狮岭枢纽立交GH匝道桥钢箱梁制造施工工艺分析
时间：2023-02-03 15:55:08 来源：千叶帆 本文已影响人
税小华
摘 要：作为有关主干线的接驳路段，匝道桥的建设向来受到业界高度重视。基于此，以狮岭枢纽立交GH匝道桥工程作为研究对象，深入探讨钢箱梁制造施工工艺的具体应用，具体涉及材料采购、钢板矫正、下料、胎架制作、拼板、装配、焊接等工艺细节，以供业内人士参考。
关键词：狮岭枢纽立交GH匝道桥;钢箱梁;焊接变形
中图分类号：U448.28 文献标识码：A 文章编号：2096-6903（2022）04-0039-03
0 引言
在交通系统中，匝道桥的重要性极高，为保证匝道桥的建设质量和效率，施工工艺的科学选用极为关键。但结合实际调研可以发现，匝道桥建设过程中施工工艺选用不当的情况很容易出现，为尽可能规避相关问题，正是本文围绕狮岭枢纽立交GH匝道桥工程开展具体研究的原因所在。
1 工程概况
本文以狮岭枢纽立交GH匝道桥工程作为研究对象，该工程处于珠江三角洲环线高速公路黄岗至花山段，工程采用支架节段拼装工艺，第二联连续钢箱梁规格为5 m×23.784 m，底部宽、顶部宽、梁体净高、悬臂长分别为4.5 m、8.3 m、1.5 m、1.9 m，具体采用单箱单室结构的箱梁，主体钢板选择Q345qC材质，钢结构工程量、工期分别为480 t、60 d。基于纵向受力差异，箱梁顶板厚度分为三种规格，包括20 mm、16 mm、14 mm，底板厚度同样分别三种规格，分别为24 mm、18 mm、16 mm，腹板厚度分别为四种规格，分别为20 mm、18 mm、16 mm、14 mm。钢箱梁主要由腹板、底板、顶板、加劲肋组成，纵向横隔板在钢箱梁中按照2.5 m间隔设置，腹板加劲肋需要同时在横隔板间设置一道，横隔板还需要在支座附近加密，保证钢箱梁的整体刚度。钢箱梁底板和顶板均采用球扁钢和U形闭口肋的正交异性板结构，球扁钢规格为160 mm×11 mm，型号为A36，U形肋厚度、中心间距分别为8 mm、600 mm。腹板纵向加劲肋球扁钢规格为140 mm×10 mm，型号为A36。为得到整体的支点横梁，需要在支座附近断开底板加劲肋、球扁钢加劲肋、顶板U形加劲肋并在横隔板焊连，其余位置得底板加劲肋、球扁钢加劲肋、顶板U形加劲肋均需要保持连续。具体在箱外侧体现腹板、底板、顶板板厚差异对接时厚度变化，以此得到平顺的箱内侧，分块节段及箱体通过焊接方式进行连接。箱梁由钢箱梁整体组成，存在5%的桥面横坡，楔形钢板设置于梁底用于调平。基于吊装和运输需要，钢箱梁的工厂内制作需要按照27 m控制纵向最大长度，横向进行分块，以此得到单室预制成块，翼板需要同时按照片体预制，结合钢箱梁分段划分可以确定，5～6轴、6～7轴、7～8轴、8～9轴、9～10轴钢箱梁的结构中心线长度分别为30.159 m、23.748 m、23.748 m、23.748 m、17.409 m，均可在纵向分为单室箱体和2片翼板，按照分段长度整体进行单箱制作，横隔板每隔2.5 m在纵向设置一道，纵向加劲U肋设置于箱梁上翼板，具体数量为7道，纵向球扁钢设置于箱梁下翼板，具体数量为13道，片体由2片翼板制成，如图1所示为钢箱梁纵向分段图。在具体的匝道桥钢箱梁制造施工过程中，施工流程可概括为：制作主胎架→构件下料→矫正钢板→拼接顶、底板→无损探伤→组装→检查焊缝→探伤→检查分段主尺度→矫正→涂装油漆[1]。
2 钢箱梁制造施工工艺
2.1 材料采购
需结合排版和图纸的规定控制钢箱梁所用钢板的规格和钢号，同时需保证材料拥有合格证书，进场前的钢板需要开展复检并做好炉号记录。钢板如厚度在5 mm及以上、8 mm以下，其板厚公差需控制在-0.4～+0.8 mm区间，1 000 m、2 000 mm测量长度对应的不平度偏差需要分别控制为8 mm、12 mm。厚度在8 mm及以上、16mm以下，其公差需控制在-0.5～+0.8 mm区间，不平度偏差需要分别控制为7 mm、11 mm。厚度在16 mm及以上、30 mm以下，其公差需控制在-0.6～+1.3 mm区间，不平度偏差需要分别控制为7 mm、10 mm。为保证钢板表面质量，需开展细致检查，保证型钢和钢板表面不存在夹杂、折叠、结疤、气孔、裂纹，且不得使用存在分层的钢材，如发现缺陷需要及时进行清理，按照实际尺寸控制清理深度，进而得到平滑无棱角的清理处，同时需要满足板厚公差等要求。钢板处理合格后需要开展打砂除锈处理，预处理过程需要喷涂底漆，按照20～30 μm控制底漆厚度。施工过程使用的焊丝、焊剂、焊条需要具备合格证书，需基于350℃～400℃进行碱性低氢型结构钢焊条烘干处理，完成处理后需要保温筒内放置焊条，随用随取，温度需要控制为100℃～150℃。需基于350℃温度进行埋弧焊剂烘干处理，避免使用过程中埋弧焊剂出现受潮问题[2]。
2.2 矫正钢板
在矫正钢板的过程中，需要使用压力机或辊式矫正机，特殊情况下可基于手锤在平台上矫正，但需要严格控制锤痕深度，钢板立面、平面的锤痕深度需分别控制在1 mm、0.5 mm内。如钢板的弯曲度较大，热态下矫正需要严格控制温度，具体安装600℃～800℃区间进行控制，钢材在完成矫正后需要缓慢降温。
2.3 下料
在下料环节，需充分考虑装配间隙和焊接结构件收缩量，按照1：10控制最大的剪切钢板剪切面斜度，同时需要严格铲除边棱的凹凸、毛刺、堆积物，需保证存在1 mm内的刻痕和0.5 mm内的毛刺高度。厚度方向上气割钢板的偏斜差应严格控制，如板厚在24 mm及以内，需保证偏斜差控制在2 mm内，板厚在24 mm以上时需要控制在2.5 mm內。切割边局部的咬边长度、咬边深度需分别控制在200 mm、3.5 mm内，同时保证存在20%切割长度内的总咬边长度，手工气割、自动或半自动切割、号料尺寸允许偏差分别为±2 mm、±1.0 mm、±1 mm，完成气割后需要对崩坑、割渣、波纹、毛刺进行处理，修磨匀顺缺陷。
2.4 制作胎架
需结合图纸确定半径、圆弧、尺寸、预拱度曲线等参数，进而开展胎架的1：1制作，这一过程需保证其刚度、强度、平整度满足要求，只有通过检验方可使用。具体在平实场地内进行胎架的制作和架设，主骨架的拼装使用20#钢，均匀分布间距控制为1～1.5 m，为连接成整体需使用角钢，同时将钢板（δ20 mm）焊接于槽钢上，具体按照1 m控制间距，作为调整板，基于预拱度曲线控制高度，测控过程使用水平仪，需保证最大偏差控制在2 mm内[3]。
2.5 拼板
在拼板环节，需严格控制腹板、底板、顶板的对接焊缝，需保证至少错开对接焊缝250 mm，宽度方向板、长度方向板拼接最小应为300 mm、1 m。需基于I级要求控制腹板、底板、顶板对接焊缝，打底、盖面分别使用CO2焊、埋弧焊，基于单面坡口50°角钝边3 mm进行焊接，通过碳刨开展反面清根，完成埋弧焊盖面。
2.6 装配
基于结构特点，钢箱梁制造施工需要保证隔板、顶板、腹板仰角焊改为平角焊，同时做好对拱度和变形的控制，具体使用“反造法”进行施工，钢箱梁顶板在这一施工中属于基础，同时需要考虑桥体每跨得预拱度和纵向坡度，通过制作胎架的设立开展分段装焊施工。在车间制作桥梁分段的过程中，不得分开整个桥横截面，而是需要在宽度等同于桥面宽度的胎架上进行施工，现场合拢的对位需要能够由此满足。胎架检验合格后方可用于装配，完成探伤、矫正处理后的底板、顶板单元可以上胎架，装配前还需要做好毛刺、污垢、铁锈的清理，具体范围为焊接边缘30 mm。临时点焊属于装配环节的重要组成部分，如存在属于后续焊缝的临时点焊，需采用相同规格的焊条并遵循相关要求。腹板、横隔板、加劲肋的定位线需要及时在顶板划出，并保证存在1.0 mm内的偏差，两竖板中心偏移量、加劲肋装配垂直度误差及高度误差需分别控制为≤2.0 mm、≤0.5 mm、0～0.5 mm，腹板和横隔板的垂直度差、装配高度差、对角线差、中心偏移需分别控制为≤3.0 mm、±3.0 mm、≤1.0 mm、≤2.0 mm。
2.7 焊接
焊接同样属于钢箱梁制造施工重点，施工过程需要由专业持证焊工负责，在露天焊接过程中，不得在钢材受潮及大雾、降雨等天气进行焊接，如存在-10℃及以下的环境温度，则需要基于100～150℃进行预热。在焊接顺序的控制中，需要以焊接构件的变形和收缩应力最小为依据，同时从中间向两端进行底板和顶板焊接。需保证存在等厚于母材的对接焊缝首尾，工艺板的坡口相同，应在工艺板上进行灭弧和引弧，避免火口、未焊透等缺陷出现。完成焊接后需及时清除焊瘤、熔渣、飞溅，埋弧自动焊后需要缓回收焊药，以此保证缓冷。
2.8 矫正焊接变形
在矫正焊接变形的过程中，热态下的锤击和机械矫正不得在300～500℃时进行，否则可能出现脆裂问题，同时不得重复加热同一部位。在局部加热矫正使用气体火时，需按照700～850℃控制加热温度，同时保证最高温度控制在900℃内。
2.9 检查焊接质量
在检查钢箱梁焊接质量的过程中，需要由专业人员负责，检查范围包括所有焊缝的外部检查，保证不存在裂纹、烧穿、焊缝间断、鳞状高度不均匀、露出弧坑、15%以上焊缝隙长度的咬边长度等缺陷。在焊接完成后，腹板、顶板、顶板的对接焊缝需要在24 h内开展无损检测，基于超声波探伤进行全面自检，安装最少50%接头数目进行十字交叉焊缝射线透照，按照10%焊缝条数进行现场熔透角焊缝的超声波探伤，如发现缺陷需要及时处理，同时保证不得返修同一位置3次以上。
2.10 构件组拼
在组装钢箱梁构件的过程中，需要首先将桥面箱梁组装地样线划出，胎架高度需结合放样确定，将支撑胎架设置在地面上，检查无误的胎架进行顶板铺设并定位，拼焊检查合格的顶板安装球扁钢和U肋，再次检查后进行横隔板安装。定位检查横隔板后，进行腹板球扁钢和腹板的安装定位，最终进行顶板安装定位，最后可得到如图2所示成品。
2.11 质量控制
狮岭枢纽立交GH匝道桥钢箱梁施工过程中的质量控制同样需要得到重视，具体包括焊接、安装全过程管控等方面。在焊接过程中，需聚焦不同焊缝形式，如角焊缝、对接焊缝，结合牌号及长度要求选用焊接方法，具体选择埋弧焊自动对接焊用于装配场顶板和底板焊接，气体保护焊用于加强筋焊接。焊接优先选用半自动、自动焊接方法，手工焊接应在上述方法无法满足要求时应用。基于材料性能差异，钢箱梁各部分的焊接材料也需要优选;安装全过程管控需要关注设计标准温度、装配温度、现场生产温度的差异，进而精准控制几何尺寸，这一过程需关注焊接收缩量，为变形补偿提供依据。为避免整体变形问题出现，必要时可选柔性约束、自约束等方式开展焊接施工。在钢箱梁喷漆前，需要对喷漆部件开展细致检查，并按照弧形进行外露棱角打磨，焊渣和焊豆需及时清除，钢箱梁上的油渍需要在打磨处理前及时清除。对于检验合格的表面预处理，可进一步开展钢箱梁的喷塑保护，这一过程需同时做好湿膜厚度检查。
3 结语
综上所述，狮岭枢纽立交GH匝道桥钢箱梁制造施工工艺具备较高实用性。在此基础上，本文涉及的材料采购、钢板矫正、下料、胎架制作、拼板、装配、焊接等工艺细节，则直观展示了箱梁制造施工工艺的应用路径。为更好满足桥梁建设需要，箱梁制造施工工艺的应用还需要关注施工模拟的优化、技术交底的落实、相关人才的培养、新型技术的应用。
参考文献
[1] 袁炼，项世芳，李金锋.城市道路大跨径匝道桥钢混叠合梁的施工技术[J].科技资讯，2021，19（30）：65-67.
[2] 趙科锋，徐民生.山区高速公路匝道桥现浇箱梁支架施工技术[J].城市道桥与防洪，2021（10）：147-149+19.
[3] 刘小宇.复杂交通状况下互通匝道钢箱梁桥施工技术研究[J].交通世界，2021（28）：113-114.
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