郑北大桥钢锚箱制造工艺及关键控制技术研析

石立鹏， 刘志雄

（中铁山桥集团有限公司， 河北 秦皇岛 066205）

1 工程简介

郑州市农业路快速通道工程郑北大桥为单塔双索面斜拉桥，是制约农业路高架全线通车的咽喉性工程，主桥跨度221 m，桥宽43 m，双向10车道。其主塔为H型索塔，塔柱设计高度150 m，主塔纵向宽7～10 m，横向宽6～8 m，全桥共设36对72根斜拉索。斜拉索塔端采用钢锚箱的锚固方式，每套钢锚箱锚固一对斜拉索，设置与上塔柱斜拉索锚固区段如图1所示。

图1 郑北大桥钢锚箱示意图

2 结构特点

郑北大桥钢锚箱的结构形式采用了以往分体式钢锚箱、钢牛腿结合的结构形式，组成钢锚箱的主要构件有：顶、底板、锚腹板、隔板、锚垫板、承压板、壁板、加劲板等，如图2所示。钢锚箱腹板横向内间距为850 mm，厚30、32、36 mm；锚垫板厚 140 mm，壁板厚 30 mm；拉索角度主要靠锚腹板斜边及承压板高低差实现，其钢锚箱腹板制作精度是最为关键的控制项点。

3 钢锚箱制造工艺技术

3.1 零件制造工艺技术

3.1.1 锚腹板加工工艺

锚腹板程切完成并矫正后，划锚索中心线（打样冲）和竖向基线，并以锚索中心线与竖向基线为基准划承压板厚度线、斜边坡口线（包括坡口范围线），锚索中心线与板边线夹角（α、β）公差±0.05°，合格后加工坡口。制造时最需注意的是划腹板斜边坡口范围线时，保证精度±1，如图3所示。

图2 钢锚箱示意图

图3 腹板划线示意图

3.1.2 锚垫板加工工艺

本桥钢锚箱的锚垫板不仅横向有倾斜，而且纵向还存在1.74°～0.73°旋转，因此锚垫板组装面需要划承压板及锚腹板组装线，要求精度±0.5 mm。

3.1.3 锚管加工工艺

锚管锯切并检查合格后，在两头划长短轴十字中心线，并各打样冲眼。

3.1.4 壁板加工工艺

壁板椭圆孔加工并检查合格后，划长短轴线，在线两头各打样冲眼（如图4所示）。壁板椭圆孔加工时必须注意成对加工。

图4 壁板椭圆孔划线示意图

3.2 钢锚箱整体组焊工艺技术

3.2.1 单元件组焊

1）组装钢衬垫。

需要组装钢衬垫的板件有：承压板两边、腹板两边。钢衬垫组焊后修整使之与母板密贴，焊接用的焊材要与正式焊缝相匹配。其中，承压板和锚腹板钢衬垫预留机加工量。

2）锚垫板与承压板组π型。

根据锚索孔中心线，在锚垫板上划承压板、锚腹板组装线（如图5所示，包括后续无旋转的锚垫板），承压板与锚垫板组装时纵向按锚腹板边线定位，横向以承压板组装线对齐，此时注意承压板斜边与锚垫板面垂直。

图5 锚垫板组装示意图

为减少焊接变形，承压板开口端使用工艺板保证开口间距。对称焊接两侧承压板与锚垫板间熔透焊缝，焊接过程中，每焊3～5道配合火焰修整，控制道间温度。预热时采用电加热，严禁采用火焰加热。

焊后去除工艺板并在平台上火焰修整，检测成形角度并探伤。

3）组焊加劲板。

根据索孔中心线划加劲板组装线，组装加劲板并焊接。控制焊接变形，确保锚垫板平面度。修整合格后机加工锚垫板端面、孔内壁及承压板两边钢衬垫。

4）机加工。

第一，锚垫板单元组焊修完成后，置于划线平台上，精确划承压板两侧钢衬垫机加工线及锚垫板机加工线，划线时注意确保锚头两侧面平行度及腹板与承压板倾斜度。划线合格后在锚垫板顶面上标记出桥梁中心线方向，并注意区分左右；

第二，锚腹板单元钢衬垫组焊完成后，精确划两侧钢衬垫机加工线，机加工时，N1、N2件以索塔中心线对齐，同时加工两侧钢衬垫；

第三，划线检查合格后机加工锚垫板顶面及孔壁、承压板两边钢衬垫、锚腹板两边钢衬垫。

5）壁板单元组装。

壁板上划线组装N8件及焊接剪力钉，焊接时注意剪力钉对锚管的影响。

3.2.2 钢锚箱整体组焊（如下页图6所示）

1）根据腹板N1上的锚索中心线、承压板定位线，组装锚垫板单元。组装时使腹板斜边与胎型挡角密贴，调整锚垫板单元使锚垫板上的索孔中心线与腹板上的锚索中心线对齐，其误差控制在±0.5 mm，并检测锚垫板倾斜角度。

2）用锚孔定心工具配合角尺、钢卷尺检测锚孔至索塔中心线距离，误差控制在±1 mm；检测锚垫板倾斜角度，误差控制在±0.1°。

3）依次划线组装底板、隔板、顶板、加劲板。

4）组装上部腹板N2，首先使腹板与胎型挡角密贴，同时用平尺检查承压板与腹板上的承压板组装线重合情况，微调使其误差控制在≤1 mm的范围内，保证两块腹板的相对位置准确，再次测量锚孔中心距，并经专检确认合格后用CO2气体保护焊以对称施焊的方法完成腹板与锚垫板单元、顶、底板，隔板的焊缝焊接，为了控制焊接变形要严格执行《钢锚箱焊接工艺规程》规定，采用边焊边修的工艺方法。

5）以上步骤组焊修完成后，组装壁板单元，壁板单元组装时注意椭圆孔倾斜方向，并使用专用定心工具测量调整使壁板上椭圆中心与锚垫板圆心偏差满足±2 mm要求后定位焊接。

6）组装锚管。组装锚管时使锚管组装端十字线与壁板上所划十字线对齐，并用工具检查锚管与锚垫板圆孔同心度，误差≤2 mm。并保证锚管端口垂直度≤3 mm，锚管端口距壁板距离误差±3 mm。

图6 钢锚箱组装流程示意图

4 制造关键控制技术

1）腹板与锚头组装：将腹板置于平台上，严格按腹板单件制作时所划线组装。为确保焊缝质量，锚头单元先行焊在侧面拉板上，用直探头与斜探头探伤检测焊缝质量，注意两侧锚座板角度不同。

2）机加工钢锚箱腹板与壁板焊接边：为保证钢锚箱锚点的几何尺寸精度，钢锚箱腹板与壁板焊接边进行机加工，这样可以有效控制两侧锚点的相对位置精度、钢锚箱宽度公差、焊接边垂直度等关键项点。

3）整体组焊是钢锚箱制作的关键工序，制造时重点控制的项点是：锚头单元的锚垫板与承压板轴线夹角即腹板角度、锚垫板锚孔坐标即锚固点坐标值和箱体斜方尺寸。为此采取关键性的控制技术。

组装时保证承压板边缘与胎型定位挡角密贴，其间隙控制在不大于0.5 mm，用平尺检测锚垫板边缘及腹板边缘与承压板上的腹板角度标记线使其重合，其误差控制在不大于0.5 mm。

由于定位焊后的锚箱整体刚度较小，焊接时将锚头腹板与承压板的焊缝用CO2保护焊对称施焊3～4道打底焊后翻身出胎，在焊接平台上完成焊缝的焊接。

合理的组装和焊接顺序能够最大程度地减小焊接变形和焊接残余应力的产生，由于锚箱焊缝均采用坡口较大的熔透焊接，焊接变形和焊后残余应力不可忽视，因此在焊接过程中处采用变形较小的CO2保护焊对称施焊外，还要边焊接边修整以减小焊接变形和焊后残余应力的产生。

5 结论

本文中郑北大桥钢锚箱的制造是总结和改进了以往分体式钢牛腿、钢锚梁的制造经验，结合本桥钢锚箱的特殊结构，在制造过程中加强了对零件下料、加工和组装时的精度控制，制定了合理的焊接顺序和焊接参数，这些都是对控制几何尺寸精度、减小焊接和修整变形、提高单元生产及整体组装效率起到重要作用。实际生产表明，郑北大桥钢锚箱制造质量及精度完全能够满足该桥专项制造标准的要求，同时本文也可对此类钢牛腿与钢锚梁合体式钢锚箱的制造提供一定的指导和借鉴作用。