系桿拱橋鋼管拱肋制作探討

□ 蘭 疆 □ 王 靜

（1河南水利建筑工程有限公司；2黃河水利水電開發(fā)總公司）

1 工程概況

十里鋪東南公路橋橋?qū)?6.50m，橋長173.30m，橋梁荷載等級為1級公路。該橋為一跨下承式鋼管混凝土拱橋，全橋共設(shè)兩榀拱肋，拱肋計算跨徑為160m，矢高32m,肋間中距為20.16 m，拱軸線為懸連線，拱軸系數(shù)m=1.17，矢跨比1/5。每榀拱肋由4根上下弦管[規(guī)格為φ900×14（18）]、豎腹管（規(guī)格為φ299×10）、斜腹管（規(guī)格為φ299×10）及平聯(lián)管（規(guī)格為φ402×10和φ600×10）焊接成桁式截面。截面高度3.60m，寬度2.10m，上下弦管每隔2.70～3.20m設(shè)置一道加勁環(huán)。兩拱肋間共設(shè)置7道“一”字撐，橫撐主管為φ600mm×10mm、腹管為φ299 mm×10mm。

2 鋼拱肋節(jié)段的制作拼裝

2.1 胎型的制作

利用施工圖給定的拱度曲線設(shè)計臥拼時各相關(guān)控制點的地樣坐標(biāo)，根據(jù)車間實際情況制作整體組裝胎架放地樣。

第一，水平支撐點底部等高，應(yīng)設(shè)置定位擋塊。

第二，胎架基礎(chǔ)必須有足夠的承載力，確保在使用過程中不發(fā)生下沉。

第三，胎架上應(yīng)放出縱向軸線、外弧邊線、吊桿中心線，并將以上控制線兩端引到胎架測量基準(zhǔn)線外側(cè)1米左右的位置，便于測量和復(fù)核。

第四，胎架布置方向應(yīng)與運輸通道的方向相同，確保最先拼裝的節(jié)段在最靠近運輸通道的位置，便于節(jié)段起吊和運輸。

2.2 拱肋弦管組裝

2.2.1 工藝方法

拱肋組裝的理想狀態(tài)是進(jìn)行半橋臥拼，橋的長度及拱度均能反映橋的真實狀態(tài)，本橋采用拱肋半橋組裝的方法，半橋節(jié)段組裝在專用定位地樣坐標(biāo)工裝胎具上進(jìn)行。施工工藝設(shè)計時，把需要拼裝的節(jié)段按理論狀態(tài)平放在工作臺上，把需要控制點的平面坐標(biāo)尺寸列好表格，在車間工作臺上建立地樣坐標(biāo)系，使車間的工作臺具有檢測、定位、夾緊、組裝的功能。在地樣坐標(biāo)組裝工作臺上，根據(jù)地樣坐標(biāo)點可反映出半橋下弦控制點上的拱度、吊桿連結(jié)中心線的精確位置、節(jié)段間結(jié)合線的檢測坐標(biāo)數(shù)值，以及檢查構(gòu)件的總長度和平面度。這樣，一次就可以組裝幾個單片或幾個節(jié)段，在組裝拱肋節(jié)段單片管節(jié)段時，將固定管節(jié)拼裝在胎型上之后，并及時裝配管節(jié)段加勁環(huán)，加勁環(huán)布置在上下弦平聯(lián)管位置，間距為2.70～2.80m不等。關(guān)鍵焊縫的焊接可以直接在焊接工作臺上進(jìn)行，以保證組裝件吊出時具有足夠的剛度。

2.2.2 環(huán)縫焊接

焊接時采用單面坡口，坡口開在管外，在管內(nèi)側(cè)貼陶瓷襯墊，全熔透焊縫，如圖1所示。

圖1 環(huán)縫焊接圖

2.3 拱肋弦管制作拼裝

焊接腹管、平聯(lián)管、弦管環(huán)縫均采用CO2氣體保護(hù)焊焊接，焊接時焊縫質(zhì)量控制措施如下:

第一，嚴(yán)格按照焊接工藝卡片進(jìn)行施工。

第二，焊接時，陶瓷襯墊須進(jìn)行烘干處理，防止焊縫底部出現(xiàn)氣孔。

第三，焊接前，對坡口兩側(cè)5cm范圍內(nèi)進(jìn)行烘干處理，并進(jìn)行除油、除銹處理。

2.3.1 風(fēng)撐制作

全拱橋共有7個橫向連接風(fēng)撐，每個風(fēng)撐的立面均由上、下弦φ600×10的鋼管和腹桿為φ299×10的鋼管組成。為滿足運輸要求，在工廠制做成管桁架長度約17m，共計7片，整體運輸?shù)焦さ噩F(xiàn)場安裝。

2.3.2 腹桿的標(biāo)記及相貫線的制作

材料進(jìn)廠后按照施工圖紙及排料圖進(jìn)行下料，并在管件上標(biāo)示零件號，然后進(jìn)行卷管校圓。橫撐上的豎腹桿及斜腹桿需要進(jìn)行相貫線切割。主弦桿上各部位的豎腹桿、斜腹桿因上下弦桿拱度數(shù)值的差異而不同，各管節(jié)的相貫交線角度均有不同變化，不同標(biāo)記的管節(jié)兩端切口面的相貫線形狀相似而又?jǐn)?shù)值不同，故腹桿標(biāo)記工序尤其重要。

第一，在工廠內(nèi)可采用專用相貫線切割機(jī)進(jìn)行管線切割。

第二，按圖將相貫線坐標(biāo)放樣做樣板，在鋼管上按零件圖制作相貫線展開樣板。劃線前，將管放于平臺上，劃出管口兩端十字中心線，再用樣板對準(zhǔn)橫撐單管十字中心線，劃出相貫部位的切割線，劃線時長度放5mm焊切割量。若無相貫線切割機(jī)，可使用此方法。

第三，車間內(nèi)的相貫線采取手工切割，分2次進(jìn)行，先切割相貫線，并打磨除去切割邊的氧化碴等，再修割相貫部位趾部及側(cè)部焊接坡口打磨勻順，坡口角45～60°。

2.3.3 橫撐拼裝

在拼裝場地放地樣，1:1設(shè)置好地樣平臺，注意控制好坐標(biāo)與尺寸,將相貫線切割好的單管置于地樣平臺上拼焊。橫撐中一端與主弦管連接的接頭管組焊在主弦管上（若運輸困難，可先確定位置，工地焊接），其余在場內(nèi)放地樣拼焊成單元件。橫撐單元件應(yīng)做好標(biāo)識，運往工地現(xiàn)場安裝。

3 焊接操作

3.1 基本要求

第一，根據(jù)招標(biāo)文件的有關(guān)規(guī)定，進(jìn)行焊接工藝評定試驗。焊接工藝評定材質(zhì)要求與母材相符。

第二，評定項目說明:一是評定項目主要針對鋼管拱主拱管各種對接、鋼管之間相貫焊縫、鋼橫撐、拱腳接頭等重要焊縫；二是焊接工藝評定報告是編寫鋼管桁架拱肋焊接工藝指導(dǎo)書的依據(jù)；三是如果焊接材料、焊接方法、坡口形式等主要要素變更時，按《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》重新進(jìn)行評定；四是鋼管拱肋結(jié)構(gòu)制造時，依據(jù)焊接工藝指導(dǎo)書。

3.2 焊接材料

根據(jù)工程要求焊接材料需采用3種不同型號的焊絲焊條進(jìn)行焊接作業(yè)。分別是:

第一，采用直徑為5mm的H08MnA埋弧焊絲和HJ431型焊劑，用CO2氣體保護(hù)焊，使用GB/T12470-2003檢驗標(biāo)準(zhǔn)對焊接作業(yè)進(jìn)行檢驗。

第二，采用直徑為1.20mm的ER50-6氣保焊絲型焊絲，用手工電弧焊焊接工藝，使用GB/T8110-2008檢驗標(biāo)準(zhǔn)對焊接作業(yè)進(jìn)行檢驗。

第三，采用直徑為4mm的E5015型焊條，使用GB/T5118-1995檢驗標(biāo)準(zhǔn)對焊接作業(yè)進(jìn)行檢驗。

3.3 焊接方法

鋼管拱肋及橫撐等結(jié)構(gòu)部件制造、廠內(nèi)及工地焊接的焊接方法是:管節(jié)環(huán)縱縫焊接采用埋弧焊，CO2襯墊焊；平聯(lián)管、腹管焊接采用CO2半自動焊，手弧焊；工地焊接采用CO2襯墊焊；CO2半自動焊，手弧焊。定位焊CO2半自動焊、手弧焊。

3.4 卷制鋼管縱縫焊接

依據(jù)《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》，編制焊接工藝試驗評定大綱，通過試驗確定拱橋的焊接工藝。鋼管卷制完成后，在對接坡口的正面，采用CO2氣體保護(hù)焊打底焊接，焊接高度約為板厚的1/2,再用砂輪清理焊縫表面形成的藥皮，后用埋弧焊填充蓋面。為保證焊縫100%熔透，在管節(jié)內(nèi)側(cè)用砂輪鏟磨打底焊時未能熔透部位，直至露出焊縫金屬光澤，然后采用CO2氣體保護(hù)焊管內(nèi)鎖底焊接。

不允許任何焊縫留有氣孔，不允許縱向及橫向?qū)雍缚p留有咬邊，主要角焊縫的咬邊≤0.50mm，其他焊縫的咬邊≤1mm，連續(xù)長度≤100mm，且兩側(cè)咬邊總成不大于焊縫全稱的10%；主要角焊縫的焊腳尺寸，其他焊腳（手工角焊縫全長的10%允許）。角焊縫的焊波＜2.00（任意25mm范圍高低差）；對接焊縫余高≤2.00（焊縫寬b≤12）。

3.5 超聲波檢查

第一，超聲波檢查在焊完24h后檢查。所有對接接頭,進(jìn)行探傷比例為100%超聲波探傷，探傷長度為全長。有熔深要求的相貫線焊縫，探傷長度為全長。

第二，焊縫超聲波探傷范圍和檢驗等級要求應(yīng)符合《鋼結(jié)構(gòu)超聲波探傷及質(zhì)量分級法》的規(guī)定，其他要求應(yīng)符合現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)《鋼焊縫超聲波探傷方法和探傷結(jié)果分級》的規(guī)定。

第三，焊接是橋梁制造中的關(guān)鍵工序，焊接質(zhì)量的好壞直接決定著產(chǎn)品的質(zhì)量。焊接必須遵循《建筑鋼結(jié)構(gòu)焊接規(guī)程》等規(guī)范的要求，嚴(yán)格控制該工序中的每一個環(huán)節(jié)。

4 鋼管拱肋發(fā)運

4.1 車輛選擇

由于橋梁的運輸段長度在13m左右，最長不超過17.50m，重量不超過25t，因此選擇載重為35t，貨臺尺寸17500/13500×3000×1100mm，最小轉(zhuǎn)彎半徑為13500mm的牽引拖掛車。

4.2 裝載及捆綁措施

第一，捆綁加固材料:Φ18.50鋼絲繩、繩套、葫蘆、U形狀卡、塊狀毛氈和膠皮、加固工具等。

第二，要用行車或吊車進(jìn)行裝車。設(shè)備裝載后，設(shè)備的重心與平板車的中心在垂直的一條直線上。設(shè)備捆綁后，設(shè)備與平板車形成一個整體，不偏斜、不滑移、不傾覆。

第三，將鋼絲繩繩套分別套在平板車鋼架橫梁上及拱肋選擇好的加固點上,在鋼絲繩與拱肋接觸位置用厚毛氈包裹，以防止鋼絲繩收緊時把拱肋的加固點勒傷；在鋼絲繩與平板車接觸的棱角處用圓弧鋼進(jìn)行保護(hù)，防止鋼絲繩收緊時被棱角劃傷。

第四，桿件的交接號，要求用樣沖進(jìn)行標(biāo)記，標(biāo)記前用砂輪磨去鋼板表面的氧化皮顯露出金屬光澤后進(jìn)行打印，鋼印深度0.50～1mm，清淅明確；發(fā)運標(biāo)示，每節(jié)運輸段在一側(cè)端頭0.50m范圍之內(nèi)進(jìn)行噴涂標(biāo)示，根據(jù)發(fā)送件的大小選擇合適的漏字板及配套的漏字板數(shù)字進(jìn)行噴涂，噴涂字跡要清淅、美觀。

5 結(jié)語

根據(jù)大跨度鋼管混凝土拱橋主拱肋吊裝施工的特點，可以采用一次張拉扣定法施工，主拱肋一次安裝到位，經(jīng)過后續(xù)主拱肋扣掛施工，合攏時主拱肋線形可以達(dá)到期望設(shè)計線形。

[1]丁琦.大跨度拱橋拱肋吊裝仿真計算與抗震分析[D].蘭州交通大學(xué)，2006.

[2]范偉霞.鋼管混凝土拱橋施工過程力學(xué)特性分析與優(yōu)化[D].浙江大學(xué)，2006.

[3]蔡鵬.大跨徑系桿鋼拱橋安裝技術(shù)研究[D].南京林業(yè)大學(xué)，2012.