市政鋼拱橋施工及關(guān)鍵過程管控研究

李 超

（中交第三公路工程局有限公司，北京 100021）

1 工程概況

新立河橋位于濱州市黃河一路與新立河交叉地段，上跨新立河，連接新立河?xùn)|西兩岸。該橋的建成不僅能夠充分發(fā)揮道路路網(wǎng)的整體作用，而且能提高交通服務(wù)水平和道路運行車速，提高道路的通達(dá)性，有效改善區(qū)域交通中的交通瓶頸問題。該鋼拱橋為一跨（跨度35m）矢高4m 的上承式無鉸拱橋，橋?qū)?8m，橋面鋪裝采用8cm 鋼纖維混凝土及瀝青混凝土。該拱橋為全焊鋼結(jié)構(gòu)，由拱肋、橋面系、橫梁、拱上立柱、橫向連接系等構(gòu)成，鋼拱橋主體結(jié)構(gòu)采用Q345qD 鋼種。根據(jù)結(jié)構(gòu)布置，橫橋向布置9 片拱肋，拱肋間距有3m 和3.375m兩種，拱肋拱軸線為R=40656.25mm 的圓曲線，拱肋采用箱型截面，高750mm，寬500mm。采取將拱腳伸入承臺形成整體來實現(xiàn)無鉸拱，伸入承臺混凝土拱腳設(shè)置PBL 剪力鍵。承臺基礎(chǔ)采用承臺群樁基礎(chǔ)，承臺長寬厚尺寸為33.2m×13.2m×3m，樁基采用2m 直徑的鉆孔灌注樁，每個橋臺設(shè)21 根樁基礎(chǔ)。在此工程中，鋼橋加工與制作直接決定著橋梁的結(jié)構(gòu)與質(zhì)量，整個橋梁采用鋼管樁支撐的方式，其主要的施工工序為樁基、拱腳預(yù)埋、承臺、兩跨端拱肋與中間合攏拱肋安裝等。

2 鋼拱橋施工及關(guān)鍵過程管控

2.1 混凝土配合比設(shè)計

無鉸拱橋承臺尺寸較大屬于大體積混凝土，為保證混凝土質(zhì)量、控制裂縫和提高耐久性，提高鋼拱橋施工質(zhì)量水平，在原材料選用和配合比設(shè)計時須滿足設(shè)計強度低水化熱、緩凝等要求。配合比設(shè)計盡量采用水化熱較低的水泥，控制水泥細(xì)度及C2S 含量；采用低堿42.5級及其上的硅酸鹽水泥，不采用超量摻火山灰或粉煤灰的水泥且水泥用量在滿足膠結(jié)材料最低用量的前提下，盡可能降低水泥用量；由于粉煤灰是配置耐久性混凝土的重要組分，應(yīng)適當(dāng)摻加粉煤灰等符合規(guī)范要求的摻合料。任何提高早強的措施都不利于后期強度和耐久性，不建議摻加早強劑。

2.2 拱座及拱腳施工

施工方法是利用型鋼制作的支架將鋼拱腳預(yù)埋段架立并固定。施工人員施工前應(yīng)準(zhǔn)確測量放樣并精準(zhǔn)定位型鋼支架，鋼支架定位時必須仔細(xì)測量放樣，換手認(rèn)真復(fù)核確保定位準(zhǔn)確，然后將拱腳預(yù)埋段架立在支架上并逐一調(diào)整拱腳的位置、高程后焊接牢固，在此過程中也要反復(fù)測量、認(rèn)真復(fù)核。拱腳的頂?shù)装寮案拱彘_設(shè)一定數(shù)量的直徑為60mm 的圓孔，讓直徑為32mm 的螺紋鋼穿過形成PBL 鍵，螺紋鋼使用直螺紋連接并保證連接可靠、合規(guī)，其接頭位置超出PBL 鍵至少1.5m。同時在拱肋預(yù)埋段頂?shù)装逶O(shè)置一定數(shù)量的剪力釘以加強拱腳與鋼筋混凝土的連接，提高兩種材料之間的共同受力及形變。為保證混凝土流動性，在頂?shù)装?、腹板及承壓板上分別設(shè)置了大孔，同時設(shè)置了出氣孔。

2.3 承臺混凝土灌注、養(yǎng)護和溫控

承臺混凝土的灌注過程中，采用泵灌的方式，在具體的灌注過程中，需要遵循左右對稱的原則，依次從兩側(cè)拱腳向橋中軸線推進(jìn)的方式，澆筑進(jìn)度差需要維持在1m 以內(nèi)?；炷列枰哂懈邚?、緩凝、微膨脹等性能特征。為保障其混凝土澆筑的質(zhì)量，需要保持混凝土的密實性，尤其是要重視箱型拱腳內(nèi)部及拱腳周圍混凝土振搗密實性，做到不留間隙?；炷琉B(yǎng)護、溫控采取內(nèi)部預(yù)埋冷卻管、頂部覆蓋塑料薄膜及土工布、側(cè)面蓄水的措施，24h 監(jiān)控混凝土溫控和冷卻水循環(huán)等內(nèi)降外保情況，監(jiān)控期限以大體積混凝土體內(nèi)表溫差≤25℃為標(biāo)準(zhǔn)，控制溫差，降低混凝土開裂風(fēng)險。

2.4 鋼拱橋制造

（1）鋼拱橋零件制造。材質(zhì)檢驗合格的鋼材在放樣畫線前要對鋼材進(jìn)行矯正，以消除彎曲、翹曲和波浪等變形。利用計算機畫圖放樣實現(xiàn)精密氣割下料，手工普通氣割僅用于次要零件下料。在制作過程中，其焊接的質(zhì)量、結(jié)構(gòu)空間尺寸、線形等均需要符合工程的設(shè)計要求并要嚴(yán)格遵守相應(yīng)的制作要求與標(biāo)準(zhǔn)。在鋼拱件的制作中，需要將拱肋等部件進(jìn)行分段保障制作與運輸?shù)鹊谋憬菪裕Y(jié)合該橋的結(jié)構(gòu)特征，將其拱肋分為三個節(jié)段，現(xiàn)場完成組裝與安裝。在拱肋的制作過程中往往會對拱形線性精度、節(jié)段連接精度等產(chǎn)生一定的影響，因此，需要嚴(yán)格控制每個工序的質(zhì)量。

（2）鋼拱橋防腐處理。施工人員在鋼拱橋施工中應(yīng)做好防腐處理工作，涂裝分為鋼梁外表面涂裝和鋼梁內(nèi)部涂裝。鋼板進(jìn)場經(jīng)輥平完成后還應(yīng)實施除銹處理，確保其達(dá)到質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)（表面除銹等級達(dá)到Sa2.5 級），當(dāng)噴砂工作結(jié)束后可將防銹底漆進(jìn)行涂刷，確保其厚度的合理性，如若不合格應(yīng)立即補涂。為保證難于噴涂的部位的漆膜厚度，要根據(jù)鋼板焊接順序，適時將這些部位先行涂裝。

（3）焊接施工。由于新立河橋為全焊鋼拱橋，橋主體結(jié)構(gòu)焊道均為全熔透焊，焊縫質(zhì)量等級要求高（質(zhì)量等級要求為I 級），導(dǎo)致現(xiàn)場焊接量大，焊接變形大，因此焊接質(zhì)量與節(jié)段的組裝精度是鋼拱橋工程質(zhì)量控制的難點，在焊接過程中，應(yīng)加強焊接變形及焊接質(zhì)量控制，細(xì)化相關(guān)工藝措施，確保成品質(zhì)量。焊接前根據(jù)設(shè)計要求進(jìn)行焊接工藝評定，焊接工藝評定中焊接方法、焊接材料、焊接坡口形式和焊接參數(shù)要合理，所選用的的焊接接頭涵蓋本橋鋼結(jié)構(gòu)的主要接頭形式。在鋼拱橋施工過程中，各零件焊接組裝需要嚴(yán)格依據(jù)制造焊接工藝要求進(jìn)行，保障焊接的規(guī)范性，提高焊接的總體質(zhì)量。當(dāng)基本的焊接操作結(jié)束以后，有關(guān)工程人員需要應(yīng)用氣割的方式，及時割除引弧板，并使用砂輪來磨平。熄弧過程中，要稍做一定時間的停頓，以避免操作不規(guī)范所引發(fā)的質(zhì)量問題等。多層焊的過程中，要避免熄弧位置的重疊。埋弧自動焊過程中，如果出現(xiàn)斷弧現(xiàn)象，需要在該位置進(jìn)行斜坡的設(shè)定，隨后在斜坡坡頂位置處引弧加以焊接處理。在每個焊接結(jié)束以后，有關(guān)人員都需要對焊縫位置加以清理。

（4）試拼裝。焊接成型的鋼拱肋單元及節(jié)段在專用胎架上配合地樣線進(jìn)行定位組裝。鋼梁的所有節(jié)段均須在組拼臺座上進(jìn)行工廠試拼，預(yù)拼時的線形必須按照設(shè)計線形和考慮預(yù)拱度之后線形進(jìn)行實際放樣。目的是校核鋼橋各部分的精度、尺寸是否滿足圖紙要求，減少誤差。

2.5 鋼拱橋架設(shè)安裝

（1）準(zhǔn)備工作。準(zhǔn)備工作主要是材料、現(xiàn)場施工條件的準(zhǔn)備。要結(jié)合工程施工的具體要求，保障后期施工過程中所有的材料都可以有序進(jìn)場，在材料的進(jìn)場過程中，有關(guān)人員還需要加強對材料質(zhì)量的檢測，保障其能夠符合材料的使用標(biāo)準(zhǔn)，避免劣質(zhì)材料進(jìn)場。此外，由于后期施工中涉及了吊裝等作業(yè)，因此需要做好場地的平整工作，保障有關(guān)機械設(shè)備等能夠安全使用。支架主要包含了鋼管樁、管間橫撐及分配梁，鋼管樁立柱采用Φ630 厚度8mm 鋼管，長度約15m 左右，管間橫撐采用Φ325 鋼管或者［16 槽鋼可靠焊接，在立柱頂部，其分配梁統(tǒng)一采用2 根雙拼Ⅰ40b 工字鋼，長度32m。全橋設(shè)兩排鋼管樁基礎(chǔ)，每排鋼管樁包含10 根鋼管，具體布置是鋼管樁立于相鄰鋼拱肋中間位置，外側(cè)鋼管樁距外側(cè)拱肋1.5m，這樣布置利于拱肋焊接完成后鋼管樁的拔除。

（2）鋼管樁基礎(chǔ)插打。當(dāng)現(xiàn)場的施工條件、施工材料與人員等都安排好以后，開始正式的施工作業(yè)。在基礎(chǔ)鋼管樁的施工過程中，要應(yīng)用特定型號的電動振動樁錘進(jìn)行插打，在插打開始之前，需要應(yīng)用全站儀來進(jìn)行樁位、傾斜度等的檢查，當(dāng)其誤差處于合理的范圍以后，方可進(jìn)行插打作業(yè)。在具體的插打過程中，還需要實時監(jiān)測基礎(chǔ)鋼管樁的樁位、傾斜度等指標(biāo)，避免在插打過程中的樁位偏移等，合理控制誤差。經(jīng)計算，鋼管樁入土深度控制在8.5m。

（3）樁頂橫橋向分配梁設(shè)置?；A(chǔ)鋼管樁插打結(jié)束以后，施工人員要根據(jù)工程的要求，用履帶吊進(jìn)行分配梁的設(shè)置安裝，當(dāng)其設(shè)置結(jié)束以后，嚴(yán)格根據(jù)工程的設(shè)計要求，做好鋼管樁與分配梁相應(yīng)的焊接連接處理，保證焊接的牢固性。

（4）鋼拱肋、橫梁、拱上立柱及橋面板安裝。按照施工組織設(shè)計，采用由鋼橋兩側(cè)往跨中雙向架設(shè)、跨中合龍的方式?？缰泻淆垥r先分段合龍鋼拱肋，再合龍橫向連接系、立柱，最后拼裝橋面系等桿件。在安裝過程中，嚴(yán)格根據(jù)拱度的坐標(biāo)要求，做好拱肋節(jié)段的起吊拼裝等工作。當(dāng)其拱度坐標(biāo)符合設(shè)計要求以后，對其加以焊接與固定，保證各個拱肋節(jié)段的精度。具體操作過程：安裝拱肋前，在支架分配梁上放樣測量，在其上焊接高程控制支墩（型鋼制作），分別將橋跨兩側(cè)拱肋吊裝于支墩上，通過布置在分配梁頂?shù)那Ы镯斶M(jìn)一步精確調(diào)整鋼拱肋的標(biāo)高，經(jīng)測量人員復(fù)核無誤后固定拱肋。橫梁、拱上立柱及橋面板的安裝過程中，需要遵循兩側(cè)拱腳向跨中的對稱原則，使得拱肋左右始終保持其對稱性。橫向橋面板的安裝過程中，其需要與橋軸線對稱。要嚴(yán)格根據(jù)工程的施工要求，做好安裝進(jìn)度的管理。

（5）跨中拱肋合龍施工處理。市政鋼拱橋施工過程中，跨中拱肋合龍是施工中需要重點關(guān)注的問題，結(jié)合其橋梁結(jié)構(gòu)等特征，應(yīng)用兩端對接焊合的施工處理方式，這種施工處理方式與傳統(tǒng)的施工處理相比，其施工更為簡單與便捷，保障了各個拱肋之間的緊密性，提高了焊接、焊縫效率。在跨中拱肋合龍?zhí)幚砩?，為保障其施工的質(zhì)量與規(guī)范性，必須保障合龍段與拱肋環(huán)口段的長度變化相一致，在此過程中要考慮天氣、時間等因素；在合龍段施工過程中，最好保持其可以在梁體溫差最小時一次性完成，保持焊縫的穩(wěn)定性；在局部配件的連接處理上，要考慮風(fēng)力等因素。

3 結(jié)束語

該市政鋼拱橋項目的施工過程中，有關(guān)工程人員要根據(jù)工程現(xiàn)場的實際情況，科學(xué)進(jìn)行施工方案的設(shè)計，并在后期的施工過程中，加強對每個施工工序的控制，避免施工不規(guī)范所引發(fā)的各種問題，提高鋼拱橋工程的總體質(zhì)量，使得其在城市發(fā)展中可以發(fā)揮其應(yīng)有的作用。