南美地区下承式钢箱系杆拱桥安装质量控制研究

占宏坤

摘  要：随着钢结构桥梁建设技术的不断发展，该结构在桥梁工程中得到了越来越广泛的应用。本文依托秘鲁伊卡大区查莫罗大桥项目，针对项目中存在的重难点进行分析探讨，并给出相应的解决措施，降低施工中存在的风险。并结合项目验收的关键质量点进行讨论，给出相关技术方案和实践经验，提高施工的安全及质量，为类似的钢结构项目提供参考和指导。

关键词：钢箱系杆拱桥；质量控制；风险管理

Study on installation quality control of lower bearing steel box tie arch bridge

Zhan Hongkun

(China Railway 10th Bureau Group Co., Ltd., Jinan, Shandong, 266011）

Abstract：With the continuous development of steel structure bridge construction technology, the structure has been more and more widely used in bridge engineering. Relying on the Chamorro Bridge Project in the Ica Region of Peru, this paper analyzes and discusses the major difficulties in the project, and gives corresponding solutions to reduce the risks in construction. Combined with the key quality points of project acceptance, the relevant technical solutions and practical experience are given, the safety and quality of construction are improved, and similar steel structure projects are provided with reference and guidance.

Keywords: steel box tie arch bridge; Quality control; risk management

1  引言

钢结构桥梁具有自重轻、强度高等优点，因此在桥梁工程中得到广泛应用[1]。随着钢结构桥梁建设技术的不断发展，施工方式也由“流水式”向“并行式”转变，这使得施工技术更加简便高效，施工周期大幅缩短。这对提高施工便捷性和安全性，减少对交通的影响具有积极和长远的意义，并推动了钢结构桥梁工程向装配式施工的有序推进。随着钢结构桥梁的快速发展，安全质量控制在钢结构桥梁施工过程中成为一个值得探讨的课题[2]。本文以秘鲁伊卡大区查莫罗大桥项目为例，对钢结构桥梁建设过程中的施工控制要点进行了分析。

2 项目概况与工程条件

2.1项目概况

秘鲁伊卡大桥项目位于伊卡大区钦查省埃尔卡尔门区，距钦查省9.1km，跨越马查多特河。原桥由于受2017年厄尔尼诺现象影响，桥梁结构损毁严重，目前主桥已拆除，严重影响当地人的交通出行，需要在原址重建桥梁及两侧连接道路。

桥梁施工地理位置及线路图如图1、图2所示。

图1 查莫罗桥地理位置图

图2 查莫罗桥现场主桥线路

该项目设计线路总长为800m，其中桥梁两侧引道长540m，辅道长100m，主桥为160m下承式钢箱系杆拱桥，净跨径158m，矢高25.5m，矢跨比1/5.78。桥面总宽14.05m，其中行车道宽3.6m×2，路肩宽0.5m×2，防撞墩0.4m×2，人行道宽1.0m×2。全桥共计72根系杆，41道横梁，15道横撑，252块8cm厚桥面预制板。

2.2 工程条件

2.2.1 地质条件

项目附近主要道路均较为平坦，周围无影响项目正常施工的地形地貌。附近土壤由松散的物质沉积物组成，主要成分为硅质砂、混合粉砂和含量不定的砾石。现场河道内地表为大量卵石堆积，混合硅质砂粉。

秘鲁伊卡大桥周边场地较为宽阔，施工区域人员较少，方便行走，适合施工现场布置，考虑吊车进场吊装要求，施工前对场地进行换填处理，以满足运输车辆和吊车进场。

2.2.2 水文条件

桥梁跨越马查多特河，当地4月到12月的旱季水量极为稀少，河床为干状态，地下水在河床以下1.5m，降雨主要集中在1-3月份，河流年均流量为15.46m³/s，雨季一般水位74~74.5m。目前有记录以来的记录流量峰值1202.58m³/s，最高水位75.96m，发生于2017年1月份，主要原因是受厄尔尼诺现象的影响，同时该次水流量暴涨，也导致了旧桥的结构崩塌。

2.2.3 气候条件

桥梁所在区域年最高气温为36℃，最低温度为13℃，年平均气温约19.3℃，相对湿度高达80%，每年平均降雨量为9mm，旱季一般在5月到12月之间不定期下雨，单次降雨时间较短。

3 施工安全风险管理

3.1钢结构加工

桥梁主体钢结构1066.88t，钢构件为螺栓连接，对加工精度、焊接等质量的过程控制是重点。

可采取以下措施：

①图纸深化分解的审核；

②派技术人员驻厂监造钢构件的加工进度及质量，确保按期完成加工。

3.2 钢结构运输

由于秘鲁当地钢结构制造能力不足，钢结构制造报价较高，伊卡大区查莫罗大桥采用中国制造的钢结构，用以节约成本、缩短工期。但将钢结构运输这一工序放到了更加重要的地位，构件的打包、装箱检查、海运、清关及陆运等各个环节的管控是关键。

可采取以下措施：

①驻厂人员配合监理对构件的打包和装箱进行详细的检查；

②分包单位对运输及清关公司的海运、清关和陆运的各环节都要做好充分的协调沟通及跟踪，不得出现各种延误。

3.3 钢结构安装

单跨跨度160m，采用支架法施工，拱肋吊装最大构件重49t，安全风险高，对支架系统的设计、施工是重点，现场安装时拱肋三维线型精度的控制、钢梁和钢拱肋的栓接精度的控制是难点。

可采取以下措施：

①支架系统的稳定性设计要根据地质勘测报告严格进行设计及检算，每个支架基础位置均进行地质勘测，针对每个支架受力情况及地质勘测通过计算后确定每个支架基础尺寸；

②编制钢结构安装安全专项施工方案，提前完成评审并严格按照专家评审后的方案进行施工；

③吊装设备的选用都根据吊装最重构件及设备吊装性能表进行严格计算，吊车操作手需要经过严格的培训，培训考核合格方可上岗。

3.4 系杆安装及体系转换

全桥共存在72根系杆，为保障每个系杆受力均在设计值状态，保证全桥结构体系平稳转换，控制72根系杆在受力体系转换时如何达到设计受力值是重点。

针对系杆安装及体系转换中存在的问题，采取以下措施：

为保障每个系杆受力均在设计值状态，张拉分为两个节段进行，第一个阶段按照每个系杆的受力进行第一次张拉，每个系杆张拉施工结束后，进行第二阶段系杆受力调整，利用张拉器具对每个系杆进行第二次张拉力度调整，使每个系杆达到精确受力状态。

4  现场施工质量控制

相较于工厂预制，施工现场环境复杂、施工质量受外界因素影响较大，针对现场施工的质量控制显得尤为重要。

4.1 质量控制项目

4.1.1 焊缝内部缺陷的无损检测

焊缝内部有无缺陷直接影响着钢结构工程的安全性和整体性。因此，应特别注重对钢结构焊缝的检测工作。对于质量等级为一、二级的焊缝，应按照规范的要求进行内部缺陷的无损检测。并根据规范要求，采取监理平行检测并检查施工单位的检测报告，以确保焊缝质量符合要求。

4.1.2 焊材控制

焊接材料对焊缝质量有直接影响，因此选用的焊接材料应与设计所使用的钢材相匹配，并满足国家现行标准和设计要求。在焊接材料进场时，应全数检查焊材的质量证明文件，并按照国家现行标准的规定进行取样检测，包括化学成分和力学性能的检验。

4.1.3 涂装控制

长期暴露在空气中的钢材容易受到氧气和水分子的腐蚀，从而对钢结构的安全应用造成巨大损害[3]。应高度重视钢结构的涂装工作，依据规范要求制定检测计划，并编制平行检测计划，明确具体的检测范围、内容和数量，并按计划进行平行检测。

4.2 质量控制措施

4.2.1 焊接质量控制

（1）焊接准备工作

1）焊工准备

a. 参加施焊的焊工应持有效期的AWS D1.5的合格证，持证上岗施焊，严禁无证上岗或超越资质范围焊接；

b. 施工人员必须已通过安全技术交底，熟悉施工现场、施工图纸、施工技术标准、施工方案等相关技术要求才能上岗。

2）机工具准备

焊接设备齐全，工作性能良好并经检验合格且贴有标签。

3）焊材准备

a. 施工用各种材料已准备就绪，且必须是持有出厂质量证明的合格产品，同时所使用的材料已通过报验合格。

b. 焊材的储存、使用应满足相应程序要求。

c. 消耗性材料数量应满足现场施工需求。

（2）工地焊接精度控制

在钢箱梁的施工中，焊缝收缩控制存在一定的难度[4]。这是因为焊接过程中，焊缝会产生收缩，导致钢箱梁的尺寸发生变化。为了确保钢箱梁纵梁长度的合理性，必须在钢箱梁生产加工过程中精确控制下料尺寸和焊接尺寸。监理部门应严格控制胎架的安装精度，以确保钢箱梁的尺寸符合要求。

在钢箱梁现场吊装时，必须满足设计和规范要求的关键控制指标，例如中心线标高和长度等，才能进行现场焊接作业。根据实际情况，可以调整环缝间距，控制梁段连接处钢板的错边量。

通过精确控制下料尺寸和焊接尺寸，以及调整环缝间距和处理钢板错边量，可以有效解决钢箱梁施工中焊缝收缩量控制难度大的问题，确保钢箱梁的尺寸和质量符合要求。

（3）焊接质量控制

工地焊接的主要内容包括梁段的环缝、纵缝和嵌补焊。然而，现场的焊接环境较为复杂，高空、暴晒、雨水、风力等因素都会对钢箱梁的焊接作业产生影响。为了确保焊接接头质量符合现行标准和设计要求，整个焊接过程必须按照既定的焊接顺序进行。

在焊接前，需要对焊工的持证上岗情况、焊材型号和焊缝进行巡视检查。严禁无证上岗、超范围施焊、焊材混用以及焊缝处存在水、锈蚀物、氧化皮等杂物。

相对湿度不宜高于80%，焊接温度不得低于5℃。如果无法满足这些条件，需要利用火焰或其他方式进行除湿处理。此外，需要注意的是，同一联钢箱梁应在相近的时间段内进行吊装和焊接，以避免不同时间的温度差对钢箱梁产生影响。

通过严格按照焊接顺序和参数进行焊接，巡视检查焊工和焊材，并注意环境条件和时间控制，可以确保焊接接头质量满足标准和设计要求。

（4）焊缝外观质量控制

对焊缝外观进行控制，焊缝的位置应符合设计和规范要求，并按规范要求对焊缝的外观质量和尺寸进行检查。焊接的外观应该是连续、均匀、饱满的，不能出现裂纹、未熔合、夹渣、未填满弧坑、漏焊等情况。焊缝的主要控制项目应符合规范的要求。

在焊缝外观检查合格后，应在24h后进行无损检测。对于板厚大于等于40mm的焊缝，应在焊接后48h再次进行无损检测。

为确保钢结构构件的疲劳受力性能，受拉部位的焊缝需要进行打磨，并对受拉部位以及设计图纸中特别注明的焊接部位的焊缝打磨情况进行重点检查。

通过对焊缝外观的控制和检查，以及对受拉部位焊缝的打磨，可以确保焊接接头的质量和性能满足要求。

4.2.2 表面处理及涂装质量控制

腐蚀是影响钢结构桥梁耐久性的主要因素之一。钢箱梁内部的通风环境通常较差，潮湿气体的聚集会导致腐蚀，因此钢箱梁的主要腐蚀类型是大气腐蚀[5]。因此，在钢结构桥梁施工过程中，需要对钢箱梁的涂装质量进行控制。涂装是一种常用的防腐措施，可以有效地保护钢结构不受大气腐蚀的侵害。涂装过程中，应注意涂料的选择和涂装工艺的控制，确保涂层的质量和均匀性。涂装后，还需要进行涂层的厚度和附着力等方面的检查，以确保涂层的防腐性能符合要求。此外，钢箱梁施工完成后，还需要定期进行检查和维护，及时修补和更新涂层，以保持钢结构的防腐性能。通过控制涂装质量和进行定期维护，可以有效延长钢结构桥梁的使用寿命和耐久性。

（1）基层处理

钢梁在除锈前，应清除钢梁表面的焊渣、毛刺和飞溅物等，锐边应打磨成圆角，表面应无可见的油污和污垢，钢材表面露出金属光泽。喷砂除锈后，应当日涂好底漆，以免基层底面返锈，影响漆膜和附着力。

（2）钢梁涂装工艺

钢梁涂装作业环境要求见下表1。

表1 涂装作业环境要求

项目	控 制 要 求	检测方法
环境温度	5-38℃	温度计测量；
空气相对湿度	≤80%	干湿球温度计测量再查表换算，或直接用仪器测量空气湿度；
钢板表面温度	≥空气露点温度+3℃	钢板温度仪测量；
空气露点	由空气温度和空气相对湿度查表求出；

在施工现场配备相对湿度测试仪，以便随时了解现场施工工况。

1）底漆：环氧富锌底漆，2道，干膜厚度75μm。

2）中间漆：环氧云铁中间漆，2道，干膜厚度125μm。

3）面漆：聚氨酯面漆，1道，干膜厚度50μm。

（3）钢梁涂装检验方式

1）检查数量：按构件数抽查10%，且同类构件不应少于3件。

2）检验方法：用干漆膜测厚仪检查。每个构件检测5处，每处的数值为3个相距50mm测点涂层干漆膜厚度的平均值。

5  结语

本文依托秘鲁伊卡大区查莫罗大桥项目为例，介绍分析了钢结构桥梁在施工中存在的重难点及相应的应对措施。同时，针对钢箱系杆拱桥拼装的检测项目、焊接质量、涂装质量等验收工程中的主要质量控制点进行了介绍，通过探讨相关技术方案和实践经验，为该类似钢结构桥梁项目的安全管理和施工规范提供参考和指导。

参考文献

[1] 岳清瑞,侯兆新.对我国钢结构发展的思考[J].工程建设标准化, 2017(5):48-56

[2]杨洋.试述钢结构桥梁施工的控制要点[J].城市建设理论研究（电子版）,2013,(20):

[3]张志宏.钢结构建筑在结构设计中存在的问题分析[J].中国房地产业,2019,(27):93.

[4]王兴球.不对称高低塔斜拉桥施工控制的理论分析[J].建筑工程技术设计,2015,(22):880-881,1025.

[5]揭志羽. 预腐蚀及复杂应力场下钢桥焊接接头疲劳性能研究[D].西南交通大学,2015.