淺談鐵路連續(xù)梁拱橋鋼管拱施工技術(shù)

黃 強(qiáng)， 鄭 川， 范 兵

(中國水利水電第七工程局有限公司 第一分局，四川 彭山 620860)

1 概 述

深茂鐵路某跨越高速公路收費(fèi)站A、B、C匝道連續(xù)梁拱跨徑布置為(64.95+136+64.95)m，設(shè)計(jì)為先梁后拱的施工方案，即在梁體施工完成合攏后，在中跨梁體上136 m范圍采用支架法施工鋼管拱。拱肋采用鋼管混凝土結(jié)構(gòu)，計(jì)算跨度L=136 m，設(shè)計(jì)矢高f=27.2 m，矢跨比f/L=1∶5，拱軸線采用二次拋物線線型，設(shè)計(jì)拱軸線方程：Y=-1/170X2 +0.8X。拱肋采用等高度啞鈴型截面，截面高度2.8 m，拱肋弦管直徑為800 mm，由16 mm厚的鋼板卷制而成，弦管之間用δ=16 mm厚鋼綴板連接，兩榀拱肋間橫向中心距為11.1 m。

2 鋼管拱焊接技術(shù)

鋼管拱焊接采用二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊(FCAW)、埋弧焊(SAW)兩種焊接方式；接頭形式有對接和T接2種，試件主要采用16 mm厚Q345qD鋼板。

為了避免焊縫組織粗大而造成沖擊韌性下降，必須采用有效的焊接方法，其具體措施為：選用小直徑焊條、窄焊道、薄焊層、多層多道的焊接工藝。氣體保護(hù)焊單道焊根部焊道的寬度平焊時(shí)不大于10 mm，橫焊和仰焊時(shí)不大于8 mm，立焊時(shí)不大于12 mm；氣體保護(hù)焊和埋弧焊的填充焊道最大厚度不大于6 mm。

為保證焊接質(zhì)量，除應(yīng)正確選擇焊接方法和焊接材料外，執(zhí)行焊接工藝的一個共同特點(diǎn)就是控制焊接線能量。為防止冷裂紋傾向，應(yīng)限定焊接線能量的最低值；為保證接頭沖擊性能，應(yīng)規(guī)定焊接線能量的上限值。為了焊接工藝評定的數(shù)量，宜在焊接工藝評定時(shí)選擇實(shí)際焊接中可能出現(xiàn)的最大線能量。最大線能量評定合格后，在實(shí)際焊接中選用較小的線能量就無需重新進(jìn)行評定。

為了減小焊接產(chǎn)生的變形，要合理選擇焊接順序，焊接順序應(yīng)遵循先約束大部位，后約束小部位，焊接方向一致、多層同順序、兩側(cè)交替焊接、對稱施焊等原則。

3 鋼管拱制作技術(shù)

結(jié)合該橋的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，充分考慮制作、運(yùn)輸?shù)纫蛩?，總體制造分管拱肋和橫撐兩部分。管拱肋及橫撐制作流程如下：放樣→下料→零件加工→卷管→鋼管縱縫焊接→校圓→節(jié)段組裝→節(jié)段焊接→外觀及UT檢測→整體預(yù)拼→涂噴防銹油漆。

拱肋的制作采用以直代曲工藝，按圖搭設(shè)胎架，將多個短管放置在搭設(shè)好的胎架中對接成大節(jié)段，折點(diǎn)應(yīng)在計(jì)入預(yù)拱度的拱軸線上，放樣時(shí)應(yīng)使由于制作誤差引起的鋼管彎曲方向與拱軸的彎曲方向一致，以減少拱軸誤差。

在兩岸拱腳處的鋼管各開設(shè)一個壓漿孔，牢固焊接一段端口朝外的泵管，該泵管的型號與連接泵機(jī)的型號相同，以便于泵管的連接布置且必須加固焊接。將該段泵管另一端切一斜口，斜口朝上，插入鋼管半徑2/3處，且與鋼管軸線的夾角呈30°～45°。

在每根鋼管拱頂處應(yīng)設(shè)置一個隔倉板，并在距離拱頂隔倉板50～100 cm之間設(shè)置排漿管，排漿管尺寸為φ150×1 000 mm且與隔倉板設(shè)計(jì)的連接鋼筋錯開。排漿管與鋼管垂直方向呈一定夾角，避免排出的砂漿和混凝土污染鋼管。

4 鋼管拱支架法安裝施工技術(shù)

鋼管拱支架的搭設(shè)：A、B軸分別設(shè)置鋼管拱安裝臨時(shí)支架，采用4根φ180×8 mm鋼管柱，橫腹桿采用φ76×5 mm鋼管，斜腹桿采用φ89×5 mm鋼管，4根主鋼管和腹桿組成格構(gòu)柱。各格構(gòu)柱之間縱、橫支撐也采用上述材料制作。

鋼管拱節(jié)段的吊裝：鋼管拱節(jié)段按吊裝順序先后運(yùn)至橋面，然后用2臺70 t汽車吊在橋面上抬吊安裝。先從兩端拱底開始向拱頂按順序?qū)ΨQ吊裝每節(jié)段拱肋，最后進(jìn)行合攏段的架設(shè)施工，每一節(jié)段按照起吊→對位→臨時(shí)固結(jié)→調(diào)整線型→定位焊接→全面焊接的施工順序?qū)嵤?/p>

鋼管拱的施工拱軸線是二次拋物線。由于無法在拱肋的軸線上架設(shè)儀器，但拱肋上邊緣線與拱軸線的相對位置固定，所以采用通過測設(shè)拱肋上邊緣線的方法確定拱軸線，測量點(diǎn)的數(shù)據(jù)可以根據(jù)拱肋加工分段進(jìn)行計(jì)算。

在進(jìn)行拱肋拼裝時(shí)，拱肋加工和拼裝的誤差均比較小，鋼管拱肋的實(shí)測里程與設(shè)計(jì)里程之間雖然存在誤差，但其誤差較小，一般可以控制在3～5 cm以內(nèi)，在這樣的尺度內(nèi)，曲線的切線和曲線本身差別很小，在計(jì)算實(shí)測坐標(biāo)點(diǎn)至曲線的豎直距離時(shí)可以用過理論里程點(diǎn)的切線代替曲線進(jìn)行計(jì)算。用這種方法計(jì)算簡便、精度高，點(diǎn)位到曲線的高差dH和到切線的高差dH’差別很小，計(jì)算誤差可控制在0.1 mm以內(nèi)。

鋼管拱的受力較為復(fù)雜，通過在施工過程中對鋼管拱結(jié)構(gòu)進(jìn)行適時(shí)監(jiān)控，再根據(jù)監(jiān)測結(jié)果對施工過程中的控制參數(shù)進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整是完全必要的。監(jiān)測截面鋼管的應(yīng)力是隨拱肋分節(jié)段拼裝施工中自重荷載的增加而逐漸增加的，因此，應(yīng)力監(jiān)測是一個相對長期的跟蹤檢測過程，一般來講，只能采用長期、穩(wěn)定性好的鋼弦式應(yīng)變計(jì)進(jìn)行檢測。鋼弦式應(yīng)變計(jì)在拱肋節(jié)段吊裝之前先將其安裝到檢測部位，并由儀器讀取初始值，施工過程中，每一個階段因自重荷載增加而產(chǎn)生的檢測截面應(yīng)力增量再由儀器在各施工階段讀取，由此產(chǎn)生的應(yīng)力時(shí)間歷程曲線反映了與各施工階段荷載相關(guān)的應(yīng)力變化曲線。

5 鋼管拱混凝土灌注

鋼管拱混凝土灌注采用頂升泵送的施工工藝，灌注時(shí)拱橋前后兩端及左右兩側(cè)對稱同步進(jìn)行。弦管內(nèi)混凝土采用一級泵送，腹腔內(nèi)混凝土采用二次泵送。首先澆筑上弦管混凝土，待上弦管混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度90%后再澆筑下弦管混凝土，待下弦管混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度90%后最后再澆筑腹腔混凝土。

頂升混凝土應(yīng)遵循勻速對稱，慢送低壓的原則，兩臺固定泵的壓注速度應(yīng)盡量保持一致，確保兩端混凝土同時(shí)壓注，其頂面高差不大于1 m。必須加強(qiáng)混凝土運(yùn)輸車輛的調(diào)度，盡量避免停頓時(shí)間，以保持壓送的暢通及連續(xù)性。

混凝土采用微膨脹混凝土，灌注時(shí)在拱肋兩端左右側(cè)同時(shí)采用四臺混凝土輸送泵將混凝土連續(xù)不斷地自下而上壓入鋼管拱內(nèi)，直至管頂排氣管冒出混凝土使管內(nèi)混凝土密實(shí)為止。

6 鋼管拱吊桿的施工

吊桿索采用PES(FD)7-109型低壓力拉索(平行鋼絲束)，其間距為9 m。吊桿采用規(guī)OVM1ZM7-109(Ⅰ)型系統(tǒng)。吊桿張拉前，吊桿錨固端需安裝并測試光纖光柵壓力環(huán)及配套數(shù)據(jù)監(jiān)控軟件。每套吊桿錨具組件含球形螺母、球形墊板、上下振蕩器、擋板、防水罩及保護(hù)罩。為改善彎曲應(yīng)力對吊桿疲勞性能的影響，吊桿鋼絲束在進(jìn)入錨具區(qū)域時(shí)，在錨具的構(gòu)造中應(yīng)添加導(dǎo)向填充箱，從而保證鋼絞線在錨具部分處于嚴(yán)格的平行狀態(tài)。

在系梁及拱肋施工時(shí)注意預(yù)埋吊桿預(yù)留孔、錨頭鋼筋及螺旋鋼筋預(yù)埋件等。在鋼管混凝土澆注完成后，精確測量上錨墊板頂面標(biāo)高，由設(shè)計(jì)單位確定實(shí)際下料長度。同時(shí)，上錨頭預(yù)留長度調(diào)整差，交由專業(yè)廠家下料并及時(shí)安裝吊桿與錨具。

在拱肋混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)值要求后，采用千斤頂在拱肋頂單端張拉吊桿，按設(shè)計(jì)順序張拉。

7 結(jié) 語

連續(xù)梁拱橋近年來在我國橋梁施工中得到了廣泛應(yīng)用，而鋼管拱是連續(xù)梁拱橋的主要受力結(jié)構(gòu)。因此，在鋼管拱施工過程中，需要制定合理的施工工藝來確保鋼管拱的施工質(zhì)量。目前我國對鋼管拱的技術(shù)研究還處于一種較落后的狀態(tài)，因此需要我們在施工過程中不斷地學(xué)習(xí)借鑒，同時(shí)

要勇于創(chuàng)新，研究出更新、更合理的施工工藝，為連續(xù)梁拱橋的發(fā)展做出貢獻(xiàn)。