基于某高速公路樞紐鋼結(jié)構(gòu)橋梁工程的施工工藝研究

雷磊LEI Lei；劉博LIU Bo

（陜西建工機(jī)械施工集團(tuán)有限公司，西安710014）

0 引言

高速公路是提高交通運(yùn)輸能力以及促進(jìn)區(qū)域發(fā)展的基礎(chǔ)，其建設(shè)質(zhì)量至關(guān)重要，尤其是鋼結(jié)構(gòu)橋梁的施工質(zhì)量。因此，研究樞紐工程的橋梁工程施工工藝有助于提升公路的運(yùn)行安全和服務(wù)質(zhì)量。山東濟(jì)南至泰安高速公路中主線橋梁工程以鋼結(jié)構(gòu)為主，全橋長966.4m，設(shè)計結(jié)構(gòu)形式為50m 跨徑鋼混疊合梁，鋼橋梁總長49.88m、寬34m、高2.63m。

1 橋梁鋼結(jié)構(gòu)及構(gòu)件加工概況

1.1 橋梁鋼結(jié)構(gòu)特征

擬建強(qiáng)烈采用槽型箱式鋼梁，規(guī)格分別為3400mm×2350mm 和3200mm×1550mm。開口截面鋼箱梁上翼緣寬600mm，于每個腹板相對應(yīng)，厚度有28、32、54mm；箱梁底板為厚度有24、32、42mm，兩道腹板不等高，為了滿足橋梁橫坡的要求，鋼主梁之間應(yīng)設(shè)置橫向聯(lián)系梁，每一道橫隔板處設(shè)一道，聯(lián)系梁梁高800、1200mm。沿橋縱向每4.5m 在鋼箱梁內(nèi)設(shè)置一道橫隔板。采用剪力接件將橋面與鋼箱梁連接在一起，其中剪力釘?shù)男吞枮镸L15 材質(zhì)的Φ22 圓柱焊釘，該剪力釘熔后長約17cm；為增強(qiáng)組件的承載力，在鋼箱梁每道上翼緣橫向間隔10cm 和軸線方向間隔15cm 布設(shè)5 列栓釘，沿梁端橫隔板軸線方向，平行布設(shè)2 列栓釘，栓釘型號一致。

1.2 構(gòu)建加工概況

本工程所有鋼箱梁均在加工廠內(nèi)制造，鋼板的平面允許誤差應(yīng)小于1mm 每延米，加工廠在廠內(nèi)按實(shí)際工況進(jìn)行預(yù)拼裝和檢驗(yàn)工作，以保證所有構(gòu)件的精度符合設(shè)計要求及現(xiàn)場實(shí)際情況后才能出廠。施工現(xiàn)場對進(jìn)場的材料，應(yīng)分批對其化學(xué)成分和力學(xué)性能進(jìn)行檢驗(yàn)，對厚度不小于35mm 的鋼板應(yīng)做Z 向性能檢測，以確保鋼材滿足橋梁對力學(xué)性能的要求。

2 基于某高速公路樞紐鋼結(jié)構(gòu)橋梁工程的施工工藝

2.1 工藝選擇

擬建工程的鋼箱梁采用全焊結(jié)構(gòu)，因此，導(dǎo)致箱梁焊縫密集分布，進(jìn)而造成鋼箱梁焊接變形和殘余應(yīng)力較大。因此，為了提高鋼箱梁焊接質(zhì)量以及有效降低鋼箱梁焊接形變、殘余應(yīng)力等，本次選擇鋼箱梁制作采用“基礎(chǔ)零件→制作板塊單元→制作塊體單元→涂裝處理→橋梁構(gòu)架組拼→橋位焊接→橋位焊接處理”的工藝流程。該工藝流程通過基礎(chǔ)零件的組裝等方式制作板塊單元，能夠有效的減少焊接縫，對防治焊接形變和降低焊接殘余應(yīng)力等效果明顯。

2.2 單元件的制作

2.2.1 翼緣、底板塊單元制作

對翼緣、底板單元，其縱肋和翼緣、底板板塊采用門切下料（或采用數(shù)控下彎曲件），下料時對接邊留收縮量。在已下料或接料的板塊上劃出縱橫基準(zhǔn)線，縱肋組裝位置線。頂?shù)装鍛?yīng)在平臺上組裝縱肋，縱肋須與頂、底板密貼，組裝時先將頂?shù)装宸胖迷趬|好預(yù)拱度墊塊的組裝胎架上進(jìn)行準(zhǔn)確定位，再按線組裝縱肋。焊接結(jié)束后采用火焰調(diào)整板塊單元（圖1）。

圖1 板單元（左）和對板單元進(jìn)行矯正示意圖（右）

2.2.2 腹板板塊單元制作

表1 鋼箱梁試拼裝主要尺寸允許偏差

腹板單元的制作采用數(shù)控下料的方式，對接的腹板下料時應(yīng)預(yù)留相應(yīng)設(shè)計要求的收縮長度。當(dāng)腹板接料下料后，應(yīng)先進(jìn)行接料處理，在相應(yīng)的腹板位置畫出橫向基準(zhǔn)線，并在腹板單元軸向方向增加0.05%的收縮量，采用數(shù)控方式按照一定的拱度下料。腹板單元的組裝應(yīng)在平臺上進(jìn)行，能夠有效的確保縱肋須與腹板密貼質(zhì)量。

2.2.3 橫隔板單元的制作

橫隔板是鋼箱梁組裝的重要環(huán)節(jié)，相當(dāng)于車胎的內(nèi)胎，其制造精度直接影響了鋼箱梁的制造精度。對需拼接的隔板，對接縫避開頂?shù)装蹇v向?qū)雍缚p。針對其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，將橫隔板整體數(shù)控下料，采用精切工藝數(shù)控一次下料成形，并且板肋缺口位置需控制為正差，工藝程序?yàn)椋孩俑舭逶跀?shù)控下料完后修整；②采用熱矯正進(jìn)行修整。翼緣隔板與翼緣底封板的連接，采用塞焊的方法，即在翼緣底封板上開塞焊孔，翼緣隔板上焊鋼襯墊（圖2）。

圖2 隔板單元數(shù)控下料示意圖

2.2.4 塊體單元整體組焊

在已下料或接料的板塊上劃出縱橫基準(zhǔn)線，劃線時注意接縫位置，以縱橫基準(zhǔn)線為準(zhǔn)劃出腹板、板肋和隔板組裝位置線，隔板位置線間每2m 加1mm 收縮量。組裝時先將底板放置在墊好預(yù)拱度墊塊的組裝胎架上進(jìn)行定位，再組裝隔板和腹板。施焊腹板、隔板焊縫，組拼頂板單元后用L 型吊具進(jìn)行單元塊整體翻身，在專用焊接平臺上焊接頂板與隔板、腹板焊縫。采用超聲波檢測焊縫質(zhì)量。

2.3 鋼箱梁預(yù)拼裝

為了減小橋位安裝時單元塊體的調(diào)整難度、準(zhǔn)確實(shí)現(xiàn)架設(shè)線形和匹配精度，加快安裝速度，為了確保鋼箱梁的架設(shè)施工順利，按照架梁順序，鋼箱梁塊體構(gòu)件單元在廠內(nèi)制造完成后，應(yīng)先在預(yù)拼裝胎架上進(jìn)行預(yù)拼裝。

預(yù)拼裝解決的主要問題包括：①鋼箱梁拱度的控制，通過預(yù)拼裝，墊出每跨拱度；②鋼箱梁水平曲線的控制；③鋼箱梁長度的控制；④接口匹配精度的控制（主要為相鄰接口對接縫錯臺及焊縫間隙的調(diào)整）；⑤組裝鋼箱梁架設(shè)用臨時連接件（定位匹配件，劃安裝定位檢查線）；⑥橋位安裝基準(zhǔn)線和監(jiān)控點(diǎn)的布置。

預(yù)拼裝前的準(zhǔn)備工作主要包括：①編寫預(yù)拼裝方案，明確節(jié)段預(yù)拼裝工藝、預(yù)拼裝順序，及各階段的測量、放樣、模擬標(biāo)高計算和檢查方法等；②對提交預(yù)拼裝的單元塊進(jìn)行驗(yàn)收，不合格品不能參加預(yù)拼裝；③定位匹配件的設(shè)計；④塊體吊裝吊耳的設(shè)計。

預(yù)拼裝工藝：①按胎架上設(shè)置的縱橫基準(zhǔn)線擺好中間塊體單元，再依次擺放相鄰梁段中間塊體單元；②從中部向兩邊依次微調(diào)各塊體，使其按基準(zhǔn)線準(zhǔn)確定位，用全站儀和鋼盤尺檢測，使其基準(zhǔn)線在允許偏差范圍內(nèi)，調(diào)整橫隔板間的錯臺，同時保證各塊體無余量端對齊；③待一個梁段的塊體全部就位后，以頂、底板及腹板為基準(zhǔn)調(diào)整好位置、長度、拱度及橫向工地焊縫間隙等；④組焊節(jié)段定位匹配件，劃定橋位安裝定位檢查線；⑤進(jìn)行嵌補(bǔ)段長度量配，并嚴(yán)格按施工圖所示編號，打好標(biāo)記；⑥將組成梁段的各塊體解體，運(yùn)至涂裝廠房進(jìn)行除銹、涂裝，嵌補(bǔ)段按編號裝箱發(fā)運(yùn)橋位。鋼箱梁的拼裝應(yīng)嚴(yán)格按照質(zhì)量要求執(zhí)行，其允許的偏差見表1。

2.4 橋梁鋼構(gòu)件防腐工藝

本工程鋼結(jié)構(gòu)橋梁長期暴露在濕潤的大氣環(huán)境下，應(yīng)采用油漆的長效防腐體系。并根據(jù)橋梁具體部位，對長期暴露在空氣中的鋼構(gòu)件，鋼梁頂面和混凝土結(jié)合面分別沿防腐要求嚴(yán)格處理。對各防腐面表面均應(yīng)進(jìn)行噴砂除銹，直至滿足Sa2.5 級標(biāo)準(zhǔn)或SSPC—SP6 標(biāo)準(zhǔn)。如鋼構(gòu)件在噴砂和施工期間出現(xiàn)氧化等不利現(xiàn)象，則需要重復(fù)噴砂至規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，并保證表面粗糙度應(yīng)滿足40～80um 的要求。

3 結(jié)束語

綜上所述，鋼結(jié)構(gòu)施工過程中存在大量的焊接縫隙，使得鋼結(jié)構(gòu)焊接形變和殘余應(yīng)力影響較大，故而對橋梁結(jié)構(gòu)施工質(zhì)量有較大的影響。本文以某高速公路的橋梁工程鋼結(jié)構(gòu)施工為例，分析了“基礎(chǔ)零件→制作板塊單元→制作塊體單元→涂裝處理→橋梁構(gòu)架組拼→橋位焊接→橋位焊接處理”工藝的使用效果，對有效防治焊接形變和降低殘余應(yīng)力效果明顯，具有較大的應(yīng)用意義。