鋼桁橋梁鋼結構制造中技術管理與質量控制分析

文/章黃

1 工程概況

金安金沙江大橋（見圖1），上部結構為主跨1386m的單跨雙絞板桁結合式鋼桁梁懸索橋，主纜采用三跨布置，理論主纜跨度（330m+1386m+205m），橫向纜距27m，上部結構為鋼板結合桁架梁設計主桁架采用帶豎腹桿的華倫式結構，桁高9.5m，標準節間長10.8m。設計道路雙向四車道高速公路，計算行車速度80km/h，橋型布置。

圖1 金安金沙江大橋效果圖

主橋鋼桁梁全長約1386m,鋼桁梁包含鋼桁架和正交異性鋼橋面板兩部分，板桁結合。橋面板與鋼桁架通過拴接焊結合方式組成整體。鋼桁梁主體結構采用Q345qD、Q420qD 鋼材，工程總量約1.5 萬t。鋼桁梁整體節段圖（見圖2）。

圖2 鋼桁梁整體節段圖

工程施工技術是鋼桁橋梁建設過程中核心環節，做好施工技術管理控制能夠保證工程施工質量。從科學發展管理層面講，積極運用先進的技術，對傳統的施工技術加以改進，實施好鋼桁橋梁施工技術控制，既能降低橋梁建設的質量安全風險，又能延長橋梁服役后的使用壽命，確保每一個施工環節達到國家標準，最終為工程順利建設提供支撐。

2 鋼桁橋梁工法管理

下弦桿結構組成：腹板、上蓋板、下蓋板、節點板、橫梁接頭板組成（見圖3）。

圖3 下弦桿結構示意圖

3 鋼桁橋梁制造管理

3.1 制造技術文件編制、評審管理

針對鋼桁梁圖紙尺寸及相關標準、規范要求，編制了相應的工藝技術文件、驗收規則、拼裝方案等以指導現場鋼桁梁施工，工藝技術文件均經過業主代表及駐地監理工程師的認可。項目開工前針對結構特點、對各種焊接接頭進行了分類和匯總，結合《施工設計圖紙》《公路橋涵施工技術規范》(JTGT 3650—2020）和可實施的焊接方法，確定能夠覆蓋全部焊接接頭的接頭形式共計45 組。按照評定標準進行檢驗，力學性能、宏觀金相等檢驗項，編寫專項總結報告并通過專家會議組評審[1]。

3.2 崗前質量技術培訓措施

開工前，對參建人員進行了質量技術交底，質量交底的內容包括：預拼裝測量控制網設置，鋼桁梁總拼過程中精度的要求、報驗停止點，產品試板的要求，質量控制的重點、難點，出現質量問題的處理流程以及制作過程中涉及的檢查方法等。

對現場施工人員進行了工藝流程及重點、難點的技術交底。通過技術交底全面、系統地介紹了裝配定位原則及精度要求，詳細說明了各類工裝的使用方法，以及在結構轉運、吊裝、翻身工藝方案及注意事項等。

3.3 制造關鍵技術管理與質量措施

3.3.1 開工前的控制措施

鋼桁梁原材料經監理驗收合格，并做好相應的復驗合格后使用，確保原材料的可追溯性。對于進場的檢測儀器、設備，均嚴格按照要求進行計量合格后，并在規定的有效期內使用。對胎位處的地基的沉降進行了監控，監控頻率控制在每月2～3 次，預拼裝胎架最大沉降為3mm，滿足拼裝胎架要求，后續也將持續觀測。

3.3.2 弦桿制造技術

弦桿為雙節點的箱型桿件構造，最大長度10.8m，焊縫長度較長，節點板開擋尺寸、桿件直線度等都是重點控制項。將節點板、腹板分別高精度數控下料，預留焊接收縮量，埋弧自動焊施焊對接焊縫，拼縫后修正節點中心線，有效控制板件焊接變形，兩端預留切割余量，確保箱型桿件最終直線度成型；箱型桿件制作完成后兩端配切，確保桿件長度。弦桿兩端孔群均采用“后孔法”，利用三維數控鉆床同時鉆制孔群，頂底板孔群以已鉆腹板孔為基準劃線卡樣板鉆制，有效控制孔群精度。

3.3.3 桿件裝焊尺寸控制和測量

為了有效控制箱口尺寸的精度采用如下工藝措施：對于各種零部件，根據結構特點并借鑒以往經驗，設計制造了一批專用的組裝胎架、焊接胎架等工裝。設置合理的工藝量，并精確控制各工序的過程控制精度。編制合理的焊接工藝并采取預變形等措施控制焊接、修整等變形。如火焰加熱法在焊接前對節點板懸出部位進行焊接反變形，保證了箱口尺寸和平面度要求。

3.3.4 桿件焊縫無損檢管理

桿件的焊縫無損探傷嚴格按照驗收規范進行，并經監理以及第三方檢測單位確認合格。

3.3.5 桿件制孔控制和測量

成品桿件采用數控型鋼龍門移動式三維鉆床制孔，其加工精度規格為（0.04+0.004L）mm，16m 內最大誤差0.1mm，最大加工桿件長度16m，使得桿件制孔精度尺寸得到保證，桿件孔群尺寸經測量符合驗收要求。

3.3.6 制孔控制與測量

弦桿有多向連接關系、連接關系復雜，未滿足標準要求，將會直接影響橋位安裝及成橋線形。為了確保達到孔群精度要求，根據該橋特點，采取如下工藝措施：以后孔法工藝為主，先孔法為輔的制孔，避免焊接變形、矯正變形的影響，提高制孔精度。采用專用劃線平臺儀器劃線工藝，同時對超長極邊孔群設置了鉆孔校準線，預防數控鉆床意外出錯。設計高精度的制孔工藝裝備，包括鉆孔樣板、鉆孔胎架等，采用數控鉆、搖臂鉆及磁力鉆相結合的鉆孔工藝。

3.3.7 桿件完工控制和測量

按照《工程質量驗收制度》規定：采用鋼卷尺、彈簧秤、磁力座、專用平尺、游標卡尺和專用檢測樣板等,按照100%對桿件各項檢驗指標,依據制造驗收規則規定項和允許偏差進行測量與報檢，試裝桿件各項檢測均合格[2]。

3.3.8 斜桿接頭板的控制措施

斜桿接頭板的角度和孔群關系直接影響到后續斜桿、上弦桿的安裝，為保證其角度和孔群關系的精度，采取了相應措施即利用已制孔的節點板上孔群精密劃線組裝斜桿接頭板，同時利用專用定位樣板（沖釘和螺栓定位），保證斜桿接頭板與節點板的相對孔群關系。

3.4 桁架梁預拼胎架的制作控制和測量

在鋼桁梁預拼裝胎架施工過程中,首先對拼裝胎架的測量地樣線、標高控制網、胎架縱、橫基準線進行設置。定位地樣線用全站儀進行放樣和測量，高程在胎架周邊運用水準儀布置標高基準點以形成標高測量控制網，橫向基準線運用激光經緯儀定位出梁段底板的定位基準線。根據地樣線搭設胎架，對胎架的線型及端面尺寸進行測量，合格后報驗監理等單位驗收。驗收合格后方投入使用。

4 鋼桁梁拼裝質量工藝應用情況

為確保鋼桁梁段順利拼裝，根據現場實際施工條件，編制了包括桿件轉運、拼裝調整等一系列過程的工藝技術方案。負責項目實施的生產、技術和質量控制人員對拼裝節段轉運及全過程進行了跟蹤指導和監督。

根據鋼桁梁拼裝施工狀態及測量數據總結：

利用三維鉆床鉆孔設備，制孔精度高，鉆孔準，通孔率100%，首輪產品質量穩定可靠，進一步驗證了鋼主梁總拼工藝施工方案合理；優化后的施工工藝可進一步提高產品質量，在立體化交叉作業過程中可以更好地利用車間現有人力、物力資源，施工效率可以得到有效地提高；合理地制作工藝結合了所配置的自動化、機械化焊接設備，可以很好地保證產品制作精度及質量要求；檢測手段、檢驗記錄表格能夠滿足質量管理要求，各工序質量均能達到制造規則要求；鋼桁梁節段預拼裝過程中的制造、轉運、存放等過程，對涉及安全、環保、人員健康的危險源進行了有效識別，HSE 管理體系覆蓋全面，運轉有效。

從總拼胎架布設開始，按照制造線型設置預拱度，從支墩標高、下橋面板塊頂面標高、主桁片下弦桿頂板標高幾個方面，逐級控制大節段總拼線型，通過測量網控制大節段立體總拼過程中橋面板塊基線間距、主桁片節點間距、桁高、桁寬、對角線差、節段環口匹配度等項點，有效控制大節段整體總拼制造精度。

5 結語

“逢山開路，遇水搭橋?！薄笆濉逼陂g，我國綜合國力和自主創新能力不斷增強，橋梁設計建設水平不斷提升，多項施工記錄位居世界第一。

在橋梁建設過程中，橋梁質量直接對民眾的人身和財產安全帶來一定的影響。在實際的施工中，鋼桁梁制造是工程建設過程中的關鍵環節，其在工廠內制造更容易科學管理，雙整體節點桿件制作、特殊部位焊接、大節段精度控制等更具備優勢，經過努力與逐步探索為國家橋梁建設工程創造出更有利的條件，為經濟社會發展發揮重要作用。