后穿式钢锚箱制造安装精度控制

马春江，刘于志，初东欣

中铁山桥集团有限公司 河北秦皇岛 066205

1 序言

锚箱作为钢箱斜拉桥主要受力构件之一，传统钢箱梁锚固结构与腹板作为一体进行箱梁拼装，钢锚箱与箱梁线形、预拱度依据拼装胎架设置整体变动。后穿式钢锚箱是一种特殊型钢锚箱结构，即钢锚箱作为一个整体结构杆件贯穿外腹板后插入钢箱梁，并与箱梁内腹板焊接，与钢箱梁成为一体，如图1所示。该钢锚箱的锚头部位外露于箱梁，减少了桥面顶板开孔以及占用面积。本文以德国莱茵河大桥为例，阐述后穿式钢锚箱制造和安装技术。

图1 后穿式钢锚箱

2 钢锚箱结构特点及难点

后穿式钢锚箱为异形箱体，远离锚头的箱口为斜口，箱宽0.85m，高1.3～2.2m，长约6m。箱内设置两道隔板，且一道隔板与外腹板相对应，锚管焊接于箱内，钢锚箱结构如图2所示。腹板长度方向三接一，盖板长度方向二接一，不等厚部位均为外对齐。4条主焊缝皆为熔透焊缝，靠近锚头处隔板周圈熔透，锚头撑板与腹板熔透。

图2 钢锚箱结构

根据钢锚箱结构及与箱梁的连接特点，经分析可知存在以下难点[1]。

1）由于钢锚箱为后插入箱梁，需在箱梁拼装过程中插入定位焊接，故还需在制造时考虑预拱度的影响。

2）由于该钢锚箱熔透焊缝多、焊接量大，所以需采取措施控制焊接变形，以保证钢锚箱几何尺寸。

3）钢锚箱内隔板的位置需要在箱梁拼装时与箱梁的外腹板对应，且钢锚箱端部与箱梁内腹板焊接连接，造成该隔板位置精度要求高。

4）在钢锚箱与箱梁安装时，钢锚箱插入角度和锚点定位难度大。

3 制造方案及难点应对措施

3.1 制造方案

如图3所示，综合考虑后穿式钢锚箱的结构特点和难点，确定其工艺流程为：组焊锚头单元→组焊槽形→槽形扣盖→机加工锚头接触面→组焊锚头→整体加工座板→钢锚箱整体安装[2]。

图3 钢锚箱制造流程

3.2 应对措施

（1）钢锚箱预拱度设置 由于箱梁预拱度由拼装胎架控制，箱梁单元件制造不考虑预拱度，所以拼装时与胎架密贴即可实现预拱度设置。由于钢锚箱在成桥线形与叠加预拱度后的角度及尺寸差别较大，所以钢锚箱在图样绘制时需考虑预拱度的影响。

采取措施：利用成桥线形与预拱度线形下钢锚箱相邻隔板映射法，即隔板作为基准将钢锚箱整体空间转动成预拱度尺寸，如图4所示。

图4 预拱度转化示意

（2）焊接变形控制 由于钢锚箱熔透焊缝多、隔板少且隔板四边熔透焊，所以造成箱体截面尺寸、平面度不易控制，容易扭曲；组焊槽形后，隔板焊接造成腹板波浪；经过多次组装、熔透焊缝焊接后，容易造成钢锚箱整体尺寸超差。

采取措施：横隔板在箱体组装完成后进行焊接；组装宽度加大至3～4m m，设置内撑、外马板，并待焊接完成后拆除，如图5所示。

图5 支撑设置

（3）钢锚箱内隔板与外腹板对应位置控制 钢锚箱贯穿主梁箱体外腹板，其内隔板与主梁箱体外腹板理论对齐。钢锚箱作为重要受力构件，此位置受弯扭组合应力，属于疲劳严重区域。为保证钢锚箱内隔板与腹板精确定位，将钢锚箱投影位置反射在箱体外，且长度准确预留收缩量，如图6所示。

图6 内隔板与腹板位置示意

（4）钢锚箱角度及锚点位置控制 钢锚箱作为全桥关键受力结构，锚索角度及锚点位置精度要求严格，其中角度公差＜0.17°，锚点位置±3mm。考虑到钢锚箱安装难度，并保证安装精度，前期制作时预留机加工线，便于利用仪器以线定位安装，如图7所示。

图7 钢锚箱整体机加工留线示意

4 钢锚箱安装

4.1 钢锚箱的焊接

在钢锚箱的整个安装定位过程中，涉及到大量的焊接工作。因此，在安装过程中不仅要考虑测量定位精度，还要兼顾焊接变形的影响。综合考虑焊接变形量和定位精度允许偏差，整体焊接顺序是先焊接钢锚箱与箱梁内腹板焊缝，再焊接钢锚箱与钢梁外腹板焊缝（考虑长度方向自由收缩）。焊接时遵循对称施焊，钢锚箱转角处必须连续施焊，如图8所示。由于每一个钢锚箱角度不同，所以焊接顺序要根据其角度进行调整，其原则是焊接收缩对锚管影响最小[3]。

图8 焊接示意

4.2 钢锚箱的定位

箱梁拼装完成后，进行钢锚箱的定位安装。在钢锚箱定位过程中，分为以下三个步骤[4]。

（1）横桥向控制 以钢锚箱下锚垫板锚点及上水平面锚点为测量基准，在胎架外侧地面设置标志点，标志点为下锚点所对应的横向位置。首先在地面上架设经纬仪，利用经纬仪控制下锚点与标志点连线重合；然后在附近的锚箱下方架设经纬仪，使经纬仪与两侧标志点重合，测量上水平板锚点与经纬仪激光点的偏移量L，如图9所示。

图9 横桥向测量示意

（2）纵向角度控制（顺桥向角度） 由于顶板上边面端部较下锚垫板端部靠近桥中线，因此吊线需要用平尺作辅助。在上水平板沿十字基准线摆放平尺，并在平尺伸出锚点800mm位置设置吊线锤。以钢锚箱上水平板锚点与下锚垫板锚点为测量基准，测量两点沿桥向的水平投影距离。最终调整其实测距离与理论距离相同，如图10所示。

图10 纵向角度控制

（3）高程定位 在横纵向角度定位的同时，进行锚点高程的调整。以钢锚箱下锚垫板锚点为测量基准，利用水准仪打倒尺直接测量锚点标高。全部调整完毕、再次进行复测无误后，进行马板定位和焊接工作。

5 结束语

后穿式钢锚箱是一种结构特殊的钢锚箱形式，根据上述控制工艺进行钢锚箱的制造和安装，并对首件进行数据跟踪。针对制造及安装过程中出现的技术问题，通过采取应对措施，及时调整方案，经后续实际验证，产品满足标准要求，为后穿式钢锚箱制作开创了新的技术储备。这样不仅有效地解决了钢箱梁斜拉桥中后穿式钢锚箱安装精度控制问题，也为后续类似项目提供了可借鉴的经验。