單索面斜拉橋鋼箱梁制造關鍵技術及質量控制

李 碩 馬增崗

(中鐵寶橋(揚州)有限公司，江蘇 揚州 225107)

1 概況

1.1 工程概況

大榭第二大橋位于寧波市北侖區(qū)與大榭島之間的黃峙江上。主橋全長5.5 km，起始于大榭島環(huán)島西路，沿管廊帶空地跨越黃峙江，穿越炮臺崗，終于老329國道。主橋為雙塔單索面鋼箱梁斜拉橋，橋跨布置為50+158+392+158+50=808 m。

1.2 鋼箱梁結構特點

鋼箱梁采用單箱三室箱形截面，標準節(jié)段長10.5 m，頂板寬29.5 m，底板寬17.62 m，頂面設雙向2%橫坡，橋梁中心線處梁高3.5 m，兩側懸臂長4.0 m。中間內(nèi)腹板間距1.7 m，橫隔板間距3.5 m，頂面采用外平齊，底面采用內(nèi)平齊，標準斷面如圖1所示。全橋鋼箱梁共分為27種類型77個節(jié)段，采用全焊接連接，主要鋼材采用Q345D及Q345qD鋼，標準梁段吊裝重量約150 t，最大重量約 361.8 t，鋼箱梁總重約 12 565 t。

圖1 標準節(jié)段鋼箱梁斷面

2 鋼箱梁制造關鍵技術

2.1 板單元制造技術

板單元制作按照“預處理→下料加工→U形肋組裝→反變形焊接→組焊接板→修整”的順序進行制造。其關鍵工藝如下:

1)鋼板預處理。下料前用滾板機滾平消除殘余內(nèi)應力，然后在預處理線上進行拋丸除銹、噴涂車間底漆。除銹等級為GB 8923-88標準規(guī)定的Sa2.5級，噴涂無機硅酸鋅車間底漆一道(厚度不小于 25 μm)。

2)零件的下料加工。根據(jù)零件的具體形狀和大小確定下料方法，對較長矩形板件采用多嘴頭門式切割機精切下料，對隔板等形狀復雜的板件采用CAM系統(tǒng)的數(shù)控切割機精切下料;對較薄的主要零件，采用等離子切割;鋼板對接坡口采用火焰精密切割、刨邊機或銑邊機加工;過渡斜坡采用斜面銑床加工。

3)U形肋的加工工藝。本橋有兩種斷面尺寸的U形肋，板厚為8 mm/6 mm。U形肋采用等離子切割機精切下料，用雙面銑床機加工兩長邊及坡口，在電液聯(lián)動數(shù)控折彎設備上折彎成型。

4)U形肋組裝技術。與廠家聯(lián)合研發(fā)了U形肋專用組裝機，采用軌道移動壓頭設計，通過液壓壓緊將U形肋安裝定位在頂板或底板上，組裝動作快捷，壓力可調，適應不同板厚，而且具有精度高、效率高、無損傷等優(yōu)點，能夠較好的控制U形肋組裝精度以及與面板組裝間隙。

5)反變形焊接技術。板單元U形肋焊縫，設計要求焊縫熔深有效厚度不小于8 mm，同時保證不焊漏。采用混合氣體80%Ar+20%CO2氣體保護船位自動焊工藝。制作專用的反變形胎架，根據(jù)不同的板單元寬度、厚度，橫向設置不同的反變形量，兩邊用絲杠壓緊實現(xiàn)船位無馬施焊。焊接時先向一側傾斜一定的角度，將U形肋同側的焊縫焊接完成后，再將板單元向相反的方向傾斜相同的角度，焊接另外一側的焊縫，所有焊縫焊接時都保持焊接方向一致，根據(jù)U形肋數(shù)量以及焊縫焊接時產(chǎn)生側向彎曲的傾向安排合理的焊接順序，減小產(chǎn)生扭曲變形和側向彎曲變形。

2.2 鋼箱梁總拼制造技術

2.2.1 鋼箱梁總拼組裝工藝

鋼箱梁在總拼胎架上采取“正裝法”依次組焊11個～14個節(jié)段，即以胎架為外胎，橫隔板、內(nèi)腹板為內(nèi)胎分步組焊。通過測量塔和橫向基準點即“三縱一橫法”控制單元件就位，在盡可能少的馬板約束下施焊，鋼箱梁整體組焊工藝如下:

1)以中間測量塔和對線墩為基準定位各節(jié)段的基準塊體;

2)以基準塊體縱、橫基線為基準對稱組裝兩邊底板單元，并用彈性馬板與胎架固結。檢查合格后，對稱施焊，依次組裝至斜底板單元處。

3)以已組裝的底板單元縱基線和對線墩上的橫基線為基準定位組裝斜底板單元(在基準塊體上置鏡，以中間測量塔確定方向，轉90°對定位進行復核)，對稱施焊底板與斜底板縱向對接焊縫。

4)以隔板單元位置線為基準，組裝斜底板側的隔板嵌補段，再分別以兩邊側測量塔為基準組裝中橫隔板單元。在組裝過程中輔以頂拉工具控制隔板位置精度和垂直度等項點。

5)分別以兩邊側測量塔和斜底板橫基線為基準組裝翼緣塊體，同時組裝支座加勁及橫向擋塊。

6)分別以兩邊側測量塔和翼緣塊體橫基線為基準組裝頂板單元，檢查合格后，對稱施焊，最后配裝封箱頂板單元。

7)頂板單元組焊完畢后，以中間測量塔為基準修正縱橫基準線，并以其為基準劃頂板單元向塔向一短邊配切線。采用小車配切頂板單元。

8)全面檢測鋼箱梁幾何尺寸，合格后解除與胎架連接馬板，并修磨點焊馬板部位。然后復查相鄰兩箱段接口匹配情況，超差時進行修整，合格后組焊預拼裝匹配件等。

2.2.2 鋼箱梁總拼焊接技術

鋼箱梁節(jié)段斷面大，焊接接頭形式種類多，焊接位置具有全位置的特點，它不僅要保證焊縫質量，而且要保證箱梁產(chǎn)生的變形最小。因此鋼箱梁總拼焊接采取以下焊接工藝和保證措施:

1)縱向對接焊縫全部采用單面焊雙面成型工藝進行焊接，背面貼陶質襯墊，焊接時用CO2氣體保護焊打底，埋弧自動焊蓋面。焊縫間隙控制在(6±2)mm，打底焊縫厚度控制在8 mm左右。埋弧自動焊填充時控制線能量和層間溫度確保焊縫性能，蓋面焊道采用2道焊接完成，控制余高和焊縫外觀成型。

2)外腹板與斜底板、斜底板與底板的焊縫采用背面貼陶質襯墊單面焊雙面成型的焊接工藝，焊接部位加工單側V形坡口，焊前用馬板定位，焊縫間隙控制在(6±2)mm。為了保證橋位安裝時節(jié)段正確匹配，焊縫端部預留約200 mm不焊。斜底板與底板的熔透焊縫采用背面CO2焊接1道，正面坡口處清根焊接，焊縫不留間隙。

3)橫隔板與內(nèi)、外腹板熔透焊的焊縫采用CO2氣體保護半自動焊焊接，單面坡口焊接時先焊接坡口側焊縫，清根后焊接背面焊縫，要求確保熔透。雙面坡口焊接時先焊小坡口側，清根后焊接大坡口側，并確保熔深。因橫隔板被內(nèi)、外腹板上的加勁肋斷開，其熔透焊縫立位焊接在隔板斷開位置應該包角焊。

4)頂、底板U形肋和橫隔板的焊接。采用實芯焊絲CO2氣體保護焊焊接，采取連續(xù)焊過倒角的方式，在U形肋拐角處不允許斷弧，一次將切角焊封，對U形肋與橫隔板角焊縫的端部進行包角處理，并對成型不勻順的地方進行修磨。

3 鋼箱梁制造質量控制

3.1 原材料質量控制

所有原材料均通過公開招標確定供貨單位。原材料進廠后依據(jù)《材料采購計劃》和《原材料檢驗試驗工作流程》規(guī)定進行了外觀質量檢查和化學成分、力學性能的取樣復檢，杜絕有未經(jīng)檢驗或檢驗不合格的原材料投入生產(chǎn)使用，并按照材料管理制度，做到分類堆放、標識明確、專料專用、隨用隨取，具備可追溯性。

3.2 工裝控制

為全面控制鋼箱梁制造質量，保證幾何精度，生產(chǎn)制造過程設計運用了一批專用工裝設備，如U形肋組裝機、反變形焊接胎架等，用工裝設備的精度來保證產(chǎn)品批量制造質量，避免了人工技能差別對質量的影響。各工序設備和工裝的首件產(chǎn)品均經(jīng)驗證合格后投入批量生產(chǎn)。總拼胎架每生產(chǎn)一輪，要進行一次檢測。重點檢查線形、預拱度及胎架剛度，檢測結果均有詳細記錄并報監(jiān)理工程師備案。

3.3 工藝控制

為保證鋼箱梁生產(chǎn)制造，技術人員與設計人員深入溝通，領會設計意圖，進行深入的工藝研究和開發(fā)，針對鋼箱梁結構特點和質量要求，編制了《鋼箱梁制造工藝方案》《制造驗收規(guī)則》等，作為施工和驗收的依據(jù);針對鋼箱梁制造特點，編制了《制造作業(yè)指導書》《焊接工藝》《質量檢驗規(guī)程》等40余項技術文件，用于指導生產(chǎn)的全過程，控制施工質量。針對板厚種類，焊接接頭形式制作了60組代表了全橋各種連接的焊縫接頭焊接工藝試驗，并通過了專家評審，作為編制焊接工藝的依據(jù)。

3.4 人員控制

明確各級施工人員的職責和權限。針對特殊工種和關鍵工序進行專項技術培訓和交底，并組織焊工等關鍵工種進行理論及實作考試，擇優(yōu)持證上崗;生產(chǎn)過程中，技術、質檢部門分批、分級對管理人員和工序操作人員進行質量技術交底，做到質量技術交底到班組、到人，技術服務到現(xiàn)場。重點加強了工序過程控制，以工序質量來保證成品質量。

4 結語

大榭第二大橋鋼箱梁的制造過程中，采用了先進的技術設備及優(yōu)化工法，高精度自動定位板單元組裝技術、反變形焊接技術、梁段組焊與預拼裝并行技術等，鋼箱梁制造質量及進度均得到了保證，大橋已于2013年10月28日順利建成通車。

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