張 鵬，劉 暢，張新國，黃紹邦

（1.中國華冶科工集團(tuán)有限公司，北京 100176；2.河北工程大學(xué) 土木工程學(xué)院，河北 邯鄲 056107）

0 引言

21世紀(jì)初，鋼箱梁作為一種簡便快捷的橋梁施工技術(shù)逐漸出現(xiàn)在公路橋涵的建設(shè)中，并逐步應(yīng)用在高速公路的跨線、跨江等工程中［1］。本文結(jié)合河北省境內(nèi)某跨線高速公路在建項(xiàng)目中鋼箱梁的有關(guān)工藝研究情況展開闡述，經(jīng)過科學(xué)的鋼箱梁加工制作工藝，最終使鋼橋頂推施工順利進(jìn)行并完成架設(shè)。

1 工程概述

本項(xiàng)目為青島至蘭州高速公路（G22）涉縣至冀晉界段改擴(kuò)建工程中的ZK716+802.1響堂鋪2號(hào)大橋鋼-混組合箱梁。橋梁跨越既有高速——青蘭高速，并采用步履式頂推施工法進(jìn)行全橋頂推架設(shè)，橋面全寬16.5 m，設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期為100年，設(shè)計(jì)安全級(jí)等級(jí)為一級(jí)，適用環(huán)境類別為Ⅱ類。鋼箱梁截面如圖1所示。

圖 1 鋼箱梁橫斷面圖 （單位：mm）

2 鋼箱梁制作的準(zhǔn)備工作

2.1 材料準(zhǔn)備

用于鋼梁制造的主要材料均有材質(zhì)單，所有材料的采購應(yīng)滿足鋼箱梁設(shè)計(jì)和生產(chǎn)進(jìn)度的要求。

2.1.1 編制材料采購清單

根據(jù)國家相關(guān)的建筑設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)文件和大型鋼箱梁建筑制造的施工單元單位劃分等實(shí)際情況編制建筑材料的實(shí)際采購項(xiàng)目清單。在編制服裝采購材料清單表時(shí)，應(yīng)當(dāng)充分考慮服裝材料的顏色搭配、套裝剪裁、損耗率等情況。在某些特殊使用情況時(shí)或該材料的具體規(guī)格與所用材質(zhì)可能發(fā)生重大變動(dòng)或者更改時(shí)，應(yīng)在事先征得工程設(shè)計(jì)制造單位和工程監(jiān)理施工單位的一致同意后方可繼續(xù)實(shí)施。

2.1.2 材料采購

在采購材料時(shí)，必須嚴(yán)格按照采購清單及設(shè)計(jì)規(guī)范的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行。

2.1.3 材料復(fù)驗(yàn)

材料復(fù)驗(yàn)主要針對(duì)金指、鋼材和金屬焊材等，必須按照事先的工程設(shè)計(jì)檢查規(guī)定或標(biāo)準(zhǔn)嚴(yán)格復(fù)驗(yàn)所有材料，在檢查確定所有材料復(fù)驗(yàn)合格后方可開始生產(chǎn)和使用。

2.1.4 材料驗(yàn)收

材料驗(yàn)收注意事項(xiàng)：①產(chǎn)品鋼材質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)按照每種產(chǎn)品鋼材為同一個(gè)生產(chǎn)廠家，同一種產(chǎn)品鋼材原料材質(zhì)，同一種產(chǎn)品鋼材材料厚度及同一種產(chǎn)品出廠鋼材狀態(tài)，其中每10個(gè)批號(hào)的鋼材應(yīng)抽檢出1組進(jìn)行試件。如果有檢驗(yàn)不合格的鋼材堅(jiān)決不采用。鋼材的力學(xué)指標(biāo)、探傷等委托有資質(zhì)的第三方檢測機(jī)構(gòu)開展檢測工作。②焊接材料應(yīng)根據(jù)其焊接工藝的不同而分開討論，焊接工藝評(píng)定的試驗(yàn)應(yīng)當(dāng)依據(jù)《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》（JTG/T 3650—2020）確定。焊接各種材料時(shí)選用的各種焊材的焊接質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)當(dāng)完全符合國家及焊接行業(yè)相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定。焊接所用材料的質(zhì)量管理標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)根據(jù)現(xiàn)行的焊接行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《焊接材料質(zhì)量管理規(guī)程》（GB/T 3223）嚴(yán)格執(zhí)行。③產(chǎn)品涂裝所用材料在首次進(jìn)廠時(shí)，應(yīng)嚴(yán)格檢驗(yàn)每批產(chǎn)品的英文質(zhì)量檢驗(yàn)合格文書證明文件、中文質(zhì)量標(biāo)志及其他相關(guān)的產(chǎn)品檢驗(yàn)取樣報(bào)告等，同時(shí)對(duì)每批產(chǎn)品涂裝所用材料的檢驗(yàn)取樣結(jié)果進(jìn)行一次復(fù)驗(yàn)，并且每次復(fù)驗(yàn)的檢查結(jié)果質(zhì)量不應(yīng)超過或低于其他各生產(chǎn)廠家的產(chǎn)品質(zhì)量合格證明文件上的相關(guān)性能指標(biāo)，以及國家和行業(yè)相關(guān)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的具體規(guī)定，涂裝所用材料取樣應(yīng)及時(shí)存放在產(chǎn)品倉庫內(nèi)，涂裝操作時(shí)不得使用質(zhì)量超出產(chǎn)品保質(zhì)期的包裝涂料。④材料的復(fù)驗(yàn)流程：檢驗(yàn)人員在鋼板復(fù)驗(yàn)前通知監(jiān)理人，在監(jiān)理人見證下對(duì)材料進(jìn)行復(fù)驗(yàn)，并出具合格報(bào)告；對(duì)復(fù)驗(yàn)不合格的材料要聯(lián)系廠家退貨。

2.2 施工圖及工藝評(píng)定

本橋鋼箱梁結(jié)構(gòu)形式復(fù)雜，節(jié)段類型多，施工圖紙量特別大，在施工圖技術(shù)準(zhǔn)備時(shí)主要采取以下措施：①按照生產(chǎn)計(jì)劃，合理制訂出圖計(jì)劃，分批編制施工文件。②對(duì)全橋整體線形每道橫隔板接口處截面進(jìn)行計(jì)算機(jī)放樣，放樣圖中體現(xiàn)各單元的件號(hào)、材質(zhì)、板厚等要素，施工圖繪制、審核均以此為依據(jù)，可提高技術(shù)準(zhǔn)備的質(zhì)量及效率［2］。③在Auto CAD模型空間中按放樣圖1∶1繪制圖形，在布局空間出圖，提高了出圖效率和出圖質(zhì)量。④每批施工圖均設(shè)有圖紙清單，防止單元件遺漏。⑤針對(duì)圖紙量大的特點(diǎn)，做好每種類型首批圖紙的繪制工作，多道審核，發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)修改，為后續(xù)大批量出圖奠定基礎(chǔ)。⑥焊接工藝評(píng)定試驗(yàn)。⑦業(yè)主和監(jiān)理工程師要求的其他試驗(yàn)。

3 鋼箱梁廠內(nèi)加工工藝研究

3.1 鋼箱梁制作工藝

鋼箱梁制作工藝：①火焰鋼板在一臺(tái)數(shù)控大型火焰鋼板切割機(jī)上一次性切割后，從底板、腹板、頂板、中間的分隔板、邊緣間隔板等剪切零件，過熱電焊孔同時(shí)將鋼切出。②在標(biāo)記平臺(tái)上繪制基線，并以此為基準(zhǔn)繪制周邊槽加工線。坡口加工使用小車火焰切割坡口。如果板材的長寬需要拼接，則采用埋弧焊。探傷合格后進(jìn)行后續(xù)工序。③以基線為基準(zhǔn)劃線組裝板單元縱橫向加勁肋、人孔加強(qiáng)圈及其他零件板。④由于焊接板材薄和焊接使用量大，因此容易直接產(chǎn)生同向焊接材料變形。在進(jìn)行焊接時(shí)應(yīng)采用對(duì)稱、分散、同向等焊接變形方法，以減少焊接材料的同向焊接量和變形。⑤焊后采用火焰加熱進(jìn)行矯正，火焰矯正溫度控制在500～800 ℃，重點(diǎn)保證板單元的平面度。⑥在指定位置使用統(tǒng)一規(guī)定的彩色噴漆噴涂板單元號(hào)。

3.2 鋼箱梁廠內(nèi)拼裝

3.2.1 總拼裝方案

為加快速度、提高效率、縮短制作周期，確保橋位梁段的順利安裝，所以對(duì)該箱梁設(shè)計(jì)專用的總拼裝胎架，使鋼箱梁制造和預(yù)拼裝一次完成［3］。

本橋在專用胎架上采用“正裝式”總拼裝作業(yè)。胎架外側(cè)設(shè)有縱橫向基準(zhǔn)線，保證總拼裝時(shí)對(duì)基準(zhǔn)線控制。經(jīng)檢測合格的底板按照先后順序上總拼裝胎架就位并用馬板、臨時(shí)連接件連成整體，依次組裝隔板單元、板條肋、腹板單元，同時(shí)進(jìn)行胎位相關(guān)位置的施焊，經(jīng)檢測合格之后鋼梁解體下胎，最后進(jìn)行手工打磨處理焊縫位置銹跡并涂裝。

3.2.2 總拼胎架設(shè)置

總拼裝胎架設(shè)計(jì)應(yīng)滿足下列要求：①在胎架的橫縱向各點(diǎn)采用標(biāo)高按整體線形和線形預(yù)拱設(shè)計(jì)。②胎架基礎(chǔ)必須有足夠的強(qiáng)度，保證在使用時(shí)減少沉降。③胎架外側(cè)應(yīng)同時(shí)設(shè)置獨(dú)立的檢測基線與基點(diǎn)，以便在現(xiàn)場隨時(shí)對(duì)胎架進(jìn)行安全檢測。

3.2.3 鋼箱梁節(jié)段塊體總拼

工廠加工的鋼箱梁可整體在預(yù)制的胎架上進(jìn)行制造、組裝、匹配，并且可用于安裝臨時(shí)胎吊耳。為方便汽車運(yùn)輸，塊與塊之間所有連接部件的焊縫在總拼胎架上是不允許進(jìn)行焊接的，同時(shí)板肋間連接應(yīng)設(shè)置嵌補(bǔ)件，并安裝現(xiàn)場預(yù)拼裝焊接塊體間對(duì)接焊縫和嵌補(bǔ)件焊縫。

3.2.4 總拼關(guān)鍵工藝

節(jié)段塊體匹配、總拼裝檢查合格后，按照設(shè)計(jì)圖紙，對(duì)連接板進(jìn)行配鉆打孔，螺栓孔打單側(cè)，另一側(cè)螺栓孔安裝現(xiàn)場總拼配鉆打孔后連接螺栓。檢驗(yàn)結(jié)果合格，并經(jīng)箱梁監(jiān)理人或工程師負(fù)責(zé)簽認(rèn)。組裝的鋼箱梁應(yīng)按施工圖顯示規(guī)定的單位編號(hào)并依次噴涂紅色標(biāo)記。

3.3 廠內(nèi)焊接工藝及要求

為保證本生產(chǎn)項(xiàng)目的工地焊接生產(chǎn)質(zhì)量和加快生產(chǎn)工藝進(jìn)度，在采用經(jīng)濟(jì)、高效、安全、可靠的技術(shù)前提下，優(yōu)先考慮采用先進(jìn)的橋梁焊接鋼材生產(chǎn)工藝技術(shù)［4］。焊接生產(chǎn)前，根據(jù)項(xiàng)目設(shè)計(jì)施工圖紙和國家相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)生產(chǎn)工廠工地焊接和生產(chǎn)工地橋梁焊接鋼材進(jìn)行工地焊接生產(chǎn)工藝性能評(píng)定參數(shù)試驗(yàn)，充分了解本項(xiàng)目橋梁焊接鋼材的工地焊接工藝性能，選擇與其相匹配的工廠焊接生產(chǎn)材料和合適的工地焊接生產(chǎn)工藝評(píng)定參數(shù)，建立完整的焊接工藝質(zhì)量控制措施，確保焊接質(zhì)量和橋梁安全。如果采用與焊接工藝評(píng)定不相符的焊接方法時(shí)，應(yīng)對(duì)焊縫結(jié)構(gòu)、焊接方法、焊接工藝等改進(jìn)，必要時(shí)由設(shè)計(jì)方、承包方和監(jiān)理方共同確定并經(jīng)評(píng)審?fù)ㄟ^。

3.4 廠內(nèi)涂裝工藝及要求

焊縫咬邊和氣孔在涂裝前要修補(bǔ)并磨平。現(xiàn)場施工焊接墻體接縫處每隔一側(cè)均應(yīng)留出100 mm的寬度，待現(xiàn)場墻體焊接接縫完畢后，方可進(jìn)行對(duì)此焊接區(qū)域墻體進(jìn)行油漆涂裝；焊縫、支墩部位修補(bǔ)，噴砂除銹Sa2.5或St 3.0級(jí)，環(huán)氧富鋅底漆1×60 μm+環(huán)氧云鐵中間漆2×120 μm+丙烯酸聚硅氧烷面漆2×100 μm。

橋面頂部進(jìn)行鋼筋混凝土基層澆筑處理施工前，應(yīng)在需要處理的鋼結(jié)構(gòu)頂面頂部進(jìn)行基層凈化防水處理，噴砂除銹達(dá)到Sa2.5級(jí)后，對(duì)鋼結(jié)構(gòu)主梁頂板上表面（除剪力鍵部分）進(jìn)行涂裝環(huán)氧富鋅底漆。組合梁鋼梁的防腐范圍包括延伸至鋼板與混凝土接觸面內(nèi)不小于20 mm的部分。

4 施工現(xiàn)場整體拼裝工藝研究

4.1 鋼箱梁分段

鋼箱橫向、縱向均分為5段，包括主箱梁橫向聯(lián)系。單節(jié)段鋼梁：最重梁段達(dá)58.58 t。鋼箱梁分段見表1。

表1 鋼箱梁段分段參數(shù)情況

4.2 現(xiàn)場整體拼裝要求

現(xiàn)場整體拼裝要求：①鋼橋的整體拼裝應(yīng)根據(jù)其跨徑大小、施工現(xiàn)場設(shè)備及人員等特點(diǎn)，科學(xué)合理地選擇最佳的安裝工藝流程。鋼箱梁的施工安裝應(yīng)統(tǒng)一按照施工平面圖、深化加工圖和構(gòu)件拼裝簡圖等標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行，并根據(jù)相關(guān)情況編制出專項(xiàng)的安全施工技術(shù)方案［5］。②在鋼箱梁的現(xiàn)場安裝前，應(yīng)對(duì)各種臨時(shí)結(jié)構(gòu)、設(shè)備及各種鋼結(jié)構(gòu)材料在不同種受力情況下其自身強(qiáng)度、剛度及結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性等重要指標(biāo)進(jìn)行綜合驗(yàn)算與檢查；逐項(xiàng)按照桿件明細(xì)表核對(duì)未進(jìn)場的桿件、梁段及相應(yīng)的零部件的出廠產(chǎn)品合格證書及有關(guān)的材料生產(chǎn)質(zhì)量證明書等；同時(shí)，應(yīng)注意對(duì)橋梁設(shè)計(jì)的各墩臺(tái)的頂面的高程、中線長度及橋梁各墩孔跨徑等進(jìn)行一次復(fù)測，誤差均在設(shè)計(jì)允許安裝偏差幅度內(nèi)的方可安裝。③鋼箱梁桿件的現(xiàn)場安裝等工藝技術(shù)，應(yīng)符合相關(guān)規(guī)定，確保其施工質(zhì)量，若鋼箱梁構(gòu)件在運(yùn)輸、存放和結(jié)構(gòu)安裝中存在涂層破壞等情況，應(yīng)按相關(guān)技術(shù)圖紙的規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)及《公路橋梁施工技術(shù)規(guī)范》的有關(guān)條款重新進(jìn)行噴涂；其中，鋼橋主體結(jié)構(gòu)的頂層涂裝處理應(yīng)該主體結(jié)構(gòu)全部安裝及工程試驗(yàn)完成后進(jìn)行。④鋼箱梁橋在現(xiàn)場安裝時(shí)，不得直接對(duì)結(jié)構(gòu)桿件等部位進(jìn)行未批準(zhǔn)通過的臨時(shí)性切割、焊接等作業(yè)。⑤鋼箱梁結(jié)構(gòu)的安裝應(yīng)對(duì)其進(jìn)行合理的施工過程質(zhì)量控制，保證其結(jié)構(gòu)的整體內(nèi)力、變形、線形及高穩(wěn)等符合有關(guān)的設(shè)計(jì)要求。⑥鋼箱梁在現(xiàn)場實(shí)施焊接時(shí)應(yīng)全部按照?qǐng)D紙?jiān)O(shè)計(jì)規(guī)定的施工順序進(jìn)行作業(yè)。設(shè)計(jì)中無特別規(guī)定時(shí)，鋼箱梁段間的焊接縱向宜由跨中部分向兩端進(jìn)行，橫向則由中線部分向兩側(cè)對(duì)稱進(jìn)行。

4.3 現(xiàn)場焊接工藝關(guān)鍵技術(shù)研究

根據(jù)以往的工程經(jīng)驗(yàn)，焊接過程中所用的焊縫金屬應(yīng)與主體金屬強(qiáng)度一致，當(dāng)焊接不同強(qiáng)度的金屬時(shí)，可采用與低強(qiáng)度鋼材相適應(yīng)的焊接材料。由焊接材料及焊接工序所產(chǎn)生的焊縫，其機(jī)械性能應(yīng)不低于原構(gòu)件的等級(jí)。本工程的焊接特點(diǎn)可參照表2。

表2 本工程現(xiàn)場焊接的主要特點(diǎn)

為保證焊接質(zhì)量，采取以下的控制措施。①焊接前質(zhì)量控制內(nèi)容：母材和焊接材料的確認(rèn)與必要復(fù)驗(yàn)；焊接部位的質(zhì)量和合適的夾具焊接設(shè)備和儀器的正常運(yùn)行情況；焊接規(guī)范的調(diào)整和必要的試驗(yàn)評(píng)定；焊工操作技術(shù)水平的考核。②焊接中質(zhì)量控制內(nèi)容：焊接工藝參數(shù)是否穩(wěn)定；焊條、焊劑是否正常烘干；焊接材料選擇是否正確；焊接設(shè)備運(yùn)行是否正常；焊接熱處理是否及時(shí)。③焊接后質(zhì)量控制內(nèi)容：焊接接頭的質(zhì)量檢驗(yàn)；焊接區(qū)域的清除工作。

5 結(jié)語

鋼箱梁具有箱梁結(jié)構(gòu)穩(wěn)定強(qiáng)度高、自重輕、環(huán)境影響小等優(yōu)點(diǎn)，而頂梁平推箱梁施工的設(shè)計(jì)方法中具有鋼箱梁結(jié)構(gòu)占地面積小、工程造價(jià)低及對(duì)橋下的城市道路交通和民用航空管道通航中的環(huán)境影響小等優(yōu)點(diǎn)，已成為目前高速橋梁施工中常用的結(jié)構(gòu)形式。由于大型鋼箱梁的總體施工技術(shù)要求愈來愈高，因此其施工工藝難度不斷增大。本文對(duì)高速公路鋼箱梁桁架橋的總體制作過程工藝設(shè)計(jì)做了詳細(xì)的分析，對(duì)箱梁施工中一些重難點(diǎn)環(huán)節(jié)給出了有效的安全保護(hù)措施，保證了箱梁工程質(zhì)量，可為今后類似公路相關(guān)箱梁工程的總體施工工藝設(shè)計(jì)提供參考。