鋼管混凝土拱橋鋼格子梁監造重點內容探討

作者簡介：

陳冠名（1995—），助理工程師，研究方向：鋼結構監造。

摘要：文章以平南三橋鋼格子梁的監造為例，介紹了鋼格子梁制造的工藝，探討了原材料進場復驗監理、鋼板下料及零件加工控制監理、單元件加工制造監理、總成匹配制造監理、焊接質量控制監理等方面的控制重點。

關鍵詞：平南三橋;鋼格子梁;監造

中國分類號：U448.34A451664

0 引言

20世紀末以來，中國橋梁建設速度越來越快，跨度也越來越長，超大跨度也成了現代橋梁建設的一個重要標志。在橋梁建設工程中，鋼管混凝土拱橋因其自身結構輕、用材少、跨度大、承載能力強、力學性能好等優點，被大跨度橋梁工程廣泛選用[1]。在鋼管混凝土拱橋諸多優勢的背后，其也因為施工難度大、技術復雜、跨度增加時經濟指標差等缺點讓很多工程建設者望洋興嘆[2]。鋼結構加工制造是鋼管混凝土拱橋建設中的重要工程，同時鋼格子梁的制造作為鋼管混凝土拱橋鋼結構加工中的重要內容之一，因其加工精度高、單元件裝配要求高、各種連接焊縫質量要求高等特點，對現代鋼管混凝土拱橋鋼結構監造工作提出了更高要求[3]。

1 工程概況

平南三橋鋼格子梁均采用“工”形截面鋼-混凝土組合結構。鋼混凝土組合橋面梁的鋼格子梁，其主縱梁、主橫梁下翼緣鋼板采用Q420qD-Z25材質的鋼板。全橋鋼格子梁共37個節段，南北岸各18個節段，另外中間還有一個匹配段（見圖1）。全橋鋼格子梁總重5 500 t，最重節段為南北岸的兩個第四節段，單個第四節段重139 t。平南三橋鋼格子梁制造分為廠內單元件制作、總成匹配制造、鋼格子梁工地安裝三個階段。各種單元件在工廠的專用胎架上進行制造，經總成拼裝成鋼格子梁節段，合格后涂裝、存放。采用水路將節段、構件由廠內存放區運至橋位進行吊裝，吊裝鋼格子梁線形調整到位后，完成工地安裝焊接工作。本文主要以平南三橋為例，介紹鋼格子梁廠內結構制造的監理控制內容。

2 鋼格子梁制造工藝

（1）鋼格子梁的制造施工工藝方案為單元件制造和總成匹配制造（見圖2）。

（2）本橋鋼格子梁零件下料切割采用的工藝方案為預加補償量一次下料。所有零件采用數控精密切割下料，下料完成后轉移到坡口專用平臺上采用半自動火焰切割機進行開坡口施工。

（3）單元件的制作都在專用胎架上進行。工序為：各零件、部件按線形組裝成單元件后施焊。

（4）格子梁拼裝工藝方案。格子梁拼裝胎架按三個以上吊裝節段匹配制造設計，胎架按橋面線形設計制造。在胎架上完成縱橫梁、人行道、車行道底板焊接及節段接頭連接件的匹配、鉆孔工作。

（5）廠內單元件焊接采用自動埋弧焊和CO2氣體保護焊。

（6）節段總成焊縫采用藥芯焊絲氣體保護焊接。

3 鋼格子梁制造全過程監理控制重點

3.1 原材料進場復驗

鋼結構加工的原材料進場復驗階段，監理方需檢查鋼板、焊接材料、半成品零件或者成品等的質保書是否齊全，并核對進場原材料的型號、牌號、規格等是否符合設計及規范的要求，核對質保書上材料的理化性能指標是否符合現行規范和標準的要求，檢查鋼板的外觀、尺寸、板厚等是否符合對應的現行規范和標準的要求，還需督促施工方及第三方檢測機構對鋼板進行超聲波無損檢查，并保證超聲波無損檢查的一次合格率達到規范要求。

3.2 鋼板下料及零件加工控制

下料過程中，監理主要采取抽檢的方式對鋼格子梁拼板的下料尺寸進行控制，使用鋼卷尺根據下料零件的零件號對應的設計尺寸進行抽檢，使用拉粉線的方式對下料鋼板表面平整度和對角線之差進行檢查，使用多功能角度尺對坡口角度和切割面垂直度進行檢查，采用目測的方法對局部缺口崩坑、鋼板表面缺陷、切割表面和坡口表面粗糙度等外觀項目進行檢查。后續工序中檢查各種單元件的幾何尺寸時，若出現因下料導致的偏差過大，應回頭對下料尺寸進行檢查和控制，并根據實際情況增加下料階段的抽檢及巡視比例。

3.2.1 監理人員可根據《鐵路鋼橋制造規范》（QC/R 9211-2015）[4]的相關要求檢查下料零件：

（1）焰切面質量符合表1的規定。

（2）切割面的硬度不超過HV350。

（3）對角線之差：2 m。

（4）加工樣板與正確形狀偏差：±0.5 mm。

（5）零件外形尺寸偏差：±1 mm。

3.2.2 鋼格子梁零件加工及矯正要求

（1）主橋格子梁縱梁腹板制孔采用搖臂鉆床或磁力鉆進行加工。

（2）所有過渡坡口采用刨邊機加工或火焰切割而成。

（3）在制造過程中零件及部件因加工產生變形，可采用熱矯正或機械矯正。其中橋面系縱橫梁翼板焊接變形采用型鋼校正機進行校正。

（4）零件及部件經過冷矯正后不得在表面留有明顯的凹痕和其他損傷。采用熱矯正時，矯正溫度控制在600 ℃～800 ℃，要求矯正后零件及部件要在空氣中自然緩慢地冷卻，降至室溫以前不得采用水急冷和錘擊。

3.3 單元件加工制造監理

3.3.1 單元件放地樣及胎架制作

3.3.1.1 放地樣檢查

放地樣是保證生產產品輪廓線形的重要工序。放地樣階段，監理人員檢查地樣坐標點是否符合單元件線形和地樣坐標要求，地樣坐標允許誤差應符合設計及規范要求，本橋控制在±1 mm。劃線階段，需根據構件的設計線形及地樣坐標點進行劃線施工，監理人員復核地標劃線是否與坐標點的連線重合。

3.3.1.2 胎架制作過程監理

（1）監理人員在胎架制作過程進行巡視，需確保搭建胎架的平臺基礎有足夠的承載力，且構件上胎后平臺本身不發生變形和沉降。

（2）胎架完工后，需檢查胎架是否有足夠的強度、剛度和結構完整性，以及胎架與地面基礎的連接點是否穩固，確保胎架能支撐分段的重量，以保證單元件裝配線形。

（3）核查胎架上是否按制造圖要求畫出分段中心線、接縫線、水平線、檢驗線等必要的標記。

（4）胎架支撐構件的接觸面標高是檢查的重點內容，監理需對胎架支承平面進行標高檢查，胎架標高的誤差允許范圍為±1 mm。其他胎架完工檢查項目還有胎架水平度、模板垂直度、模板型值位置、分段定位標記等。

3.3.2 單元件裝配檢查

單元件制作過程中，監理方需進行裝配報檢和完工驗收。裝配報檢是對單元件制造過程控制的手段之一，是焊接前對單元件幾何尺寸的控制。裝配報檢既要要求施工方按設計尺寸對單元件進行裝配，又要考慮焊接收縮的影響。主要檢查項目是單元件裝配的幾何尺寸、線形、拼板對接處的錯邊及間隙等。

3.3.3 單元件完工驗收內容及精度要求

完工檢查不僅需按照圖紙對單元件進行幾何尺寸和線形檢查，還需對單元件進行焊縫外觀、矯正及清磨檢查。涉及長度測量的采用鋼卷尺，角度測量采用角尺、角度模板，平面度測量采用靠尺或粉線與直尺，整體線形及單元件的長度和旁彎測量采用根據地樣吊線錘的方式，焊縫外觀檢查以目測為主，焊腳高度檢查采用多功能焊規。

3.3.3.1 外形尺寸檢查內容

（1）橫梁單元件的完工檢查內容有梁高、梁長、梁寬、梁腹板平面度、吊桿孔間距偏差、旁彎、工字梁蓋板對腹板角度、縱梁接頭間距等。各項指標允許偏差應滿足設計及規范要求。

（2）縱梁單元件的完工檢查內容有梁高、梁長、梁寬、梁腹板平面度、旁彎、工字梁蓋板對腹板角度、高強螺栓的孔群偏差（中心距）和兩相鄰孔距等。各項指標允許偏差應滿足設計及規范要求。

（3）人行道橋面板單元件完工檢查內容有長度、寬度、高度、對角線差、橫向平面度、縱向平面度、隔板間距、孔徑和孔距等。各項指標允許偏差應滿足設計及規范要求。

（4）車行道鋼底板單元件的完工檢查內容有長度、寬度、高度、對角線差、剪力鍵間距、剪力鍵垂直度、平面度等。各項指標允許偏差應滿足設計及規范要求。

3.3.3.2 焊縫外觀檢查

所有焊縫必須在全長范圍內進行外觀質量檢查，不得有裂紋、未融合、夾渣、未填滿和焊瘤等缺陷，并應符合《鐵路鋼橋制造規范》（QC/R 9211-2015）表4.9.12[4]的規定。

3.3.3.3 其他要求

無損檢測：符合設計及規范要求;

標記標識：完整、正確、清晰。

3.4 總成匹配制造監理

平南三橋鋼格子梁節段廠內制造采用“3+1”“4+1”“10+1”的匹配方式進行總成預拼裝匹配制造，要求至少采用3個及以上制造節段（根據施工場地和資源配置來選擇制造節段數量）加1個匹配節段的匹配制造方式。鋼格子梁總成預拼裝采取主體結構整體裝配定位后橫、縱梁交叉焊接的制造工藝，人行道橋面板、車行道鋼底板的裝焊和剪力釘焊接在橫、縱梁交叉焊接后施工，之后進行吊索預埋管裝焊施工，并以吊索預埋管定位整個鋼格子梁主體結構的位置，最后進行節段間高強螺栓栓接孔的鉆孔和匹配施工，高強螺栓栓接孔匹配完成后才能下胎清磨。在鋼格子梁節段的匹配制造過程中，監理應對總成鋼格子梁節段地樣坐標進行復測，并對節段胎架的標高和穩固性等進行檢查;對主體結構的裝配定位、矯正和完工進行檢查;對剪力釘進行焊接質量檢查;對高強螺栓連接面栓接孔匹配和高強螺栓施擰扭矩進行檢查。

3.4.1 總成放地樣及胎架完工檢查

內容與3.3.1節一樣，這里不贅述。

3.4.2 總成主體結構裝配定位測量

3.4.2.1 縱、橫梁單元件上總成胎架裝配定位檢查

（1）鋼格子梁下底板采用吊線錘對地樣的方式檢查工字梁單元件底板定位情況;鋼格子梁面板采用鋼卷尺來測量工字梁單元件頂板定位情況，允許偏差要根據設計及焊接收縮情況綜合考慮。同樣采用吊線錘對地樣的方法來測量縱、橫梁單元件的總長，翼緣板位置、旁彎等參數。

（2）采用鋼尺檢查對接縫的錯邊，允許誤差：Δ≤0.1 t（t為板厚），且≤2.0 mm。

（3）采用鋼尺檢查對接縫的間隙，焊接間隙應符合工藝及規范要求，如果出現超大焊縫要重新做超寬間隙的焊接工藝評定。

（4）總成標高檢查，根據工藝圖給出的各節點相對高程對格子梁面板的標高進行檢查，標高測量采用水準儀和塔尺。鋼格子梁節段標高允許誤差要求符合設計及規范的要求。

3.4.2.2 人行道橋面上總成胎架裝配定位檢查

（1）檢查人行道橋面板的邊線與橋面定位線的重合情況（人行道橋面板上總成前先根據圖紙在橫、縱梁上劃出定位線），重點檢查相鄰的人行道橋面板朝向跨中側的邊線是否在一條直線上。

（2）檢查人行道橋面板的平面度，橫向平面度允許誤差為2.0 mm，縱向平面度允許誤差為4.0 mm。由于人行道橋面板厚度較薄，并且有一定的焊接量，所以焊后還需進行火工矯正和平面度復測。

（3）檢查人行道橋面板底面加勁板的對接有無錯邊，及加勁板對接縫間隙的距離。

3.4.2.3 車行道鋼底板上總成胎架定位檢查

（1）車行道鋼底板邊線與橋面定位線的重合情況（車行道橋面板上總成前先根據圖紙在橫、縱梁上劃出定位線）。

（2）車行道鋼底板上部剪力鍵縱向及橫向對齊情況檢查，采用拉粉線的方式進行檢查，縱向要保證之后通常的能穿過剪力鍵，橫向要保證剪力鍵嵌補段安裝不錯邊。

（3）車行道鋼底板裝配檢查合格后允許施焊，焊接完成后進行上部剪力鍵嵌補段裝配檢查，用鋼尺檢查嵌補段裝配的錯邊情況，拉粉線檢查整個節段上部剪力鍵的直線度。

3.4.3 總成主體結構完工控制重點

3.4.3.1 鋼格子梁預拼外形尺寸完工檢查內容

鋼格子梁預拼外形尺寸完工檢查內容有預拼總長、梁高、中心線偏差、吊桿間距、吊點高差、橫梁及縱梁中心距、旁彎、相鄰兩縱梁端面對角線差、拱度等。各項指標允許偏差應滿足設計及規范要求。

3.4.3.2 鋼格子梁焊縫質量檢查

內容與3.3.3.2節一樣，這里不贅述。

3.4.3.3 其他要求

無損檢測：符合設計及規范要求;

標記標識：完整、正確、清晰。

3.4.4 剪力釘完工檢查項目和質量要求

（1）剪力釘位置允許偏差為±3.0 mm。

（2）剪力釘高度允許偏差為±1.5 mm。

（3）焊腳尺寸：擠出焊腳平均高度要求≥0.2 d（d為剪力釘直徑，下同），擠出焊腳最小高度≥0.15 d，擠出焊腳平均直徑≥1.25 d。

（4）彎曲試驗：使用榔頭對剪力釘進行錘擊，錘擊3%數量的剪力釘作30°彎曲。要求焊縫無裂紋。

（5）焊接前要求對焊接位置進行打磨，焊縫外觀要求焊腳飽滿、成形好。

3.4.5 高強螺栓孔

連接處高強螺栓孔通孔率要求100%通過較設計孔徑小0.75 mm的試孔器。

3.5 焊接質量控制監理

3.5.1 焊工進場控制

本項目所有上崗焊工上崗須具備國家承認的焊工資格證書，并按本項目《焊工考試大綱要求》進行上崗考試，焊工考試由駐場監理工程師組織。本項目上崗前焊工需進行埋弧自動焊、CO2氣體保護焊等科目的考試，通過駐場監理工程師考試后，按要求簽發上崗證。所有焊工均需持證上崗。

3.5.2 焊接質量控制

3.5.2.1 焊前控制

監理日常巡檢過程中，需檢查構件焊縫兩側30 mm范圍內是否打磨清理干凈，焊接前還需要求施焊人員對桿件進行預熱，預熱溫度為100 ℃～120 ℃（焊縫兩側80～100 mm區域內）。相對空氣濕度≥80%時，如果沒有相應措施，嚴禁焊接。

3.5.2.2 過程控制

（1）監理巡檢焊接施工過程中，如果發現焊縫出現裂紋應該及時處理并查明原因，隨后聯系施工方的工藝人員根據裂紋形成的原因制訂工藝方案，工藝方案形成后需報監理工程師審核，經監理工程師批準后才能實施。

（2）焊接過程應該嚴格按照本項目的《焊接作業指導書》施焊，監理應熟悉場內施焊部位坡口形式、裝配形式、焊接方式、焊縫要求等，并根據要求指導焊接作業和檢查焊縫外觀質量。

（3）施焊過程應該按照焊前打磨、預熱、除濕，焊接過程控制層間溫度和電流電壓，焊后保溫來操作。監理要對焊接過程進行巡視，如發現未按程序操作的應及時制止，并采取相對應的處理措施。

3.5.2.3 焊后控制

（1）監理需督促施工方對焊縫進行焊后保溫緩降處理，防止急冷出現收縮裂紋。

（2）焊后需對焊縫進行外觀質量檢查，內容與3.3.3.2節一樣，這里不贅述。

（3）監理方需督促施工方及第三方檢測機構對焊縫外觀無缺陷的單元件及鋼格子梁節段按設計和規范要求進行無損檢測，并要求焊縫無損檢測不合格的，返修次數不得超過2次。

4 結語

在中國橋梁建設施工中，鋼結構加工技術的發展有效地提高了橋梁的質量，也為大跨度橋梁的發展奠定了基礎。鋼格子梁的監造是鋼管混凝土拱橋監理的重要內容之一，也是決定鋼管混凝土拱橋最后能否順利通車的關鍵工程。作為監理工作者，應該秉承“嚴格監理、優質服務、科學公正、廉潔自律”的原則，把好鋼格子梁質量生產的大關。

參考文獻：

[1]趙志強.關于如何加強鋼結構施工質量措施的分析探討[J].科技風，2010（16）：190.

[2]徐玉生.有關鋼結構監理重點的分析[J].建材發展導向，2017，15（19）：95-96.

[3]張宏華.鋼管混凝土拱橋上部結構監理要點[J].科技創新導報，2008（7）：67-68.

[4]QC/R 9211-2015，鐵路鋼橋制造規范[S].

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