装配式钢—混组合连续梁之槽型钢箱梁制造技术

田利中+束新宇+顾志忠+付文东

【摘要】本文结合临汾市滨河西路与彩虹桥、景观大道立交桥项目，介绍了槽型钢箱梁厂内分梁段制造采用标准化、模块化生产，多联连续匹配组装、焊接和预拼装同时完成的长线法施工技术。其施工方法及措施对同类槽型钢梁采用加工厂分梁段制造具有一定的参考价值。

【关键词】槽型钢箱梁；厂内制造；标准化；模块化；预拼装

1.前言

随着我国交通事业的发展，钢桥的建造数量不断地增加，特别是城市高架桥对桥梁外观造型、经济实用性等方面要求也越来越高。因城市高架桥施工场地受限，工期紧张，采用常规现浇箱梁桥、预制梁桥很难满足其要求，装配式钢-混组合梁在这方面有着独特的优势。临汾市滨河西路与彩虹桥、景观大道立交桥项目考虑到施工期间不能阻断桥下交通同时兼顾经济性，钢箱梁所有构件均在工厂制作，经试拼合格后运往现场进行吊装。该施工方法充分提高了钢箱梁制造质量，具有标准化、模块化、精细化生产、装配式施工的特点，大大缩短了钢箱梁生产周期，具有很高的经济技术优势，符合国家大力发展装配式建筑和倡导的“绿色低碳、节能环保和可持续发展”及“工业化”的建设要求，与我国“十三五”优先启动国家重点研发任务研究方向切合。槽型钢箱梁梁段加工制造是整个桥梁建设中关键的项目，正确的施工工艺、施工方法对提高工程质量、加快生产进度、提高经济效益都具有十分重要的作用。

2.工程概况

临汾市滨河西路与彩虹桥、景观大道立交桥项目位于山西省临汾市尧都区刘村镇，上部结构采用钢-混组合箱梁，下部结构为框架墩+承台+桩基的结构形式。桥梁全长2587.5米，工程总投资5.8亿元，是国内目前整体规模最大的钢-混凝土组合箱梁桥，桥梁选用Q345qD桥梁专用钢，用钢量1.37万吨，共由4座桥组成分别为：滨河西路主线高架桥，桥面采用双向6 车道设计，桥梁宽度24.0m，桥梁全长1498.5米；规划九路主线高架桥，桥面采用双向4 车道设计，桥梁宽度17.5m，桥梁全长242.0米；景观大道A匝道桥，桥面采用单向两车道设计，桥梁宽度9m，局部小半径加宽到10.4m，桥梁全长549.0m米；景观大道B匝道桥，桥面采用单向两车道设计，桥梁宽度9m，局部小半径加宽到10.4m，桥梁全长298.0m米。

以滨河西路主线高架桥为例：钢箱梁采用开口槽型断面，4m一个基本梁段，均高1.40m，上覆混凝土板厚0.35m。槽型钢梁截面为单箱四室，钢梁横向采用腹板竖肋+顶底板横肋的横隔板结构形式。桥上翼缘板宽0.60m，厚度t=26mm；下底板宽16.00m，厚度t=20mm；两侧腹板均高1.45m，厚度t=16mm。在局部位置对顶板进行加厚。钢箱梁横向采用腹板竖肋+顶底板横肋的横隔板结构形式。横隔板的间距墩顶为1.00m，跨中为2.0m。滨河西路高架桥横断面图详见图1。

3.施工工艺流程说明

3.1梁段划分

槽型钢箱梁制造时由于吊装和运输的问题，需要对整体结构进行纵向分割和横断面分割，分割时应考虑以下因素：可供应钢板的最大长度和宽度，以利于减少拼接焊缝工作量；厂房大小及起吊能力；便于组成稳定的构件，便于组装和施焊，避免或减少仰焊；满足长距离运输要求等。综合考虑以上因素，滨河西路高架桥槽型钢箱梁采用横向分割，每4米作为一个标准梁段，如图1所示。

3.2工艺流程图

槽型钢箱梁制造工艺流程如图2所示。

3.3工艺补偿量设置

工艺补偿量设置原则：从钢板下料开始直至钢箱梁制作完成的全过程，对每个环节都充分考虑焊接，修整对零部件尺寸的影响，使得每个部件最大限度的保持在设计的位置和尺寸上。滨河西路高架桥槽型钢箱梁工艺补偿量设置如表1所示。

4.反变形胎架制作

槽型钢箱梁总体拼装采用多联连续匹配组装、焊接和预拼装同时完成的长线法施工技术，槽型钢箱梁胎架基础必须有足够的承载力，确保在使用过程中不发生沉降，并要有足够的刚度，避免在使用过程中变形。搭设胎架时纵向是根据设计图上提供的数值来设线型，横向是根据横隔板预设反变形量设置线型，纵横向的制作线形均通过调整调节块高差来实现。胎架外设置独立的基线、基点，形成测量控制网，以便随时对胎架和梁段线形进行检测。每轮次梁段下胎后，应重新对胎架进行检测，做好检测记录，确认合格后方可进行下一轮次的组拼。胎架搭设如图3所示，胎架搭设要求如下：

4.1场地硬化，将整个拼装场地整平后浇筑20cm厚C30混凝土。

4.2按全桥线型在平台上划出桥梁整体两侧的顶板边线、底板横向分段线及纵向边线、腹板中心线的地样线。

4.3按照地样线及胎架布置图要求布置胎架，设置成桥线型的整体制作胎架，并对胎架、地样线提交报检。

4.4每档横向水平胎架设置9～12档，支撑点间距不小于梁体底板宽度，横向水平胎架圆管之间需采用不少于3档的板条连接固定。每块胎架地脚板四个方向采用D16×200的膨胀螺栓焊接固定。

4.5每档胎架横向水平面用调节块调平，调节块与模板的连接距离不小于150mm。调节块如图所示均匀布置，且每档不得少于17块。

4.6纵向根据箱梁每联长度设置不少于75档的横向支撑胎架，每2-3个大梁段之间理论上设置350mm的开档间距，有合拢的地方设置450mm的开档间距便于人进出施工。

5. 单元件下料组装

5.1 號料下料

5.1.1零件放样下料，采用CAD电脑软件对钢箱梁各构件进行精确放样，部分结构复杂部位结合立体图进行立体放样，绘制各构件零件详图，作为绘制下料套料图及数控编程的依据。放样时按工艺要求预留制作和安装焊接收缩补偿量、加工余量及线形调整量。

5.1.2号料及下料号料前核对钢材的牌号、规格、材质等相关资料，检查钢材表面质量。号料严格按工艺套料图进行，保证主要构件受力方向与钢材轧制方向一致。对钢板及大型零件的起吊转运采用磁力吊具，T型肋、扁钢加劲板等采用专用吊具起吊，保证钢板及下料后零件的平整度。底板矩形零件采用数控火焰切割下料，圆弧异形零件、腹板零件、匝道桥顶板、底板、横隔板等异形或较小规格的零件均采用等离子切割下料。每下料10张钢板需对切割设备精度进行检查，符合要求后才能进行后续切割下料；需对每张钢板下料零件的首件进行验收，合格后才能后续下料。数控切割时，每张钢板的首个零件切割完毕后应及时检查尺寸，发现偏差较大应及时反馈给工艺，调整割缝补偿的参数，确保数控下料的零件尺寸符合要求。endprint

5.2 板单元件生产

单元件制作质量直接决定槽型钢箱梁的制作质量，甚至影响全桥质量，因此单元件装配精度、焊接质量、变形控制及矫正显得尤为重要，为此，在板单元件生产线上设置专门的工序和设备工装，保证装配精度和焊接质量，控制和矫正焊接变形。单元件制造及分段总装过程中，组装前彻底清除待焊区的铁锈、氧化皮、油污、水分等有害物，使其表面露出金属光泽。组装前的清除范围见图6。

5.3 底板单元件制造

底板采用半自动火焰切割机开单面坡口，焊缝坡口角度60°，坡口留根尺寸6mm，两块对接地板的装配间隙1mm。底板拼接在专用反变形平台上进行。拼接控制零件的四边尺寸及对角线尺寸误差不超过3mm，保证零件的平整度满足要求。采用CO2气体保护焊打底，埋弧自动焊盖面的方式进行焊接。拼接焊缝为全熔透一级焊缝，焊后应打磨光滑匀顺，所有焊缝经超声波和射线探伤检验合格后方可进行后续加工。

5.4 腹板单元件制造

5.4.1腹板单元件制造工艺流程：来料检查→划线→装焊上翼缘板→组装纵向加劲肋→组装T型、I型竖肋→焊接、火焰矫正。

5.4.2腹板单元件制作工艺要点：（1）划线前检查腹板坡口的朝向，依据施工图的尺寸数据先开出腹板单元两端的角尺线，以角尺线为基准，划出单元件纵、横向基准线，加劲肋装配线，一端的余量线及纵肋端口线。纵向基准线的两端头均需采用样冲标记。每处样冲眼数量应不少于三个。（2）组装上翼缘板时控制翼缘与腹板的角度（借助定位卡板或加筋肋）。采用CO2气体保护焊进行焊接，焊后矫正。上翼板有薄厚板拼版对接的，应先进行零件拼版对接，再组立，薄厚板对接上面平齐。翼腹板组合焊缝两端80mm范围不焊。（3）组装纵肋、T型肋、I肋时要保证与腹板的垂直度，合格后采用CO2气保焊或手工电弧焊按点焊工艺要求进行点焊固定。（4）焊接时在船型位置或亚船型位置焊接并严格按照《焊接工艺规程》中的要求焊接。火焰矫正温度控制在600℃～800℃，严禁过烧、直接锤击或水冷。

5.5 隔板单元件制造

5.5.1隔板单元件制造工艺流程：来料检查→划线→组装上翼缘板→组装人孔及加劲肋→焊接、火焰矫正。

5.5.2隔板单元件制作工艺要点：（1）划线前检查坡口的朝向，对需要拼板的横隔板先在反变形平台上进行拼板焊接，且对焊缝打磨探伤合格后，依据施工图的尺寸数据划线。（2）组装上翼板时严格控制上翼板与隔板的角度。对线组装人孔补强圈及加劲肋。（3）严格按照《焊接工艺规程》中的要求进行焊接。焊缝打磨光顺且探伤检验合格。火焰矫正温度控制在600℃～800℃，严禁过烧、直接锤击或水冷。

6.梁段分段匹配制造

6.1槽型钢箱梁匹配组装说明

根据槽型钢箱梁的结构特点采用“正造法”进行组装即以胎架为外胎，以横隔板为内胎，以箱梁底板为胎架面板，各板单元按纵、横基线进行精确定位，在整体组焊胎架上进行多联匹配组焊和预拼装。工艺流程为“底板单元件定位、临时固结→底板纵向加劲肋定位→中腹板、次中腹板单元件定位→隔板单元件定位→边腹板单元件定位→焊接、矫正→解除临时固结、矫正→预拼装”。

6.2槽型钢箱梁整体组焊过程及施工要求

6.2.1定位底板单元件：（1）底板的纵、横向定位基准线与地样线对齐。（2）底板定位从中间朝两侧分中定位，定位时采用压箱辅助的方法使底板与胎架调整块贴合，并用点焊将底板与胎架调整块之间刚性连接固定。如图11所示。

图11 底板定位图

6.2.2划线定位底板纵向I肋：（1）依据施工图的尺寸数据先开出底板纵向两端的角尺线，以角尺线为基准，划出单元件纵、横向基准线，加劲肋定位线，纵向无坡口一端的余量线（合拢段）及纵肋端口线。纵向基准线的两端头均需采用样冲标记。每处样冲眼数量应不少于三个。以縱向加筋定位线装配板肋。（2）底板与I肋的焊缝严格按《焊接工艺规程》，从中间朝两边采用CO2角焊机对称焊接，对焊缝打磨光顺。（3）为方便腹板与底板间的焊缝探伤，与腹板相邻的纵肋此时不装焊。如图12所示。

图12 底板纵向加劲肋定位图

6.2.3中腹板定位：（1）根据底板上的腹板定位线确定腹板单元件的位置，从中间朝两边分中组装腹板。（2）注意控制腹板与底板的垂直度以及与底板端口的位置关系。（3）腹板组装时需采用角钢支撑临时点焊固定两侧，防止零件倾覆。见图13中腹板定位图。

图13 中腹板定位图

6.2.4定位中间隔板：（1）横隔板单元件对线组装。注意控制横隔板与底板的垂直度及横隔板外侧边缘与腹板定位线的位置关系。（2）横隔板组装时需采用角钢支撑或钢条临时点焊固定横隔板两侧，防止零件倾覆。见图14中腹板定位图。

图14 中腹板定位图

6.2.5 顺次定位次边腹板和边隔板：按照第6.2.3、6.2.4的顺序依次定位次边腹板和边隔板。见图15隔板定位图。

图15 隔板定位图

6.2.6定位边斜腹板：（1）定位边腹板单元件，注意控制腹板与底板间的夹角。（2）边腹板单元件为倾斜零件，需采用角钢支撑或钢条临时点焊固定横隔板两侧，防止零件倾覆。并在边腹板外侧用角钢支撑固定。见图16边斜腹板定位图。

图16 边斜腹板定位图

6.2.7焊接隔板与底板、腹板、顶板，以及腹板与底板的焊缝：（1）腹板定位合格后，焊接腹板、隔板横肋与底板间的焊缝。（2）分段长度方向腹板与底板现场两端200mm范围内的焊缝不焊。（3）焊接腹板与底板、隔板与底板间的焊缝。严格按照《焊接工艺规程》中的要求按先立焊后平焊、先中间后两边的顺序对称施焊。所有焊缝100%无损探伤合格后方可进行下道工序施工。见图17隔板与底板、腹板、顶板装焊图。endprint

图17 隔板与底板、腹板、顶板装焊图

6.2.8穿插组焊与腹板相邻的底板纵肋，装焊T型横梁，焊接顶板剪力钉、和吊耳：（1）装焊与腹板相邻的底板纵肋及T型横梁，焊缝表面不得有气孔、咬边、焊脚尺寸和焊缝余高符合设计要求、焊波高差≤2.0mm。（2）焊接顶板剪力钉，圆柱头剪力钉焊完之后，及时敲掉剪力钉周围的磁环进行外观检验。焊钉底角应保证360°周边挤出焊脚。每100个圆柱头焊钉至少抽一个进行弯曲试验。（3）吊耳材质为Q345Qd，板厚为20mm。吊耳设置在腹、隔、翼缘板三板十字交叉处。吊耳与钢箱梁顶板连接采用双坡口全熔透焊接，坡口角度为60°，板孔孔径为50mm，耳板外缘有效半径为120mm，吊耳长度L为250mm。焊接时要处理好焊缝包角。

图18 中横梁、剪力钉、装焊图

6.2.9预拼装：（1）预拼装前先解除临时固结和其它约束，使梁段处于自由状态。（2）预拼装检查项有纵向线形、吊点中心距偏差、吊点纵距累加长度、扭曲、吊装梁段端口匹配情况等。所有项目的检查应避免日照影响，并记录环境温度。

6.2.10分段拆分：（1）桥梁箱体分段采用千斤顶辅助拆分，分段拆分后将支座钢板装焊在底板上；（2）在中间腹板一端距端头500mm、竖直中间高度位置处，用钢印打出构件编号。见图19分段拆分图。

图19 分段拆分图

6.2.11细部打磨：（1）将焊道周围的飞溅、焊渣打磨干净。（2）将组立时电焊固定的焊疤打磨光顺。（3）将所有外露自由边直角处打磨成R>2mm的圆角，以保证涂装的质量。

6.2.12梁段转运：（1）普通分段（重量约≤25T）转运采用桁架吊车与液压平板车的方式；（2） 中间支座横梁分段（重量≥34T）转运采用160T汽车吊+32T双桁车吊+液压平板车的方式。（3）分段吊运过程中采用直径不小于φ36的钢丝绳和单个起重不小于25吨的卸扣。

7.抛丸除锈

7.1抛丸除锈工艺要求

7.1.1抛丸前清除工件表面残留的焊渣、焊瘤、飞溅等杂物，用脱脂剂擦除基体表面油渍，对于较大面积的浮尘，应用干燥的压缩空气吹扫干净。

7.1.2采用粒径为0.5-1.5mm，颗粒大小均匀、干燥、无油污等任何污染石英砂作为磨料，每次装砂时，都要先过筛分选，如发现磨料有结块、锈蚀严重的，必须清除。

7.1.3用摇表测定环境大气的相对湿度，湿度必须低于85%，基体表面温度不低于露点以上3℃。

7.1.4压缩空气工作压力为0.4-0.6Mpa；喷嘴到基体金属表面距离为100-300mm；喷射方向与基体金属表面法线的夹角为15-30度。

7.2抛丸操作要领及质量要求

7.2.1装砂时，应先关闭砂罐下面的出砂阀门，再关闭进砂罐和喷砂枪的进气阀，然后调节砂罐顶部放空阀，确认砂罐内压力为零后，再打开砂罐上的装砂盖向罐内装砂。装砂后，先关闭装砂盖，再关闭放空阀，然后打开进气阀，确认喷砂准备工作就绪后，方可打开砂罐下面的出砂三通旋塞。

7.2.2喷砂时，应调节三通处旋塞，控制出砂流量，喷枪不得朝向任何人员；持枪人员与控制砂门人员之间应有简单明了的信号联系；操作人员必须全身防护。喷砂完毕，及时清理金属喷砂面砂粒，并用干燥无油的的压缩空气吹净表面灰尘，清理后的喷砂表面不得用手触摸，以免造成喷砂面的污染。

7.2.3质量评定：喷砂后金属基体表面清洁度应达到GB8923-88中的相应级别，钢箱梁内表面达到Sa2.5级，外表面达到Sa3.0级。粗糙度宜Rz40-80?m。

8. 喷涂油漆

8.1油漆施工工艺要求

8.1.1油漆施工在车间内进行，将所有现场接口处50mm范围内和挑梁连接的现场焊缝两侧50mm范围包纸保护不涂装。

8.1.2油漆喷涂宜在冲砂处理完成后的4h内完成，当环境相对湿度不大于60%时，可以适当延长，但最长不应超过12h；不管停留多长时间，只要表面出现返锈现象，应重新除锈。

8.1.3对焊缝部位、夹角部位和不宜喷涂部位进行预涂装。

8.1.4涂料应充分搅拌均匀后方可施工，对于双组份或多组分涂料，应先将各组分别搅拌均匀，再按比例配制并搅拌均匀。混合好的涂料应按产品说明书的规定熟化。涂料的使用时间应按产品说明书规定的适用期进行。

8.1.5每道涂层的时间间隔应符合材料供应商提供的技术要求，超过最大重涂间隔时间时，应进行拉毛处理后涂装。

9 .结语

钢箱梁厂内制造采用了标准化、模块化的生产方式，大量使用精密自動化设备，提高了下料、焊接、组装精度，减少了人的因素从而提高了整个桥梁工程制造及安装质量，加快了现场安装速度。厂内制造和现场土建工程同步施工，缩短了施工周期。解决了城市桥梁工程施工现场场地狭小的问题，同时实现了节能减排、降本增效，取得了良好经济和社会效益。

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（作者单位：中建交通建设集团有限公司）

【中图分类号】TU473.1

【文献标识码】A

【文章编号】1671-3362（2017）11-0042-06endprint