mm。底板拼接在專用反變形平臺上進行。拼接控制零件的四邊尺寸及對角線尺寸誤差不超過3mm，保證零件的平整度滿足要求。采用CO2氣體保護焊打底，埋弧自動焊蓋面的方式進行焊接。拼接焊縫為全熔透一級焊縫，焊后應(yīng)打磨光滑勻順，所有焊縫經(jīng)超聲波和射線探傷檢驗合格后方可進行后續(xù)加工。

5.4 腹板單元件制造

5.4.1 腹板單元件制造工藝流程：來料檢查→劃線→裝焊上翼緣板→組裝縱向加勁肋→組裝T型、I型豎肋→焊接、火焰矯正。

5.4.2 腹板單元件制作工藝要點：（1）劃線前檢查腹板坡口的朝向，依據(jù)施工圖的尺寸數(shù)據(jù)先開出腹板單元兩端的角尺線，以角尺線為基準，劃出單元件縱、橫向基準線，加勁肋裝配線，一端的余量線及縱肋端口線。縱向基準線的兩端頭均需采用樣沖標記。每處樣沖眼數(shù)量應(yīng)不少于三個。（2）組裝上翼緣板時控制翼緣與腹板的角度（借助定位卡板或加筋肋）。采用CO2氣體保護焊進行焊接，焊后矯正。上翼板有薄厚板拼版對接的，應(yīng)先進行零件拼版對接，再組立，薄厚板對接上面平齊。翼腹板組合焊縫兩端80mm范圍不焊。（3）組裝縱肋、T型肋、I肋時要保證與腹板的垂直度，合格后采用CO2氣保焊或手工電弧焊按點焊工藝要求進行點焊固定。（4）焊接時在船型位置或亞船型位置焊接并嚴格按照《焊接工藝規(guī)程》中的要求焊接。火焰矯正溫度控制在600℃～800℃，嚴禁過燒、直接錘擊或水冷。

圖 7 腹板單元件分解圖 圖 8 腹板單元件組成圖

5.5 隔板單元件制造

5.5.1 隔板單元件制造工藝流程：來料檢查→劃線→組裝上翼緣板→組裝人孔及加勁肋→焊接、火焰矯正。

5.5.2隔板單元件制作工藝要點：（1）劃線前檢查坡口的朝向，對需要拼板的橫隔板先在反變形平臺上進行拼板焊接，且對焊縫打磨探傷合格后，依據(jù)施工圖的尺寸數(shù)據(jù)劃線。（2）組裝上翼板時嚴格控制上翼板與隔板的角度。對線組裝人孔補強圈及加勁肋。（3）嚴格按照《焊接工藝規(guī)程》中的要求進行焊接。焊縫打磨光順且探傷檢驗合格。火焰矯正溫度控制在600℃～800℃，嚴禁過燒、直接錘擊或水冷。

圖 9 隔板單元件分解圖 圖 10 隔板單元件組成圖

6．梁段分段匹配制造

6.1 槽型鋼箱梁匹配組裝說明

根據(jù)槽型鋼箱梁的結(jié)構(gòu)特點采用“正造法”進行組裝即以胎架為外胎，以橫隔板為內(nèi)胎，以箱梁底板為胎架面板，各板單元按縱、橫基線進行精確定位，在整體組焊胎架上進行多聯(lián)匹配組焊和預(yù)拼裝。工藝流程為“底板單元件定位、臨時固結(jié)→底板縱向加勁肋定位→中腹板、次中腹板單元件定位→隔板單元件定位→邊腹板單元件定位→焊接、矯正→解除臨時固結(jié)、矯正→預(yù)拼裝”。

6.2 槽型鋼箱梁整體組焊過程及施工要求

6.2.1 定位底板單元件：（1）底板的縱、橫向定位基準線與地樣線對齊。（2）底板定位從中間朝兩側(cè)分中定位，定位時采用壓箱輔助的方法使底板與胎架調(diào)整塊貼合，并用點焊將底板與胎架調(diào)整塊之間剛性連接固定。如圖11所示。

圖 11 底板定位圖

6.2.2 劃線定位底板縱向I肋：（1）依據(jù)施工圖的尺寸數(shù)據(jù)先開出底板縱向兩端的角尺線，以角尺線為基準，劃出單元件縱、橫向基準線，加勁肋定位線，縱向無坡口一端的余量線（合攏段）及縱肋端口線。縱向基準線的兩端頭均需采用樣沖標記。每處樣沖眼數(shù)量應(yīng)不少于三個。以縱向加筋定位線裝配板肋。（2）底板與I肋的焊縫嚴格按《焊接工藝規(guī)程》，從中間朝兩邊采用CO2角焊機對稱焊接，對焊縫打磨光順。（3）為方便腹板與底板間的焊縫探傷，與腹板相鄰的縱肋此時不裝焊。如圖12所示。

圖12 底板縱向加勁肋定位圖

6.2.3 中腹板定位：（1）根據(jù)底板上的腹板定位線確定腹板單元件的位置，從中間朝兩邊分中組裝腹板。（2）注意控制腹板與底板的垂直度以及與底板端口的位置關(guān)系。（3）腹板組裝時需采用角鋼支撐臨時點焊固定兩側(cè)，防止零件傾覆。見圖13中腹板定位圖。

圖 13 中腹板定位圖

6.2.4 定位中間隔板：（1）橫隔板單元件對線組裝。注意控制橫隔板與底板的垂直度及橫隔板外側(cè)邊緣與腹板定位線的位置關(guān)系。（2）橫隔板組裝時需采用角鋼支撐或鋼條臨時點焊固定橫隔板兩側(cè)，防止零件傾覆。見圖14中腹板定位圖。

圖 14 中腹板定位圖

6.2.5 順次定位次邊腹板和邊隔板：按照第6.2.3、6.2.4的順序依次定位次邊腹板和邊隔板。見圖15隔板定位圖。

圖 15 隔板定位圖

6.2.6 定位邊斜腹板：（1）定位邊腹板單元件，注意控制腹板與底板間的夾角。（2）邊腹板單元件為傾斜零件，需采用角鋼支撐或鋼條臨時點焊固定橫隔板兩側(cè)，防止零件傾覆。并在邊腹板外側(cè)用角鋼支撐固定。見圖16邊斜腹板定位圖。

圖 16 邊斜腹板定位圖

6.2.7 焊接隔板與底板、腹板、頂板，以及腹板與底板的焊縫：（1）腹板定位合格后，焊接腹板、隔板橫肋與底板間的焊縫。（2）分段長度方向腹板與底板現(xiàn)場兩端200mm范圍內(nèi)的焊縫不焊。（3）焊接腹板與底板、隔板與底板間的焊縫。嚴格按照《焊接工藝規(guī)程》中的要求按先立焊后平焊、先中間后兩邊的順序?qū)ΨQ施焊。所有焊縫100%無損探傷合格后方可進行下道工序施工。見圖17隔板與底板、腹板、頂板裝焊圖。

圖17 隔板與底板、腹板、頂板裝焊圖

6.2.8 穿插組焊與腹板相鄰的底板縱肋，裝焊T型橫梁，焊接頂板剪力釘、和吊耳：（1）裝焊與腹板相鄰的底板縱肋及T型橫梁，焊縫表面不得有氣孔、咬邊、焊腳尺寸和焊縫余高符合設(shè)計要求、焊波高差≤2.0mm。（2）焊接頂板剪力釘，圓柱頭剪力釘焊完之后，及時敲掉剪力釘周圍的磁環(huán)進行外觀檢驗。焊釘?shù)捉菓?yīng)保證360°周邊擠出焊腳。每100個圓柱頭焊釘至少抽一個進行彎曲試驗。（3）吊耳材質(zhì)為Q345Qd，板厚為20mm。吊耳設(shè)置在腹、隔、翼緣板三板十字交叉處。吊耳與鋼箱梁頂板連接采用雙坡口全熔透焊接，坡口角度為60°，板孔孔徑為50mm，耳板外緣有效半徑為120mm，吊耳長度L為250mm。焊接時要處理好焊縫包角。

圖18 中橫梁、剪力釘、裝焊圖

6.2.9 預(yù)拼裝：（1）預(yù)拼裝前先解除臨時固結(jié)和其它約束，使梁段處于自由狀態(tài)。（2）預(yù)拼裝檢查項有縱向線形、吊點中心距偏差、吊點縱距累加長度、扭曲、吊裝梁段端口匹配情況等。所有項目的檢查應(yīng)避免日照影響，并記錄環(huán)境溫度。

6.2.10 分段拆分：（1）橋梁箱體分段采用千斤頂輔助拆分，分段拆分后將支座鋼板裝焊在底板上；（2）在中間腹板一端距端頭500mm、豎直中間高度位置處，用鋼印打出構(gòu)件編號。見圖19分段拆分圖。

圖 19 分段拆分圖

6.2.11 細部打磨：（1）將焊道周圍的飛濺、焊渣打磨干凈。（2）將組立時電焊固定的焊疤打磨光順。（3）將所有外露自由邊直角處打磨成R＞2mm的圓角，以保證涂裝的質(zhì)量。

6.2.12 梁段轉(zhuǎn)運：（1）普通分段（重量約≤25T）轉(zhuǎn)運采用桁架吊車與液壓平板車的方式；（2） 中間支座橫梁分段（重量≥34T）轉(zhuǎn)運采用160T汽車吊+32T雙桁車吊+液壓平板車的方式。（3）分段吊運過程中采用直徑不小于φ36的鋼絲繩和單個起重不小于25噸的卸扣。

7.拋丸除銹

7.1 拋丸除銹工藝要求

7.1.1 拋丸前清除工件表面殘留的焊渣、焊瘤、飛濺等雜物，用脫脂劑擦除基體表面油漬，對于較大面積的浮塵，應(yīng)用干燥的壓縮空氣吹掃干凈。

7.1.2 采用粒徑為0.5-1.5mm，顆粒大小均勻、干燥、無油污等任何污染石英砂作為磨料，每次裝砂時，都要先過篩分選，如發(fā)現(xiàn)磨料有結(jié)塊、銹蝕嚴重的，必須清除。

7.1.3 用搖表測定環(huán)境大氣的相對濕度，濕度必須低于85%，基體表面溫度不低于露點以上3℃。

7.1.4 壓縮空氣工作壓力為0.4-0.6Mpa；噴嘴到基體金屬表面距離為100-300mm；噴射方向與基體金屬表面法線的夾角為15-30度。

7.2 拋丸操作要領(lǐng)及質(zhì)量要求

7.2.1 裝砂時，應(yīng)先關(guān)閉砂罐下面的出砂閥門，再關(guān)閉進砂罐和噴砂槍的進氣閥，然后調(diào)節(jié)砂罐頂部放空閥，確認砂罐內(nèi)壓力為零后，再打開砂罐上的裝砂蓋向罐內(nèi)裝砂。裝砂后，先關(guān)閉裝砂蓋，再關(guān)閉放空閥，然后打開進氣閥，確認噴砂準備工作就緒后，方可打開砂罐下面的出砂三通旋塞。

7.2.2 噴砂時，應(yīng)調(diào)節(jié)三通處旋塞，控制出砂流量，噴槍不得朝向任何人員；持槍人員與控制砂門人員之間應(yīng)有簡單明了的信號聯(lián)系；操作人員必須全身防護。噴砂完畢，及時清理金屬噴砂面砂粒，并用干燥無油的的壓縮空氣吹凈表面灰塵，清理后的噴砂表面不得用手觸摸，以免造成噴砂面的污染。

7.2.3 質(zhì)量評定：噴砂后金屬基體表面清潔度應(yīng)達到GB8923-88中的相應(yīng)級別，鋼箱梁內(nèi)表面達到Sa2.5級，外表面達到Sa3.0級。粗糙度宜Rz40-80μm。

8. 噴涂油漆

8.1 油漆施工工藝要求

8.1.1 油漆施工在車間內(nèi)進行，將所有現(xiàn)場接口處50mm范圍內(nèi)和挑梁連接的現(xiàn)場焊縫兩側(cè)50mm范圍包紙保護不涂裝。

8.1.2 油漆噴涂宜在沖砂處理完成后的4h內(nèi)完成，當環(huán)境相對濕度不大于60%時，可以適當延長，但最長不應(yīng)超過12h；不管停留多長時間，只要表面出現(xiàn)返銹現(xiàn)象，應(yīng)重新除銹。

8.1.3 對焊縫部位、夾角部位和不宜噴涂部位進行預(yù)涂裝。

8.1.4 涂料應(yīng)充分攪拌均勻后方可施工，對于雙組份或多組分涂料，應(yīng)先將各組分別攪拌均勻，再按比例配制并攪拌均勻。混合好的涂料應(yīng)按產(chǎn)品說明書的規(guī)定熟化。涂料的使用時間應(yīng)按產(chǎn)品說明書規(guī)定的適用期進行。

8.1.5 每道涂層的時間間隔應(yīng)符合材料供應(yīng)商提供的技術(shù)要求，超過最大重涂間隔時間時，應(yīng)進行拉毛處理后涂裝。

9 .結(jié)語

鋼箱梁廠內(nèi)制造采用了標準化、模塊化的生產(chǎn)方式，大量使用精密自動化設(shè)備，提高了下料、焊接、組裝精度，減少了人的因素從而提高了整個橋梁工程制造及安裝質(zhì)量，加快了現(xiàn)場安裝速度。廠內(nèi)制造和現(xiàn)場土建工程同步施工，縮短了施工周期。解決了城市橋梁工程施工現(xiàn)場場地狹小的問題，同時實現(xiàn)了節(jié)能減排、降本增效，取得了良好經(jīng)濟和社會效益。

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(作者單位：中建交通建設(shè)集團有限公司)

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