浅析钢箱梁桥耐久性保障措施

浅析钢箱梁桥耐久性保障措施

葛均峰1,时文成2,徐坤森2,蔡玉鹏2

1.山东省路桥集团有限公司 山东济南 250013 2.山东高速股份有限公司 山东济南 250014

摘要：随着我国桥梁建设的发展，钢结构桥在桥梁建设中重要性日益凸显，其中应用广泛的钢箱梁桥具有轻质高强、增大跨度、缩短工期、便于维护等优势，在施工中降低对路面交通的影响，并能有效解决我国钢材产能过剩的问题。但由于环境和荷载作用，以及钢箱梁本身结构复杂性，在应用过程中容易产生涂层脱落、腐蚀、构建变形等病害影响钢箱梁桥的耐久性。本文结合京台高速济泰项目段钢箱梁的制作施工过程，阐述了影响钢箱梁桥耐久性的因素，提出了增强耐久性的保障措施，为钢箱梁桥病害的防治提供借鉴。

关键词：钢箱梁桥 耐久性 保障措施

0引言

京台高速济南至泰安段改扩建工程起自殷家林枢纽互通立交，止于泰山枢纽互通立交，是我国首条“6改8”国高网高速公路，全线设计采用钢箱梁桥5座。其中泰安北互通立交为新增互通立交，为进出泰山风景名胜区提供方便，且能优化泰安城区西部城市路网。该互通立交被交路为石腊河西街（城市次干道）和规划凤凰山路（一级公路），交通量大，且互通区紧邻G104和京沪高铁，互通区内存在泰山玉玉矿，鉴于制约因素多，布设互通立交的空间局促，该立交采用A型单喇叭。

为保障下交路段的通行，上跨路段采用钢箱梁桥，可以很好的满足大跨径、不封闭交通、缩短工期的要求，但增加钢箱梁桥的耐久性、降低后期养护成本是设计施工中主要面临的问题，本文主要分析了引发钢箱梁桥耐久性的因素及原因，阐述了本工程从涂层、焊接、桥面铺装等设计施工方面采取保障措施，以期降低涂层损坏和构件变形，增加桥梁耐久性。

1 项目概况

其中泰安北互通立交AK0+871.310 匝道桥跨越主线而设，桥梁全长215.68m，桥跨径组成为3x25+2x30+3x25，共3联，上部结构采用预应力混凝土现浇箱梁及连续钢箱梁连接的方式。为降低对被交路交通枢纽的影响，桥梁上部结构采用2x30m连续钢箱梁，根据道路总体布置，钢箱梁处于R=180m的圆弧曲线上，钢梁断面采用分离式的三箱单室等高钢箱梁，钢梁横断面布置:1.7m(悬臂)+2.7m(箱宽)+3.75m(箱间)+2.7m(箱宽)+3.75m(箱间)+2.7m(箱宽)+1.7m(悬臂)=19m;箱梁两侧设防撞栏。桥梁设单向3%横坡，顶底同坡，钢箱梁横隔系采用实腹型横隔板+横向加劲肋形式，实腹型横隔板间距3.04m，横向加劲肋间距1.52m。施工方法为现场拼装少支架施工。

图1 桥位布置平面图

2 施工工艺

本段钢箱梁桥仅有一跨，采用分段吊装法施工，即将钢箱梁桥划分为板单元在工厂预制之后[1]，采用运输车运至施工现场，现场焊接拼装后吊装，调整好平纵标高，再焊接为整体。具体施工步骤如图2：

图2 钢箱梁桥施工流程图

施工准备阶段，成立泰安北立交项目钢结构项目经理部，负责统筹协调和运营质量管控等工作，划分专门作业班组，明确各自岗位职责，以保证钢箱梁制作加工、安装全过程的质量。检查调试各种机械设备，确保后期钢板制作、组拼的质量。现场硬化搭设支架。

预处理下料班组、板单元制作班组在工厂内进行钢板矫平、材料预处理、数控下料、单元制造、除锈等工序，制作顶板、底板、腹板、横隔板等单元[2]。梁段制作与匹配班组负责将相邻隔板、腹板单元依次组装。防腐涂装班组对组装后的块体进行表面除污、喷砂除锈、箱内清砂除尘后的块体涂装。运输班组负责装车运至现场；桥位施工班组进行吊装、线形调整、对接码平后对连接处焊接连成整体，焊接完成后及时进行焊缝质量检测，有问题的地方及时补焊，然后进行焊缝等部位的油漆补涂，最后一道面漆涂装。

3 耐久性影响因素

本桥跨中钢箱梁所处环境为2类环境，大气环境腐蚀类别为C4，钢箱梁涂层由于长期暴露在空气中，表面容易发生老化，引起钢结构锈蚀，降低桥梁耐久性，经分析得出影响钢箱梁耐久性的因素有以下几点，见表1所示。

表1 影响钢箱梁耐久性的因素及原因分析

4 增强钢箱梁耐久性保障措施

4.1提高焊缝质量

4.1.1钢材规格要求

用于制作钢箱梁主梁顶板、腹板、底板、横隔板及各类加劲板的钢材选用Q355D，钢材表面喷砂处理和粗糙度等各项指标应符合《低合金高强度结构钢》(CB/T 1591-2018)的标准，焊接材料符合相应标准，进厂的材料应按有关标准逐批抽样复验。

钢板经预处理后才能组块应用：首先用钢板矫平机进行矫平，以保证钢板平整度，便于后期钢板受力及涂层施工；然后通过抛丸处理，去除钢板表面油污、氧化皮、铁锈以及灰尘等杂物；最后喷涂车间底漆。钢板下料均采用数控火焰切割下料，下料满足质量要求。

4.1.2进行焊接工艺评定试验，编写焊接工艺指导书

图3 焊接工艺评定流程图

焊接工艺评定流程如图3所示，即根据本桥设计图纸和相关规定，汇总焊接位置及焊缝坡口类型，编制焊接工艺评定指导书[4]，模拟实际施工条件，进行焊接工艺评定试验，组织焊接评定试板，试板经检验测定其力学性能及硬度等指标，根据指标不断调整焊接工艺参数，最终确定焊接方法和工艺参数，编制焊接工艺规程，编制后的焊接工艺规程经监理工程师批准后组织施工。

4.1.3严格执行焊接工艺进行场内焊接

根据焊接工艺指导书确定的焊接方法、坡口形状和尺寸施焊，焊接时注意施焊条件和工艺参数的控制，焊接环境湿度≥80%，组装后及时施焊，以保证焊接接头的强度、延伸率、冷弯性能和冲击韧性等力学性能达到设计要求。底板块体单元件焊接时应置于专用的反变形焊接摇摆胎架上。

4.1.4现场现场焊接

钢箱梁在工厂制作完成后采用汽车公路直运，装载时在接触位置铺设垫木，防止运输过程中摩擦，对钢箱梁表面涂层损坏。现场设临时支撑，采用500t和200t吊机配合吊装，吊装就位后，通过梁段间环缝、桥面附属件的焊接连成整体。

焊接注意事项如下：

（1）焊接前应彻底清理待焊区的杂质，严格按焊接工艺指导书规定的焊接位置、焊接顺序及焊接方向施焊，焊接过程注意变形控制[5]。

（2）为保障焊缝质量，选取经验丰富、焊接水平较高的焊工施焊。

（3）桥上施焊的环境温度≥5℃，相对湿度≤80%，风力≤5级，避免雨中施焊。

（4）应按照焊接工艺评定确定的焊前预热温度，在焊缝每侧100mm预热，距焊缝30～50mm范围内测温。

（5）焊接前用砂轮清除焊缝两侧各50mm的铁锈，除锈后24h内必须焊接，以防接头被污染，对定位焊部位注意清除熔渣后再施焊。

（6）定位焊执行桥上连接焊接工艺相关规定，采用手工焊或CO2气体保护焊。气体保护焊施工中，应注意及时清除喷嘴上的飞溅物。

（7）焊前全面检查接口的错边、间隙及坡口尺寸，施焊过程中及时校对调整。

（8）不得冲击或振动焊接过程或焊缝冷却过程。

4.2加强涂装质量保证

4.2.1涂装材料要求

涂装应符合《公路桥梁钢结构防腐涂装技术条件》(JT/T722-2008)及相关标准要求；承包人应对购进的涂料及时进行抽样检验，每个涂料品种的每一个生产批号均需抽取一个样品，样品数量为1~2L，涂料常规性能指标经检验全部合格后方能正式使用；施工前，应编制《涂装施工工艺规程》。

4.2.2涂装体系

钢箱梁桥涂层配套体系选取长效防腐，保护年限为25年，涂装方案如表2所示。

表2涂装方案

4.2.3涂覆范围

涂覆范围：钢主梁表面（除翼缘板上表面）涂底漆、中间漆、面漆，钢主梁翼缘板上表面涂底漆、封闭漆，工厂涂装施工如图4所示。

4.2.4涂覆法注意事项

（1）采用高压无气喷涂机喷涂大面积钢板，采用空气喷涂或刷涂细长、小面积及复杂形状构件，以保证每个部位涂覆到位[7]；

（2）油漆喷涂工艺参数如表3所示。

表3喷涂工艺参数

（3）注意喷涂距离及压力以保证喷涂厚度均匀性，打磨自由边缘等难以涂装部位的棱角，先用毛刷涂一、二遍，再用高压无气喷涂。

（4）按规定遍数喷涂，不得漏涂。

（5）多种涂层损伤处需按规定逐道修补，修补前损伤区周围25～30％范围内的涂层应打磨成坡度便于修补顺滑。

（6）涂料配制和使用时间满足要求，要按产品说明书随配随用，注意涂料配制拌合的均匀性，多组分涂料应先分别搅拌均匀，再按比例配制，一般配制一次2h内使用完毕。

图4 涂装施工

4.2.5补漆作业

涂装后及时进行各类单元板的检查，对于龟裂、起皱、起泡、凹陷孔洞、磨损生锈等局部损伤涂层，应将漆膜刮除并经表面处理后，按原设计重新补涂各层涂料。颜色应与比色卡相一致。油漆涂层表面力求光滑、平整。

在钢箱梁桥吊装焊接拼接完成后，必须及时修正缺陷并进行最后一道面漆的喷涂，喷涂前遮蔽有关零部件，做好清洁，并力求集中调色，一次喷涂成膜。

4.3选用良好桥面铺装形式，减轻对钢桥面板的腐蚀影响

钢箱梁桥焊接成整体后，在桥面上焊接圆柱头焊钉，保证抗剪连接，其上铺设、绑扎钢筋形成钢筋网，然后进行桥面铺装施工。先铺15cm厚C50补偿收缩钢纤维混凝土，该混凝土具有良好的耐久性和防水、防渗性，能很好的保护钢箱梁桥面面板不受腐蚀；然后铺设环氧沥青防水粘结层，能有效提高铺装层的防水性能以及面层之间的抗滑移性能，并且具有较高的强度，使钢桥面板与铺装层成为整体；最后铺设10cm沥青混凝土。

4.4加强过程质量检查

通过百分百焊缝无损探伤检测、涂层厚度检测、线形和应力全过程跟踪检测等，加强钢箱梁的制作、运输、吊装、焊接、补漆全过程检测，及时发现问题予以纠正[8]。

对钢箱梁耐久性起重要作用的焊接和涂装环节，在工序施工前都根据工艺评定试验，制定作业指导书，并严格执行，完成后及时进行焊缝无损探伤和干漆膜厚度的自检和第三方检测。

5 结语

由于钢箱梁桥的自重轻跨度大，施工过程对交通影响小的优势，在实际应用不断增多，但如何杜绝了焊缝处疲劳裂纹的产生，减缓了涂装在空气中的腐蚀，是解决钢箱梁桥耐久性的重要问题。本文以京台高速改扩建工程济泰段中泰安北互通立交中钢箱梁桥作为案例，分析了钢箱梁桥影响耐久性的主要方面，从焊接、涂装、桥面铺装及过程质量检测等设计、施工、检测方面提出了具体保障措施，以期为今后钢箱梁桥设计、施工的耐久性提供借鉴。

参考文献

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[4]刘尧庆.城市立交桥钢箱梁焊接拼装技术[J].钢结构,2013(3):72-74.

[5]詹永春,胡波,等.桥梁钢结构焊接监理质量控制[J].建筑工程技术与设计,2018(15):3982-3983.

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[8]冯良明.浅谈钢箱梁桥施工质量安全监控要点[J].价值工程,2020(21):132-134.