單索面斜拉橋鋼箱梁制造關(guān)鍵技術(shù)及質(zhì)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(jié)構(gòu)特點

鋼箱梁采用單箱三室箱形截面，標(biāo)準(zhǔn)節(jié)段長10.5 m，頂板寬29.5 m，底板寬17.62 m，頂面設(shè)雙向2%橫坡，橋梁中心線處梁高3.5 m，兩側(cè)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(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)節(jié)段鋼箱梁斷面

2 鋼箱梁制造關(guān)鍵技術(shù)

2.1 板單元制造技術(shù)

板單元制作按照“預(yù)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(jìn)行制造。其關(guān)鍵工藝如下:

1)鋼板預(yù)處理。下料前用滾板機滾平消除殘余內(nèi)應(yīng)力，然后在預(yù)處理線上進(jìn)行拋丸除銹、噴涂車間底漆。除銹等級為GB 8923-88標(biāo)準(zhǔn)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(fù)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(shè)備上折彎成型。

4)U形肋組裝技術(shù)。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(shè)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(diào)，適應(yīng)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(shù)。板單元U形肋焊縫，設(shè)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(hù)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(shè)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(cè)傾斜一定的角度，將U形肋同側(cè)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(cè)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(cè)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(cè)向彎曲變形。

2.2 鋼箱梁總拼制造技術(shù)

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(zhǔn)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(zhǔn)定位各節(jié)段的基準(zhǔn)塊體;

2)以基準(zhǔn)塊體縱、橫基線為基準(zhǔn)對稱組裝兩邊底板單元，并用彈性馬板與胎架固結(jié)。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(zhǔn)定位組裝斜底板單元(在基準(zhǔn)塊體上置鏡，以中間測量塔確定方向，轉(zhuǎn)90°對定位進(jìn)行復(fù)核)，對稱施焊底板與斜底板縱向?qū)雍缚p。

4)以隔板單元位置線為基準(zhǔn)，組裝斜底板側(cè)的隔板嵌補段，再分別以兩邊側(cè)測量塔為基準(zhǔn)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(cè)測量塔和斜底板橫基線為基準(zhǔn)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(cè)測量塔和翼緣塊體橫基線為基準(zhǔn)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(zhǔn)修正縱橫基準(zhǔn)線，并以其為基準(zhǔn)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(fù)查相鄰兩箱段接口匹配情況，超差時進(jìn)行修整，合格后組焊預(yù)拼裝匹配件等。

2.2.2 鋼箱梁總拼焊接技術(shù)

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(zhì)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?qū)雍缚p全部采用單面焊雙面成型工藝進(jìn)行焊接，背面貼陶質(zhì)襯墊，焊接時用CO2氣體保護(hù)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(zhì)襯墊單面焊雙面成型的焊接工藝，焊接部位加工單側(cè)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(yù)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(hù)半自動焊焊接，單面坡口焊接時先焊接坡口側(cè)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(cè)，清根后焊接大坡口側(cè)，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(yīng)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(hù)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(jìn)行包角處理，并對成型不勻順的地方進(jìn)行修磨。

3 鋼箱梁制造質(zhì)量控制

3.1 原材料質(zhì)量控制

所有原材料均通過公開招標(biāo)確定供貨單位。原材料進(jìn)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(jìn)行了外觀質(zhì)量檢查和化學(xué)成分、力學(xué)性能的取樣復(fù)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(biāo)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(zhì)量，保證幾何精度，生產(chǎn)制造過程設(shè)計運用了一批專用工裝設(shè)備，如U形肋組裝機、反變形焊接胎架等，用工裝設(shè)備的精度來保證產(chǎn)品批量制造質(zhì)量，避免了人工技能差別對質(zhì)量的影響。各工序設(shè)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(jìn)行一次檢測。重點檢查線形、預(yù)拱度及胎架剛度，檢測結(jié)果均有詳細(xì)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(shù)人員與設(shè)計人員深入溝通，領(lǐng)會設(shè)計意圖，進(jìn)行深入的工藝研究和開發(fā)，針對鋼箱梁結(jié)構(gòu)特點和質(zhì)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(dǎo)書》《焊接工藝》《質(zhì)量檢驗規(guī)程》等40余項技術(shù)文件，用于指導(dǎo)生產(chǎn)的全過程，控制施工質(zhì)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(zé)和權(quán)限。針對特殊工種和關(guān)鍵工序進(jìn)行專項技術(shù)培訓(xùn)和交底，并組織焊工等關(guān)鍵工種進(jìn)行理論及實作考試，擇優(yōu)持證上崗;生產(chǎn)過程中，技術(shù)、質(zhì)檢部門分批、分級對管理人員和工序操作人員進(jìn)行質(zhì)量技術(shù)交底，做到質(zhì)量技術(shù)交底到班組、到人，技術(shù)服務(wù)到現(xiàn)場。重點加強了工序過程控制，以工序質(zhì)量來保證成品質(zhì)量。

4 結(jié)語

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

［1］方大東.潤揚長江公路大橋斜拉橋鋼箱梁制造的關(guān)鍵技術(shù)［J］.鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計，2003(3):30.

［2］孫英武.鐵路斜拉橋曲線鋼箱梁制造關(guān)鍵技術(shù)［J］.山西建筑，2011，37(5):169-170.

［3］朱福典.大型鋼箱梁制作要點探討［J］.科技致富向?qū)В?011(36):101-102.

［4］邵天吉.深圳灣大橋平曲線鋼箱梁制作技術(shù)［J］.鋼結(jié)構(gòu)，2008，3(1):251-252.