許昌-信陽高速公路榆林樞紐跨線鋼箱梁精益制造研究

竇建波 朱光耀 苑高建

一、工程概況

許昌至信陽高速公路第1合同段位于許昌市建安區，項目榆林樞紐互通立交位于許廣高速公路與永登高速公路交叉口位置，為立交改建工程。其中，跨線鋼箱梁為互通區域內主線1號橋、A匝道、C匝道、F匝道2號橋、G匝道橋及新天橋，共計6座跨線橋梁。主線1號橋為中跨鋼箱梁，長度60米，分左右幅，重量905.6噸；A、C、G匝道橋為三跨連續鋼箱梁，長度40+60+40米，重量均為867噸；F匝道2號橋為中跨鋼箱梁，長度60米，重量291.6噸；新天橋為中跨鋼箱梁，長度為60米，重量284.6噸。所有鋼箱梁在加工廠分段制作，驗收合格后運輸到現場進項安裝施工。

二、鋼箱梁制作流程及分段

1. 制作流程

技術準備→原材采購→原材復驗→鋼材預處理→下料→單元件焊接→分段總裝→工廠預拼裝→現場焊接→防腐涂裝→驗收。

2. 鋼箱梁分段

本項目榆林樞紐互通范圍內被交叉道路交通流量較大，施工環境復雜，鋼箱梁分段首先應滿足復雜施工環境下箱梁吊裝的安全性和可靠性，同時盡量減少對道路交通的影響；其次應滿足箱梁節段運輸和吊裝的要求。鋼箱梁分段首先要滿足設計要求，其次加工廠對設計圖紙進行深化，深化后的分段圖紙需要上報原設計院審批，審批通過后方能執行，分段要滿足現場吊裝施工、安全質量可靠等要求。結合生產廠家實際，本工程鋼箱梁單節段重量原則上控制在45噸以內、寬度控制住在5米以內、長度控制住20米以內。

三、鋼箱梁精益制造質量控制

1. 技術準備

首先結合設計圖紙及各種規范標準，采用BOX-3D、TEKLA軟件進行施工圖紙深化，這一步非常關鍵，通過圖紙深化可以將鋼材利用率最大化，將各類構件鋼材損耗率降到最低，得到各類構件施工下料的詳細數據，對焊接及總裝都十分重要。

2. 原材采購

根據鋼箱梁專業分包技術部提供的鋼材用量匯總表，物供部編制《原材采購計劃》，報項目經理審批，審批后按公司物資采購制度進行采購，原材單位從公司原材供應數據庫中篩選，選擇評分等級較高的生產廠家，對選定的單位需要通過公司各部門民主投票表決，對通過表決的原材供應商采用邀標方式。

3. 原材復驗

本標段鋼箱梁采用Q345qD及Q355qD鋼板，按三同原則（同廠、同材、同厚），每10個爐（批）號抽檢一組試件，作化學成份和力學性能試驗，后續各批做化學成分分析，所有材料均應根據驗收標準復檢合格后方可使用。

4. 鋼板預處理

鋼板預處理前在校平機上校平，控制平面度≤1mm/m，鋼板在鋼材預處理流水線上完成拋丸處理和噴涂車間底漆工作，表面處理等級達到Sa2.5。

5. 下料

橋梁各類構件均可采用數控火焰或等離子切割，精密切割表面質量控制對于表面粗糙度主要零部件控制在25μm內，次要零部件控制在50μm內；崩坑主要零部件不允許，次要零部件1米長度內允許有一處，深度≤1.0mm；塌角允許半徑小于0.5mm程度的圓角；氣割垂直度不大于板厚的5%且不大于2mm。

6. 單元件焊接

焊接質量與焊接變形的控制是本工程制造精度控制的基礎。鋼箱梁焊接前通過焊接工藝評定確保焊縫質量滿足結構受力要求。按設計要求，鋼箱梁各種板件的對接焊縫采用開坡口全熔透焊接，腹板與頂底板之間采用開坡口全熔透焊接，普通橫隔板與頂底腹板之間采用雙面貼角焊縫，支點橫隔板與頂底腹板之間采用開坡口全熔透對接與角接組焊焊縫，支點加勁板與橫隔板、底板之間采用開坡口全熔透對接與角接組和合焊縫，U肋與頂底板之間采用U肋開坡口深熔焊（熔透深度≥80%），頂底腹板縱向T肋或Ⅰ肋與頂底腹板之間采用雙面貼角焊縫。在本工程制造中，工廠將運用先進的機械臂焊接技術，提高焊接效率和質量，保證制造精度。

7. 分段總裝及工廠預拼裝

本工程鋼箱梁總拼及預拼裝同時進行（以下簡稱總拼）。總拼采用“倒裝”工藝。為滿足現場安裝時易于調校各板的相互位置，對內、外腹板焊縫預留200mm現場施焊。以道路中心線為基準線橫向向兩側對稱組裝，寬度收縮量預留3mm/道，襯墊焊接間隙保證為6～8mm；縱向按照從一邊向另一邊組裝。因面、底、腹板配切余量約為15～20mm，相鄰梁段間距比理論大80mm，避免安裝時面、底、腹板發生抵觸，待一個輪次鋼箱梁組焊完畢并解除所有約束、調校完畢及箱口匹配調整后對非基準端端面進行配切，配切預留現場焊接間隙6～8mm、對接焊縫收縮量3mm/道。鋼箱梁兩端中心線及橫隔板位置，均需設置長度、標高、軸線測量控制點。

8. 現場焊接

鋼結構進場對橋梁線形進行復測，核對鋼箱梁支座位置及高程。鋼構件進場前，根據設計圖紙再次對支座進行復測，有問題查明原因及時與設計協商，在加工廠內處理。鋼箱梁吊裝就位時梁段精確匹配高程誤差控制在2mm之內。箱梁安裝偏差的調整按照先平面位置再高程的順序進行。鋼箱梁就位后經測量校正后，加設馬板進行固定，待焊接完成后拆除馬板。

本工程鋼箱梁跨度大，采用臨時支架法施工時，為保證鋼箱梁的豎向曲線，在現場安裝時，鋼箱梁應考慮施工預起拱，施工預起拱按照以往的施工經驗和結合鋼結構施工規范的要求，通過胎架的高度變化來實現。

9. 防腐涂裝

涂料漆膜應均勻、細致、光亮、完整和色澤一致，不得有粗糙不平、漏漆、錯漆、皺紋、針孔及嚴重流掛等缺陷。

涂層厚度采用磁性測厚儀檢測，按GB/T13452.2規定進行。10m2以下每類構件為一個測量單元，大構件以10m2為一個測量單元，每個測量單元至少先取三處基準面，每個基準面測量5個點，取算術平均值，要求90%的測量點厚度應符合要求，其余測量點的厚應度不低于本規程規定值的90%。

涂膜沒有完全固化前要按規定時間進行養護，涂膜達到規范要求的標準前嚴禁吊裝、淋雨、浸水以及接觸腐蝕介質。

本工程鋼箱梁所有鋼結構構件均需進行防腐涂裝，防腐設計年限為 25年（長效型）。鋼結構涂裝前進行表面處理，噴砂除銹不低于 Sa2.5 級，粗糙度 Rz30～75μm。表面清理、涂層質量、施工工藝嚴格按照《公路橋梁鋼結構防腐涂裝技術條件》(JT-T722-2008）技術要求執行。

四、鋼箱梁精益制造質量保證措施

1. 質量保證組織機構建立

鋼箱梁加工生產單位組建“許昌至信陽高速公路1標榆林樞紐互通式立交鋼箱梁工程質量保證體系”，任命項目經理、項目總工、工程主管、技術主管、質量主管、材料主管、設備主管及安全員等管理人員對鋼箱梁全壽命周期進行質量把控，確保其在全壽命周期內滿足各項要求。

2. 各工序的質量控制

堅持以“預防為主，防治結合，綜合治理”的方針，對施工全過程進行全面質量控制。重點對本工程制造中的結構外形、單元件制造、預拼裝質量、焊縫的內外焊接質量、涂裝質量及工地拼裝等主要質量要素進行有全面控制。嚴格執行焊接工藝質量作業指導書進行施工，建立構件從下料到總裝全過程工藝記錄臺賬；并行施工實名制銘牌制度，做到任何質量問題均能快速追溯源頭及原因定位，做到質量問題及時處理。

同時項目部安排專業管理人員進行駐廠監造工作，監造人員嚴格按照監造細節實施監造，接受監理及業主的抽查，全面完成質量目標。

3. 檢測試驗手段

（1）現場測檢設備

生產過程中采用經緯儀、水準儀、全站儀、游標卡尺、鋼尺、水平尺、角度儀、漆膜測厚儀等量具對生產加工過程進行質量控制。

（2）原材理化檢驗

鋼結構制造所用材料嚴格按技術要求進行理化檢驗。

（3）原材無損檢驗

本工程全熔透焊縫采用超聲波檢測和無損探傷儀進行焊縫質量檢查。

4. 加工制造過程檢驗

（1）鋼箱梁加工制造各工序嚴格執行驗收“三檢制”；

（2）項目部監造人員驗收通過后報監理工程師驗收，監理單位驗收合格后方可進入下道生產工序；

（3）項目部委派專業管理人員駐廠監造，負責鋼箱梁生產加工質量全過程控制；

（4）駐廠監造管理人員現場進行檢查，檢查生產過程中質量管理制度、檢驗制度以及工藝指導書的執行情況；

（5） 駐廠監造管理人員不定期抽查各工序的生產質量；

（6）駐廠監造管理人員協調處理現場出現的各類質量問題，保證各工序處于受控狀態，維護現場質量體系的正常運行。

五、加工生產質量返工控制措施

本項目鋼箱梁處在榆林互通樞紐區的咽喉，鋼箱梁全部跨線，施工工期非常緊張，已通過審批的保通方案對鋼箱梁吊裝工期僅為67天，這就要求鋼箱梁在加工制造過程中，盡量減少返工，提高精益制造的質量。項目部為提高精益制造，專門成立了QC管理小組，通過QC活動對現場返工問題進行控制，將焊縫合格率提升到96%以上，這樣返工工程量非常少，有效保證了工期要求。

鋼箱梁加工生產過程中，項目部編制《許昌至信陽高速公路項目第1合同段鋼箱梁質量管理獎罰辦法》，并落實該文件各項規定，加工生產每道工序建立詳細的施工臺賬，焊工全員實行實名制，對施工落實到個人，通過這樣的辦法可以達到預定的效果。

六、成品驗收和工程資料的控制

（1）構件于加工廠制造完成后出廠之前，由項目部質量管理部門進行全面質量檢查，質量檢查驗收文件資料均符合《公路橋涵施工技術規范》JTG/TF50-2020的要求，并經監理工程師確認，簽證合格后，填發產品合格證。

（2）鋼結構制造、工地焊接工程竣工資料按業主要求進行編制、整理、立卷、歸檔。

（3）質量檢驗原始資料保證做到真實、準確、可靠，內容完整。

（4）監理獨立檢查的工序，接受檢查時向監理出示原始資料。

（5） 按照業主、監理和合同及技術規范的要求，整理好鋼結構制造各分部、分項的竣工資料、竣工圖，均報監理及業主審查確認后提交。

七、結語

本文結合工程實例，從鋼箱梁加工生產質量控制角度出發，闡述了鋼箱梁在工廠生產過程中如何進行精益制造及質量控制；對行業從業人員會起到一定的指導作用。鋼箱梁是高速跨線橋的主流結構形式，因其加工精密，技術要求高，專業性強等特點，使得在施工過程中要嚴格控制其制造的質量，只有加強精益制造過程才能起到風險規避，提高經濟效益的目的。