李海龍，梁永強

（中鐵二十局集團 第一工程有限公司，江蘇 蘇州 215100）

0 引言

混凝土結(jié)構(gòu)施工對現(xiàn)有通行道路和附近居民生活影響較大，而鋼結(jié)構(gòu)具有工廠化加工、現(xiàn)場安裝簡單、快速安全、施工方便、橋梁造型多樣、外觀美觀等優(yōu)勢，因此在工程施工中得到廣泛的應(yīng)用。但是鋼結(jié)構(gòu)施工也存在短板，主要表現(xiàn)為現(xiàn)場拼裝后焊接較多、現(xiàn)場焊接質(zhì)量難以控制。立交橋具有匝道曲線半徑小、孔跨結(jié)構(gòu)高等特點，因而鋼箱梁分段受限，縱橫向現(xiàn)場焊縫增加。焊縫焊接不但影響結(jié)構(gòu)強度，還影響成橋線型等外觀質(zhì)量。因此施工中應(yīng)采取有效的措施，在保證焊接質(zhì)量的基礎(chǔ)上保障焊接成型后橋梁線型的美觀。

1 工程概況

蘇州東環(huán)南延工程尹山湖立交橋位于吳中區(qū)尹山湖畔，是連接?xùn)|環(huán)和南湖路高架以及蘇嘉杭高速的五路口樞紐型全互通立交，東距尹山湖1 km左右，南北連接?xùn)|環(huán)南延高架橋，東西連接南湖路高架橋，西挨京杭大運河，東臨蘇嘉杭高速。南湖路高架橋工程線位于規(guī)劃中環(huán)線，東西走向，跨越東環(huán)南延。立交橋采用全遷回定向“渦輪形立交”，并在常規(guī)渦輪立交的基礎(chǔ)上，增加與出口接線相連的4條匝道。立交橋總層次為3層，東南象限局部匝道高度達到4層，左轉(zhuǎn)遷回定向匝道的圓曲線半徑控制在100～150 m。

尹山湖立交橋鋼箱梁共5聯(lián)，分別為ES匝道U6聯(lián)、NG匝 道U1聯(lián)、SW匝 道U8聯(lián)、WN匝 道U4聯(lián)、NE匝道U9聯(lián)，5聯(lián)均為一跨簡支鋼結(jié)構(gòu)箱梁。其中，WN匝道U4聯(lián)為9.4～15.1 m變寬鋼箱梁，其余4座為9.2 m等寬箱梁，單向橫坡，坡度為2%?？邕M組合：ES匝道U6聯(lián)為36.5 m，NG匝 道U1聯(lián) 為39 m，SW匝 道U8聯(lián) 為38.5 m，WN匝道U4聯(lián) 為39.4 m，NE匝 道U9聯(lián)為38.7 m。 標 準箱體頂板寬9.2 m，單箱雙室結(jié)構(gòu)，梁高1.8 m，頂板寬4.556 m。鋼箱梁頂板厚16 mm，底板厚20 mm，縱腹板厚20 mm；頂板設(shè)“U”形肋，厚8 mm，底板和腹板采用16 b球扁鋼。鋼橋面采用剪力釘與混凝土鋪裝層連接，在橋面板上設(shè)置間距為300 mm×400 mm的剪力釘，剪力釘高60 mm、直徑為16 mm。

2 焊接特點及工藝原則

為了保證尹山湖立交橋跨主線高架5聯(lián)鋼箱梁的高質(zhì)量快速施工，鋼箱梁焊接在考慮質(zhì)量、安全、經(jīng)濟及施工進度的前提下，項目采用先進的焊接工藝。施工前，根據(jù)設(shè)計圖和技術(shù)規(guī)范先做鋼箱梁焊接工藝評定試驗，了解5聯(lián)鋼箱梁材料的焊接性能，選擇合適的焊接材料及焊接參數(shù)。按照工藝評定試驗結(jié)果編制詳細的焊接工藝規(guī)程，建立完善的焊接質(zhì)量控制措施，確保后續(xù)鋼箱梁焊接施工的焊縫質(zhì)量和橋梁安全。

2.1 鋼結(jié)構(gòu)焊接重難點

（1）板材的對接焊縫及結(jié)構(gòu)之間熔透焊縫為鋼結(jié)構(gòu)焊接的重點。

（2）“U”形肋與面板之間的焊接要求高，“U”形肋焊縫熔深不小于0.8倍“U”形肋板厚且不得焊穿。如何選擇合理的焊接工藝來保證“U”形肋焊縫的焊接質(zhì)量是該結(jié)構(gòu)焊接的重點。

2.2 根據(jù)立交橋鋼結(jié)構(gòu)的特點制定施工工藝

（1）為確保焊接質(zhì)量，優(yōu)先采用自動焊，盡量減少人工焊縫。

（2）選用的焊接材料應(yīng)與鋼結(jié)構(gòu)材料相匹配，盡量減少焊縫中易擴散的氫含量，確保焊縫一次性合格且滿足設(shè)計要求。對重要焊縫采用工藝性良好的超低氫高韌性的焊材焊接，確保焊縫質(zhì)量。

（3）開工前通過理論和實作考試優(yōu)選焊工，保證參與本工程的焊工均能夠持證上崗。

（4）選用自動焊接設(shè)備，穩(wěn)定焊縫質(zhì)量；選用焊接時變形小的保護焊，減少鋼結(jié)構(gòu)的焊接變形。

（5）針對該工程匝道橋的特點，對焊接試驗進行評定，確保選用最合適的焊接方法、坡口尺寸、焊接設(shè)備材料，以及預(yù)熱溫度、焊層間的溫度等各項工藝參數(shù)。

（6）分析大小桿件的焊接變形量，尋找規(guī)律，制定反變形措施。通過理論計算和實驗數(shù)據(jù)相結(jié)合的方法確定焊縫收縮量大小，并嚴格執(zhí)行過程跟蹤，糾正偏差。嚴格把控材料下料、坡口制作、結(jié)構(gòu)桿件拼裝，正確選擇焊接方式、焊接順序，采用胎型上焊接來減少焊接變形。

3 結(jié)構(gòu)焊接工藝方案

3.1 對接焊縫的焊接

鋼板的廠內(nèi)對接均采用埋弧自動焊，為確保焊縫熔透防止焊漏，采取焊接前墊設(shè)焊劑墊，焊接時用碳弧氣刨清根。第一道焊接時先焊接深坡口一側(cè)，后續(xù)焊接過程中采用兩面交替焊接，以減小焊后變形及降低焊接殘余應(yīng)力。

3.2 “T”形熔透角焊縫的焊接

優(yōu)先選用藥芯焊絲CO2氣體保護焊或焊條電弧焊進行“T”形熔透角焊縫的焊接。根據(jù)鋼板的不同厚度選擇“V”形或雙面“J”形坡口，焊接時優(yōu)先對坡口內(nèi)一側(cè)實施封底焊，清根、打磨后對兩側(cè)交替焊接，減少變形。

3.3 典型桿件的焊接

3.3.1 板單元“U”形肋焊接工藝

橋面板“U”形肋焊縫要求具有優(yōu)良的抗疲勞性能，焊縫熔深不小于0.8倍“U”形肋板厚且不得焊漏。為滿足“U”形肋焊縫質(zhì)量要求，采用線能量較小的富氬氣體保護自動焊（MAG）進行焊接，焊接時重點控制焊絲角度，保證熔深和焊縫的外觀成形，避免咬邊、焊偏等缺陷?！癠”形肋數(shù)量多，焊縫長而直，板單元焊接后有一定變形。為了控制焊接變形，在專用組裝生產(chǎn)線上組裝“U”形肋，在專用的自動焊接生產(chǎn)線上反變形焊接。

3.3.2 結(jié)構(gòu)分段焊接

結(jié)構(gòu)整體焊接時頂板、腹板、底板采用熔透角焊縫，為了達到熔透要求，降低施工難度，采用倉內(nèi)焊接、反面氣刨清根焊接工藝進行施焊。具體焊接要求如下：首先焊接橫隔板與“U”形肋的焊縫，距離“U”形肋80 mm處暫不焊接。其次從距離頂板80 mm處向上立焊“U”形肋與橫隔板、橫隔板與頂板焊縫。最后從橫隔板豁口立上、仰焊完成焊接，這樣可以大大提高焊縫的抗疲勞性能。

3.3.3 頂板、底板縱向?qū)雍附?/p>

頂板、底板縱向?qū)雍附酉榷ㄎ?，預(yù)留寬度宜在（6±2）mm，打底焊2道，厚度宜控制在8～10 mm的范圍內(nèi)，再進行填充自動焊接，最后形成2道蓋面焊。

4 結(jié)構(gòu)現(xiàn)場焊接

結(jié)構(gòu)現(xiàn)場焊接作業(yè)主要為吊裝節(jié)段制作時環(huán)縫的焊接。

4.1 一般規(guī)定

結(jié)構(gòu)現(xiàn)場環(huán)縫焊接不同于工廠焊接，屬于野外露天施工作業(yè)，焊接時受自然因素影響很大。焊接前應(yīng)做好各項防風(fēng)、防雨措施，并且從焊接材料管理、工藝文件的執(zhí)行、設(shè)備等各方面做縝密的工作?，F(xiàn)場焊機一般規(guī)定如下：①搭建專用的施焊平臺，要求牢固安全、防風(fēng)擋雨[2]。②建立健全焊接安全生產(chǎn)等規(guī)章制度。③焊接場地設(shè)置用電安全告示和用電安全設(shè)施。④配置各種相關(guān)設(shè)備與工具。⑤采用經(jīng)過評定合格的焊接工藝，保證焊接質(zhì)量。⑥焊接前接頭清理準備符合技術(shù)規(guī)范。

4.2 現(xiàn)場結(jié)構(gòu)定位焊接

（1）根據(jù)現(xiàn)場條件及結(jié)構(gòu)分段尺寸、焊縫長度等條件來設(shè)置定位焊接尺寸，長度宜為50～75 mm，焊接間距不應(yīng)大于400 mm，焊腳尺寸不應(yīng)小于4 mm且不大于1/2焊角高。

（2）在以下情況時對焊縫進行預(yù)熱，以防止焊接裂紋的產(chǎn)生[3]：①惡劣天氣不得進行現(xiàn)場焊接，如果影響到進度必須焊接時，要采取防雨棚等措施進行焊縫預(yù)熱。②定位焊縫拘束度較大時進行焊縫預(yù)熱。③根據(jù)試驗評定結(jié)果選用焊縫預(yù)熱。

（3）現(xiàn)場焊接前必須對焊縫除銹，焊接前除銹后時間不得超過24 h，防止焊縫重新污染或生銹。

4.3 節(jié)段制作縱縫對接及吊裝節(jié)段環(huán)縫對接

吊裝節(jié)段制作時，分段就位后，相鄰分段間頂板、底板對接焊縫采用背面貼陶質(zhì)襯墊單面焊雙面成形工藝。吊裝節(jié)段橋位就位后，相鄰吊裝節(jié)段間頂板、腹板及底板對接焊縫采用背面貼陶質(zhì)襯墊單面焊雙面成形工藝，焊接時用氣體保護焊打底，用埋弧自動焊接蓋面。

4.4 鋼結(jié)構(gòu)就位頂板“U”形肋焊縫

頂板“U”形肋嵌補段的焊接如圖1所示。“U”形肋對接拐角處焊縫先進行焊接，完成后將其頂部打磨成1∶5斜坡，然后進行平面對接焊縫焊接、打磨，最后進行焊接嵌補段“U”形肋角焊縫焊接。

圖1 “U”形肋嵌補段橋位焊接示意圖

5 檢驗與返修

鋼箱梁所有焊縫在焊接完成后立即進行外觀檢查，并填寫焊縫檢查記錄，確保各斷面所有焊縫無裂紋、未熔合，不存在焊瘤、夾渣、未填滿弧坑及漏焊等缺陷。外觀檢查不合格的焊接桿件，按相關(guān)技術(shù)要求返修，在焊縫外觀質(zhì)量未滿足要求之前，不得進入下一道工序。

對焊縫外觀檢查合格后進行無損檢驗，無損檢驗在焊接24 h后進行（鋼板厚度≥30 mm的焊接件應(yīng)在焊接48 h后進行無損檢驗），檢驗不合格的焊縫應(yīng)及時返修[4]。

焊縫鋼板、母材的缺陷超過相應(yīng)的質(zhì)量驗收標準時，可采用砂輪打磨、碳弧氣刨、鏟鑿或機械加工等方法徹底清除。對焊縫進行返修。螺柱焊返修采用砂輪切除焊釘或磨除缺陷的方法，當局部磨除缺陷時，磨除區(qū)域應(yīng)沿缺陷兩端外延10 mm?？梢圆捎们谐毕莺羔?shù)姆敌薹绞?，將板材焊點打磨后，重新將焊釘焊接上。

同一部位的返修焊不宜超過2次，焊縫2次以上的返修須報焊接工程師制訂相應(yīng)的返修方案。

6 措施

6.1 焊接變形控制措施

鋼箱梁焊接變形是鋼結(jié)構(gòu)橋梁質(zhì)量控制的重點，焊接變形控制的大小直接影響橋梁結(jié)構(gòu)的尺寸大小、連接部位的質(zhì)量及焊接后續(xù)的矯正工作。

熔化焊時焊縫的形成是一個短暫高溫冶金的連續(xù)過程，在這個過程中由于受熱不均勻可能引起焊縫及結(jié)構(gòu)的變形，焊接結(jié)束后焊縫遇冷收縮導(dǎo)致焊縫及結(jié)構(gòu)變形。這種變形可采取提前預(yù)留焊接收縮量、調(diào)整構(gòu)件施焊方向和順序、增加剛性約束等方法進行控制。根據(jù)本結(jié)構(gòu)的特殊性，制定以下焊接變形控制措施：①選用合理的焊接接頭形式。②選擇焊接方法時優(yōu)先考慮焊接變形小的方法。③精心組織合理的焊接方向和施焊順序。④控制各焊縫位置下的焊接飽滿度。⑤針對變形大的焊縫制定最合適的反變形量。⑥臨時增加結(jié)構(gòu)適宜的剛性支撐以減小變形。

6.2 提高結(jié)構(gòu)抗疲勞能力措施

本結(jié)構(gòu)的焊接接頭形式主要有對接、“十”字形、“T”形等，接頭部位力線扭曲、應(yīng)力集中，結(jié)構(gòu)接頭部位的抗疲勞能力最差，尤其是鋼箱梁結(jié)構(gòu)復(fù)雜，板件厚度大，焊縫拘束度高，焊接完成后焊縫中依然存在較高的殘余應(yīng)力。因此，制定以下控制措施：①材料下料前進行接頭、坡口設(shè)計，結(jié)構(gòu)焊接過程中嚴格控制焊接方法及施焊順序，最大限度地減小應(yīng)力集中，從而提高結(jié)構(gòu)的抗疲勞能力。②焊接完成后，應(yīng)對焊縫疲勞控制的形狀進行處理，增加焊縫過渡角及過渡半徑尺寸，對焊縫進行砂輪修磨勻順（磨削時的方向要與力線方向一致），通過減小應(yīng)力集中的程度，以提高本結(jié)構(gòu)的抗疲勞能力。

6.3 結(jié)構(gòu)焊接質(zhì)量控制措施

為確保焊接接頭的各項性能指標滿足設(shè)計及規(guī)范要求，保證結(jié)構(gòu)焊接質(zhì)量，制定以下結(jié)構(gòu)焊接質(zhì)量控制措施。①焊工資格的控制：通過培訓(xùn)、考核，取得資格證后方可上崗；資格證項目與實際生產(chǎn)對應(yīng)管理；做好焊工質(zhì)量監(jiān)管。②焊接設(shè)備控制：購優(yōu)良可靠的焊機，定期檢查維護焊機。③焊接材料控制：合理選用焊接材料，嚴格控制焊材技術(shù)條件，嚴格倉儲使用管理。④焊接工藝控制：工藝評定試驗，制定合理的焊接工藝；定期工藝檢查，確保工藝適用性；制作產(chǎn)品試板檢查工藝的穩(wěn)定性。⑤焊接環(huán)境控制：確保施焊環(huán)境符合技術(shù)規(guī)范，施焊現(xiàn)場不符合時創(chuàng)造局部室內(nèi)環(huán)境。

7 結(jié)語

尹山湖立交橋5聯(lián)匝道鋼箱梁結(jié)構(gòu)施工，焊縫類型比較多，焊縫對結(jié)構(gòu)的各種影響程度大，因此必須對焊接施工技術(shù)進行詳細分析和準確把握，這是鋼結(jié)構(gòu)焊接的關(guān)鍵。在施工中采用合理的焊接工藝，明確各個方面的焊接施工要求，做好焊接施工技術(shù)的應(yīng)用和控制。同時，要妥善完成焊縫磨修及缺陷修補，確保鋼結(jié)構(gòu)焊接施工保質(zhì)、按期完成。