Technology Exchange
技术交流
江苏省沿江高速公路峭岐枢纽钢箱梁施工工艺及
江苏省沿江高速公路峭岐枢纽主线桥钢箱梁总体布置为(40+62+47.5m)三跨连续梁,横跨京沪高速公路,采用全焊钢箱梁。钢箱梁沿线路中心线全长149.38m,线路中心位于两幅梁中间,其平面圆曲线半径为5600m;桥宽34m,由相互独立的左右两幅组成,两幅之间为1m的分隔带,每幅梁宽16.5m,其中钢箱梁部分宽12.5m,两侧各悬臂2m,总重约2019吨。钢箱梁采用单箱三室断面,桥梁中心线处梁高2.4m,面板沿径向为2%横坡;钢箱梁顶板兼做桥面承重结构,按正交异面板设计,板厚为14mm,顶板和底板的纵向加劲肋采用U形闭口肋,两侧悬臂部分以及腹板水平加劲肋均采用板式加劲肋。箱内纵向每3m左右设一道普通横隔板,中间开设人孔,支点处设支点横隔板,并设竖向支承加劲肋。每两道横隔板之间1.5m左右设腹板竖向加劲肋,横隔板及横肋均按全封平面曲线径向布置。
二、施工工艺流程
为确保生产过程有序、合理,各工序必须严格按照施工工艺流程进行,基本流程分厂内加工制作及现场施工两部分,细分为43道工序:图纸审核→放样→采购材料→材料试验→钢材预处理→涂防绣底漆→下料→制作胎架→加工闭口肋→拼装小分段(顶板小分段,底板小分段,腹板小分段)→焊接→检验→上总装胎架1至4#厂内分段拼装→焊接→检验→脱胎架→修正胎架→上总装胎架5至8#厂内分段拼装→脱胎架→修正胎架→以此类推;拼装9至66#厂内分段→焊接→检验→预拼装→划安装线→检验→打磨除锈→喷底漆→喷中间漆→喷面漆一道→运输→搭设满党支架→吊装→检测→调整→焊接→检验→安装盆式支座→落梁→安装防撞护栏及泄水孔→补漆→喷涂最后一道面漆→验收。
三、本工程主要控制要点
(一┎牧峡刂?lt;/DIV>
原材料质量控制是本工程成败的关键,所用原材料主要有三种:钢材、焊条(丝)和焊剂、油漆。
1、钢材
钢箱梁使用主要的材料为Q345D钢板,进料时,要求厂家必须提供材料质量保证书,标明钢材的炉批号、钢号、数量、化学成分和物理性能等各项技术参数及指标。进场后应对照质保书进行核对,检查无误后按炉批号、板的规格每十个炉批号抽检一组,并委托具有CMA资质的检测单位依据(GB/T1591-94)的标准对钢材的化学和物理性能进行检验,合格后方可使用。2、焊条(丝)、焊剂
(1)钢箱梁主要材料为Q345D钢板,按照焊条选用原则,手工焊必须采用E5015焊条,埋弧自动焊的焊丝和焊剂为H08MnA+HJ431,半自动焊焊丝采用H08Mn2Si或TH-S206。焊接材料检验标准如下表。
(2)焊条的管理和使用
①焊条应注意防潮,焊条吸潮后不仅影响焊接质量,甚至造成焊接材料变质,因此焊条使用前应进行烘焙,烘焙温度为350~450℃,时长1~2小时,在烘箱或烤箱中贮存温度为100~150℃,贮存时间一般不得超过30天;②焊接材料应有专门管理人员,负责烘焙及发放,对于从保温箱中取出的焊条,一般每次发放量不得超过4小时的用量;③每个焊工都必须配备保温筒,以防止烘干后的焊条再次受潮;④焊条在使用过程中的烘焙次数不宜过多,否则将导致药皮酥松和使药皮中的合金元素氧化及有机物烧损,影响使用性能。本工程使用的焊条的重复烘焙次数一般不得超过2次。
3、油漆的选择和使用
油漆进场后,监理单位、施工单位和业主三方联合抽样、送检,检验合格后方可使用,油漆须由专人、专库进行保管。
(二)放样
1、钢箱梁以1:1的比例在计算机中放出各节点,放样时需考虑平面圆曲线、纵向竖曲线、预拱度及2%横坡,各部分的尺寸和样板应进行核对,并作为后续生产的依据。
2、根据实践经验,放样时要加放余量、焊接收缩量及对接焊缝的位置。横向每道纵肋间距加放0.5mm,顶板加放9mm,底板加放8.5mm;每片小分段宽度方向加放15mm余量,长度方向加放30mm余量;在腹板小分段加放5mm反变形。
3、下料,根据板厚和长度选择气割或机械剪切,尽可能使用剪板机。横隔板上的闭口肋采用数控切割。厚度小于12mm时,用剪刀车剪切;厚度大于12mm钢板采用气割,气割时应除去钢板的热影响区(一般为1~2mm);型材用砂轮机切割。钢材下料切割后要进行校正。
(三)节段划分及分段组装
1、钢箱梁的节段划分
(1)节段的划分应根据“运输、吊装能力,以及尽量减少现场工作量”的原则进行划分,钢箱梁的安装采用现场搭设满堂支架,分段吊装,先安装边跨,然后对京沪高速的左、右幅行车道进行交通管制,再依次进行中跨的吊装。现场采用吊车吊装,若分段长度太大,节段重量必将增加,大吨位的吊车对京沪高速公路行车影响较大,且台班费较高,因此,在厂内制作时采用“化整为零”,到现场安装时再“集零为整”。
(2)运输。由于工厂在市区,运输时需经过市内主要道路。由于路窄、弯多,运输相当困难,所以节段划分要尽可能小。实际划分的节段长度为5.083m,最小长度为4.810m,最大高度2.565m,宽度均为16.5m。尽管如此,但也属于超大件运输,在运输过程中应实行交通管制。
(3)钢箱梁自身的特点:钢箱梁中跨每隔2.96m设置一道横隔板,每隔1.48m设置一道挑臂,分段划分应尽量靠近横隔板和挑臂位置。为避免运输、吊装过程中产生变形,需在分段接缝处设置临时扶强材,若分段接缝靠近横隔板,则可省去。
(4)现场进度控制。中跨跨距为62m,按照每个分段长4.843m进行划分,中跨共分为13个分段,14条对接焊缝,完全可以保证质量和工期。
(5)设计要求。设计要求现场施工的焊缝要尽可能减少,且横向焊缝距跨中和支点位置要大于2m,从划分结果来看均满足要求。
2、各分段的装焊顺序
顶板片段吊上胎架→点焊固定→划线→吊腹板片断,点焊固定→吊装底板片段,点焊固定→焊接→检验,打上检验线→脱胎架,翻身→焊接→校正焊接变形→检验→打好装配线。
3、厂内分段的临时加强
为了防止厂内分段在吊装翻身搁置的情况下变形及损坏,在厂内分段一端(无横隔板)设置假框架,假框架结构由18#槽钢和L75×5角钢组成,待现场安装焊接完成后拆除。
4、闭口肋的加工方法
闭口肋为U形,工厂制作时,先设计一副压模,然后在315T油压机上压制而成。闭口肋边缘需与主梁焊接处用机械方法开出焊接坡口。
5、安装吊耳
在每个分段上安装四个吊耳,吊耳必须设在横隔板和腹板相交处,以免在吊装时产生变形。吊耳采用D形吊耳,每个吊耳允许负荷20T。
(四)焊接工艺
由于本桥为全焊钢结构桥,所以焊接工艺的优劣直接决定了全桥的质量。
1、根据焊缝形式(对接焊缝、角焊缝)、长度和等级要求对各部位的焊接方法进行选择。(1)厂内分段的顶底板及腹板底采用对接焊,横隔板及各种加强筋底翼缘焊缝采用埋弧自动焊;(2)横肋腹板与顶、底板及纵肋的焊缝采用半自动焊;(3)对于腹板与顶、底板之间采用角焊缝、T形纵肋、水平肋与各板底焊缝、纵肋接头、各横向连接点板与横、竖肋底焊缝、其它不能采用埋弧自动焊和半自动焊的焊缝、施工工地分段的腹板的对接缝均采用手工焊。4、对施工工地分段的顶、底板底正面对接缝,施工工地分段的顶、底板的反面对接缝,采用内置衬垫的坡口熔透焊接——单面焊双面成形。
2、根据钢箱梁的主要材料选择焊接材料。
3、确定各主要焊缝的焊接工艺要求。(1)腹板与顶、底板要求密贴,组装焊接间隙不大于5mm;(2)装配时应在坡口反面进行腹板与顶、底板的定位焊,在箱梁两端要加强定位焊;(3)钢箱梁主体内部构件焊接主要包括横隔板、横向及纵向加强劲板及腹板的焊接,要求焊工进行对称焊,原则上先焊立角焊,后焊平角焊;先焊纵向焊缝,后焊横向焊缝;(4)钢箱梁主体的四条角焊缝焊接时,先进行两条主角焊缝的手工打底焊,然后翻身,按同样要求进行两条主角焊缝底焊接;(5)在进行四条主角焊缝的焊接前,完成箱内各构件的全部角焊缝的焊接,焊缝两端安装引弧板和引出板,使用两台焊机同时焊接两条主角焊缝,然后翻身焊另两条角焊缝,最后再翻身焊满前两条主角焊缝,要求焊缝表面呈凹形,缓和过渡到母材,避免咬边缺陷。
4、焊缝质量要求。(1)外观质量:焊缝尺寸应符合要求,不得有咬边、焊瘤和表面气孔等缺陷;(2)对接焊缝内部质量:顶板、底板、腹板及纵肋的横向对接焊缝,以及支座横隔板纵缝处对接焊缝要求达到Ⅰ级焊缝,顶板、底板及腹板的纵向对接焊缝要求达到Ⅱ级焊缝。
5、根据以上原则进行焊接工艺的评定。
根据《铁路钢桥制造及验收规范》(TB10212-98)的要求,对钢材、焊接材料、焊接方法进行评定。按照《焊接接头机械性能试验方法》(GB2649~2654)的要求取样,进行拉伸、弯曲、冲击韧性、硬度及宏观断面酸蚀性试验,以确定材料及厂内焊接工艺的可行性,获得焊接电流、电压、焊接速度、坡口尺寸等技术参数,作为后续生产的控制标准。现场安装焊接施工,应根据现场施工时的环境加工试件,进行焊接工艺试验和工艺评定。
6、焊接质量控制及检验。(1)焊工和无损检测人员必须通过考试并取得资格证书,且只能从事资格证书认定范围内的工作;(2)焊接时,环境湿度应小于80%,焊接低合金钢的温度不应低于5℃(本桥使用材料为低合金钢);(3)焊接前必须彻底清除待焊区域内的有害物,焊接时严禁在母材非焊接部位引弧,焊接后应清理焊缝表面熔渣及两侧飞溅物;(4)焊接材料应通过焊接工艺评定,焊剂、焊条必须按产品说明烘干使用,焊剂中的脏物,焊丝上的油、锈等必须清除干净,CO2气体纯度应大于99.5%;(5)焊前预热温度应通过焊接工艺试验和工艺评定来确定,预热范围一般控制在焊缝两侧100mm以上,在距焊缝30~50mm范围内测温;(6)定位焊要求:①定位焊缝应距设计焊缝端部30mm以上,其长度为50mm~100mm,定位焊的焊脚尺寸不得大于设计焊脚尺寸的1/2;②定位焊不得有裂纹、夹渣、焊瘤等缺陷,对于开裂的定位焊缝,必须先查明原因,然后再清除开裂的焊缝,并保证尺寸正确的条件下补充定位焊;(7)埋弧自动焊必须在距设计焊缝端部80mm以外的引弧板上起、息弧,焊接过程中不应断弧,如有断弧则必须将停弧处刨成1:5的斜坡,并搭接50mm再引弧施焊,焊后搭接处应修磨匀顺;(8)焊缝有缺陷时,应根据具体情况进行处理,对于要碳刨或其他机械方法清除缺陷时,应刨出有利于返修的坡口,并打磨掉氧化皮直至露出金属光泽,焊接裂纹的清除长度应由裂纹端各外延50mm,且同一部位的返修不宜超过两次;(9)所有焊缝必须在全长范围内进行外观检查,不得有裂纹、未熔合、夹渣、未填满弧坑和焊瘤等缺陷;(10)所有焊接经外观检验合格后方可进行无损检测,无损检测应在焊接24h后进行。
(五)涂装
钢结构桥梁最大的弱点就耐腐蚀性差,容易锈蚀。由于本桥地处苏南地区,雨水较多,防腐非常重要,因此涂装成为本桥的又一控制要点。主要从以下几方面进行控制:
1、对梁体的外观进行检查,确认无缺陷后,进行喷砂、除锈,除锈等级为Sa2.5级;2、除锈达标后进行油漆喷涂,喷涂时环境湿度一般不大于80%,钢板表面温度应高于空气露点温度3℃以上方能施工;3、施工时应预留好安装焊接部位,一般预留100mm暂不涂装,待工地焊接完成后再涂;4、涂装时应注意避免环境污染;5、每层涂好后,采用漆膜测厚仪进行厚度检测,每层干膜厚度允许偏差-5微米,涂装应均匀、无明显起皱、流挂、附着情况良好;6、工厂只留最后一道面漆不涂,待工地焊接结束后进行;7、补漆,必须按设计要求一道、一道涂,现场最后一道面漆,在支架拆除前涂完。油漆体系要求见下表。
桥面板
一道
水性无机硅酸锌底漆
(六)现场施工
现场施工是钢箱梁施工的关键,主要控制四个方面:
1、钢箱梁的吊装。由于钢箱梁桥横跨通车的京沪高速公路,在路的右幅又受高压线高度的限制,因此吊装的难度较大,必须精心组织,合理安排。
2、施工人孔的开设。钢箱梁在结构设计上形成了若干独立封闭的箱体,结构体系为三跨连续,中间支点横隔板不设人孔,形成了6个相对独立的箱体,为保证施工、检测需要,每个箱体开设两个人孔。人孔开设应遵循的原则:(1)避开跨中和支点处等受力集中区域,设在主梁体系受力的负弯矩位置;(2)开孔不得在同一位置,各孔的纵向孔边缘净距不小于200mm;(3)横隔板间距作为顶部正交异性板局部受力的计算跨度,开孔避开跨中和支点处等局部弯距较大区域,开设于体系局部受力的负弯距位置附近;(4)所有人孔处补焊均为单面焊双面成形,焊缝等级为Ⅰ级。
3、现场焊接难度较大,应注意温度、防风、湿度的控制。
4、板材的预热处理。