许昌-信阳高速公路榆林枢纽跨线钢箱梁精益制造研究

窦建波 朱光耀 苑高建

一、工程概况

许昌至信阳高速公路第1合同段位于许昌市建安区，项目榆林枢纽互通立交位于许广高速公路与永登高速公路交叉口位置，为立交改建工程。其中，跨线钢箱梁为互通区域内主线1号桥、A匝道、C匝道、F匝道2号桥、G匝道桥及新天桥，共计6座跨线桥梁。主线1号桥为中跨钢箱梁，长度60米，分左右幅，重量905.6吨；A、C、G匝道桥为三跨连续钢箱梁，长度40+60+40米，重量均为867吨；F匝道2号桥为中跨钢箱梁，长度60米，重量291.6吨；新天桥为中跨钢箱梁，长度为60米，重量284.6吨。所有钢箱梁在加工厂分段制作，验收合格后运输到现场进项安装施工。

二、钢箱梁制作流程及分段

1. 制作流程

技术准备→原材采购→原材复验→钢材预处理→下料→单元件焊接→分段总装→工厂预拼装→现场焊接→防腐涂装→验收。

2. 钢箱梁分段

本项目榆林枢纽互通范围内被交叉道路交通流量较大，施工环境复杂，钢箱梁分段首先应满足复杂施工环境下箱梁吊装的安全性和可靠性，同时尽量减少对道路交通的影响；其次应满足箱梁节段运输和吊装的要求。钢箱梁分段首先要满足设计要求，其次加工厂对设计图纸进行深化，深化后的分段图纸需要上报原设计院审批，审批通过后方能执行，分段要满足现场吊装施工、安全质量可靠等要求。结合生产厂家实际，本工程钢箱梁单节段重量原则上控制在45吨以内、宽度控制住在5米以内、长度控制住20米以内。

三、钢箱梁精益制造质量控制

1. 技术准备

首先结合设计图纸及各种规范标准，采用BOX-3D、TEKLA软件进行施工图纸深化，这一步非常关键，通过图纸深化可以将钢材利用率最大化，将各类构件钢材损耗率降到最低，得到各类构件施工下料的详细数据，对焊接及总装都十分重要。

2. 原材采购

根据钢箱梁专业分包技术部提供的钢材用量汇总表，物供部编制《原材采购计划》，报项目经理审批，审批后按公司物资采购制度进行采购，原材单位从公司原材供应数据库中筛选，选择评分等级较高的生产厂家，对选定的单位需要通过公司各部门民主投票表决，对通过表决的原材供应商采用邀标方式。

3. 原材复验

本标段钢箱梁采用Q345qD及Q355qD钢板，按三同原则（同厂、同材、同厚），每10个炉（批）号抽检一组试件，作化学成份和力学性能试验，后续各批做化学成分分析，所有材料均应根据验收标准复检合格后方可使用。

4. 钢板预处理

钢板预处理前在校平机上校平，控制平面度≤1mm/m，钢板在钢材预处理流水线上完成抛丸处理和喷涂车间底漆工作，表面处理等级达到Sa2.5。

5. 下料

桥梁各类构件均可采用数控火焰或等离子切割，精密切割表面质量控制对于表面粗糙度主要零部件控制在25μm内，次要零部件控制在50μm内；崩坑主要零部件不允许，次要零部件1米长度内允许有一处，深度≤1.0mm；塌角允许半径小于0.5mm程度的圆角；气割垂直度不大于板厚的5%且不大于2mm。

6. 单元件焊接

焊接质量与焊接变形的控制是本工程制造精度控制的基础。钢箱梁焊接前通过焊接工艺评定确保焊缝质量满足结构受力要求。按设计要求，钢箱梁各种板件的对接焊缝采用开坡口全熔透焊接，腹板与顶底板之间采用开坡口全熔透焊接，普通横隔板与顶底腹板之间采用双面贴角焊缝，支点横隔板与顶底腹板之间采用开坡口全熔透对接与角接组焊焊缝，支点加劲板与横隔板、底板之间采用开坡口全熔透对接与角接组和合焊缝，U肋与顶底板之间采用U肋开坡口深熔焊（熔透深度≥80%），顶底腹板纵向T肋或Ⅰ肋与顶底腹板之间采用双面贴角焊缝。在本工程制造中，工厂将运用先进的机械臂焊接技术，提高焊接效率和质量，保证制造精度。

7. 分段总装及工厂预拼装

本工程钢箱梁总拼及预拼装同时进行（以下简称总拼）。总拼采用“倒装”工艺。为满足现场安装时易于调校各板的相互位置，对内、外腹板焊缝预留200mm现场施焊。以道路中心线为基准线横向向两侧对称组装，宽度收缩量预留3mm/道，衬垫焊接间隙保证为6～8mm；纵向按照从一边向另一边组装。因面、底、腹板配切余量约为15～20mm，相邻梁段间距比理论大80mm，避免安装时面、底、腹板发生抵触，待一个轮次钢箱梁组焊完毕并解除所有约束、调校完毕及箱口匹配调整后对非基准端端面进行配切，配切预留现场焊接间隙6～8mm、对接焊缝收缩量3mm/道。钢箱梁两端中心线及横隔板位置，均需设置长度、标高、轴线测量控制点。

8. 现场焊接

钢结构进场对桥梁线形进行复测，核对钢箱梁支座位置及高程。钢构件进场前，根据设计图纸再次对支座进行复测，有问题查明原因及时与设计协商，在加工厂内处理。钢箱梁吊装就位时梁段精确匹配高程误差控制在2mm之内。箱梁安装偏差的调整按照先平面位置再高程的顺序进行。钢箱梁就位后经测量校正后，加设马板进行固定，待焊接完成后拆除马板。

本工程钢箱梁跨度大，采用临时支架法施工时，为保证钢箱梁的竖向曲线，在现场安装时，钢箱梁应考虑施工预起拱，施工预起拱按照以往的施工经验和结合钢结构施工规范的要求，通过胎架的高度变化来实现。

9. 防腐涂装

涂料漆膜应均匀、细致、光亮、完整和色泽一致，不得有粗糙不平、漏漆、错漆、皱纹、针孔及严重流挂等缺陷。

涂层厚度采用磁性测厚仪检测，按GB/T13452.2规定进行。10m2以下每类构件为一个测量单元，大构件以10m2为一个测量单元，每个测量单元至少先取三处基准面，每个基准面测量5个点，取算术平均值，要求90%的测量点厚度应符合要求，其余测量点的厚应度不低于本规程规定值的90%。

涂膜没有完全固化前要按规定时间进行养护，涂膜达到规范要求的标准前严禁吊装、淋雨、浸水以及接触腐蚀介质。

本工程钢箱梁所有钢结构构件均需进行防腐涂装，防腐设计年限为 25年（长效型）。钢结构涂装前进行表面处理，喷砂除锈不低于 Sa2.5 级，粗糙度 Rz30～75μm。表面清理、涂层质量、施工工艺严格按照《公路桥梁钢结构防腐涂装技术条件》(JT-T722-2008）技术要求执行。

四、钢箱梁精益制造质量保证措施

1. 质量保证组织机构建立

钢箱梁加工生产单位组建“许昌至信阳高速公路1标榆林枢纽互通式立交钢箱梁工程质量保证体系”，任命项目经理、项目总工、工程主管、技术主管、质量主管、材料主管、设备主管及安全员等管理人员对钢箱梁全寿命周期进行质量把控，确保其在全寿命周期内满足各项要求。

2. 各工序的质量控制

坚持以“预防为主，防治结合，综合治理”的方针，对施工全过程进行全面质量控制。重点对本工程制造中的结构外形、单元件制造、预拼装质量、焊缝的内外焊接质量、涂装质量及工地拼装等主要质量要素进行有全面控制。严格执行焊接工艺质量作业指导书进行施工，建立构件从下料到总装全过程工艺记录台账；并行施工实名制铭牌制度，做到任何质量问题均能快速追溯源头及原因定位，做到质量问题及时处理。

同时项目部安排专业管理人员进行驻厂监造工作，监造人员严格按照监造细节实施监造，接受监理及业主的抽查，全面完成质量目标。

3. 检测试验手段

（1）现场测检设备

生产过程中采用经纬仪、水准仪、全站仪、游标卡尺、钢尺、水平尺、角度仪、漆膜测厚仪等量具对生产加工过程进行质量控制。

（2）原材理化检验

钢结构制造所用材料严格按技术要求进行理化检验。

（3）原材无损检验

本工程全熔透焊缝采用超声波检测和无损探伤仪进行焊缝质量检查。

4. 加工制造过程检验

（1）钢箱梁加工制造各工序严格执行验收“三检制”；

（2）项目部监造人员验收通过后报监理工程师验收，监理单位验收合格后方可进入下道生产工序；

（3）项目部委派专业管理人员驻厂监造，负责钢箱梁生产加工质量全过程控制；

（4）驻厂监造管理人员现场进行检查，检查生产过程中质量管理制度、检验制度以及工艺指导书的执行情况；

（5） 驻厂监造管理人员不定期抽查各工序的生产质量；

（6）驻厂监造管理人员协调处理现场出现的各类质量问题，保证各工序处于受控状态，维护现场质量体系的正常运行。

五、加工生产质量返工控制措施

本项目钢箱梁处在榆林互通枢纽区的咽喉，钢箱梁全部跨线，施工工期非常紧张，已通过审批的保通方案对钢箱梁吊装工期仅为67天，这就要求钢箱梁在加工制造过程中，尽量减少返工，提高精益制造的质量。项目部为提高精益制造，专门成立了QC管理小组，通过QC活动对现场返工问题进行控制，将焊缝合格率提升到96%以上，这样返工工程量非常少，有效保证了工期要求。

钢箱梁加工生产过程中，项目部编制《许昌至信阳高速公路项目第1合同段钢箱梁质量管理奖罚办法》，并落实该文件各项规定，加工生产每道工序建立详细的施工台账，焊工全员实行实名制，对施工落实到个人，通过这样的办法可以达到预定的效果。

六、成品验收和工程资料的控制

（1）构件于加工厂制造完成后出厂之前，由项目部质量管理部门进行全面质量检查，质量检查验收文件资料均符合《公路桥涵施工技术规范》JTG/TF50-2020的要求，并经监理工程师确认，签证合格后，填发产品合格证。

（2）钢结构制造、工地焊接工程竣工资料按业主要求进行编制、整理、立卷、归档。

（3）质量检验原始资料保证做到真实、准确、可靠，内容完整。

（4）监理独立检查的工序，接受检查时向监理出示原始资料。

（5） 按照业主、监理和合同及技术规范的要求，整理好钢结构制造各分部、分项的竣工资料、竣工图，均报监理及业主审查确认后提交。

七、结语

本文结合工程实例，从钢箱梁加工生产质量控制角度出发，阐述了钢箱梁在工厂生产过程中如何进行精益制造及质量控制；对行业从业人员会起到一定的指导作用。钢箱梁是高速跨线桥的主流结构形式，因其加工精密，技术要求高，专业性强等特点，使得在施工过程中要严格控制其制造的质量，只有加强精益制造过程才能起到风险规避，提高经济效益的目的。