鋼管混凝土拱橋的鋼管拱肋施工關鍵技術

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鍵受力結構，但在桿件加工期間易出現溫度變形、焊接收縮等質量問題，因此需兼顧組裝、焊接等各環節的施工技術，提出相適應的質量控制標準，在正確施工技術的引導下制作成型。

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+預應力混凝土連續梁相結合的方式。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的拱軸線。相鄰拱肋間增設8 道K 型橫撐以達到增強穩定性的效果，拱肋中心距設為11.9 m，鋼管連接均選擇相貫焊接方式，接頭處增設鋼環以保證其穩定性。

2 鋼管拱的加工制作

在指定加工廠內按照設計圖紙加工制作鋼管拱。鋼管拱共包含4 部分，其中拱腳、拱肋為主體結構，增設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 個節段共同組成，施工制作時應當控制好各節長度及重量，具體要求見表1。

表1 拱肋分節長度及節段重量表

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，為使各節段組裝后形成的整體結構具有線條流暢的特點，要確定拱肋施工放樣坐標值，以此為依據合理放樣，配套穩定性較好的專用胎架，作用在于維持拱肋的穩定性，以免發生扭曲現象。

3.1 專用胎架制作

拱肋為本橋重要組成部分，形態呈啞鈴型，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，尤為關鍵的是胎架基線和外形控制點兩處的設置，可通過水準儀和全站儀相結合的方式校驗。

3.2 拱肋平面成型

拱肋制作各環節存在的誤差將逐步積累從而形成大范圍誤差，不利于施工作業的順利推進。為避免此問題，必須調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，參考預先設置在胎架地面大樣處的位置，在全站儀設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，根據實際情況調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，拱肋結構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平面組裝作業，形成完整的整體，保證鋼管拱焊接、拼裝質量。

3.3 鋼管拱加工制作質量控制

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

1）放樣控制。利用計算機放樣，根據材料使用要求編寫數控程序，在其驅動下準確下料，形成尺寸合理的材料，以便給現場拼裝等相關環節的施工創造良好條件。①做好技術交底，放樣人員深入學習施工圖紙，明確具體操作要點并核對構件的質量情況，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，可保證作業精度；③結束放樣作業后首先由施工人員自檢，再由專業檢驗人員做全方位檢驗[2]。

2）號料質量控制。①施工人員熟悉工藝要求，以下料單等文件為依據正確號料；②加強對母材質量的檢驗，在結構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，該處不允許出現任何劃線痕跡。

3）切割質量控制。①做好切割前的準備工作，清理殘留在母材上的各類雜質，如油污、鐵銹等；嚴格控制切割工藝，經過施工作業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完成火焰切割作業后及時檢查各零件的尺寸，并做好信息標注（構件號、零件號），無誤后委托質檢員進一步檢驗，滿足要求方可進入下道工序；④采取數控切割的方式，保證切割精度；以施工中的鋼材形狀要求為依據，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以機械設備為主要工具，在常溫狀態下完成鋼材的矯正工作；②對于熱矯正作業，期間應加強對母材的保護，以免材料受損，全程做好溫度的監測與控制工作；③合理加工構件的自由邊角，施工中各處都要形成2 mm 的倒角，否則易出現土層開裂現象。

6）部件組裝。①檢查零件的基礎信息，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，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，有序做好各環節的構件組裝作業，加強對焊縫30 mm 范圍內的清理，該處不可出現鐵銹等雜物殘留現象[3]；④經過組裝作業后，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；⑤選擇高精度的鋼卷尺用于檢驗，所用鋼卷尺應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，兩者在型號上應盡可能保持一致。

7）鋼管拱廠內涂裝。結束廠內加工作業后，需組織專業人員檢驗鋼結構的質量情況，重點考慮的是焊縫處，必須對其采取超聲波探傷技術，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節，大部分工作都在廠內完成，如底漆、中間漆的涂裝。

4 結語

鋼管混凝土拱橋是我國橋梁建設領域較為典型的橋型，鋼管拱肋作為關鍵的受力構件，在施工中必須加強質量控制，應深入到預制、拼裝、焊接等各環節之中。大量工程實例表明，鋼結構質量問題最為關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量的控制，按照規范完成各環節施工，施工單位自檢后再由專業人員檢驗。此外，在保證焊接質量的同時還要顧及其他環節的施工質量要求，制得質量合規的鋼管拱肋，使其能夠有效應用于橋梁施工中。