鋼箱梁現場二次拼裝質量控制技術

余扣成

（中鐵十六局集團第三工程有限公司，浙江 湖州 313000）

0 引言

鋼箱梁由于施工周期較短、整體重量輕等特點廣泛應用于城市立交及上跨既有道路工程中。鋼箱梁分塊原則為盡量減少現場拼縫焊接，其制作質量對于提高其耐久性以及降低使用中的噪音有著極為重要的作用。受“10·10無錫高架橋側翻事件”影響，大件運輸手續審批困難，蘇州南湖路快速路東延吳淞江樞紐工程鋼箱梁在節塊劃分中均為小節段，無形中增加了現場二次拼接施工工序。本文結合實際情況，闡述了鋼箱梁現場二次焊接質量的控制措施。

1 工程概況

蘇州南湖路快速路東延工程，主線橋梁長2.1km，設吳淞江立交樞紐1座，為南湖快速路與中環快速路東線的立交互通段落，立交形式采用四層式全定向立交。上跨中環快速路東線（雙向6車道），均采用鋼箱梁形式上跨，共計5聯。本文以ES匝道橋第六聯鋼箱梁為背景進行闡述。

ES匝道橋長520.9m，曲線半徑200m，第六聯鋼箱梁長度2×45=90m，底板寬3.75m，頂板寬9.6m，梁高2m，頂、底板均設2%橫坡，雙箱室結構。橋梁材質均采用Q345qD，如圖1所示。設計單孔施工預拱度值為70mm，如圖2所示。

圖1 鋼箱梁示意圖

圖2 預拱度布置圖

2 鋼箱梁分塊

根據鋼箱梁結構尺寸和現場條件及吊裝站位要求，且滿足現狀公路運輸“三限”等要求來劃分。

（1）結合鋼梁頂、底、腹板板厚變化規律，將縱向分段位置避開應力高峰區。

（2）頂底板縱橫縫錯開250mm，同時縱向分段位置頂底板、腹板相互錯開成Z型口，如圖3所示。

圖3 Z型口與安裝關系示意圖

（3）縱向分段位置避開隔板位置不小于200mm。

（4）兼顧運輸（梁段長度控制30m內，寬度5m內）及現場安裝合理確定分段。

（5）根據施工安排合理設置合攏段（加預留100mm余量），如圖4所示。

圖4 梁段編號圖

3 施工預拱度設計

3.1 計算荷載

（1）鋼箱梁自重：根據設計圖紙，鋼箱梁自重409682kg，換算荷載集度為45.5kN/m。

（2）橋面鋪裝。

（3）壓重：邊支點4m范圍鋼箱內設置C30鐵砂混凝土壓重，重量按260kN/m計算。

（4）計算模型：采用Midas梁單元計算，計算模型見圖5。

圖5 鋼箱梁模型圖

3.2 計算結果

標準組合下單跨撓度如圖6，其最大撓度為44mm。

圖6 撓度線型圖

各工況下撓度如表1所示，可按標準組合設置預拱度，最大預拱度為44mm。鋼箱梁制造和安裝時應考慮橋梁縱橫斷面線形的影響，實際安裝線型與設計圖預拱度（根據施工圖設計為70mm）的差值可以在架設支架時，適當調整支架標高進行部分修正，其余部分采用找平層調整。

表1 預拱度調整表

4 鋼箱梁制作

鋼箱梁制作流程如下：零件→板單元→出廠節段→預拼裝→工廠涂裝→運輸→現場二次拼裝焊接→吊裝安裝→補焊、補涂裝→最后一道面漆涂裝[1]。

在工廠內鋼箱梁預拼裝工序采用長線胎架法、反裝法實施，根據預拱度數值和橫坡調整胎架頂部支撐鋼管標高，保證整孔鋼箱梁線型流暢。

5 現場二次拼接質量控制

鋼箱梁拼裝場地位置設在SW匝道橋半徑弧形內，南北方向布置，長度60m、寬度25m，地基換填后澆筑C30混凝土，厚度20cm。

在現場拼裝的節段梁有ESL2-1、ESL2-2，ESL4-1、ESL4-2，ESL9-1、ESL9-2。

5.1 臨時胎架設計

拼裝場地設2組拼裝胎架。一組胎架設3組支撐墩，單個墩采用4根Φ429鋼管，高度1.2m，1.8m×1.8m（橫向×縱向），頂部采用雙拼Ⅰ36工字鋼，頂部調節鋼管10cm高為基準點，如圖7所示。

圖7 單個臨時胎架設計圖

5.2 胎架預拱度設置

現場拼裝以ESL2-1、ESL2-2節段進行闡述，該段屬于曲線半徑內弧段，兩節鋼箱梁拼接長度37.56m具有代表性[2]。

施工預拱度根據節塊分段長度計算和底板橫坡及長度計算見表2。

表2 施工預拱度計算表

5.3 線型控制

根據拼裝節段鋼箱梁結構尺寸和胎架支撐位置，在場地上畫出鋼箱梁外部輪廓尺寸。兩塊鋼箱梁在胎架精準對接后，用鋼板臨時固定，采用內弧翼緣板邊與地面線上下是否一致，如出現偏差后及時調整，上下用定位鋼板固定住，保證無外力或無應力狀態下自然對接。線型檢測方法有傳統吊垂球法、紅外線投射法[3]，要科學選用。

5.4 焊接質量控制

由于鋼結構對溫度特別敏感，相應位置隨溫度變化而變化，所以對大跨度鋼結構橋梁的定位安裝和線形監控，最好在鎖定合攏溫度時間內測設，否則要引入溫度修正系數，計算比較復雜，準確度也難以掌握。

針對鋼箱梁的結構特點及所使用的鋼材種類和對焊接接頭的質量要求，按照焊接接頭的等強度、等屈服、等韌性原則，為保證焊接質量，摸清楚本橋的焊接特點，按照《鋼結構焊接規范》（GB 50661-2011）為依據，根據本橋的相關設計要求進行焊接工藝評定試驗。焊接采用SAW（埋弧焊）、GMAW（實心焊絲二氧化碳氣體保護焊）、FCAW（藥芯焊絲二氧化碳氣體保護焊）、SW（螺柱焊）、SMAW（焊條電弧焊）。質量控制的措施具體如下：

（1）定位焊不得有裂紋、夾渣、焊瘤等缺陷,凡最后不熔入正式焊縫的定位焊應予以清除。

（2）不同厚度的鋼板對接，應將較厚板的一面加工成斜坡，其坡度對頂、底板及腹板應小于或等于1:8，對加勁肋可小于或等于1:5。

（3）現場焊接環境條件較復雜，箱梁焊接位置設置配套的防風、雨棚,焊接環境的相對濕度應不小于80%，焊接環境的溫度，對低合金高強度結構鋼不應低于5℃，普通碳素結構鋼不應低于0℃。主要桿件應在組裝后24h內焊接[4]。

（4）本橋所有橫梁外殼板的橫向對接焊縫，其焊縫增強量必須≤1.5mm。焊縫打磨要保證焊縫增強量平滑過渡到母材表面。

（5）埋弧自動焊必須在距焊縫端部80mm以上的引、熄弧板上進行引弧、熄弧。焊接中應盡量不斷弧，如有斷弧必須將停弧處刨成1:8斜坡后，并搭接50mm再引弧施焊，引、熄弧板應待焊縫冷卻后割去，焊縫端面應打磨光潔并與工件齊平。

（6）為保證構件疲勞受力性能，需對受拉部位的焊縫進行打磨。

6 結束語

鋼箱梁工藝已成熟地運用于城市立交橋中，基于鋼箱梁的諸多優點，鋼箱梁會在越來越多的跨越既有路線的工程中得到運用，該工程的鋼箱梁小節段到現場二次拼裝組成大件吊裝，既解決了陸運運輸問題，又保障了鋼箱梁整體質量及成橋后線型問題?？傊?，本文現場二次拼接施工技術應用取得的經驗可供類似工況鋼箱梁參考及借鑒。