基于某高速公路枢纽钢结构桥梁工程的施工工艺研究

雷磊LEI Lei；刘博LIU Bo

（陕西建工机械施工集团有限公司，西安710014）

0 引言

高速公路是提高交通运输能力以及促进区域发展的基础，其建设质量至关重要，尤其是钢结构桥梁的施工质量。因此，研究枢纽工程的桥梁工程施工工艺有助于提升公路的运行安全和服务质量。山东济南至泰安高速公路中主线桥梁工程以钢结构为主，全桥长966.4m，设计结构形式为50m 跨径钢混叠合梁，钢桥梁总长49.88m、宽34m、高2.63m。

1 桥梁钢结构及构件加工概况

1.1 桥梁钢结构特征

拟建强烈采用槽型箱式钢梁，规格分别为3400mm×2350mm 和3200mm×1550mm。开口截面钢箱梁上翼缘宽600mm，于每个腹板相对应，厚度有28、32、54mm；箱梁底板为厚度有24、32、42mm，两道腹板不等高，为了满足桥梁横坡的要求，钢主梁之间应设置横向联系梁，每一道横隔板处设一道，联系梁梁高800、1200mm。沿桥纵向每4.5m 在钢箱梁内设置一道横隔板。采用剪力接件将桥面与钢箱梁连接在一起，其中剪力钉的型号为ML15 材质的Φ22 圆柱焊钉，该剪力钉熔后长约17cm；为增强组件的承载力，在钢箱梁每道上翼缘横向间隔10cm 和轴线方向间隔15cm 布设5 列栓钉，沿梁端横隔板轴线方向，平行布设2 列栓钉，栓钉型号一致。

1.2 构建加工概况

本工程所有钢箱梁均在加工厂内制造，钢板的平面允许误差应小于1mm 每延米，加工厂在厂内按实际工况进行预拼装和检验工作，以保证所有构件的精度符合设计要求及现场实际情况后才能出厂。施工现场对进场的材料，应分批对其化学成分和力学性能进行检验，对厚度不小于35mm 的钢板应做Z 向性能检测，以确保钢材满足桥梁对力学性能的要求。

2 基于某高速公路枢纽钢结构桥梁工程的施工工艺

2.1 工艺选择

拟建工程的钢箱梁采用全焊结构，因此，导致箱梁焊缝密集分布，进而造成钢箱梁焊接变形和残余应力较大。因此，为了提高钢箱梁焊接质量以及有效降低钢箱梁焊接形变、残余应力等，本次选择钢箱梁制作采用“基础零件→制作板块单元→制作块体单元→涂装处理→桥梁构架组拼→桥位焊接→桥位焊接处理”的工艺流程。该工艺流程通过基础零件的组装等方式制作板块单元，能够有效的减少焊接缝，对防治焊接形变和降低焊接残余应力等效果明显。

2.2 单元件的制作

2.2.1 翼缘、底板块单元制作

对翼缘、底板单元，其纵肋和翼缘、底板板块采用门切下料（或采用数控下弯曲件），下料时对接边留收缩量。在已下料或接料的板块上划出纵横基准线，纵肋组装位置线。顶底板应在平台上组装纵肋，纵肋须与顶、底板密贴，组装时先将顶底板放置在垫好预拱度垫块的组装胎架上进行准确定位，再按线组装纵肋。焊接结束后采用火焰调整板块单元（图1）。

图1 板单元（左）和对板单元进行矫正示意图（右）

2.2.2 腹板板块单元制作

表1 钢箱梁试拼装主要尺寸允许偏差

腹板单元的制作采用数控下料的方式，对接的腹板下料时应预留相应设计要求的收缩长度。当腹板接料下料后，应先进行接料处理，在相应的腹板位置画出横向基准线，并在腹板单元轴向方向增加0.05%的收缩量，采用数控方式按照一定的拱度下料。腹板单元的组装应在平台上进行，能够有效的确保纵肋须与腹板密贴质量。

2.2.3 横隔板单元的制作

横隔板是钢箱梁组装的重要环节，相当于车胎的内胎，其制造精度直接影响了钢箱梁的制造精度。对需拼接的隔板，对接缝避开顶底板纵向对接焊缝。针对其结构特点，将横隔板整体数控下料，采用精切工艺数控一次下料成形，并且板肋缺口位置需控制为正差，工艺程序为：①隔板在数控下料完后修整；②采用热矫正进行修整。翼缘隔板与翼缘底封板的连接，采用塞焊的方法，即在翼缘底封板上开塞焊孔，翼缘隔板上焊钢衬垫（图2）。

图2 隔板单元数控下料示意图

2.2.4 块体单元整体组焊

在已下料或接料的板块上划出纵横基准线，划线时注意接缝位置，以纵横基准线为准划出腹板、板肋和隔板组装位置线，隔板位置线间每2m 加1mm 收缩量。组装时先将底板放置在垫好预拱度垫块的组装胎架上进行定位，再组装隔板和腹板。施焊腹板、隔板焊缝，组拼顶板单元后用L 型吊具进行单元块整体翻身，在专用焊接平台上焊接顶板与隔板、腹板焊缝。采用超声波检测焊缝质量。

2.3 钢箱梁预拼装

为了减小桥位安装时单元块体的调整难度、准确实现架设线形和匹配精度，加快安装速度，为了确保钢箱梁的架设施工顺利，按照架梁顺序，钢箱梁块体构件单元在厂内制造完成后，应先在预拼装胎架上进行预拼装。

预拼装解决的主要问题包括：①钢箱梁拱度的控制，通过预拼装，垫出每跨拱度；②钢箱梁水平曲线的控制；③钢箱梁长度的控制；④接口匹配精度的控制（主要为相邻接口对接缝错台及焊缝间隙的调整）；⑤组装钢箱梁架设用临时连接件（定位匹配件，划安装定位检查线）；⑥桥位安装基准线和监控点的布置。

预拼装前的准备工作主要包括：①编写预拼装方案，明确节段预拼装工艺、预拼装顺序，及各阶段的测量、放样、模拟标高计算和检查方法等；②对提交预拼装的单元块进行验收，不合格品不能参加预拼装；③定位匹配件的设计；④块体吊装吊耳的设计。

预拼装工艺：①按胎架上设置的纵横基准线摆好中间块体单元，再依次摆放相邻梁段中间块体单元；②从中部向两边依次微调各块体，使其按基准线准确定位，用全站仪和钢盘尺检测，使其基准线在允许偏差范围内，调整横隔板间的错台，同时保证各块体无余量端对齐；③待一个梁段的块体全部就位后，以顶、底板及腹板为基准调整好位置、长度、拱度及横向工地焊缝间隙等；④组焊节段定位匹配件，划定桥位安装定位检查线；⑤进行嵌补段长度量配，并严格按施工图所示编号，打好标记；⑥将组成梁段的各块体解体，运至涂装厂房进行除锈、涂装，嵌补段按编号装箱发运桥位。钢箱梁的拼装应严格按照质量要求执行，其允许的偏差见表1。

2.4 桥梁钢构件防腐工艺

本工程钢结构桥梁长期暴露在湿润的大气环境下，应采用油漆的长效防腐体系。并根据桥梁具体部位，对长期暴露在空气中的钢构件，钢梁顶面和混凝土结合面分别沿防腐要求严格处理。对各防腐面表面均应进行喷砂除锈，直至满足Sa2.5 级标准或SSPC—SP6 标准。如钢构件在喷砂和施工期间出现氧化等不利现象，则需要重复喷砂至规范标准，并保证表面粗糙度应满足40～80um 的要求。

3 结束语

综上所述，钢结构施工过程中存在大量的焊接缝隙，使得钢结构焊接形变和残余应力影响较大，故而对桥梁结构施工质量有较大的影响。本文以某高速公路的桥梁工程钢结构施工为例，分析了“基础零件→制作板块单元→制作块体单元→涂装处理→桥梁构架组拼→桥位焊接→桥位焊接处理”工艺的使用效果，对有效防治焊接形变和降低残余应力效果明显，具有较大的应用意义。