浅谈褔州机场高速公路马尾互通钢箱梁的制作工艺

浅谈褔州机场高速公路马尾互通钢箱梁的制作工艺

赖有华

(福建省第一公路工程公司第六分公司)

摘 要：介绍福州机场高速公路二期工程A1合同段马尾互通Q匝道1#桥19#~20#墩

的钢箱梁，采用厂内制作与工地组拼的施工工艺和方法，特别是对工艺过程中的焊接操作提出了具体的施工顺序及一般要求。

关键词：钢箱梁；焊接；工艺

1 钢箱梁的概况

马尾互通钢箱梁位于Q匝道1#桥19#至20#墩上，跨径为35米，相连跨为28.05m砼简支梁和35.1m+24.0m砼连续刚构，桥宽10.5m，平曲线半径104米，桥面横坡为6%，纵坡为4%，墩高27.8m，钢箱梁顶铺设20㎝厚铺钢纤维混凝土+10㎝沥青混凝土路面。

钢箱梁采用单箱单室断面，钢箱梁中心线处梁高2.0m，顶宽10.5m，底宽5.5m，两侧翼缘长2.5m，钢箱梁顶板板厚12㎜，底板板厚12㎜，腹板厚14㎜，顶、底、腹板均采用“T”形或“I”形纵向加劲肋，主梁每隔2m设置一道横隔板，钢箱梁总重量136吨。

设计图中所标注的钢箱梁全部尺寸，均为20℃基准温度下的尺寸，未计入焊缝的收缩。

2 钢箱梁制作的前期准备工作及一般要求

钢箱梁制作的前期，现场施工技术人员应充分理解设计图纸，进行设计技术交底，加深领会设计意图，在此基础上，完成施工图转化、工装设计、工艺文件编制和生产计划编制等技术准备工作。

2.1 在钢箱梁制造前先进行焊接工艺评定试验，并编制焊接工艺评定报告。 2.2 所有焊接工作方案的制定均要尽可能地减少变形和残余应力，如部件施焊先后顺序的安排，箱梁腹板与顶板、底板接缝的错开，避免焊缝相交等。

2.3厂内制造需考虑杆件由于焊接收缩引起的变形，对每块板材切割时应留富裕量。

2.4 箱梁的顶板、底板下料时要考虑焊接纵肋引起的横向收缩。 2.5施焊方式主要分为：手工焊、工地周围手工焊、自动焊。

2.6焊缝在焊接前的预热温度可通过焊接性能试验和焊接工艺评定确定。预热范围一般为焊缝每侧100㎜以上，距焊缝30～50㎜范围内测温。

2.7单面焊双面成型的焊缝按工艺要求在坡口背面粘贴陶质衬垫，要求贴严贴牢。

2.8 经外观检查合格的焊缝，方可进行无损检验。焊缝的无损检验应在焊接后24小时后进行。焊缝无损检验的质量分级、检验方法、检验部位及执行标准应符合下表1的规定。

表1 焊缝无损检验质量等级及探伤范围

质量序号 焊缝部位 等级 法 超声波 例 100% 焊缝全长 焊缝两端各顶（底）板、腹1 板纵向对接 I级 X射线 10% 250~300㎜，焊缝接头数量的10％长度大于1.2m，且不少于1个 中部加探250～300mm 支点处横隔板与GB/T3323-87 2 腹板的熔透角焊缝 锚箱与腹板连接腹板与顶板间熔3 透坡口角焊缝 端各1m 每侧梁段腹板各I级 腹板与底板间熔4 透坡口角焊缝 I级 磁粉 100% 区外延2米及两端各1m 支点处横隔板与5 顶（底）板角焊缝 横隔板与腹板的6 贴角焊缝 水平肋与腹板的7 角焊缝 顶（底）板T形8 肋角焊缝 9 T形肋对接焊缝 II级 磁粉 100% II级 磁粉 100% 2m 焊缝全长 II级 磁粉 100% ㎜ 每条焊缝两端各 II级 磁粉 100% ㎜ 焊缝两端各500 I级 磁粉 100% 行车道范围随机I级 超声波 100% 抽探1m（累计） 行车道范围 焊缝两端各500JB/T6061-92 ㎜不熔透 TB 10212-98 JB/T 6061-92 厚度中间允许4 锚箱与腹板连接超声波 100% 随机抽探1m ㎜不熔透 厚度中间允许6I级 超声波 100% 区外延2米及两 I级 超声波 100% 角焊缝全长 TB 10212-98 GB/T11345-89 探伤方探伤比探伤部位 执行标准 备注

2.9 所有焊缝均应在冷却后在全长范围进行外观检查，并填写记录。所有焊缝均不得有裂纹、未熔合、焊瘤、夹渣、未填满及焊漏等缺陷。

2.10 顶底板与腹板对接焊缝不能在同一断面，即不允许形成环形对接焊缝。 2.11 有关钢梁制造各零部件加工、制孔、杆件组装、栓接、焊接、焊缝磨修和检验、试装、涂装、成面验收、工地安装等的规定和要求均按照“JTJ041-2000公路桥涵施工技术规范”办理。

2.12 钢梁须按规范要求做好防锈处理。 2.13 所有焊缝均为连续焊缝，必须焊满。 2.14 桥面剪力钉施焊时不得对钢箱梁造成损伤。 2.15 桥面系施工时，需横向对称进行严禁单侧加载。 2.16 施工期间应进行施工监控，做好施工控制工作。

3 钢箱梁的制作

钢箱梁的施工方法为先在工厂内分成9段加工制造钢箱梁运输段（节段分块如图1），运输段运到工地桥面后，在工地现场组拼成桥。拟利用17#～19#墩桥面作为工地组拼场地。

图1 节段分块示意图

3.1 厂内制作的技术工作流程：技术交底――编写施工方案——设计反变形工装、装配胎架、绘制部分零件施工详图——编写施工工艺文件——检验记录——内业资料；

3.2生产前准备：制作板单元的反变形工装、假框架、装配胎架以及厂内起吊的吊耳装置。

3.3 各板件的制作工艺：

3.3.1 顶底板：钢箱梁的面板底板厚12㎜，其外形均为比较规则的四边形，尽量采用半自动气割或数控气割。

其制作工艺流程是：钢材入厂复验——校平——划线——采用半自动气割或数控条形割炬下料——清除割渣——钢板抛砂处理――上底漆。

3.3.2 腹板：钢箱梁的腹板厚度14 mm，腹板尽量采用半自动气割或数控气割。另外,钢箱梁的腹板还需要根据钢箱梁放样曲线采用卷板机进行弯曲。

其制作工艺流程是：钢材入厂复验——校平——划线——采用半自动气割或数控条形割炬下料——清除割渣——钢板抛砂处理――拼板焊接――卷板――上底漆。

3.3.3 横隔板：钢箱梁横隔板的厚度为12mm或16mm，横隔板由于有人孔以及加劲肋通过的孔，所以采用数控气割是最佳的下料办法。

其制作工艺流程是：钢材入厂复验——校平——编程——采用数控气割下料——清除割渣――钢板抛砂处理――上底漆。

3.3.4支座垫板：支座垫板采用钢板厚度72mm，支座垫板的四边采用数控气割，其支承面进行铣平加工至图纸要求的厚度，其表面粗糙度应≤12.5μm。

其工艺流程是：钢材入厂复验——数控气割下料——清除割渣——铣削加工顶面――钢板抛砂处理――上底漆。

3.4 钢箱梁厂内制作工艺流程：

原材料入厂——钢材复验——板材校平――数控下料——检验——喷砂除锈——上底漆——坡口——打磨焊缝端面及边缘――板单元上夹具、点装――检验――板单元焊接——火工校正――检验、磁粉探伤——板单元组拼——检验——焊接――除渣与修磨——检验焊缝外观——超声波探伤、X射线探伤、磁粉探伤——喷涂封闭漆、中间漆与面漆――出厂前总体检验。

四个支座的支座垫板的厚度需加机加工的余量，采用铣削加工成钢楔块形状，保证其顶面与梁底密贴，底面水平，支座中心处厚度为40mm，支座垫板与钢箱梁的连接采用等强周边焊接，装焊时必须注意其长度方向的布置。

运输段在胎架上组拼，胎架（见图2）采用工字钢或槽钢制作，高0.6米，胎架用膨胀螺栓和底板固定在车间地平面上，在胎架牙板的工作面上放样确定钢箱梁底板位置、纵坡和横坡以及腹板的位置线，以底板为装配基准。

图2 钢箱梁胎架

3.5 钢箱梁厂内制作注意事项

钢结构制造所用的钢材、焊接材料除必须有生产厂家的质量证明书外，还必须按相关标准进行入厂抽样复验合格方能使用。钢构件的焊接、拼装必须在相应的焊接工艺评定合格后才可以施工。除此以外，厂内制作须注意以下事项：

3.5.1 节段划分的原则应根据结构布置、运输条件、起重能力、施工工期等因素，可由加工制作单位自行确定，横向焊缝应距支点和跨中2米以上。

3.5.2制作和检验所使用的量具、仪器、仪表等必须由二级以上计量单位鉴定合格后方可使用。

3.5.3在加工制作前，应根据设计图的要求绘制施工详图，加工前应按全跨钢箱梁进行1：1胎架精确放样。放样时应考虑加工工艺余量、焊接余量和预拱度等。

3.5.4在工厂内和工地组拼现场均设置全跨径钢胎架，应同时考虑预拱度的叠加。

3.5.5钢箱梁的工厂预拼装在拼装胎架上完成，经质量检验合格后，撤除工地接头处的临时接头，吊离胎架。节段全长允许偏差±2×N mm（分段累加总长，N为节段数）。

3.5.6工厂预拼装由中间节段向两端逐节拼接，钢箱梁轴向长度误差累计到两端节段，并切割多余量，保证钢箱梁轴线组拼精度。

3.5.7钢钢箱梁制作、安装质量检测应符合《公路桥涵施工技术规范》的有关规定。

3.5.8钢箱梁的焊接，应合理安排焊接顺序（比如中分异向对称跳焊）、确定适当的焊接规范和参数、采用熔透坡口、使用工装胎架、马板进行刚性约束、注意控制焊接线性能量、预设焊接收缩补偿量（比如顶、底板、腹板放宽2.5mm，横隔板放宽2mm）等等。

3.5.9单个梁段厂内焊接顺序：纵肋板与横隔板立角焊缝——纵肋板与底板平角焊缝——纵肋板与顶板平角焊缝——水平肋板与腹板角焊缝——横隔板与

腹板角焊缝——横隔板与顶板角焊缝——横隔板与底板角焊缝——腹板与顶底板的焊缝（注意采用中分异向对称焊）

3.6 钢箱梁工地组拼施工工艺流程：

钢箱梁运输段工地组拼对接――坡口、打磨与点装――检验――焊接――焊缝外观及超声波探伤、X射线探伤检查――剪力钉焊接――检验――除锈与补漆――检验――吊装。

在制作胎架、厂内预拼装和工地整体组拼时，应准确做好钢箱梁的测量放样及施工监控工作，及时了解箱梁的收缩变形情况。

3.7 钢箱梁工地组拼注意事项

钢箱梁在现场组拼时，主要是要控制好焊接质量。焊接作业除应符合相关规范标准的要求外，还应遵守以下几个规定：

3.7.1 节段工地组拼焊接顺序：工地节段对接采用单边V形坡口陶瓷衬垫焊接，先焊主对接焊缝，再焊纵肋板对接焊缝，主对接焊缝应先焊立焊两侧腹板对接焊缝，后平焊底板对接焊缝，再平焊顶板对接焊缝。立焊焊接时，两侧两条焊缝两个焊工同时对称焊接，焊接方向从下而上，力求同步。

3.7.2现场安装定位，不得随意在钢梁构件上引弧；不得任意在钢梁上焊接施工用临时附件；不得随意将钢梁作为工地一般电焊的接地使用；不得任意在钢梁构件各部位上进行敲打等。这是一项明文规定的操作纪律，必须严格执行。

3.7.3吊装用的配件，在钢梁现场完成后应予以割除，一般分二次切割，第一次切割作为预热用，第二次则完全切除。起吊配件切割后，一律用砂轮打磨。起吊配件切割后的剩余高度一般不宜超过20mm，以10～5mm为好，严禁切割时损伤构件。

3.7.4现场焊接应遵循纵向焊缝从跨中向两端、横向焊缝从中线向两侧对称施焊的原则，尽量减少焊接变形及焊缝拘束应力。

3.7.5现场焊接应设置防风、防雨措施及防止焊接对环境、交通影响的安全罩，遮盖全部焊接处，雨天不得焊接（梁内除外），采用CO2气体保护焊时，必须使用通风防护安全措施。

3.7.6所有结构外壳板上开设的通焊孔、临时工艺孔等在相应焊接、安装完成后予以封闭。

3.7.7 当工件表面潮湿或有雨、雪、大风、严寒气候（环境温度低于5℃，相对湿度大于80%）时，不宜进行焊接作业。

4 结语

马尾互通Q匝道的钢箱梁制作工艺的质量控制重点在于焊接操作，因此，应从焊接管理制度、上岗焊工资格和水平、焊接工艺评定、焊接温度、焊接顺序、焊接规范、焊接材料质量、焊接设备以及配备业务水平高、责任心强的焊接检验

员等方面入手，对全桥的焊接质量进行严格把关，做到有确认、有记录和可追踪性。采用厂内制作与工地组拼的施工工艺和方法，具有工效高、质量好、安全性强等特点，达到了较好的经济效益。

参考文献

1 钢结构设计规范(GB50017-2003). 2 公路桥涵施工技术规范(JTJ041-2000). 3 公路桥涵地基与基础设计规范(JTJ024-85). 4 公路施工手册 桥涵(上册).北京：人民交通出版社，2000. 福建省公路一公司第六分公司2009年11月10日

赖有华