丁亚辉 王奇锐 孙会见中交二公局第二公路工程有限公司 中国交通建设股份有限公司总承包经营分公司 上海振华重工(集团)股份有限公司

摘 要：金安金沙江大桥主跨采用板桁结合式钢桁梁，钢桁梁由钢桁架和正交异性钢桥面板两部分组成，正交异性钢桥面板与钢桁架通过栓焊结合方式组成整体。桥面板采用工厂分块加工，工地组焊，板单元横向共划分10个单元，次横梁共划分6个单元，纵梁共划分12个单元。桥面板工地焊接是钢桁梁施工质量控制的关键。

关键词：板桁结合梁;桥面板;工地焊接;高精度;

1 工程简介1.1 钢桁梁构造

金安金沙江大桥为主跨1386m的单跨双铰板桁结合式钢桁梁悬索桥，主缆采用三跨布置，理论跨度为330m+1386m+205m，横向缆距27m，中跨主缆成桥垂跨比为1/10，吊索顺桥向间距为10.8m。在主跨跨中处，主缆与钢桁架之间设置6对柔性中央扣。设计道路双向四车道高速公路，行车速度80km/h。

钢桁梁包含钢桁架和正交异性钢桥面板两部分，正交异性钢桥面板与钢桁架通过栓焊混接方式组成整体。

图1 钢桁梁构造图 下载原图

钢桁架由上弦杆、下弦杆、主桁腹杆、上横梁、下横梁、主横腹杆和下平联组成，桁高9.5m，桁宽27m，标准节间长10.8m。

正交异性桥面板由顶板单元、纵梁和次横梁组成。顶板厚度为16mm。行车道区域加劲采用U型肋，U型肋间距580mm，高度280mm，顶宽300mm，底宽160mm，厚度为8mm。护栏及检修道区域(I肋)，其中护栏区域160mm×16mm，上检修道区域120×12mm。

钢桁梁附属结构主要包括:防撞护栏、路缘石、上检修栏杆、泄水管、抗风板、下检修平台、排水槽、上检查车轨道及下检查车轨道等。

1.2 桥面板连接方式

桥面板顶板单元分块采用焊接。桥面板顶板与钢桁架上弦杆采用全熔透焊接。桥面板顶板与上横梁亦采用全熔透焊接。U肋采用高强螺栓摩擦型连接。

次横梁设计分段口采用栓接，加工分段采用焊接，与板单元采用焊接，与钢桁架上弦杆采用高强螺栓摩擦型连接。

纵梁与次横梁及板单元采用焊接，纵梁加工分段采用焊接，与钢桁架上横梁采用高强螺栓摩擦型连接。

1.3 主要材料

(1)钢材

桥面板上的顶板单元、次横梁、纵梁材料均为Q345qD，附属件材料主要为Q235B和Q345D。

(2)焊接材料

桥位使用的焊接材料(焊条、焊剂和焊丝)根据钢材出厂状态确定，并依据焊接工艺评定试验结果确定，符合相应标准。

1.4 现场制造内容

桥面板单元件桥位拼装成整体;桥面板吊装单元吊装后完成与上弦杆、上横梁上桥面顶板的焊接及栓接;钢桁架拼时完成上弦杆桥面板对接缝焊接、上横梁桥面板对接缝焊接、上横梁与上弦杆桥面板对接缝焊接;附属件路缘石、中间稳定板、排水系统、灯柱底座安装;油漆修补及最终涂装。

1.5 工地焊接重点及难点分析

(1)桥位环境复杂，气候多变，桥面板的组拼大部分采用仰焊，焊接质量的保证是施工过程中控制的重点也是难点。

(2)桥面板顶板纵缝对接组拼过程中焊接收缩及焊接变形的控制是施工重点中的难点。

(3)桥面板组拼过程中次横梁、纵梁端部孔群相对尺寸的控制是施工的难点。

(4)桥面吊装单元拼装时横向U肋群间距控制及与上横梁U肋群正确对位。

2 施工准备2.1 技术文件准备

根据桥位施工内容准备桥位施工作业指导书、桥位施工焊接工艺规程(WPS)、涂装工艺、拼装胎架及端部上横梁拼装工装文件等。

2.2 工装准备

根据桥面板和端部上横梁拼装要求，在拼装场地上布置专用的拼装胎架。拼装胎架根据构件拼装特点进行单独设计，满足拼装精度控制要求。

3 施工场地布置

根据桥位目前场地分布情况，钢桁架桥位拼装场地设置在塔前，桥面板拼装场地设置在引桥上。根据桥面板拼装计划，桥面板拼装设置7个工位，拟2个工位作为板单元拼装使用，5个工位作为桥面板整体组拼使用。单个工位面积14m×25m，工位与工位间距约2.3m。端部上横梁工厂制作时按设计图纸分3段，现场组焊成一个整体。根据钢桁架拼装场地布置，端部上横梁拼装工位设置在塔前1#节段桁架拼装场旁。

4 桥面板拼装4.1 桥面板结构划分

依据设计图纸及考虑其运输、组装、焊接及钢板轧制宽度，桥面板按下图进行划分。板单元横向2081+2320+3120+2320+2886+2275+2320+3120+2320+2081，共划分10个单元。次横梁共划分6个单元。纵梁共划分12个单元。

4.2 桥面板组拼

第一块桥面板吊装单元拼焊完成后，在塔前钢桁梁拼装场地内与钢桁梁进行匹配试装，验收合格后方可进行钢桁架吊装和后续桥面板组拼作业。

(1)胎架设计

根据桥面板结构形式，在引桥拼装场地上设置专用的拼装胎架。胎架搭设时需保证上平面水平，高度误差≤2mm。胎架与地面采用钢膨胀螺栓进行固定。胎架搭设完毕后整体划线，根据桥面板次横梁、纵梁底板端头孔群尺寸进行钻定位孔。

(2)次横梁拼装

根据结构形式，将次横梁依次吊装到胎架上。次横梁与次横梁连接口按图纸要求将连接板安装到位。

(3)纵梁拼装

将纵梁吊装到胎架上，调整纵梁位置，纵梁与次横梁焊缝处放置1mm焊接收缩量(具体数值根据现场实际结果进行调整)。先施焊中间次横梁两侧纵梁角接口，然后施焊边侧次横梁两侧纵梁角接口，对称施焊。

图2 立体图示意 下载原图

(4)整体固定

整体修整纵梁、次横梁开档尺寸，调整到位后利用冲钉、螺栓将次横梁、纵梁端头下翼板与胎架定位孔进行连接固定，以及纵梁腹板与胎架匹配工装固定。同时利用码板和锲块将次横梁中间部位间断与胎架进行固定。保证次横梁与胎架固定成整体，防止顶板单元装配时次横梁位置变动及控制焊接变形。

(5)顶板单元拼装

根据桥位实际情况，顶板单元在胎架上五五拼接成两个大片，然后吊装到次横梁、纵梁框架上拼装。

步骤1:在水平胎架上将10片顶板单元按下图所示要求进行两两组拼。组拼后整体检查、修整平面度、直线度、扭曲等，保证满足要求。组拼时以U肋板单元纵横基准线和U肋端部定位基准线为基准进行定位，保证两块U肋板单元的相对位置尺寸要求，其中纵向基准尺寸放置2mm焊接收缩量(具体焊接收缩余量根据桥位实际值进行调整放置)。同时为控制纵向对接缝焊接后所产生的角变形，纵缝码缝时设置反变形量，焊接后整体进行修整。焊前调整重点控制横向U肋群间距尺寸和纵向U肋群端部孔在同一直线上。焊接时注意同一条焊缝从一端向另一端进行施焊。

步骤2:安装中心顶板处“两拼一”顶板单元。整体调整顶板单元与次横梁、纵梁相对位置，调整到位后顶板单元与拼装胎架端部匹配U肋板严格对位，并采用工艺连接板、销钉和螺栓进行栓接固定。调整到位后进行施焊，施焊时先施焊顶板单元与次横梁焊缝，从中间向两侧对称施焊，再施焊顶板单元与纵梁焊缝。顶板单元与横梁焊缝两侧各留500～600mm暂不施焊，便于后续顶板单元对接时拼缝处设置反变形量。

次横梁腹板与U肋、顶板交叉部位的焊接，要求横梁腹板与U肋、横梁腹板与顶板焊缝在其交叉部位不得起熄弧并将切角封焊。同时横梁腹板弧形缺口位置的端部焊接也应包角处理并间断施焊。焊后交叉部位及弧形缺口位置的焊缝端部需打磨匀顺，不得存在打磨棱角及尖角，以减少该部位应力集中。

步骤3:安装侧向两拼一顶板单元。

将已安装的中心顶板单元边侧未施焊区域边侧顶起，在顶板单元与次横梁间增加10～15mm垫板(实际厚度根据顶板焊接角变形实际值进行调整)，使板边翘起。

将侧向两拼一顶板单元吊装次横梁上，与端部匹配U肋严格对位，在近中心顶板与次横梁间增加10～15mm垫板，使纵缝接口成反变形，并将顶板单元向外推约2mm(实际值根据纵缝焊接收缩量确定)作为焊接收缩量。

检查U肋群横梁间距尺寸和端部U肋孔群尺寸，合格后进行纵缝码缝、施焊，施焊时从一端向另一端施焊。施焊后去除顶板与次横梁间的垫板，将侧向顶板单元落位到次横梁上，整体符合各尺寸，合格后将U肋群与端部匹配工装进行栓接固定。焊接次横梁与顶板单元焊缝，边侧留500～600mm暂不施焊，施焊时注意从桥中向两侧对称施焊。施焊顶板单元与纵梁焊缝，施焊时注意从中心向两侧对称施焊。具体焊接要求同步骤2。

步骤4:安装边侧两拼一顶板单元，安装方法同步骤3。

步骤5:整体施焊完毕后将桥面板与胎架进行解体，测量外形尺寸，修整校形。同时按照同节段的钢桁架的内空尺寸对顶板四边尺寸进行配修，保证桥面板吊装后与钢桁架精确匹配。

图3 顶板单元与次横梁/纵梁拼装顺序示意 下载原图

(6)桥面板下胎架

整体施焊完成后，将定位冲钉、螺栓拆除，使桥面板处于自由状态。然后进行整体尺寸复测，对超差处进行修整，修整完毕后桥面板整体下胎。桥面板下胎后对超差数据进行分析，以便后续桥面板拼装时进行相应借正。

(7)油漆修补

按涂装要求对焊缝处以及油漆破损处进行修补。

4.3 桥面板组拼质量控制方法4.3.1 焊接质量控制方法

桥位环境复杂、气候多变、熔透焊缝多、仰焊焊缝多，焊接人员应选用持有相应的作业资质，持证上岗。焊接前，所有焊接坡口，待焊区域内的车间底漆及其他有害物，以及在规定范围内的氧化皮、铁锈、水分、油漆等妨碍焊接的物质，清除打磨干净，露出金属光泽。焊接过程中严格按照焊接工艺要求进行，控制电流、电压、速度。

对于超宽焊缝(根部间隙大于20mm)实行焊缝单侧堆焊，当焊缝间隙在10mm内时才可采用摆动弧焊，将焊口焊接连接。

4.3.2 U肋横纵向尺寸控制方法

(1)板单元拼接控制

桥面板横断面上共有36根U肋和10根I肋，与上横梁上的U/I肋全部采用栓接连接，板单元拼接过程中U/I肋横纵向尺寸控制是保证桥面板顺利安装的基础，控制的精度直接影响安装质量。

板单元拼接时以U肋板单元纵横基准线和U肋端部定位基准线为基准进行定位，同时兼顾板单元两端U肋开档尺寸。横向拼接时为抵消焊接收缩的影响，拼缝应放置2mm的焊接收缩量，以控制拼接后U肋的横向开档尺寸;同时为控制纵向对接缝焊接后所产生的角变形，拼缝处需设置反变形量。U肋与顶板组焊时是以U肋端部孔群为定位基准，板单元与板单元拼接时以U肋端部定位基准线为基准进行纵向调整，能够有效保证U肋端部孔群在同一直线上，减少U肋端部栓接处纵向超差。

(2)U/I肋横纵尺寸控制

顶板单元与次横梁、纵梁整体组拼时需控制U/I肋端部孔群与纵梁端部孔群尺寸，该尺寸直接影响U/I肋、纵梁与钢桁梁栓接精度，也是桥面板组拼过程控制的重点。组拼调整过程中重点调整U/I肋端部孔群与纵梁端部孔群定位尺寸，控制偏差在1mm以内。

顶板单元与次横梁/纵梁拼装时，顶板单元端部的U/I肋、纵梁端部孔群皆采用工艺连接板、工艺螺栓与胎架上模拟匹配工装进行对位连接，控制U/I肋横向尺寸及与纵梁端部孔群的相对尺寸。

(3)拼接板纵向控制

部分U/I肋与钢桁梁连接的拼接板采用单侧出孔，另一侧螺栓孔在桥面板吊装单元桥上安装后，当标准拼接板不能栓孔对位时，用单侧出孔的拼接板安装，实行现场“抹孔”连接。

4.3.3 次横梁及纵梁尺寸控制方法

桥面板上次横梁、纵梁与钢桁架皆采用栓接连接，桥面板整体组焊时次横梁、纵梁开档尺寸及端部孔群尺寸的控制也是桥面板组拼过程的重要控制点。桥面板安装过程中主要从以下两点进行控制。

(1)工装控制

以拼装胎架为模进行控制，拼装胎架搭设时控制整体平面度在2mm以内，胎架搭置完成验收合格后在胎架上整体划线，划出次横梁、纵梁下翼板孔群定位线，然后根据定位线钻出定位孔。次横梁、纵梁在胎架上拼装时以胎架上的定位孔为基准进行定位，以保证次横梁、纵梁端部孔群横向、纵向及对角线尺寸。

(2)焊接控制

次横梁、纵梁与顶板单元焊接时，端部孔群位置预留400～500mm范围暂不施焊，待桥面板与钢桁梁安装时作为进一步调节量，保证次横梁、纵梁与上弦杆、上横梁上的接头板对位，保证栓接，待全部栓接到位后对预留焊缝进行施焊。

(3)连接板控制

部分次横梁、纵梁与钢桁梁连接的拼接板实行单侧出孔，另一侧螺栓孔在桥面板吊装单元上桥安装后，当标准拼接板不能栓孔对位时，用单侧出孔的拼接板安装，实行现场“抹孔”连接。

4.4 桥面板与钢桁架拼装

(1)上弦杆、上横梁顶板焊接顺序

钢桁梁吊装单元拼装完毕后，需对上弦杆与上弦杆桥面板对接缝，上横梁桥面板对接缝、上横梁与上弦杆桥面板对接缝进行焊接，焊接工作必须在吊装前完成，以保证钢桁架吊装安全。焊接时注意先施焊上弦杆与上弦杆间桥面板对接焊缝，然后施焊上横梁桥面板对接焊缝，最后施焊上横梁与上弦杆间桥面板对接焊缝。

(2)桥面板及栓接及焊接工艺

抗风板安装完毕后，桥面板采用缆索吊吊装至钢桁架上安装位置，吊装到位后将次横梁、纵梁、U/I肋与钢桁架进行栓接，栓接时注意螺栓扭力只拧到初拧。然后焊接桥面板顶板与上弦杆、上横梁顶板之间的焊缝，焊接完毕后将螺栓按要求进行终拧。

当桥面板顶板与上弦杆、上横梁顶板间焊接口根部间隙超过12mm时，应先焊接焊缝，后进行拼接板、高强螺栓的安装与施拧。防止焊接时收缩应力过大，造成拼接板滑动，导致高强螺栓出现受剪，影响使用。

桥面板焊接顺序与要求:

(1)调整桥面板顶板与上弦杆上桥面板错边，调整到位后进行焊接，焊接时注意从跨中向端部方向施焊，两侧对称施焊;

(2)调整桥面板顶板与上横梁顶板错边，调整到位后进行焊接，焊接时从桥中心线向两侧对称施焊。同一个上横梁两侧的桥面板顶板对接缝对称、同步施焊;

(3)焊接次横梁、纵梁与顶板之间预留焊缝，焊接时注意从桥面板侧向栓接端进行焊接;

(4)焊接上弦杆与上弦杆间桥面板对接焊缝，焊接时注意左右对称施焊，从内向外进行施焊。

5 端上横梁焊接

根据上横梁结构分段形式，除端部上横梁接长为焊接连接外，其余上横梁皆为栓接接长连接。考虑钢桁架拼装场地及运输条件，端部上横梁拼装场地选在节段拼装场地上，就近进行拼装，以满足运输、吊装要求。端部上横梁拼装按下述要求进行。

(1)胎架布置:根据上横梁分段形式，在拼装场地布置专用拼装胎架。

(2)划地样线:根据胎架位置，整体划线，划出上横梁中心线，并在地面及胎架上做好标记。

(3)中间节段上胎架:根据地样线将上横梁中间节段吊装定位到胎架上，并采用码板进行固定。

(3)边侧节段上胎架:以地样线及中间节段为基准，将边侧节段吊装定位到胎架上。定位时注意在拼接口位置放置焊接收缩量，保证焊接后两端中心尺寸满足图纸要求。

(4)拼接口焊接:定位完成后整体复测尺寸，满足要求后对拼接口进行焊接，焊接时注意对称焊接，减少焊接变形量。

(5)整体修整:焊接完成后对构件整体进行修整，保证各开档尺寸满足图纸要求。

(6)油漆修补:对拼接口处油漆进行修补，修补时严格按照涂装要求进行。

5.1 焊接变形控制

(1)合理的焊接工艺

焊接严格采用现场WPS执行，并严格按照本控制工艺执行焊接过程。

(2)采用对称焊

为减小焊接变形，对于对称焊缝，应采用对称焊以抵消焊接变形;而对于非对称焊缝，应先焊接焊缝少的一侧，后焊接焊缝多的一侧。

(3)刚性固定

为了控制面板错边量，利用码板、胎具等强制手段，并以外力固定被焊工件来减小焊接变形，具体方法有胎具固定法和局部增加刚性法。采用先组装后焊接，即先将焊件用点焊或分段定位后，再进行焊接，可以控制第一道焊接时焊枪前进方向对接边的受热变形，保证接头组装精度。

5.2 现场焊接要求

现场焊接时注意防风、防雨以及安全措施

(1)防风措施

采用二氧化碳气体保护焊进行焊接时，温度大于等于5℃，湿度不超过80%。其焊接作业区气体保护电弧焊时风速不超过2m/s。如果超过则应采取有效的防风措施，确保避免风对焊接造成的不利影响。若温度不满5℃，则采用烘枪加热到焊接工艺规定温度范围内再施焊。

(2)防雨水措施

焊接作业环境应符合现行的国家标准《焊接与切割安全》(GB9448)的有关规定，当焊件表面潮湿或暴露于雨、冰、雪中，严禁进行焊接作业。对于露天焊接作业情况下，应提前做好防雨措施，确保对正在焊接过程中的焊件进行保护，避免焊缝遇水急冷，对缝产生不利影响。

(3)其他

(1)桥面板间对接焊缝，是主要传力焊缝，要求100%熔透和100%无损检测。由于桥上施工条件较差，焊缝拘束度又很大，因此应从考试合格的焊工中挑选经验丰富的高水平焊工施焊。

(2)定位焊可采用手工焊或二氧化碳气体保护焊，定位焊时执行桥上连接焊接工艺相关规定。当定位焊出现裂纹或其它严重缺陷时，应先查明原因再清除缺陷并补充定位焊。

(3)焊前全面检查接口的错边、间隙及坡口尺寸。

6 结语

目前金安金沙江大桥钢桁梁已完成4个节间的工地拼装，桥面板已完成工地首件拼装，并进行了桥面板与钢桁梁的试拼。经过参建各方验收，桥面板焊接质量达到规范要求，拼装精度满足桥面板与钢桁梁栓接及焊接要求。

参考文献

[1] GB9448，焊接与切割安全．

[2] JTG/TF50-2011，公路桥涵施工技术规范．

[3] JTGF80/1-2017，公路工程质量检验评定标准．

[4] JGJ 82-2011，钢结构高强度螺栓连接技术规程．