李海龙，梁永强
（中铁二十局集团 第一工程有限公司，江苏 苏州 215100）
混凝土结构施工对现有通行道路和附近居民生活影响较大，而钢结构具有工厂化加工、现场安装简单、快速安全、施工方便、桥梁造型多样、外观美观等优势，因此在工程施工中得到广泛的应用。但是钢结构施工也存在短板，主要表现为现场拼装后焊接较多、现场焊接质量难以控制。立交桥具有匝道曲线半径小、孔跨结构高等特点，因而钢箱梁分段受限，纵横向现场焊缝增加。焊缝焊接不但影响结构强度，还影响成桥线型等外观质量。因此施工中应采取有效的措施，在保证焊接质量的基础上保障焊接成型后桥梁线型的美观。
苏州东环南延工程尹山湖立交桥位于吴中区尹山湖畔，是连接东环和南湖路高架以及苏嘉杭高速的五路口枢纽型全互通立交，东距尹山湖1 km左右，南北连接东环南延高架桥，东西连接南湖路高架桥，西挨京杭大运河，东临苏嘉杭高速。南湖路高架桥工程线位于规划中环线，东西走向，跨越东环南延。立交桥采用全迁回定向“涡轮形立交”，并在常规涡轮立交的基础上，增加与出口接线相连的4条匝道。立交桥总层次为3层，东南象限局部匝道高度达到4层，左转迁回定向匝道的圆曲线半径控制在100～150 m。
尹山湖立交桥钢箱梁共5联，分别为ES匝道U6联、NG匝 道U1联、SW匝 道U8联、WN匝 道U4联、NE匝道U9联，5联均为一跨简支钢结构箱梁。其中，WN匝道U4联为9.4～15.1 m变宽钢箱梁，其余4座为9.2 m等宽箱梁，单向横坡，坡度为2%。跨进组合：ES匝道U6联为36.5 m，NG匝 道U1联 为39 m，SW匝 道U8联 为38.5 m，WN匝道U4联 为39.4 m，NE匝 道U9联为38.7 m。
标 准箱体顶板宽9.2 m，单箱双室结构，梁高1.8 m，顶板宽4.556 m。钢箱梁顶板厚16 mm，底板厚20 mm，纵腹板厚20 mm；
顶板设“U”形肋，厚8 mm，底板和腹板采用16 b球扁钢。钢桥面采用剪力钉与混凝土铺装层连接，在桥面板上设置间距为300 mm×400 mm的剪力钉，剪力钉高60 mm、直径为16 mm。
为了保证尹山湖立交桥跨主线高架5联钢箱梁的高质量快速施工，钢箱梁焊接在考虑质量、安全、经济及施工进度的前提下，项目采用先进的焊接工艺。施工前，根据设计图和技术规范先做钢箱梁焊接工艺评定试验，了解5联钢箱梁材料的焊接性能，选择合适的焊接材料及焊接参数。按照工艺评定试验结果编制详细的焊接工艺规程，建立完善的焊接质量控制措施，确保后续钢箱梁焊接施工的焊缝质量和桥梁安全。
2.1 钢结构焊接重难点
（1）板材的对接焊缝及结构之间熔透焊缝为钢结构焊接的重点。
（2）“U”形肋与面板之间的焊接要求高，“U”形肋焊缝熔深不小于0.8倍“U”形肋板厚且不得焊穿。如何选择合理的焊接工艺来保证“U”形肋焊缝的焊接质量是该结构焊接的重点。
2.2 根据立交桥钢结构的特点制定施工工艺
（1）为确保焊接质量，优先采用自动焊，尽量减少人工焊缝。
（2）选用的焊接材料应与钢结构材料相匹配，尽量减少焊缝中易扩散的氢含量，确保焊缝一次性合格且满足设计要求。对重要焊缝采用工艺性良好的超低氢高韧性的焊材焊接，确保焊缝质量。
（3）开工前通过理论和实作考试优选焊工，保证参与本工程的焊工均能够持证上岗。
（4）选用自动焊接设备，稳定焊缝质量；
选用焊接时变形小的保护焊，减少钢结构的焊接变形。
（5）针对该工程匝道桥的特点，对焊接试验进行评定，确保选用最合适的焊接方法、坡口尺寸、焊接设备材料，以及预热温度、焊层间的温度等各项工艺参数。
（6）分析大小杆件的焊接变形量，寻找规律，制定反变形措施。通过理论计算和实验数据相结合的方法确定焊缝收缩量大小，并严格执行过程跟踪，纠正偏差。严格把控材料下料、坡口制作、结构杆件拼装，正确选择焊接方式、焊接顺序，采用胎型上焊接来减少焊接变形。
3.1 对接焊缝的焊接
钢板的厂内对接均采用埋弧自动焊，为确保焊缝熔透防止焊漏，采取焊接前垫设焊剂垫，焊接时用碳弧气刨清根。第一道焊接时先焊接深坡口一侧，后续焊接过程中采用两面交替焊接，以减小焊后变形及降低焊接残余应力。
3.2 “T”形熔透角焊缝的焊接
优先选用药芯焊丝CO2气体保护焊或焊条电弧焊进行“T”形熔透角焊缝的焊接。根据钢板的不同厚度选择“V”形或双面“J”形坡口，焊接时优先对坡口内一侧实施封底焊，清根、打磨后对两侧交替焊接，减少变形。
3.3 典型杆件的焊接
3.3.1 板单元“U”形肋焊接工艺
桥面板“U”形肋焊缝要求具有优良的抗疲劳性能，焊缝熔深不小于0.8倍“U”形肋板厚且不得焊漏。为满足“U”形肋焊缝质量要求，采用线能量较小的富氩气体保护自动焊（MAG）进行焊接，焊接时重点控制焊丝角度，保证熔深和焊缝的外观成形，避免咬边、焊偏等缺陷。“U”形肋数量多，焊缝长而直，板单元焊接后有一定变形。为了控制焊接变形，在专用组装生产线上组装“U”形肋，在专用的自动焊接生产线上反变形焊接。
3.3.2 结构分段焊接
结构整体焊接时顶板、腹板、底板采用熔透角焊缝，为了达到熔透要求，降低施工难度，采用仓内焊接、反面气刨清根焊接工艺进行施焊。具体焊接要求如下：首先焊接横隔板与“U”形肋的焊缝，距离“U”形肋80 mm处暂不焊接。其次从距离顶板80 mm处向上立焊“U”形肋与横隔板、横隔板与顶板焊缝。最后从横隔板豁口立上、仰焊完成焊接，这样可以大大提高焊缝的抗疲劳性能。
3.3.3 顶板、底板纵向对接焊接
顶板、底板纵向对接焊接先定位，预留宽度宜在（6±2）mm，打底焊2道，厚度宜控制在8～10 mm的范围内，再进行填充自动焊接，最后形成2道盖面焊。
结构现场焊接作业主要为吊装节段制作时环缝的焊接。
4.1 一般规定
结构现场环缝焊接不同于工厂焊接，属于野外露天施工作业，焊接时受自然因素影响很大。焊接前应做好各项防风、防雨措施，并且从焊接材料管理、工艺文件的执行、设备等各方面做缜密的工作。现场焊机一般规定如下：①搭建专用的施焊平台，要求牢固安全、防风挡雨[2]。②建立健全焊接安全生产等规章制度。③焊接场地设置用电安全告示和用电安全设施。④配置各种相关设备与工具。⑤采用经过评定合格的焊接工艺，保证焊接质量。⑥焊接前接头清理准备符合技术规范。
4.2 现场结构定位焊接
（1）根据现场条件及结构分段尺寸、焊缝长度等条件来设置定位焊接尺寸，长度宜为50～75 mm，焊接间距不应大于400 mm，焊脚尺寸不应小于4 mm且不大于1/2焊角高。
（2）在以下情况时对焊缝进行预热，以防止焊接裂纹的产生[3]：①恶劣天气不得进行现场焊接，如果影响到进度必须焊接时，要采取防雨棚等措施进行焊缝预热。②定位焊缝拘束度较大时进行焊缝预热。③根据试验评定结果选用焊缝预热。
（3）现场焊接前必须对焊缝除锈，焊接前除锈后时间不得超过24 h，防止焊缝重新污染或生锈。
4.3 节段制作纵缝对接及吊装节段环缝对接
吊装节段制作时，分段就位后，相邻分段间顶板、底板对接焊缝采用背面贴陶质衬垫单面焊双面成形工艺。吊装节段桥位就位后，相邻吊装节段间顶板、腹板及底板对接焊缝采用背面贴陶质衬垫单面焊双面成形工艺，焊接时用气体保护焊打底，用埋弧自动焊接盖面。
4.4 钢结构就位顶板“U”形肋焊缝
顶板“U”形肋嵌补段的焊接如图1所示。“U”形肋对接拐角处焊缝先进行焊接，完成后将其顶部打磨成1∶5斜坡，然后进行平面对接焊缝焊接、打磨，最后进行焊接嵌补段“U”形肋角焊缝焊接。
图1 “U”形肋嵌补段桥位焊接示意图
钢箱梁所有焊缝在焊接完成后立即进行外观检查，并填写焊缝检查记录，确保各断面所有焊缝无裂纹、未熔合，不存在焊瘤、夹渣、未填满弧坑及漏焊等缺陷。外观检查不合格的焊接杆件，按相关技术要求返修，在焊缝外观质量未满足要求之前，不得进入下一道工序。
对焊缝外观检查合格后进行无损检验，无损检验在焊接24 h后进行（钢板厚度≥30 mm的焊接件应在焊接48 h后进行无损检验），检验不合格的焊缝应及时返修[4]。
焊缝钢板、母材的缺陷超过相应的质量验收标准时，可采用砂轮打磨、碳弧气刨、铲凿或机械加工等方法彻底清除。对焊缝进行返修。螺柱焊返修采用砂轮切除焊钉或磨除缺陷的方法，当局部磨除缺陷时，磨除区域应沿缺陷两端外延10 mm。可以采用切除缺陷焊钉的返修方式，将板材焊点打磨后，重新将焊钉焊接上。
同一部位的返修焊不宜超过2次，焊缝2次以上的返修须报焊接工程师制订相应的返修方案。
6.1 焊接变形控制措施
钢箱梁焊接变形是钢结构桥梁质量控制的重点，焊接变形控制的大小直接影响桥梁结构的尺寸大小、连接部位的质量及焊接后续的矫正工作。
熔化焊时焊缝的形成是一个短暂高温冶金的连续过程，在这个过程中由于受热不均匀可能引起焊缝及结构的变形，焊接结束后焊缝遇冷收缩导致焊缝及结构变形。这种变形可采取提前预留焊接收缩量、调整构件施焊方向和顺序、增加刚性约束等方法进行控制。根据本结构的特殊性，制定以下焊接变形控制措施：①选用合理的焊接接头形式。②选择焊接方法时优先考虑焊接变形小的方法。③精心组织合理的焊接方向和施焊顺序。④控制各焊缝位置下的焊接饱满度。⑤针对变形大的焊缝制定最合适的反变形量。⑥临时增加结构适宜的刚性支撑以减小变形。
6.2 提高结构抗疲劳能力措施
本结构的焊接接头形式主要有对接、“十”字形、“T”形等，接头部位力线扭曲、应力集中，结构接头部位的抗疲劳能力最差，尤其是钢箱梁结构复杂，板件厚度大，焊缝拘束度高，焊接完成后焊缝中依然存在较高的残余应力。因此，制定以下控制措施：①材料下料前进行接头、坡口设计，结构焊接过程中严格控制焊接方法及施焊顺序，最大限度地减小应力集中，从而提高结构的抗疲劳能力。②焊接完成后，应对焊缝疲劳控制的形状进行处理，增加焊缝过渡角及过渡半径尺寸，对焊缝进行砂轮修磨匀顺（磨削时的方向要与力线方向一致），通过减小应力集中的程度，以提高本结构的抗疲劳能力。
6.3 结构焊接质量控制措施
为确保焊接接头的各项性能指标满足设计及规范要求，保证结构焊接质量，制定以下结构焊接质量控制措施。①焊工资格的控制：通过培训、考核，取得资格证后方可上岗；
资格证项目与实际生产对应管理；
做好焊工质量监管。②焊接设备控制：购优良可靠的焊机，定期检查维护焊机。③焊接材料控制：合理选用焊接材料，严格控制焊材技术条件，严格仓储使用管理。④焊接工艺控制：工艺评定试验，制定合理的焊接工艺；
定期工艺检查，确保工艺适用性；
制作产品试板检查工艺的稳定性。⑤焊接环境控制：确保施焊环境符合技术规范，施焊现场不符合时创造局部室内环境。
尹山湖立交桥5联匝道钢箱梁结构施工，焊缝类型比较多，焊缝对结构的各种影响程度大，因此必须对焊接施工技术进行详细分析和准确把握，这是钢结构焊接的关键。在施工中采用合理的焊接工艺，明确各个方面的焊接施工要求，做好焊接施工技术的应用和控制。同时，要妥善完成焊缝磨修及缺陷修补，确保钢结构焊接施工保质、按期完成。
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