淺談橋位支架單元板拼裝鋼箱梁線形質量控制

■龐中艷，趙留芳 ■江蘇省交通工程集團有限公司，江蘇 鎮江 212003

近年來，為了大跨度和美觀的需要，國內許多城市周邊出現了大跨度鋼箱梁結構的景觀橋梁，這些鋼箱梁橋大多是跨越淺灘河流、道路，甚至是陸地造橋，由于運輸條件受限，均采用廠內制作成單元板，使用汽車運輸至橋位現場，在施工現場拼裝成大節段后吊裝或在橋位處搭設滿堂支架后直接在橋位上進行單元板拼裝的工藝進行施工。由于鋼箱梁的線形要求很高，橋位支架上進行單元板拼裝鋼箱梁，線性控制難度非常大。本文以鄂爾多斯市東勝大橋為例介紹了橋位高支架單元板拼裝鋼箱梁橋梁線形質量控制的幾點要點，為同類工程的施工提供參考。

1 工程概況

東勝大橋又名韓土公路二號橋，位于內蒙古鄂爾多斯市，四季和晝夜溫差大，夏季紫外線照射強。主橋長 490m，主跨230m，橋寬50m，橋面高28.2m，梁體為正交異性板鋼箱梁結構，鋼箱梁設計節段長度7.5m至10.4m不等，在橋位處搭設少支點滿堂支架，支架高度25.2m，鋼箱梁單元板在專業廠內生產，單元板運輸至現場直接在橋位支架上進行鋼箱梁組拼焊接，與傳統的梁段整體吊裝組拼，在施工工藝上存在著較大差異，在整體線形質量控制上難度系數更大。

圖1 橋位支架單元板拼裝圖

2 鋼箱梁線形質量控制要點分析

在橋位現場支架上直接采取單元板進行鋼箱梁的線性控制主要有三個方面:(1)單元板廠內制作尺寸、變形控制及出廠前的檢查驗收是保證鋼箱梁線形的基礎;(2)橋位現場搭設的支架必須安裝位置準確，具有足夠的剛度、穩定性，確保支架承載后的縱向、橫向、豎向位移量控制在允許范圍內;(3)單元板在橋位支架頂的胎架上進行組拼鋼箱梁最為關鍵，影響因素較為復雜，必須嚴格控制好單元板的組拼順序、焊接工藝及安裝就位精確度。

3 線形質量控制要點應對措施

3．1 廠內單元板制作線形控制

(1)焊接工藝不完善，工藝不合理引起單元板廠內生產時嚴重焊接變形，對此，制作廠家在單元板生產前需結合設計要求對焊接工藝進行仔細評定，選擇有操作技能經驗的生產工人，并通過多組構件的試焊作業，總結焊接技術參數及操作流程，最終制訂出完善、合理的焊接工藝方案。

(2)廠內需要選用技術先進的設備，例如平板機、數控切割機、多頭切割機、銑邊機等。

(3)單元板制作應在室內進行，確保不受太陽照射導致板材正反面溫度不一致，還應嚴格控制廠內單元板制作胎架的剛度及放樣精度。

(4)由于鋼箱梁單元板構件尺寸大，構件平整度矯正必須選擇合理的矯正方法，對平整度達不到要求的板材以及焊接后的單元板必須使用平板機，不得使用火焰矯正。

(5)單元板的精度低影響鋼箱梁整體的變形量，為保證單元板的精度，除嚴格控制好材料的下料尺寸外，單元板制作過程中的組拼順序及焊接順序也很重要，焊接順序將引起單元板的內部變形，不合理組拼順序、焊接順序導致內應力不平衡，使制作的單元板變形。

(6)單元板廠內制作時應按照設計圖紙分節段制作，每個節段單元板完成后須在廠內進行試拼裝，確保尺寸和平整度滿足設計及規范要求后方能運輸出廠，運輸裝卸車時須做好防護，確保單元板在運輸及裝卸車過程中不碰撞、不變形。

因此，在選擇鋼箱梁生產廠家的時候尤為重要，應首選那些技術實力雄厚、設備先進、質量意識強、管理正規的大型鋼結構廠家。

3．2 支架變形控制

本項目選用大型鋼管柱少支點滿堂支架，在鋼管支架頂搭設橋位拼裝胎架。由于支架高度高，且單節段鋼箱梁最大重量達300噸，支架穩定性及受荷載后的變形控制難度很大。

(1)首先，合理的支架方案設計最為關鍵，承載能力須預留足夠的安全系數，搭設支架的鋼管柱、型鋼等材料必須不低于國標標準。另外，此類承重大、高大型的支架必須經過專家論證方可實施。

(2)支架搭設前必須確保支架基礎地基穩固、平整、排水良好。在處理好的地基上進行精確放樣和測量，開挖基槽澆筑鋼管柱支架基礎。基礎澆筑時須埋設法蘭螺栓或預埋鋼管應以固定鋼管柱。基礎施工時應嚴格控制基礎頂面平整度和高程。

(3)有支架高度高，寬度大，支架頂預壓操作難度大，危險性大。可采用支架基礎預壓的方式消除支架基礎的非彈性沉降量，同時檢測地基的穩定性。

(4)支架鋼管柱不應有損傷和變形，鋼管下料時應嚴格控制下料長度，下料時應預留支架承載后的彈性變形量和非彈性變形量。鋼管柱拼接時還應嚴格控制拼接順直度及接頭的焊接質量。

(5)支架搭設是嚴格按照放樣點進行鋼管柱的安裝，并嚴格控制鋼管柱的垂直度。鋼管柱支架根據設計設置縱橫向剪刀撐和橫撐，以確保支架整體剛度和穩定性，各連接部位須嚴格控制焊接質量和螺栓連接質量。

圖2 支架連接加固圖

(6)支架頂拼裝胎架搭設是須控制好橋梁整體線形和胎架的剛度及穩定性。鋼箱梁拼裝前還應對支架及拼裝胎架進行二級預壓。第一級預壓:在鋼箱梁底單元板板吊至胎架施工平臺時，先對組裝梁段的胎架進行預壓，再組裝施工;第二級預壓:在頂單元板板吊至施工平臺準備焊接時，先進行預壓再組裝施工;

圖3 支架與胎架的二級預壓

3．3 現場組拼焊接變形控制

針對本橋實際焊接情況，對全橋不同施工工藝及參數劃分如下五點并加以實施:

(1)定位焊:①定位焊縫應距設計焊縫端部30mm以上，其長度為50～100mm;角焊縫定位焊縫的焊腳尺寸不得大于設計焊腳尺寸的1/2;②定位焊縫不得有裂紋、夾渣、焊瘤等缺陷，對于開裂的定位焊縫，必須在保證焊件組裝尺寸正確的條件下補充定位焊，并清除開裂的焊縫。

(2)埋弧自動焊接:①埋弧自動焊應在距設計焊縫端部80mm以外的引板上起、熄弧;②在埋弧自動焊焊接過程中，應待焊縫稍冷卻后再敲去熔渣。敲渣部位到熔池的距離應大于1m;③在自動焊過程中不應斷弧，如有斷弧則必須將停弧處刨成1∶5斜坡，并搭接50mm再引弧施焊，焊后搭接處應修磨勻順;④單面焊雙面成型的焊縫應在坡口背面貼嚴、貼牢工藝規定的陶質襯墊;⑤對于錨箱的四條主焊縫、橫隔板與錨箱間的連接焊縫，焊后對焊縫進行超聲錘擊處理;⑥圓柱頭焊釘的焊接工藝參數(焊接電流、焊接時間、焊釘伸出長度和焊釘提升高度等)應通過其焊接工藝試驗確定，試驗結果應符合GB/T10433的規定。

(3)梁段間焊縫的焊接:①梁段經檢查合格后方可進行梁段間焊縫的焊接，施焊順序應嚴格按焊接工藝規程執行;②梁段間焊縫的焊接和焊接檢驗應符合規范及《韓土二號橋制作規則》的有關規定;③梁段間焊縫經檢查合格后，按照先一側對接后角接，再另一側對接的順序焊接U形肋、板肋和球扁鋼嵌補件。

(4)焊接順序的確定:①橋位的焊接必須對稱焊，即以橋中心線為對稱，兩邊同時同方向施焊底板、頂板的對接焊然后再對稱施焊嵌補段焊縫。施焊底板、腹板對接焊時應從下到上進行;②具體部位的焊接順序:a．斜頂板與人行道板的焊接:采用CO2藥芯焊，先焊鋼箱梁內側，焊縫焊完，再用埋弧自動焊焊接外側，即保證熔透;b．斜頂板與頂板:先焊鋼箱梁里側焊縫，焊完后在鋼箱梁外側消跟，焊接箱外焊縫，保證焊縫熔透的要求，達到鋼箱梁密封的作用;c．頂板、底板縱向對接采用同時同方向焊接或者中間向兩側同時焊接;d．頂板對接焊縫焊接完成后，再焊接頂板與橫隔板的對接焊;

圖4 焊接順序圖

(5)考慮外界因素的施工工藝。現場單元板橋位拼裝作業不具備室內條件，現場施工環境復雜，晝夜溫差大，風荷載也會影響鋼箱梁線形。

①焊接選擇合理的合攏段的安裝時間;(每跨合龍段梁定位組裝選擇);

②進行長度方向的溫差補償(對于固定基準點定位尺寸，根據環境溫度變化情況進行計算補償);

③考慮溫度對鋼箱梁的外形影響，當定位鋼箱梁頂單元板板時，由于受到頂單元板板的遮蓋，日光不夠直接照射到底板，造成頂單元板板的鋼板溫度高于底板而變形，所以要預留橫向的焊接預留量。

圖5 陽光照射導致變形示意圖

④焊接焊接溫度對鋼箱梁的幾何尺寸和線形也有影響，故要預留焊接收縮量。(當鋼板厚度在20mm以下時，焊縫平均收縮量約為0.1mm/m ×20m=2mm。)

⑤分析驗算風荷載對鋼箱梁接支架的側向推力，鋼箱梁拼裝就位時考慮位移預留量。

4 結語

鋼箱梁線形質量是鋼箱梁外觀質量的重要指標之一，采用橋位支架單元板拼裝鋼箱梁的施工工藝具有工作面大，作業速度快，安全風險小，節約成本等諸多優點，但是由于施工條件復雜，影響因素多，給橋梁線形質量控制增加了很大的難度，施工前必須經過細致縝密的規劃設計，充分考慮各種不利因素，施工過程中每一環節須加以嚴格控制，方能確保鋼箱梁整體線形質量。

［1］《韓土二號橋施工監控報告》．蘇交院檢(2010)－JG－01－2(4)．

［2］《公路工程質量檢驗評定標準》．JTG F80/1－2004．

［3］《鋼結構設計規范》．GB50017－2003．

［4］《公路橋涵施工技術規范》．JTG/T F50 －2011．

［5］《公路橋鋼箱梁制造規范》．DB32/T 947 －2005．