61m鋼-混組合梁安裝精度及焊接質(zhì)量控制

楊波

（中鐵十二局集團(tuán)第三工程有限公司，山西 太原 030024）

0 引言

在高速公路施工中，由于鋼-混凝土組合梁可以充分發(fā)揮鋼材和混凝土兩者的優(yōu)勢(shì)，鋼-混凝土組合梁橋作為一種新型橋梁結(jié)構(gòu)在我國(guó)的城市高架橋建設(shè)中得到了廣泛應(yīng)用。鋼－混凝土組合梁是由鋼梁、連接件和鋼筋混凝土板組成，鋼－混凝土組合梁的上翼緣有截面面積較大的鋼筋混凝土板承受壓力，致使鋼梁上翼緣截面減小，從而節(jié)約鋼材，鋼梁下翼緣則承受拉力，這是組合梁的受力特點(diǎn)。在鋼混組合結(jié)構(gòu)施工中，鋼梁的節(jié)段具有長(zhǎng)度長(zhǎng)、截面小、剛度相對(duì)較弱、制造時(shí)結(jié)構(gòu)易旁彎的特點(diǎn)，因此，橋梁安裝控制是整個(gè)施工工程的重難點(diǎn)。

1 工程實(shí)例

廣州市從埔高速公路高埔互通主線(xiàn)橋1～61m鋼-混凝土組合梁橋按簡(jiǎn)支結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。梁高3.1m，上部構(gòu)造橋梁寬度16.4m，采用3 箱單室，設(shè)計(jì)為斜交正做橋，平面位于曲線(xiàn)半徑R=1500m 的圓曲線(xiàn)和緩和曲線(xiàn)上，簡(jiǎn)支結(jié)構(gòu)體系。鋼-混凝土組合梁結(jié)構(gòu)體系主要由鋼主梁（單幅3 片梁）、鋼橫梁（分為主次橫梁及伸縮縫處加強(qiáng)橫梁）、鋼混組合橋面板三個(gè)主要構(gòu)造單元組成。鋼主梁采用工廠(chǎng)成節(jié)段，運(yùn)輸至現(xiàn)場(chǎng)后組拼為吊裝梁片，主梁安裝就位后，進(jìn)行鋼橫梁、橋面板鋼底板的安裝，最后綁扎鋼筋、澆筑橋面板混凝土。

鋼梁企業(yè)在完成前期的加工處理工序之后，應(yīng)該根據(jù)相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)以及管理要求按照區(qū)域運(yùn)輸?shù)男问綄摿哼\(yùn)輸至施工場(chǎng)地，之后交由現(xiàn)場(chǎng)的工人完成安裝等工序。需要注意的是要保證橋型位置的精準(zhǔn)度，否則會(huì)直接影響最終的質(zhì)量效果。鋼-混凝土組合梁效果圖如圖1所示。

圖1 鋼-混凝土組合梁效果圖

主要規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)：

《公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》（JTG B01—2014）

《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》(JTG/T 3650—2020)

《公路工程質(zhì)量檢驗(yàn)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)第一冊(cè)土建工程》(JTG F80/1—2017)

《公路工程施工安全技術(shù)規(guī)范》(JTG F90—2015)

《鋼結(jié)構(gòu)焊接規(guī)范》（GB 50661—2011）

2 現(xiàn)場(chǎng)安裝質(zhì)量管控細(xì)則

首先，鋼梁每一部分的相關(guān)參數(shù)都要符合標(biāo)準(zhǔn)要求，如長(zhǎng)度、強(qiáng)度、型號(hào)數(shù)據(jù)等。此外，在完成現(xiàn)場(chǎng)安裝工作之后，要再次結(jié)合標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容的圖紙完成細(xì)節(jié)方面的調(diào)整與優(yōu)化，確?？p隙、間隔以及高度等參數(shù)與其相一致。

其次，結(jié)合方案規(guī)劃，確認(rèn)鋼梁的外部形狀以及細(xì)則內(nèi)容，如各種曲線(xiàn)的拱度是否達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)等，也可以根據(jù)前期加工預(yù)安裝所設(shè)置的控制點(diǎn)分析是否達(dá)標(biāo)。

再次，調(diào)整鋼梁橋上對(duì)接接口的焊縫間隙符合焊接工藝要求。

最后，整理出拼接過(guò)程中需要確認(rèn)位置精準(zhǔn)度的臨時(shí)連接裝置，使得大拼梁段的線(xiàn)形符合設(shè)計(jì)要求。

鋼-混凝土組合梁拼裝示意圖如圖2所示。

圖2 鋼-混凝土組合梁拼裝示意圖

3 鋼-混凝土組合梁現(xiàn)場(chǎng)接口形式及對(duì)結(jié)構(gòu)的影響

根據(jù)設(shè)計(jì)要求及規(guī)范要求，鋼-混凝土組合梁節(jié)段現(xiàn)場(chǎng)接口頂?shù)赘拱宀豢稍O(shè)置在同一截面上，防止焊接過(guò)程中應(yīng)力集中，影響結(jié)構(gòu)安全。在具體工作中，需要按照以下要求完成環(huán)縫焊接：

一方面，需要派遣4 名員工走兩側(cè)同時(shí)開(kāi)展底部焊接工作，之后派遣2 名員工完成腹板區(qū)域的焊接工作。而頂板區(qū)域的焊接工作則需要更多的員工，通常為8 名左右，也是同時(shí)開(kāi)展焊接工作。需要注意的是，全部焊接工作均為同時(shí)、對(duì)稱(chēng)開(kāi)展。另一方面，根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙要求，鋼梁頂板與底板錯(cuò)口400mm，腹板界面于400mm 中間，如圖3所示。

圖3 鋼梁現(xiàn)場(chǎng)接口形式

4 鋼-混凝土組合梁現(xiàn)場(chǎng)安裝精度控制

在測(cè)算鋼梁對(duì)接中心線(xiàn)等工作的過(guò)程中，若是存在超出標(biāo)準(zhǔn)誤差區(qū)域的信息，工作人員應(yīng)該立即運(yùn)用調(diào)節(jié)間隙大小的方式進(jìn)行處理，從而使其恢復(fù)到標(biāo)準(zhǔn)誤差范圍內(nèi)。

在具體工作中，由于加工預(yù)拼裝與現(xiàn)場(chǎng)的安裝存在一定的差異性，受力存在明顯的差別，且現(xiàn)場(chǎng)與工廠(chǎng)的梁段面板懸臂大小不同，因此很容易出現(xiàn)銜接問(wèn)題，存在偏差，允許適時(shí)調(diào)整。需要注意的是，應(yīng)該先應(yīng)用控制網(wǎng)與施工平面網(wǎng)同時(shí)測(cè)算，計(jì)算控制點(diǎn)的坐標(biāo)信息。要求技術(shù)人員在之前安裝完成的鋼支墩上，應(yīng)用精密全站儀設(shè)備完成中心軸線(xiàn)以及相關(guān)邊線(xiàn)的確認(rèn)[1-2]。

其一，需要應(yīng)用鋼板等材料，在之前施工中澆筑完成的混凝土橋梁上部區(qū)域設(shè)置控制點(diǎn)，之后應(yīng)用全站儀設(shè)備確認(rèn)其他固定點(diǎn)的點(diǎn)位。

其二，結(jié)合預(yù)期方案中對(duì)縫口的要求，應(yīng)用專(zhuān)業(yè)的焊接碼板確認(rèn)好位置，以此保證中心軸不會(huì)出現(xiàn)誤差狀況。

其三，為避免在施工的過(guò)程中出現(xiàn)位置平移狀況，技術(shù)人員還需要在臨時(shí)支墩內(nèi)部安裝鋼板固定位置，確保橫向位置誤差控制在±1～2mm 范圍內(nèi)。

其四，縱向位置誤差則可以應(yīng)用25t 的葫蘆加以?xún)?yōu)化，在確認(rèn)好位置之后應(yīng)用碼板確認(rèn)。

其五，鋼箱梁上下兩個(gè)方向會(huì)產(chǎn)生一種推力，為了防止出現(xiàn)位置誤差，應(yīng)該在上端安裝5t 倒鏈，從而固定鋼箱梁。

其六，在施工的過(guò)程中，由于鋼梁會(huì)受到焊接的影響出現(xiàn)形狀變化，因此還需要測(cè)算變形的范圍和嚴(yán)重程度，從而掌握具體數(shù)據(jù)信息，為后續(xù)的精準(zhǔn)度控制提供幫助。結(jié)合之前的數(shù)據(jù)來(lái)看，環(huán)縫焊接過(guò)程對(duì)縱向的變形影響為3～5mm，橫向?yàn)?.5mm。

其七，此外，要求技術(shù)人員做好中心軸線(xiàn)等信息的登記，確保數(shù)據(jù)滿(mǎn)足國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求，并全程應(yīng)用全站儀完成數(shù)據(jù)追蹤，優(yōu)化數(shù)據(jù)信息。

5 焊接變形控制及措施

5.1 調(diào)整裝配與焊接順序

鋼-混凝土組合梁采用剪力連接件在結(jié)構(gòu)交界面實(shí)行連接處理，需根據(jù)不同鋼材結(jié)構(gòu)、規(guī)格、型號(hào)編制針對(duì)性的焊接作業(yè)方案，最大限度地減少結(jié)構(gòu)件產(chǎn)生的相對(duì)滑移及變形等問(wèn)題。以鋼工字梁焊接為例，當(dāng)優(yōu)先焊接工字型結(jié)構(gòu)部分時(shí)，焊縫集中位于結(jié)構(gòu)件的中性軸底部，在焊接后將形成一個(gè)向上的彎曲應(yīng)力，使工字梁明顯上拱變形，此時(shí)裝配翼板雖然能夠沿反方向形成一定的彎曲變形，但仍無(wú)法抵消原有變形量?；诖耍诂F(xiàn)場(chǎng)施工環(huán)節(jié)應(yīng)優(yōu)先完成翼板裝配，使梁體形成較強(qiáng)剛性后，再安排2 名施工人員從兩側(cè)對(duì)稱(chēng)施焊，配合分段焊接工藝減小焊后彎曲變形，保證結(jié)構(gòu)件應(yīng)力分布均勻，有效發(fā)揮對(duì)結(jié)構(gòu)件焊接變形的控制作用[3]。

5.2 優(yōu)化焊縫布置形式

5.2.1 對(duì)稱(chēng)焊接

焊接作業(yè)人員密切觀(guān)察焊縫布置情況，當(dāng)發(fā)現(xiàn)焊縫呈對(duì)稱(chēng)狀分布時(shí)，需安排2 名施工人員對(duì)稱(chēng)施焊，并且在焊接過(guò)程中按由兩側(cè)向中部的順序分段焊接，嚴(yán)格控制兩側(cè)焊接速度，執(zhí)行跳焊作業(yè)，借此減小焊縫的變形量。

5.2.2 不對(duì)稱(chēng)焊縫

對(duì)于不對(duì)稱(chēng)焊縫，要求焊接人員從焊縫分布數(shù)量較少的一側(cè)開(kāi)始施焊，使后焊部分產(chǎn)生的變形量與先焊部分抵消，最大限度減少變形總量。

5.2.3 差異化焊接方法

鋼-混凝土組合梁結(jié)構(gòu)中常見(jiàn)長(zhǎng)焊縫，沿用傳統(tǒng)直通焊工藝產(chǎn)生的變形量較大。在工程實(shí)踐環(huán)節(jié)，宜選用分段退焊法，預(yù)先執(zhí)行焊縫的分段處理，由焊接人員沿長(zhǎng)焊縫反向分段施焊，且該焊接方法不受場(chǎng)地空間、位置的制約，有效抑制焊縫變形問(wèn)題。

5.3 反變形法

在結(jié)構(gòu)件焊接后可能沿縱向、橫向產(chǎn)生收縮變形及角變形等情況，使焊接尺寸發(fā)生明顯變化，對(duì)此應(yīng)在焊接作業(yè)前采取反變形措施。例如，在焊接V 形坡口板時(shí)，由焊接人員雙手持板材兩邊緣處，輕敲另一塊鋼板，在起焊時(shí)沿兩側(cè)分別預(yù)留3～4mm 間隙，嚴(yán)格將變形角控制在3°以?xún)?nèi)，采用單面焊雙面成型技術(shù)完成焊接，保證背面成形效果。

6 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，在高速公路施工中，應(yīng)用鋼混凝土組合梁施工技術(shù)，對(duì)于保證工程質(zhì)量有重要作用。鋼-混凝土組合梁充分發(fā)揮了鋼材和混凝土的力學(xué)特性，但在鋼梁安裝過(guò)程中穩(wěn)定性較差，極容易造成變形，影響成橋時(shí)的受力狀態(tài)。該工程通過(guò)以上方面的控制，在施工安裝過(guò)程中，有效地保證了鋼梁受力和變形在規(guī)范要求的范圍內(nèi)，為成橋后鋼-混凝土組合梁的結(jié)構(gòu)受力提供保障。結(jié)合分析，為后續(xù)鋼-混凝土組合梁在高速公路橋梁施工提供寶貴的經(jīng)驗(yàn)。