鋼管混凝土拱橋的鋼管拱肋施工關(guān)鍵技術(shù)

于 明

（中鐵十六局集團路橋工程有限公司，北京 101500）

鋼管拱肋是橋梁中的關(guān)鍵受力結(jié)構(gòu)，但在桿件加工期間易出現(xiàn)溫度變形、焊接收縮等質(zhì)量問題，因此需兼顧組裝、焊接等各環(huán)節(jié)的施工技術(shù)，提出相適應(yīng)的質(zhì)量控制標準，在正確施工技術(shù)的引導(dǎo)下制作成型。

1 工程概況

郭屋村東江特大橋為贛深鐵路中的重要橋梁工程，上部采取鋼管混凝土拱+預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁相結(jié)合的方式。鋼管拱計算跨徑180 m，矢跨比1/5，矢高36 m，形成呈二次拋物線形態(tài)的拱軸線。相鄰拱肋間增設(shè)8 道K 型橫撐以達到增強穩(wěn)定性的效果，拱肋中心距設(shè)為11.9 m，鋼管連接均選擇相貫焊接方式，接頭處增設(shè)鋼環(huán)以保證其穩(wěn)定性。

2 鋼管拱的加工制作

在指定加工廠內(nèi)按照設(shè)計圖紙加工制作鋼管拱。鋼管拱共包含4 部分，其中拱腳、拱肋為主體結(jié)構(gòu)，增設(shè)橫撐桿件和斜撐桿件以達到加強效果。鋼管拱整體的制作工藝首先需通過工藝評定試驗后進行下料，再將鋼管及其它零件加工，標記涂裝后制作完畢，具體詳細工藝流程見圖1。

全橋拱肋由15 個節(jié)段共同組成，施工制作時應(yīng)當控制好各節(jié)長度及重量，具體要求見表1。

表1 拱肋分節(jié)長度及節(jié)段重量表

3 拱肋施工

本橋采取平面制作成型的方式，鋼拱曲線呈二次拋物線線型，為使各節(jié)段組裝后形成的整體結(jié)構(gòu)具有線條流暢的特點，要確定拱肋施工放樣坐標值，以此為依據(jù)合理放樣，配套穩(wěn)定性較好的專用胎架，作用在于維持拱肋的穩(wěn)定性，以免發(fā)生扭曲現(xiàn)象。

3.1 專用胎架制作

拱肋為本橋重要組成部分，形態(tài)呈啞鈴型，在制作時必須嚴格控制好精度，需制作1∶2 跨平面成型胎架，要求胎架具有較好的剛度表現(xiàn)，尤為關(guān)鍵的是胎架基線和外形控制點兩處的設(shè)置，可通過水準儀和全站儀相結(jié)合的方式校驗。

3.2 拱肋平面成型

拱肋制作各環(huán)節(jié)存在的誤差將逐步積累從而形成大范圍誤差，不利于施工作業(yè)的順利推進。為避免此問題，必須調(diào)整好對接接頭的位置，需要與地面大樣處的對接位置保持一致，參考預(yù)先設(shè)置在胎架地面大樣處的位置，在全站儀設(shè)備的輔助下引測到上下弦桿處，以保證吊桿、橫撐安裝位置的準確性。上弦鋼管置于定位胎架上，根據(jù)實際情況調(diào)整鋼管水平中徑外皮邊線，使其與地樣線重合，滿足此條件后再固定上弦鋼管。下腹板的拼裝工作需在胎架上完成。在拼裝下弦鋼管時，此部分與下腹板緊密貼合，在尺寸、位置均與標準相符后則點固焊下腹板。每個單節(jié)均被視為獨立的拼裝單元，安裝至指定位置后通過垂線檢驗，拱肋結(jié)構(gòu)平面裝配到位后便可施焊[1]。

組裝胎架是重要的施工裝置，于該處完成單元管節(jié)平面組裝作業(yè)，形成完整的整體，保證鋼管拱焊接、拼裝質(zhì)量。

3.3 鋼管拱加工制作質(zhì)量控制

挑選合適的鋼管拱原材料，要求種類、尺寸等方面都與現(xiàn)行行業(yè)規(guī)范相符。加強對材料質(zhì)量的檢驗，全方位審核各類質(zhì)量證明文件，并通過抽樣檢驗的方式掌握相應(yīng)批次的材料質(zhì)量，不達標材料不可進場。焊條、焊絲等為輔助施工材料，其質(zhì)量既要與國家相關(guān)規(guī)定相符，又要與母材適配。此外，安排專員參與到場內(nèi)預(yù)制的質(zhì)量監(jiān)督工作中。加強對各環(huán)節(jié)的質(zhì)量控制，主要從如下幾點入手。

1）放樣控制。利用計算機放樣，根據(jù)材料使用要求編寫數(shù)控程序，在其驅(qū)動下準確下料，形成尺寸合理的材料，以便給現(xiàn)場拼裝等相關(guān)環(huán)節(jié)的施工創(chuàng)造良好條件。①做好技術(shù)交底，放樣人員深入學(xué)習(xí)施工圖紙，明確具體操作要點并核對構(gòu)件的質(zhì)量情況，如尺寸精度、連接處是否達標等；②全程采取計算機放樣的方式，可保證作業(yè)精度；③結(jié)束放樣作業(yè)后首先由施工人員自檢，再由專業(yè)檢驗人員做全方位檢驗[2]。

2）號料質(zhì)量控制。①施工人員熟悉工藝要求，以下料單等文件為依據(jù)正確號料；②加強對母材質(zhì)量的檢驗，在結(jié)構(gòu)完整的前提下方可號料，否則需及時矯正；③標記基準線和控制點，不可損傷鋼板，該處不允許出現(xiàn)任何劃線痕跡。

3）切割質(zhì)量控制。①做好切割前的準備工作，清理殘留在母材上的各類雜質(zhì)，如油污、鐵銹等；嚴格控制切割工藝，經(jīng)過施工作業(yè)后要保證氣割表面足夠光滑，并打磨剪切邊；②清理切割溶渣；③完成火焰切割作業(yè)后及時檢查各零件的尺寸，并做好信息標注（構(gòu)件號、零件號），無誤后委托質(zhì)檢員進一步檢驗，滿足要求方可進入下道工序；④采取數(shù)控切割的方式，保證切割精度；以施工中的鋼材形狀要求為依據(jù)，選擇合適的切割方法；形成的切口截面要具有光滑、平整的特點，缺棱不超過1 mm，所有毛刺要得到有效的清理。

4）坡口加工。①工具選型：以銑邊機較為合適，或采用半自動割刀；②坡口加工過程中要嚴格控制檢驗精度，坡口加工的檢驗精度有以下2 種組合：坡口角度 Δa、坡口鈍邊 Δb，允許偏差為 Δa=±2.5 °，Δb=±1.0 mm，見圖 2；坡口角度 Δa，允許偏差 Δa=±2.5 °，見圖 3。

5）矯正、打磨。①以機械設(shè)備為主要工具，在常溫狀態(tài)下完成鋼材的矯正工作；②對于熱矯正作業(yè)，期間應(yīng)加強對母材的保護，以免材料受損，全程做好溫度的監(jiān)測與控制工作；③合理加工構(gòu)件的自由邊角，施工中各處都要形成2 mm 的倒角，否則易出現(xiàn)土層開裂現(xiàn)象。

6）部件組裝。①檢查零件的基礎(chǔ)信息，如編號、尺寸等，各項指標均滿足要求后方可組裝；②利用胎架完成組裝作業(yè)，保證胎架的強度和剛度都要滿足要求；③嚴格遵循工藝流程，有序做好各環(huán)節(jié)的構(gòu)件組裝作業(yè)，加強對焊縫30 mm 范圍內(nèi)的清理，該處不可出現(xiàn)鐵銹等雜物殘留現(xiàn)象[3]；④經(jīng)過組裝作業(yè)后，部分隱蔽部位存在涂裝難度大的問題，因此需在組裝前完成該處的涂裝作業(yè)；⑤選擇高精度的鋼卷尺用于檢驗，所用鋼卷尺應(yīng)得到二級以上計量部門的鑒定。此外，需考慮總包單位施工人員所用鋼卷尺的實際情況，兩者在型號上應(yīng)盡可能保持一致。

7）鋼管拱廠內(nèi)涂裝。結(jié)束廠內(nèi)加工作業(yè)后，需組織專業(yè)人員檢驗鋼結(jié)構(gòu)的質(zhì)量情況，重點考慮的是焊縫處，必須對其采取超聲波探傷技術(shù)，全面檢驗每處焊縫；還需組織X 射線檢測，抽樣率為所有焊縫總量的10%或更多，必須滿足一級焊縫要求。經(jīng)過檢驗后，若各項指標都完全滿足要求，此時即可進入到涂裝環(huán)節(jié)，大部分工作都在廠內(nèi)完成，如底漆、中間漆的涂裝。

4 結(jié)語

鋼管混凝土拱橋是我國橋梁建設(shè)領(lǐng)域較為典型的橋型，鋼管拱肋作為關(guān)鍵的受力構(gòu)件，在施工中必須加強質(zhì)量控制，應(yīng)深入到預(yù)制、拼裝、焊接等各環(huán)節(jié)之中。大量工程實例表明，鋼結(jié)構(gòu)質(zhì)量問題最為關(guān)鍵的成因在于焊接是否到位，因此在鋼管拱肋施工中需要高度注重對焊接質(zhì)量的控制，按照規(guī)范完成各環(huán)節(jié)施工，施工單位自檢后再由專業(yè)人員檢驗。此外，在保證焊接質(zhì)量的同時還要顧及其他環(huán)節(jié)的施工質(zhì)量要求，制得質(zhì)量合規(guī)的鋼管拱肋，使其能夠有效應(yīng)用于橋梁施工中。