特大橋系桿拱拱肋施工安裝及質量控制的應用

陳 坤 上海鐵路局合肥鐵路樞紐工程建設指揮部

1 工程概況

合肥鐵路樞紐南環線跨包河大道特大橋全長2.184 km，共72 跨。其中跨合寧高速公路包河收費站采用1-128 m 下承式系桿拱拱橋。系梁全長132 m，計算跨度128 m，橋面寬17.8 m，拱高25.6 m。該拱橋是南環線跨包河大道特大橋重點控制性工程。

2 系桿拱特大橋橋系組成

(1)系梁：系梁全長132 m，計算跨度128 m,為單箱三室預應力整體箱形梁，橋面箱寬17.8 m、梁高2.5 m。采用C50 混凝土澆筑。

(2)拱腳：拱腳順橋向8.0 m 范圍內設成實體段，橫橋向寬度由17.8 m 過渡增至18.8 m，拱腳混凝土分兩次現澆，第一次澆筑前，將拱肋鋼管、加勁鋼材等安放到位，二期恒載施工后第二次澆筑混凝土。

(3)拱肋：提籃式拱肋，計算跨度128 m，矢跨比為f/l=1/5，拱肋平面內矢高25.6 m。拱肋橫截面采用啞鈴形鋼管混凝土截面布置，鋼管直徑為1 200 mm。拱肋兩鋼管間用δ=16 mm鋼板連接成腹板。拱肋在橫橋向內傾9°形成提籃式，拱頂處兩肋中心距8.19 m，拱腳處兩肋中心距16.2 m。鋼管內填充C55 無收縮混凝土。

(4)吊桿：全橋設54 根吊桿，采用尼爾森體系布置，吊桿順橋向水平夾角52.39°～71.18°，橫橋向水平夾角為81°；每根吊桿采用127 根φ7 高強低松弛鍍鋅平行鋼絲束，冷鑄鐓頭錨，采用PES 低應力防腐索體，外包不銹鋼防護。吊桿張拉端設置于拱肋端，吊桿內設磁通量傳感器，以便對施工過程及后期吊桿應力長期監測。

(5)橫撐：兩拱肋間設五道橫撐，拱頂處設1 道“X”型撐，拱頂至兩拱腳間設4 道“K”型橫撐。其內外表面均需作防腐處理。

(6)支座：全橋設四個37 500 kN 的球形鋼支座，由2 個單向活動支座和1 個多向活動支座及1 個固定支座組成。

(7)橋面系及檢查設備：橋面系布置等同本橋所處區段標準布置形式，人行道板下鋪設通信、信號電纜。拱肋上部設檢查人行步梯和護欄。

3 總體施工方案

系梁采用先梁后拱的順序施工。系梁施工用由鋼管、貝雷梁和工字鋼等組合而成的支架法現澆，澆筑完成后，先張拉系梁第一批鋼絞線，后在系梁頂面搭設安裝拱肋作業臨時支架。拱肋混凝土用4 臺砼地泵自拱腳向拱頂一次壓注成型；混凝土壓注完成后，安裝并張拉吊桿后張拉系梁剩余部分鋼絞線，最后一次落架成橋。

4 鋼管拱肋施工與質量控制

4.1 拱肋總體施工工藝

拱肋分節段在工廠加工焊接和整體預拼裝。拱肋中心弧長140.78 m，拱肋節段除拱腳預埋節段外，按七個階段進行加工拼裝，每個節段加工數量為：拱腳節段加工4 節段，第一拱段（1#、7#）、第二拱段（2#、6#）、第三拱段（3#、5#）各加工4節，第四拱段（合攏段4#）加工2 節。詳見圖1、表1。

圖1 拱肋分節段示意圖

表1 拱肋節段加工單元構件

4.2 拱肋節段技術指標

（見表2）

表2 拱肋節段主要技術指標

4.3 鋼管拱肋制作工藝

拱肋鋼管軸線折線成弧，根據施工圖繪制鋼構件放樣圖和焊接工藝流程圖。其工藝流程為：號料→切割→邊緣加工“V”型坡口→卷管→焊縫（超聲波檢測及X 射線拍片）→矯圓→拼接（焊接對接焊縫、超聲波檢測及X 射線拍片）→組裝（超聲波檢測、X 射線拍片檢查）→試拼（含橫撐試拼裝）→防腐涂裝（含弦管、綴板及封端）→運輸→安裝。鋼管拱肋制作工藝見圖2。

圖2 鋼管拱肋制作工藝圖

4.4 鋼管拱肋制作質量控制

(1)所有卷管縱縫、對接環縫均為溶透焊縫，采用自動焊;焊接處鋼構件應進行熱處理，以消除焊接熱應力產生的硬化和脆性。

(2)對所有全溶透焊縫要進行100%超聲波檢測并作不少于10%的X 射線拍片檢查，對T 型焊縫及超聲波檢測有疑問之處，應以100%的X 射線拍片；焊縫質量、焊縫返修及焊縫修磨達到《鋼結構工程施工質量驗收規范》的一級焊縫要求，強度與母材等強，高度he=s，余高c 應趨于零。

(3)拱肋鋼結構及橫撐外表面要二次噴砂除銹，精度Sa3，粗糙度Rz 40～80 μm；涂刷水性無機富鋅防銹底漆2 道80 μm，棕紅云鐵環氧中間漆1 道40 μm，氟碳面漆2 道60 μm。

(4)鋼結構內不灌注砼時，涂裝前用清洗劑清洗內表面；鋼結構內要灌注砼時，出廠前用清洗劑清洗內表面。

5 鋼管拱肋安裝與質量控制

5.1 臨時支架搭設

利用已施工完后的系梁作為吊裝平臺，用2 臺50 t 吊車作為起重設備。在系梁面每節拱肋節點處搭設由4 根φ518×10 鋼管立柱組成的“井”字形的臨時支架，作為拱肋安裝平臺，同時在支架側面用型鋼焊接施工平臺提供焊接空間。

5.2 鋼管拱肋總體安裝順序

每一分段按照起吊→對位→臨時固結→調整線型→定位焊接→調整線型→正式焊接合攏的順序安裝。從兩端拱腳依次對稱按預拼編號1#-7#、2#-6#、3#-5#順序吊裝拱段，最后進行合攏段4#的安裝。

5.3 鋼管拱肋節段及橫撐安裝

起吊第一拱段，使后端落在拱腳上,拱肋拱腳間設臨時鉸鏈。根據拱肋平面方程計算出空間位置坐標點，用全站儀跟蹤測量定位拱肋中心線，確保線型準確。利用千斤頂調整拱段前端標高符合監控指令值。測調拱段中心線至橋軸線距離誤差在監控指令范圍內，對稱復測第一節段線型，臨時焊接拱腳接頭焊縫；再對稱安裝第二節段，調整拱肋線型至設計標高，安裝臨時定位撐，對稱“K”橫撐安裝；同樣對稱安裝第三節段并對稱“K”橫撐安裝。校核、調整拱肋各接頭點標高至設計標高。最終對稱第四節段即合攏段“X”橫撐的安裝。拱肋與橫撐組合見圖3。

圖3 拱肋與橫撐組合圖

5.4 鋼管拱肋合攏段安裝

精確測量3#和5#節段凈間距→對合攏段長度切割修正→提升就位→安裝環向對接內襯圈→安裝臨時鋼釘→臨時固結→焊接合攏；安裝標準環向內襯圈,將拱肋兩端頭破口5～8 cm 長，2 cm 寬的4 道縫，用16 mm 厚鋼板制作的臨時鋼釘打入拱肋破口縫內；合攏段起吊到位后，兩端用50 kN 手動葫蘆和緊線器輔助調整弦管對接處在順橋軸線方向的位置。通過收放手動葫蘆和緊線器，精調合攏段線型指標，經設計和監理單位同意認可后，在氣溫變化前接頭處用臨時鋼釘鎖定后，對環向對接焊縫手工焊接合攏段。

5.5 鋼管拱肋安裝質量控制

(1)安裝溫度控制在14～20 ℃之間。實測合攏段因加工安裝誤差和溫差的影響，需現場進行切割長度修正，并加工好對接環縫焊接坡口。

(2)拱肋全部安裝就位后，對拱軸線進行復測調整至設計要求，經驗收合格后依次從拱腳向拱頂兩側對稱焊接各拱肋的環向接縫，每個環焊縫設三個工作面，焊接速度保持一致。

(3)安裝中的焊接應嚴格按照強度、彎曲、沖擊、硬度、金相試驗項目評定參數施焊。所有的全熔透焊縫均要求進行100%超聲波探傷，并抽取至少10%焊縫進行射線探傷。

(4)安裝中采取的質量控制為：鋼結構預埋件定位誤差的補償；設置鋼管拱可調定位工裝；拱管兩端事先焊裝好定位碼板；設置焊接收縮補償量；采用對稱焊接作業等保證措施。

6 結束語

跨包河大道特大橋系桿拱拱肋成功施工安裝工程實例得到以下幾點啟示：嚴格按“標準化工序”施工是保證項目成功建設的根本基礎；質量檢測監控和安全措施落實是項目順利實施的可靠保證；各參建單位群策群力是工程成功建設的有力保障。為類似橋梁建設提供了豐富的施工經驗，起到一定的借鑒和指導作用。