趙 鈺

(中鐵二十局集團有限公司 陜西西安 710016）

1 工程概況

襄陽東津站樞紐綜合配套工程北側(cè)匝道橋由西側(cè)匝道部分、中間平臺部分及東側(cè)匝道部分組成，兩個匝道橋均為(28+32+28）m異型變截面鋼箱梁，兩聯(lián)匝道也均位于緩和曲線與圓曲線的銜接段上，圓曲線半徑45 m，匝道橋?qū)挒?～11 m。每個匝道鋼箱梁設(shè)計重量為603.3 t，鋼梁材質(zhì)Q345qD，匝道鋼箱梁斷面為4箱室結(jié)構(gòu)，箱梁頂、底板平行，頂寬9～11 m，底寬4.48～6.48 m，頂?shù)装逯g采用半徑為2.4 m的圓弧懸臂板連接，鋼箱梁梁高1.7 m，頂板板面厚度16 mm，底板板面厚度20 mm，腹板板面厚度16 mm，圓弧懸臂板厚度14 mm。頂、底板設(shè)置U肋及 I肋，U肋截面280 mm×300 mm，厚度8 mm，I肋截面尺寸12 mm×150 mm，挑臂處U肋間距300 mm，中間箱室處U肋間距300～570 mm，U肋之間設(shè)置I肋。異型橫斷面結(jié)構(gòu)形式見圖1。

圖1 異型鋼箱梁橫斷面結(jié)構(gòu)

2 施工方案及關(guān)鍵技術(shù)

由于兩聯(lián)匝道位于緩和曲線與圓曲線的銜接段上，圓曲線半徑45 m，且鋼箱梁斷面結(jié)構(gòu)復(fù)雜，頂板較寬、底板較窄，梁頂面有2%橫坡，西匝道鋼箱梁5.1%縱坡，東匝道鋼箱梁5.8%縱坡，翼緣下部采用14 mm厚雙曲線型懸臂板封閉裝飾，按照常規(guī)方法加工難度大，施工質(zhì)量不易控制。

總體加工方案:采用工廠分段加工運輸?shù)浆F(xiàn)場逐段拼裝。根據(jù)梁體結(jié)構(gòu)結(jié)合汽車運輸限制，將梁體進行節(jié)段劃分。鋼箱梁縱橋向分9個節(jié)段，每個節(jié)段橫橋向分4個塊。工廠內(nèi)，按照整體制作胎模，頂板在下底板在上反向加工，懸臂板卷圓后采用馬板強行擠壓焊接于翼緣下部。具體方案:鋼梁為全焊鋼結(jié)構(gòu)，焊縫密集，施工過程中所發(fā)生的變形和殘余應(yīng)力較大，為控制鋼梁的焊接質(zhì)量，加快施工進度，制造采用“板單元→板塊單元→塊體單元→預(yù)拼裝→涂裝→橋位組拼→橋位焊接→涂裝”方式進行施工生產(chǎn)，即車間生產(chǎn)加工各單體塊，并組焊成塊體單元?，F(xiàn)場采用吊車分塊按一定順序進行塊體吊裝，橫向分塊、縱向分段焊接成整體，形成鋼箱梁梁體結(jié)構(gòu)。鋼箱梁在廠內(nèi)進行整體胎膜反向加工見圖2。

圖2 整體胎模反向加工

2.1 鋼箱梁廠內(nèi)加工

2.1.1 工藝試驗

原材料進場后，首先進行原材抽樣檢測。然后進行工藝試驗，根據(jù)工藝試驗確定加工制造工藝。

2.1.2 鋼箱梁焊接工藝

2.1.2.1 焊接方法

鋼箱梁主要材料為Q345qD，主要采用手工焊、埋弧自動焊和二氧化碳氣體保護焊。

(1）手工焊。主要用于工地焊接的腹板的對接縫，與頂板、底板之間的角焊縫，T形肋、水平肋，縱肋之間的角焊縫。

(2）埋弧自動焊。主要用于廠內(nèi)焊接的頂板、底板及其他拼板的對接焊。

(3）二氧化碳氣體保護焊。用于各類角焊縫的焊接。

2.1.2.2 焊接工藝及順序

(1）手工焊。焊條采用 E5015，直徑為 φ3.2、φ5，電極采用直流反接。先用φ3.2焊條打底，電流為110～150 A，電壓20～22 V，再用φ5焊條蓋面，電流為170～230 A，電壓20～22 V。

(2）埋弧自動焊。焊絲采用 H08MnA，直徑φ4 mm，焊劑采用SJ101，電極采用直流反接。先用手工焊進行封底，用埋弧自動焊焊正面焊縫，電流630～650 A，電壓36～38 V，速度約25 m/h，反面清根，用埋弧自動焊焊反面焊縫，速度約45 m/h。

(3）二氧化碳氣體保護焊。焊絲采用ER50-6，直徑φ1.2 mm，電極采用直流反接。采用φ1.2 mm焊絲焊第一、二層正面焊縫，電流230～280 A，電壓25～30 V，氣體流量10～15 L/min，焊接速度20～30 m/h。用碳弧氣刨反面焊縫，焊第一、第二層反面焊縫。

2.1.3 焊接質(zhì)量控制措施

(1）焊工必須持有資格證，現(xiàn)場安全教育和培訓(xùn)合格后進行工作。

(2）鋼箱梁焊接施工前，必須進行試焊確定焊接工藝，經(jīng)檢驗合格后方可正常施焊。

(3）嚴格執(zhí)行焊接工藝，焊接工藝評定應(yīng)符合規(guī)范要求。

(4）焊接應(yīng)在室內(nèi)進行，環(huán)境濕度應(yīng)小于80%。

2.1.4 對接環(huán)縫裝配質(zhì)量控制

首先，保證焊縫兩側(cè)的高差水平，再臨時定位固定；二是校對錯邊量，再鎖定臨固；三是清洗打磨后，打底焊填充，再用自動焊焊接。

2.2 鋼箱梁加工焊縫檢測

鋼箱梁加工焊縫需全面探傷檢測，質(zhì)量符合《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》(JTJ 041-2000）[1]。

2.2.1 檢測方法

選用專業(yè)的檢測單位對鋼結(jié)構(gòu)焊縫質(zhì)量進行射線及超聲波探傷檢查和磁粉檢測。

2.2.2 檢測標(biāo)準

焊縫超聲波標(biāo)準為《焊縫無損檢測 超聲檢測技術(shù)、檢測等級和評定》(GB/T 11345-2013）[2]。射線檢驗標(biāo)準為《鋼熔化焊對接接頭射線照相和質(zhì)量分級》(GB 3323-2005）[3]。磁粉的檢驗標(biāo)準為《無損檢測焊縫磁粉檢測》(JB/T 6061-2007）[4]。

2.3 鋼箱梁架設(shè)施工

2.3.1 現(xiàn)場準備

(1）根據(jù)鋼箱梁節(jié)段重量及現(xiàn)場吊裝施工條件，選擇150 t汽車吊進行現(xiàn)場吊裝作業(yè)，配選符合質(zhì)量要求的鋼絲繩、吊環(huán)等吊具。

(2）根據(jù)梁體分段，進行鋼管柱支撐的設(shè)計驗算，鋼管柱采用“井”字形結(jié)構(gòu)，根據(jù)設(shè)計檢算，現(xiàn)場制作條形基礎(chǔ)，并安裝鋼管柱及分配梁、調(diào)整墊塊。復(fù)測鋼管柱的標(biāo)高及位置是否準確。

(3）根據(jù)吊裝方案，硬化吊車作業(yè)場地，供吊車車站位及梁段運輸進場需求。

2.3.2 節(jié)段吊裝順序

以3#段為例，每節(jié)段橫橋向吊裝順序:吊裝外側(cè)節(jié)段(3-1#）→吊裝內(nèi)側(cè)節(jié)段(3-2#）→吊裝兩側(cè)懸臂塊(3-3#/3-4#），吊裝順序見圖3。

圖3 橫橋向吊裝順序

縱橋向節(jié)段安裝順序:按1#段→2#段→3#段～9#段，逐段順序吊裝完成。每相連兩個節(jié)段(塊）完成后，必須采用鋼板焊接進行臨時鎖定，防止安裝過程中鋼梁橫向移位。最后經(jīng)檢測全部合格后，再拆除臨時支架，落梁成橋。

2.3.3 鋼梁現(xiàn)場焊接

2.3.3.1 焊接前檢查

鋼箱梁節(jié)段吊裝完畢后，復(fù)測梁體標(biāo)高及線形，達到要求后，進行現(xiàn)場焊接作業(yè)。焊接前仔細核對坡口尺寸，清除銹濁和油污。

2.3.3.2 焊接順序

現(xiàn)場焊接時，根據(jù)吊裝順序安排詳細的焊接順序，主要按以下順序進行焊接:第一步，頂板與底板縱縫焊接；第二步，腹板及隔板角焊縫焊接；第三步，橫向環(huán)縫焊接。環(huán)縫焊接時，同樣首先焊接頂板與底板焊縫，按照由中間向兩側(cè)的順序進行，再焊接兩側(cè)腹板位置焊縫，按照由下向上的原則進行；第四步，縱肋嵌補段的焊接。

2.3.3.3 焊接方法

根據(jù)焊接位置和現(xiàn)場施工條件進行方法選擇。

(1）優(yōu)先采用埋弧自動焊。

(2）焊接順序。先長后短，先大后小。

(3）橋段連接焊縫。先焊頂、底板，后焊腹板，最后焊U肋和嵌補段的焊縫[5]。

2.3.3.4 焊接要求

(1）應(yīng)嚴格執(zhí)行焊接工藝，評定應(yīng)符合《鐵路鋼橋制造規(guī)范》(TB 10212-2009）[6]。

(2）梁段間環(huán)縫是主要傳力焊縫，要求做到100%的熔透和無損檢測。

(3）在鋼箱內(nèi)采用二氧化碳氣體保護焊時，操作人員要佩戴防護面罩，通風(fēng)和安全防護，以免產(chǎn)生的一氧化碳影響人身安全。

(4）焊接環(huán)境出現(xiàn)下列情況時，要采取防護措施，否則禁止施焊:①氣焊風(fēng)速大于2 m/s，其他焊大于8 m/s；②相對濕度大于90%；③雨雪；④溫度低于-20℃等[7]。

(5）焊接后除去焊道上的飛濺、焊瘤、咬裂紋等缺陷。

2.3.4 現(xiàn)場焊縫檢測

在焊接結(jié)束24 h后，進行無損探傷檢驗的打磨工作，再由現(xiàn)場人員對焊縫做100%超聲波探傷自檢，自檢合格后向由監(jiān)理和第三方專業(yè)檢測單位提出檢驗，合格后出具的無損探傷檢驗報告。

2.3.5 焊接安全保護措施

在確保橋下車輛和行人通行的作業(yè)區(qū)段施工，在鋼梁施工的橋下支架不低于5 m高度位置在上方搭設(shè)成一個鋼管防護平臺，確保焊花濺不到下方行人和車輛，在箱梁內(nèi)部焊接時(底板、隔板以及縱肋嵌補段焊接），因焊絲燃燒產(chǎn)生有毒氣體，在箱內(nèi)操作前確保箱內(nèi)照明和排風(fēng)良好。

2.4 拆除臨時支架

鋼箱梁一聯(lián)所有節(jié)段吊裝并焊接完成，焊接經(jīng)檢測全部合格后方可進行臨時支架的拆除。

2.4.1 卸載方法

根據(jù)規(guī)范要求，結(jié)構(gòu)拼裝完成后，由于自重原因，臨時支撐位置鋼箱梁結(jié)構(gòu)將會產(chǎn)生3～4 mm下?lián)?，因此在進行卸載施工時，可通過火焰切割的下部支架調(diào)節(jié)管的方法進行鋼箱梁卸載[8]。

2.4.2 卸載注意事項

(1）制定安全技術(shù)應(yīng)急方案。為了確保支撐體系結(jié)構(gòu)和操作人員的安全，在確定鋼梁施工方案時制定安全技術(shù)應(yīng)急方案，必須考慮卸載支撐方案。

(2）結(jié)構(gòu)預(yù)驗收，達到規(guī)范要求。

(3）布置觀測點。卸載中、完后與驗算數(shù)據(jù)進行比對，以便控制卸載應(yīng)力與變形[9]。

(4）試卸載。必須先進行試卸載，掌握卸載工序和操作流程，再次確定結(jié)構(gòu)與支撐系統(tǒng)是否具備卸載的全部條件[10]。

2.5 鋼箱梁涂裝

鋼箱梁架設(shè)完成后，現(xiàn)場按設(shè)計要求進行涂裝修補和面漆涂裝。

3 施工質(zhì)量控制關(guān)鍵點

3.1 胎模放樣

按照鋼箱梁曲線造型及縱坡、橫坡要求，采用計算機三維建模，以鋼箱梁頂板為底面，以梁端為基點，旋轉(zhuǎn)放平后，獲取梁頂面在各橫隔板位置的坐標(biāo)。以此坐標(biāo)作為胎模的放樣坐標(biāo)，完成整體胎模的制作。以西匝道為例，各點坐標(biāo)放樣見圖4。

圖4 鋼箱梁胎膜坐標(biāo)放樣

3.2 懸臂板加工焊接

由于懸臂板為雙曲線造型，首先采用計算機三維建模[11]，然后按照2 m/節(jié)劃分后展開，已展開料造型，編寫程序采用等離子數(shù)控切割機下料，再進行卷圓處理。采用馬板強行擠壓焊接于翼緣下部，焊接完成后割除馬板，角磨機磨平馬板焊疤。懸臂板加工過程見圖5。

3.3 焊接變形的控制

圖5 懸臂板加工

鋼箱梁焊接屬于大構(gòu)件鋼結(jié)構(gòu)焊接，焊接變形控制是保證鋼梁架設(shè)質(zhì)量的關(guān)鍵，采取了以下措施進行焊接變形控制，保證施工質(zhì)量。

(1）對稱截面的，采用對稱的順序焊接。

(2）雙面非對稱坡口焊接，宜先焊深坡口側(cè)、后焊淺坡口側(cè)的順序。

(3）長焊縫采用分段退焊法。

(4）拼接板焊縫宜預(yù)置反變形，加強其鋼性拘束。

(5）組裝前要將變形部件矯正后，方可進行總裝焊接[12]。

3.4 鋼箱梁線形控制

曲線異型變截面鋼箱梁平面曲線小，上、下底面為空間曲面，線形復(fù)雜，并對溫度環(huán)境非常敏感，因此，對鋼箱梁的線形控制顯得非常重要，針對性采取了以下措施:

(1）選擇科學(xué)合理的焊接順序，防止因焊接順序不當(dāng)造成彎扭變形[13]。

(2）采用冷矯正和火焰矯結(jié)合的辦法矯正各種焊接變形。

(3）鋼箱梁在塊單元加工制作時應(yīng)考慮設(shè)計預(yù)留預(yù)拱度[14]。

(4）鋼箱梁拼裝時用臨時定位加固件能較好地保證拼裝精度。

(5）加強測量控制。事前、過程中、架完后再復(fù)核、矯正、調(diào)整，從而確保整體橋梁的線形準確。

4 結(jié)束語

曲線異型變截面鋼箱梁制造及架設(shè)較常規(guī)方法施工難度大，采用工廠內(nèi)固定胎膜加工及預(yù)拼裝工藝，提高了工廠加工精度，簡化了橋位施工難度，而且很好地控制了鋼箱梁的幾何尺寸及整體外觀線形，保證了鋼箱梁的整體質(zhì)量。施工中又從結(jié)構(gòu)分塊、焊接技術(shù)、橋位拼裝架設(shè)、鋼箱梁變形控制等方面控制，較好地掌握了變截面鋼箱梁加工及架設(shè)施工技術(shù)工藝，取得了良好的經(jīng)驗。今后在實踐中不斷的研究探索和總結(jié)，針對性解決和預(yù)防鋼箱梁質(zhì)量通病和質(zhì)量缺陷，從而確保鋼箱梁施工質(zhì)量和施工安全，為類似工程積累經(jīng)驗。