（福建省交設(shè)工程試驗(yàn)檢測(cè)有限公司，福建 福州 350000）

鋼結(jié)構(gòu)在現(xiàn)代建筑中的應(yīng)用范圍非常廣泛，它具有跨度大、造型豐富和工期短等特點(diǎn)。在鋼結(jié)構(gòu)中，焊接是非常重要的，尤其是關(guān)鍵部位的焊接?？梢哉f(shuō)，焊接質(zhì)量的好壞直接影響到整個(gè)工程的質(zhì)量?？墒窃诂F(xiàn)場(chǎng)施工時(shí)，受人為和外界等因素的影響，焊接工藝施工人員在進(jìn)行橋梁鋼結(jié)構(gòu)箱梁焊接時(shí)，其工藝質(zhì)量是無(wú)法得到有效的保障，這不僅影響了鋼結(jié)構(gòu)箱梁的安全堅(jiān)固性，甚至?xí)绊懻麄€(gè)橋梁的安全可靠性。因此，為了有效地保證橋梁鋼結(jié)構(gòu)的堅(jiān)固牢靠性和橋梁整體的安全可靠性，須提高鋼結(jié)構(gòu)焊接質(zhì)量及焊后檢測(cè)水平。所以，加強(qiáng)對(duì)鋼結(jié)構(gòu)箱梁焊接及焊后檢測(cè)問(wèn)題研究具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 項(xiàng)目介紹

安海灣特大橋橫跨晉江東石鎮(zhèn)與南安石井鎮(zhèn)之間的安海灣，橋梁標(biāo)準(zhǔn)寬度為33 m，凈空高度為5 m，縱坡2.36%（主橋部分），橋面橫坡2.5%，設(shè)計(jì)洪水頻率：1/300（相應(yīng)水位 4.72 m）。安海灣特大橋采用混合梁連續(xù)剛構(gòu)橋，鋼箱梁吊裝段長(zhǎng)度為103 m，上下行分幅布置。

全橋梁寬 33.0 m。鋼箱梁?jiǎn)畏鶎?16.25 m，底板寬度7.65 m，跨中 103 m 范圍梁高在鉛垂方向按 2 次拋物線變化，鋼箱梁梁高范圍 4.535 m～5.869 m。鋼箱梁梁段劃分：從鋼砼結(jié)合段工地連接處起沿橋梁里程樁方向分為 A、B、C、D、E、D、C、B、A 9 個(gè)梁段。梁段長(zhǎng)度分別為 11 m、12 m、12 m、12 m、9 m、12 m、12 m、12 m、11 m。

A梁段應(yīng)分先行端和后行端進(jìn)行設(shè)計(jì)，A梁段先行端縱向長(zhǎng)度按鋼混結(jié)合處理論線進(jìn)行設(shè)計(jì)，與鋼砼結(jié)合段進(jìn)行工地連接，頂板、底板、腹板都通過(guò)焊接進(jìn)行鏈接，頂板加勁、底板加勁、腹板加勁、縱隔板通過(guò)高強(qiáng)螺栓來(lái)鏈接。A梁段后行端頂、底、腹板采用工地后焊的嵌補(bǔ)段進(jìn)行連接，A梁段后行端頂、底、腹板與鋼砼結(jié)合段各自預(yù)留 250 mm作為后焊調(diào)節(jié)的嵌補(bǔ)段進(jìn)行連接。A梁段后行端頂、底、腹板加勁及縱隔板與鋼砼結(jié)合段采用高強(qiáng)螺栓連接。

2 鋼結(jié)構(gòu)箱梁焊接技術(shù)要求

2.1 鋼箱梁焊接

在鋼箱梁制造過(guò)程中，焊接工藝的選擇是焊接質(zhì)量保障的基礎(chǔ)和關(guān)鍵[1]。該工程項(xiàng)目要求所有類(lèi)型的焊接在實(shí)施之前都要先進(jìn)行工藝評(píng)定，結(jié)合評(píng)定結(jié)果選擇合適的焊接工藝。在焊接工藝評(píng)定時(shí)注意評(píng)定試驗(yàn)條件要與項(xiàng)目工程的構(gòu)造鏈接對(duì)應(yīng)，焊縫技術(shù)力學(xué)性能必須高于母材料標(biāo)準(zhǔn)值。除此之外，鋼箱梁焊接技術(shù)還要滿足工程項(xiàng)目招標(biāo)文件中所要求的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，符合國(guó)家相關(guān)要求和規(guī)定。在選擇焊接材料時(shí)要使用和母材料相適應(yīng)的焊條、焊劑與焊絲，符合電弧焊相關(guān)技術(shù)要求，CO2氣體保護(hù)焊的氣體純度不小于99.5%。

在該項(xiàng)目中，鋼箱梁梁段采用全焊結(jié)構(gòu)，所以結(jié)構(gòu)焊縫量大，造成的焊接變形與殘余應(yīng)力不可忽略。在鋼箱梁梁段制作時(shí)，應(yīng)在保障焊縫質(zhì)量的基礎(chǔ)上使用焊接變形小的焊接工藝，盡可能地使用CO2氣體保護(hù)焊。L梁段側(cè)面圖如圖1所示。

圖1 L梁段側(cè)面圖

頂板、底板與腹板對(duì)接焊縫都是I級(jí)熔透焊縫，在焊接工藝選擇時(shí)注意焊接變形的控制，盡可能地采用變形小的坡口。

頂板板單元在制作加工時(shí)，下料前采用鋼板矯正機(jī)矯正，去除鋼板內(nèi)殘余應(yīng)力，U 肋建議采用熱軋制造，U 肋必須達(dá)到設(shè)計(jì)規(guī)定的角度，直線度、扭曲度要求。

"U”形加勁肋需要先進(jìn)行工藝試驗(yàn)，然后在進(jìn)行冷加工制作。在制作時(shí)圓角邊緣要完好，不能出現(xiàn)裂紋。在進(jìn)行焊接前需要先對(duì)內(nèi)側(cè)進(jìn)行涂裝，同時(shí)手工自由切割處也要做好打磨，確保表面平整。邊緣焊縫和對(duì)接焊縫需要打磨平整。另外，對(duì)于一些臨時(shí)使用螺栓孔洞的，施工完成以后還要用螺栓進(jìn)行封堵。

橫隔板和頂板、"U”形加勁肋之間的組裝間隙要小于1.0 mm，兩者之間使用角焊縫焊接方式，從頂板到U肋使用連續(xù)焊到弧形缺口端部。在U肋和頂板交接處80 mm內(nèi)不能起息弧。橫隔板和U肋之間的焊縫在和弧形缺口50 mm范圍內(nèi)在橫隔板上久5 mm的雙面坡，按1∶8進(jìn)行平順過(guò)渡。同時(shí)弧形缺口端部圍焊時(shí)需要進(jìn)行打磨，確保勻順。

2.2 鋼箱梁梁段組拼焊接

鋼箱梁加工單位應(yīng)該學(xué)習(xí)和吸收國(guó)外類(lèi)似橋梁加工的經(jīng)驗(yàn)，針對(duì)該項(xiàng)目提出切實(shí)可靠的鋼箱梁組拼方案。該項(xiàng)目組拼方案內(nèi)橫隔板和頂板、U肋都不能使用仰角焊接。

鋼箱梁段之間的焊接需要在邊跨合龍完成后進(jìn)行，并對(duì)先行端鋼砼結(jié)合段和后行端鋼砼結(jié)合段懸臂端口的位移和斷面傾角進(jìn)行實(shí)測(cè)，并在拼裝現(xiàn)場(chǎng)對(duì)梁段進(jìn)行稱(chēng)重，并重新計(jì)算吊裝后線形，以方便根據(jù)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)在梁段之間的焊接時(shí)對(duì)線性進(jìn)行調(diào)整，以保證合適的吊裝線形。

整體組焊完成后，按精度要求檢測(cè)梁段幾何尺寸，然后進(jìn)行涂裝等后續(xù)作業(yè)。在進(jìn)行吊裝梁拼裝時(shí)，應(yīng)將考慮鋼梁自重問(wèn)題以及焊接收縮等所造成的問(wèn)題，提高拼裝精度。

在進(jìn)行鋼砼結(jié)合段焊接操作時(shí)，應(yīng)在鋼梁確定位置后，先把高強(qiáng)螺栓擰緊，然后再進(jìn)行兩端接口頂、底、腹板、嵌補(bǔ)段的焊接。A梁段和鋼砼結(jié)合段在工地連接之后，頂板、底板和腹板都使用焊接連接；橫隔板使用實(shí)腹式構(gòu)造，板厚為12 mm，和縱隔板、底板、腹板、上橫肋之間均以焊接方式進(jìn)行連接。

2.3 箱梁普通鋼筋焊接

箱梁底板上、下層的定位鋼筋下端必須與最下面的鋼筋焊接牢固；鋼筋與預(yù)應(yīng)力管道沖突時(shí)，只能小范圍挪動(dòng)，不得切斷或去除鋼筋。

如果鋼筋長(zhǎng)度大于設(shè)定長(zhǎng)度，在施工中可以考慮使用焊接、綁扎等模式進(jìn)行接長(zhǎng)。在進(jìn)行接長(zhǎng)操作時(shí)要避開(kāi)鋼筋應(yīng)力較大的位置，根據(jù)施工技術(shù)要求進(jìn)行錯(cuò)接操作。

在對(duì)受力主鋼筋進(jìn)行接長(zhǎng)操作時(shí)，要注意錯(cuò)開(kāi)布置，注意控制長(zhǎng)度區(qū)域范圍內(nèi)接頭受力鋼筋面積占比。在該項(xiàng)目中，要求使用綁扎操作時(shí)，受力鋼筋截面小于總面積的25%；使用焊接、連接器等模式時(shí)，受力鋼筋截面要小于總面積的一半。另外，使用綁扎操作時(shí)，搭接長(zhǎng)度必須大于或者等于40倍鋼筋植筋；使用焊接操作時(shí)必須使用雙面焊，且焊縫長(zhǎng)度要控制在最少5倍的鋼筋直徑。

該項(xiàng)目在進(jìn)行柱鋼筋接長(zhǎng)操作時(shí)使用的是電渣壓力焊。在焊接前需要對(duì)鋼筋保護(hù)膜與接長(zhǎng)位置進(jìn)行清理，進(jìn)行鋼筋安裝時(shí)應(yīng)上下同力，要求接頭彎折角度小于或者等于4 °，軸線偏移要控制在1/10的鋼筋直徑范圍內(nèi)，且要控制在0～2 mm。在焊接操作完成之后，還要按照規(guī)定對(duì)彎折、偏心、燒傷等問(wèn)題進(jìn)行檢查。如果發(fā)現(xiàn)焊接不能達(dá)到要求時(shí)就需要進(jìn)行切除重焊。

3 鋼結(jié)構(gòu)箱梁焊接質(zhì)量控制

鋼箱梁焊接質(zhì)量的好壞直接關(guān)系到鋼箱梁的受力安全與結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。所以，要提高鋼結(jié)構(gòu)項(xiàng)目的整體質(zhì)量，就必須加強(qiáng)對(duì)焊接操作的管理，重視焊接變形控制，采取合理的焊接工藝，制定完善的質(zhì)量控制措施。

3.1 盡量采用平焊與單面焊

在鋼結(jié)構(gòu)箱梁節(jié)段拼裝焊接操作中，受重力影響，在進(jìn)行頂板、底板下部仰焊時(shí)焊水不能堆積在一起，所以焊接質(zhì)量無(wú)法保障。尤其是在底部下部空間較小位置操作時(shí)，受空間限制人工不能進(jìn)行下部仰焊，通常采用瓷片做下墊將仰焊變?yōu)槠胶浮Ｆ胶概c單面焊的焊接質(zhì)量更高，所造成的焊接變形量和殘余應(yīng)力也更小。因此，在該工程項(xiàng)目中，鋼結(jié)構(gòu)箱梁焊接時(shí)，盡量采用平焊和單面焊，少使用仰焊。

3.2 焊接過(guò)程變形控制

焊接過(guò)程的變形控制包括頂?shù)装鍖?duì)接焊和收縮變形控制、T形肋和頂?shù)装迤驴诮墙雍缚p變形控制。

3.2.1 頂?shù)装鍖?duì)接焊和收縮變形控制

頂?shù)装鍖?duì)接使用的是CO2氣體保護(hù)焊和埋弧自動(dòng)焊結(jié)合的方式。在采用CO2氣體保護(hù)焊時(shí)，要注意弧板處的根部縮孔與弧坑裂紋，避免出現(xiàn)反面成型差、間隙不均勻等問(wèn)題。在焊接操作過(guò)程中要嚴(yán)格按照相關(guān)規(guī)范進(jìn)行操作，息弧處要加快接頭速度，或者回焊要在20 mm以上。對(duì)于焊接間隙過(guò)大或者過(guò)小的問(wèn)題可以使用前推或者拉的運(yùn)條方式來(lái)解決。在焊接第一道埋弧自動(dòng)焊結(jié)束后還需要去除內(nèi)襯，避免焊縫金屬滴下影響焊道厚度。在第一道打底焊道焊接結(jié)束且焊縫溫度降低之后再去除引弧板，避免焊接變形。對(duì)接焊輔助調(diào)解裝置如圖2所示。

3.2.2 T形肋和頂?shù)装迤驴诮墙雍缚p變形控制

在本建設(shè)項(xiàng)目中，根據(jù)頂板和底板的厚度，按照焊縫有效厚度不小于0.8倍T形肋板厚度來(lái)操作，同時(shí)在焊接時(shí)要注意不能出現(xiàn)燒穿的問(wèn)題，焊接結(jié)束后還要對(duì)焊縫進(jìn)行超聲波檢測(cè)。在該項(xiàng)目中采用了如圖3所示的焊接反變形胎架。

在焊接操作時(shí)，工件在上述反變形胎架的支撐下進(jìn)行焊接，整體板塊使用同向焊接模式，通過(guò)焊槍角度調(diào)整和焊絲推送確保坡口根部熔合性良好，保證焊縫表面成型質(zhì)量。

橫隔板使用整體隔板模式，在長(zhǎng)度方向使用立位對(duì)接模式，寬度方向使用仰橫位對(duì)接接頭模式。立位于仰橫位對(duì)接橫隔板厚度為12 mm，使用單面焊雙面成型模式。橫隔板三維圖如圖4所示。

4 鋼結(jié)構(gòu)箱梁焊接質(zhì)量保障措施及焊后檢測(cè)

4.1 場(chǎng)內(nèi)制作和無(wú)損檢測(cè)

主梁制造梁段間工廠連接使用的是以焊接為主的栓焊組合方式：頂板、腹板及其加勁肋、底板及其加勁肋均采用焊接，以增加主梁密閉性，外表光滑美觀。頂板 U 肋采用栓 接，以避免仰焊。焊接工作要按照工藝要求來(lái)進(jìn)行，焊條、焊接需要先進(jìn)行烘干，CO2氣體不能低于99.5%。焊接操作時(shí)要按照由中間向四周、先豎后橫的順序進(jìn)行。對(duì)稱(chēng)焊縫需要2個(gè)焊工同時(shí)進(jìn)行，在操作上需要先進(jìn)行受拉區(qū)域焊接后進(jìn)行受壓區(qū)域焊接。主體內(nèi)部焊接時(shí)需進(jìn)行對(duì)稱(chēng)焊，并按照先豎角縫、后平角焊；先縱向后橫向的順序進(jìn)行。在進(jìn)行腹板和頂?shù)装搴附訒r(shí)應(yīng)保證密貼，組裝焊間隙要小于5 mm。

圖2 對(duì)接焊輔助調(diào)解裝置

圖3 焊接反變形胎架

鋼箱梁的無(wú)損檢測(cè)方式有多種，如射線檢測(cè)、磁粉檢測(cè)以及超聲波檢測(cè)等[2]。無(wú)損檢測(cè)也是鋼箱梁焊接質(zhì)量檢測(cè)的有效方式。在進(jìn)行射線檢測(cè)前，需要先對(duì)焊縫的外觀質(zhì)量進(jìn)行檢查，按照GB 3323—87標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行，驗(yàn)收等級(jí)為ABII級(jí)。射線對(duì)人體的傷害較大，所以在進(jìn)行射線檢測(cè)時(shí)一定要做好防護(hù)設(shè)施，在專(zhuān)職安全監(jiān)督下進(jìn)行操作。磁粉檢測(cè)時(shí)要保證觸頭的干凈，與檢測(cè)面的接觸良好。同時(shí)還要防止電弧與局部過(guò)熱問(wèn)題。超聲波檢測(cè)是鋼箱梁無(wú)損檢測(cè)中最主要、最常用的一種檢測(cè)方式[3]。在進(jìn)行超聲波無(wú)損檢測(cè)時(shí)，要注意設(shè)備的效驗(yàn)、缺陷類(lèi)別的區(qū)分、位置與長(zhǎng)度的確定、非缺陷回波的分析。在超聲波無(wú)損檢測(cè)過(guò)程中，操作人員應(yīng)結(jié)合實(shí)際情況來(lái)確定回波聲程，對(duì)波屏上的回波進(jìn)行分析和判斷，做好探傷工作。

4.2 現(xiàn)場(chǎng)安裝與檢測(cè)

鋼箱梁的現(xiàn)場(chǎng)安裝包括施工測(cè)量、拼接吊裝控制、焊接控制（無(wú)損檢測(cè)）和安全控制4個(gè)部分。

施工測(cè)量控制主要對(duì)橋梁線行、支座位置等進(jìn)行檢測(cè)，確定實(shí)際坐標(biāo)，并將其與設(shè)計(jì)坐標(biāo)進(jìn)行對(duì)比和調(diào)整。按照現(xiàn)場(chǎng)箱梁位置建立測(cè)量控制網(wǎng)，對(duì)箱梁的中心位置、支座位置和尺寸等進(jìn)行檢測(cè)。

在拼接吊裝控制時(shí)，需要先確定吊裝順序，再確定吊裝方案。鋼箱梁段到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)后，在地面胎架上進(jìn)行位置調(diào)整，確定無(wú)誤后就開(kāi)始進(jìn)行焊接操作。拼接吊裝要按照已經(jīng)制定的方案進(jìn)行，合攏時(shí)按照自上而下的順序垂直進(jìn)檔，避免梁體變形。吊裝控制會(huì)對(duì)后面的焊接質(zhì)量產(chǎn)生直接影響。

在焊接控制中，合攏段斷口梯段退位方向和對(duì)接借口方向要相反，同時(shí)，在一端要留調(diào)整余量，在合攏結(jié)束后可以進(jìn)行精確調(diào)整。合攏口的焊接需要2組焊工同時(shí)進(jìn)行。焊接工藝的檢測(cè)和場(chǎng)內(nèi)相同。

安全控制貫穿于鋼箱梁工程的整個(gè)過(guò)程，在吊裝環(huán)節(jié)還應(yīng)配置專(zhuān)職安全員，閑雜人員不能進(jìn)入。

圖4 橫隔板三維圖

5 結(jié)論

焊接工作貫穿于鋼箱梁制造和安裝的整個(gè)過(guò)程，對(duì)鋼箱梁整體工程質(zhì)量具有直接影響。因此，建設(shè)施工單位應(yīng)重視鋼箱梁焊接及焊后檢測(cè)工作，為整體項(xiàng)目的順利實(shí)施提供保障。