桥梁墩柱钢套箍的质量控制分析

付志英

1 工程概况

顺义区机场东路南环立交新建工程位于北京市顺义区西南部,紧邻首都机场,立交主线为机场东路,被交道路为北京市六环路。南环立交桥(简称)为该工程的主体部分,桥梁结构为15 m×38.7 m预应力混凝土简支T梁,桥梁长度为587.5 m,斜交角度34.8°,桥梁宽度为渐变宽,平均宽度约为32 m。为了美观与安全,在设计中对处于立交通行交叉处的1号～4号和7号墩柱进行加固防撞处理,即对混凝土墩柱全高度加装钢板套箍。我有幸参加了该工程的施工监理工作,特别是对于墩柱钢套箍的施工进行了全程监理、跟踪控制,通过认真分析各种相关影响因素,并与其他质控人员讨论制定了合理的工作流程,并在整个过程中严格执行,从而取得了较好的效果。

2 钢套箍的质量控制指标

2.1 指标要求

施工控制指标既要符合《公路工程质量检验评定标准》中桥梁墩柱的控制指标:断面尺寸要求、竖直度要求、大面平整度要求;同时又要符合钢结构的技术要求:焊缝要求、除锈要求、防锈要求以及外观鉴定要求。

2.2 质量控制点

本工程施工单位采用了外委专业加工的方式,经过建设业主、监理单位、施工单位的联合考查,确定选择北京建鑫华建筑模板有限公司进行加工生产。经过专题技术分析、讨论会研究,对钢套箍生产、使用过程中的质量控制点分为以下几方面进行全面控制:1)基础钢板材的选择和下料精度;2)胎架和临时约束的形式;3)坡口与焊接;4)抛光与涂装防锈;5)整体的翻转和运输;6)混凝土浇筑之前的指标控制;7)外观整形。

3 具体的过程指标控制

3.1 基础钢板材料的选择和下料精度的控制

工程项目部与钢套箍生产厂家签订了生产合同,在生产合同中明确提出了基础钢板材料的规格类型、尺寸以及表观要求。对进场的板材进行外委取样验证,由各方组成的专项质控部门随时进行抽检控制。由于钢套箍使用时没有约束,处于自然重力状态,所以要求在加工完成、尺寸合格时,产品内部尽量不存在内应力的释放,这就对盖板材料的下料精度要求极高。经过多种试验后,确定把基础板材放置于专用平台上固定尺寸,采用冷切割的方式进行下料,下料精度以0.1 mm为控制单位,下料生产按批量进行,将构件分类,配置流水线分道作业,进行专业化生产,每一块下料都有专人及时进行检查核定,对检查不合格的半成品材料不得进入下道生产工艺。要求生产单位做好各种对生产精度有影响因素的控制预案,完善生产质控程序,特别强调做好预控,严格监控,及时反馈纠正。

3.2 胎架和临时约束形式

制作专用翻转胎架,以减少人为误差及影响,实现精密制造加工,胎架是实现钢套箍生产尺寸准确、生产流水化、整体化的关键设施。按照本产品的特点,要求板材和板材的连接在完成后尽量消除内应力、胎架的尺寸精度需要比下料精度提高一个等级,所以胎架的生产制作是整个质量控制的核心。首先由厂家提出胎架生产专项技术方案,再由建设业主、监理单位、工程项目部、生产厂家共同通过会议审核通过,并邀请部分专业人士进行胎架形式和制作的现场指导。通过各方严谨的工作,胎架制作很快达到了技术要求。在随后的使用中,证明了前期投入胎架的工作是必要的,也是高效的。钢套箍的内部临时约束设置也是与常规做法不同的,必须通过试验方法确定临时约束的连接位置、密度、方式以及加设时的顺序,提前做好去除约束的技术方案。

3.3 坡口与焊接

本工程主要采用下列三种焊接方法或其组合进行焊接:1)手工电弧焊:用于定位焊缝,坡口打底焊缝和不适宜用CO2气体保护电弧焊焊接的焊缝。2)CO2气体保护电弧焊:用于坡口打底焊缝,部分填充焊缝及纵向拼接焊缝等。3)埋弧自动焊:用于填充焊缝,纵向板材拼接焊缝等。

焊接时,首先将下料板材放在胎架平台上,分出各板的中线,拉线保证对接后前后端中点在一条直线上,接头处间隙小于2 mm进行定位焊,并要求接口处两端定位焊引弧板和熄弧板,焊前焊缝坡口预热、清除油污和锈蚀,用重物压紧于平台上,用气体保护焊焊接,焊完一面后,翻面清根再焊接。焊后矫正,铲去引弧板和熄弧板,进行无损探伤检查,合格后进行自然状态下的几何尺寸检查,如果出现较大的误差立即进行矫正,如果出现较大的偏差通过简单的矫正无法达到设计要求,则必须分析、查找出原因后进行返工处理。通过检查后,在钢套箍的内侧加焊临时支撑钢(间断焊),以增强其刚度,便于吊装和组装。

3.4 抛光与涂装防锈

和其他钢结构一样,成品和半成品的除锈、防锈是重要的工序步骤。本工程的除锈采用了抛丸工艺进行,通过空压机(17 m3/s)喷射高速除锈丸进行除锈,除锈在相对封闭的厂房内进行,保证了避免出现二次生锈和保障了施工人员的安全。对于无法采用喷射除锈的部位,结合人工手磨机进行除锈抛光。从多次检查验收结果可以看出采用以上两种方式能够达到相应的技术要求。防锈材料采用设计要求的材料,但是考虑产品出厂后要经过运输、翻转和安装等过程,会出现对已经涂装的材料刮擦磨损,所以把除锈和涂装都分成两次进行,在工厂进行主要除锈涂装工作,在现场施工全部结束后再次进行全面的除锈、涂装。这个过程中的质量控制主要是控制涂装材料是否符合设计要求,此外涂装顺序、涂装厚度、涂装层次都是监控重点。南环立交的钢套箍涂装成品半成品都进行了抽检外委试验检查,施工质量良好。

3.5 整体的翻转和运输

钢套箍属于大体积薄壁结构,本身的自重就会使其严重变形,所以本工程通过临时约束支撑来减小变形程度,同时采用整体胎架翻转尽可能的减小移动、转动所造成的变形。在生产车间翻转时,对只是进行了临时固定的盖板构件要在翻转之前进行检查,必要时加装临时固定部件;在成品出厂时要设计起吊点和起吊支撑杆件;通过平板运输车辆公路运输时,要选择合理的运输路线,在车辆上采用正确的固定方式,同时要防止对防锈涂装的刮擦损伤,并做好车辆交通引导工作。在这过程中生产、运输的安全管理是控制重点,针对这一过程的特殊性与安全工程师共同制定安全管理控制环节,并要求施工单位制定专项安全措施和方案。本工程关键的7号墩柱位于六环中央分隔带上,要在不影响六环车辆通行的情况下完成构件运输安装,必须及时与六环高速管理部门取得联系,进行临时车辆通行管制,对特种车辆使用时对六环交通及各种公用设施的影响做好充分的预控工作,现场的组织管理须能够满足各方的工作要求。

3.6 混凝土浇筑之前的指标控制

本桥墩柱混凝土浇筑高度为5 m～9 m不等,钢套箍作为模板功能时模板要承受较大的压强,按照设计及规范要求钢套箍不能有丝毫的尺寸变形,用1 cm厚的板材加工成的八面套筒形显然无法承受此压力和形变要求,钢套箍又不能设立对拉杆件等,所以经过各方技术部门讨论通过,在钢套箍外加设固定骨架结构,既要保证钢套箍不变形,又要保证与钢套箍有一定的接触支撑功能和间隙。

加工制作固定骨架时,设立合适的支撑点位、支撑骨架的整体平整度、整体强度刚度以及风缆钢丝的部位都是施工控制的重点。从完成第一次使用后检查结果看,固定骨架有些部位特别是底部的刚度不足,支撑点的密度不够,为此重新进行了加工补强,再次使用后以前存在的问题得到了较好的解决。

桥梁的墩柱对于垂直度的要求是重要的控制指标,为便于准确控制,采用经纬仪和铅垂线同时控制的办法进行检查核准,通过风缆钢丝和千斤顶进行调整。混凝土浇筑之前用水对钢套箍外侧进行喷射,使其温度在整个混凝土浇筑过程中保持较小的变化,保持钢套箍的尺寸要求。

3.7 外观整形

外观整形包括混凝土浇筑完成拆除固定骨架后的整形和整个项目工程完工后的整形。混凝土浇筑完成达到拆模强度后,拆除固定骨架和其他临时部件后,对混凝土浇筑时撒落的砂石、水泥浆液等其他杂物以及附着在钢套箍外面的污染物进行清理,并对出现的钢板毛刺、凸起、刮痕等进行打磨抛光,及时进行防锈涂层补齐;对周围的场地进行整平清理,洒水降尘;对修补完成的钢套箍包裹防护。在整个项目工程完工后,再次进行整形防护。此阶段的外观整形主要是按照设计要求和其他部门的要求,进行装饰整形,达到美观无缺陷的要求,通过外观整形与周围的环境协调一致,共同构建和谐美观的整体效果。

4 几点体会

该桥的第7号墩柱位于六环路的中央分隔带,施工难点是现场施工场地狭小,而且现场的湿度、温度、风力等自然条件变化频繁,所以现场监督管理的工作重心是在现场的运输、安装、安全管理,混凝土在浇筑过程中要及时观测、分析、总结、纠正。

通过对本桥钢套箍的全过程监督管理,进一步加深了对钢结构制作施工过程和加工特点的把握:钢结构加工时特别是焊接时会出现局部受热的变形;钢结构特别是钢套箍这种薄壁构造变形控制是难点也是重点;钢结构除锈、防锈是经常性的,而且是从开始施工到交付使用全过程进行关注的工作;在露天加工使用时受外部环境条件影响巨大,应当提前充分考虑和控制,否则有时会造成错误。