大跨徑鋼管拱加工與現場預拼施工
發布時間：2010-01-14 共2頁
摘 要： 介紹主跨208 m秭歸龍潭河大橋鋼管拱的加工制作、現場預拼和空中對焊等施工技術。
關鍵詞： 鋼管混凝土結構；拱橋；橋梁制造；施工方法
1 前 言
鋼管混凝土拱橋的發展與應用在我國僅有十余年的歷史，但發展很快，已遍及全國廣大地區，目前已經建成的就達20余座，在建的也有20余座。這主要是因為鋼—混凝土組合材料的優越性決定的。關于鋼管拱肋的加工、拼裝和成拱工藝，對此類結構的施工技術、施工規范、質檢和監理程序與指標、施工定額及管理等方面的研究和經驗雖然有所積累，但仍不多見。廣泛交流施工經驗，研究制定和完善該類橋梁統一可行的規范規程，探討其施工經濟技術指標，是目前建造此類橋梁急待解決的課題之一。本文結合秭歸龍潭河大橋的施工實踐，主要對鋼管拱加工與現場預拼施工工藝和技術作簡要介紹，以期能拋磚引玉，供同仁參考。
2 工程概況
秭歸龍潭河大橋位于湖北省秭歸縣，是三峽工程秭歸移民區交通復建工程蒲(莊河)文(化)公路上的一座特大橋。全長280.40m，孔跨布置為(20+20+208+20) m，橋幅布置為凈-9 m+2×1.0m人行道。橋型總體布置見圖1。該橋由鐵道部專業設計院設計，湖北省公路建設總公司(湖北省路橋公司)施工。
本橋主跨為208 m的中承式鋼管混凝土拱橋，主拱為雙肋桁式無鉸拱，矢高40.530 m，矢跨
比1/4.935。拱軸線采用以懸鏈線為基礎的三次樣條曲線。變截面主拱肋上下弦管中心間距拱腳處為4.439 m，拱頂處為2.2m。兩條主拱肋橫橋向中心距為11.60
m，單條主拱肋橫截面構造見圖2。全跨共設11道橫撐和6道X形撐，且均為空鋼管構成的桁式梁。每條鋼管拱分19節段加工制作、預拼和空中焊接。每節段一般長度為12 m(拱腳段14.4 m，合龍段4.297 m)，重量為20～30 t。全橋鋼管拱總重928 t，其中主拱管重785t，橫撐(X形撐)重128 t，其余約15 t。主拱架設采用纜索吊裝法施工，最大設計吊裝重量為30 t。
3 鋼管拱工廠加工制作
鋼管拱的加工制作和現場安裝質量直接決定著橋梁的功能和使用壽命。因此，應選擇有資質、有能力、有經驗和有條件的生產廠家在工廠內加工制作。當工廠內拼裝場地和運輸條件受到限制時，也可以選擇工廠加工與現場預拼相結合的辦法。
3.1 選材
鋼材質量是鋼管質量的基礎。本橋設計采用16Mn、16Mnq、A3鋼材，其機械性能和化學成分指標應符合文獻［6］的標準。施工采用武鋼生產的優質鋼材。由監理工程師和施工單位負責人對每批進場的鋼材作質量檢查，驗證出廠合格證書和材質試驗報告單。其它焊接加工材料應滿足設計和文獻［3］中的要求。
3.2 鋼管卷制
根據施工圖設計線形、座標表、預拱度表等文件資料，在工廠內預拼臺座上將鋼管拱(包括主拱管、綴板、腹桿、斜撐、橫撐和X形撐)以1：1比例放出施工大樣，量取各構件的設計下料尺寸，并對部分單元構件制作紙樣。然后對主拱管2.0 m設計基本管節進行卷制。基本管節必須是整塊鋼板沿鋼板壓延方向卷制而成，采用半自動氧割機下料、滾床卷板機卷制。卷制前，應根據設計和規范要求將與鋼管縱縫和環縫相對應的板邊分別開好坡口，采用縱向氧吹雙面坡口。縱縫在設置的專用夾具上分3次焊接。成形的鋼管，要采用糾圓機整體校圓。在無應力狀態下管口橢圓度控制在3mm誤差以內。
3.3 焊接
焊接施工以文獻［3］的規定為標準。焊縫均按設計要求全部做超聲波探傷檢查和X射線抽樣檢查(抽樣率大于5%)。焊縫質量應達到二級質量標準的要求。焊接施工前，必須做焊接工藝試驗評定，可參照文獻［4］附錄15-2的要求進行。通過試驗評定，確定各鋼材焊接所需合理的焊條、焊劑、電流、電壓、焊接方式及速度和焊縫的層數、平焊、立焊、仰焊的運條手法等，確定溫度影響對構件幾何尺寸及變形形態的影響程度，制定合理的焊接工藝與工藝規程，指導實際生產。基本管節制作時，在卷制成管后先用手工電焊打底，然后焊接管內4.5 mm厚，再用自動電焊機對管外自動焊接。 縱縫略高于母材1～2 mm。制作主拱管12.0 m安裝節段時，在加工胎架上先進行平面放置組裝。胎架在豎直面內按施工拱軸線起拱。胎架長度不小于30m，用于鋼管對接、上綴板和下綴板的組裝焊接。鋼管對接時，縱縫布置相互錯開，環縫分布與管軸線嚴格垂直。環縫采用人工電焊打底，自動電焊成形。焊縫經檢驗合格后才進行綴板焊接。單啞鈴形鋼管拱構件制作時，先焊接桁拱拱軸線內側的綴板，然后焊接其處側的綴板。在施工內側綴板之前，須先將外側綴板安裝到位并手工電焊打底和定位。焊接過程中應注意胎架及構件自身的臨時剛性定位和對稱交錯施焊，防止結構變形，減少初應力影響。
3.4 腹桿、橫撐(X形撐)單件制作
根據廠內1：1比例放樣及紙樣，結合焊接工藝試驗評定參數，進行φ400×10 mm腹桿、φ500×12 mm橫撐(及X形撐)、φ299×8 mm橫聯撐桿和隔板等構件的放樣與下料。本橋所有鋼管構件均在工廠卷制成型。
3.5 防腐處理
全橋鋼結構在出廠前均采用長效復合防護涂層技術進行防腐處理。處理方案為：1～3號節段噴砂等級為國標Sa3級，4～10號節段噴砂等級不低于Sa2.5級；防腐結構1～3號節段第1層為200 μm熱噴鋅，第2層為75 μm SZ-1G無機富鋅，第3層為30 μm SA-1面漆，第4層為20 μm 881聚胺脂飾鋅面漆；防腐結構4～10號節段第1層為100 μm熱噴鋅，第2層為30 μm SZ-1G面漆，第3層為20 μm聚胺脂鋁粉裝漆(注：1～3號節段將被三峽工程庫區蓄水淹沒)。
構件經運輸進場、現場預拼、起吊安裝及最終成拱之后，對運輸和施工過程中被損傷的防護層，應進行現場防護處理，確保鋼管拱在25～30年內不受腐蝕(30年后應進行第2次防腐處理)。
3.6 半成品構件的運輸與存放
由于該橋鋼管拱安裝節段外形尺寸和安裝重量均很大，這給工廠制作后的運輸問題帶來較大困難。該橋地處中低山區，水陸交通不便，施工環境較差。大型構件從武漢至香溪走水路很方便，但從香溪港起吊上岸，轉運現場困難較大。大橋所在的新建蒲文公路，兩岸引道尚未施工。設備、材料和鋼管拱構件進場，只能依靠沿龍潭河南坡新修的施工便道。因此，通過與鋼管拱生產廠家、交通部第二航務工程局第六工程公司協商，并征求業主、監理和設計等方同意，最后決定將原定方案中要求在工廠預拼的工作量轉移到施工現場進行。在工廠內將原材料依設計與施工要求加工成半成品的組合單元構件，并作長效防腐處理之后，再運入現場完成剩下的整體桁式拱結構的預拼焊接成型工作。如此出廠的構件一般為12 m長、重約8.35 t的單啞鈴形鋼管拱分片和組拼用單元桿件。
根據施工安裝順序，統一對全橋鋼管拱各半成品構件進行順序編號、標記和存放。在轉運、堆放過程 中，嚴防構件被碰撞、擠壓而變形或損傷。
關鍵詞： 鋼管混凝土結構；拱橋；橋梁制造；施工方法
1 前 言
鋼管混凝土拱橋的發展與應用在我國僅有十余年的歷史，但發展很快，已遍及全國廣大地區，目前已經建成的就達20余座，在建的也有20余座。這主要是因為鋼—混凝土組合材料的優越性決定的。關于鋼管拱肋的加工、拼裝和成拱工藝，對此類結構的施工技術、施工規范、質檢和監理程序與指標、施工定額及管理等方面的研究和經驗雖然有所積累，但仍不多見。廣泛交流施工經驗，研究制定和完善該類橋梁統一可行的規范規程，探討其施工經濟技術指標，是目前建造此類橋梁急待解決的課題之一。本文結合秭歸龍潭河大橋的施工實踐，主要對鋼管拱加工與現場預拼施工工藝和技術作簡要介紹，以期能拋磚引玉，供同仁參考。
2 工程概況
秭歸龍潭河大橋位于湖北省秭歸縣，是三峽工程秭歸移民區交通復建工程蒲(莊河)文(化)公路上的一座特大橋。全長280.40m，孔跨布置為(20+20+208+20) m，橋幅布置為凈-9 m+2×1.0m人行道。橋型總體布置見圖1。該橋由鐵道部專業設計院設計，湖北省公路建設總公司(湖北省路橋公司)施工。
本橋主跨為208 m的中承式鋼管混凝土拱橋，主拱為雙肋桁式無鉸拱，矢高40.530 m，矢跨
比1/4.935。拱軸線采用以懸鏈線為基礎的三次樣條曲線。變截面主拱肋上下弦管中心間距拱腳處為4.439 m，拱頂處為2.2m。兩條主拱肋橫橋向中心距為11.60
m，單條主拱肋橫截面構造見圖2。全跨共設11道橫撐和6道X形撐，且均為空鋼管構成的桁式梁。每條鋼管拱分19節段加工制作、預拼和空中焊接。每節段一般長度為12 m(拱腳段14.4 m，合龍段4.297 m)，重量為20～30 t。全橋鋼管拱總重928 t，其中主拱管重785t，橫撐(X形撐)重128 t，其余約15 t。主拱架設采用纜索吊裝法施工，最大設計吊裝重量為30 t。
3 鋼管拱工廠加工制作
鋼管拱的加工制作和現場安裝質量直接決定著橋梁的功能和使用壽命。因此，應選擇有資質、有能力、有經驗和有條件的生產廠家在工廠內加工制作。當工廠內拼裝場地和運輸條件受到限制時，也可以選擇工廠加工與現場預拼相結合的辦法。
3.1 選材
鋼材質量是鋼管質量的基礎。本橋設計采用16Mn、16Mnq、A3鋼材，其機械性能和化學成分指標應符合文獻［6］的標準。施工采用武鋼生產的優質鋼材。由監理工程師和施工單位負責人對每批進場的鋼材作質量檢查，驗證出廠合格證書和材質試驗報告單。其它焊接加工材料應滿足設計和文獻［3］中的要求。
3.2 鋼管卷制
根據施工圖設計線形、座標表、預拱度表等文件資料，在工廠內預拼臺座上將鋼管拱(包括主拱管、綴板、腹桿、斜撐、橫撐和X形撐)以1：1比例放出施工大樣，量取各構件的設計下料尺寸，并對部分單元構件制作紙樣。然后對主拱管2.0 m設計基本管節進行卷制。基本管節必須是整塊鋼板沿鋼板壓延方向卷制而成，采用半自動氧割機下料、滾床卷板機卷制。卷制前，應根據設計和規范要求將與鋼管縱縫和環縫相對應的板邊分別開好坡口，采用縱向氧吹雙面坡口。縱縫在設置的專用夾具上分3次焊接。成形的鋼管，要采用糾圓機整體校圓。在無應力狀態下管口橢圓度控制在3mm誤差以內。
3.3 焊接
焊接施工以文獻［3］的規定為標準。焊縫均按設計要求全部做超聲波探傷檢查和X射線抽樣檢查(抽樣率大于5%)。焊縫質量應達到二級質量標準的要求。焊接施工前，必須做焊接工藝試驗評定，可參照文獻［4］附錄15-2的要求進行。通過試驗評定，確定各鋼材焊接所需合理的焊條、焊劑、電流、電壓、焊接方式及速度和焊縫的層數、平焊、立焊、仰焊的運條手法等，確定溫度影響對構件幾何尺寸及變形形態的影響程度，制定合理的焊接工藝與工藝規程，指導實際生產。基本管節制作時，在卷制成管后先用手工電焊打底，然后焊接管內4.5 mm厚，再用自動電焊機對管外自動焊接。 縱縫略高于母材1～2 mm。制作主拱管12.0 m安裝節段時，在加工胎架上先進行平面放置組裝。胎架在豎直面內按施工拱軸線起拱。胎架長度不小于30m，用于鋼管對接、上綴板和下綴板的組裝焊接。鋼管對接時，縱縫布置相互錯開，環縫分布與管軸線嚴格垂直。環縫采用人工電焊打底，自動電焊成形。焊縫經檢驗合格后才進行綴板焊接。單啞鈴形鋼管拱構件制作時，先焊接桁拱拱軸線內側的綴板，然后焊接其處側的綴板。在施工內側綴板之前，須先將外側綴板安裝到位并手工電焊打底和定位。焊接過程中應注意胎架及構件自身的臨時剛性定位和對稱交錯施焊，防止結構變形，減少初應力影響。
3.4 腹桿、橫撐(X形撐)單件制作
根據廠內1：1比例放樣及紙樣，結合焊接工藝試驗評定參數，進行φ400×10 mm腹桿、φ500×12 mm橫撐(及X形撐)、φ299×8 mm橫聯撐桿和隔板等構件的放樣與下料。本橋所有鋼管構件均在工廠卷制成型。
3.5 防腐處理
全橋鋼結構在出廠前均采用長效復合防護涂層技術進行防腐處理。處理方案為：1～3號節段噴砂等級為國標Sa3級，4～10號節段噴砂等級不低于Sa2.5級；防腐結構1～3號節段第1層為200 μm熱噴鋅，第2層為75 μm SZ-1G無機富鋅，第3層為30 μm SA-1面漆，第4層為20 μm 881聚胺脂飾鋅面漆；防腐結構4～10號節段第1層為100 μm熱噴鋅，第2層為30 μm SZ-1G面漆，第3層為20 μm聚胺脂鋁粉裝漆(注：1～3號節段將被三峽工程庫區蓄水淹沒)。
構件經運輸進場、現場預拼、起吊安裝及最終成拱之后，對運輸和施工過程中被損傷的防護層，應進行現場防護處理，確保鋼管拱在25～30年內不受腐蝕(30年后應進行第2次防腐處理)。
3.6 半成品構件的運輸與存放
由于該橋鋼管拱安裝節段外形尺寸和安裝重量均很大，這給工廠制作后的運輸問題帶來較大困難。該橋地處中低山區，水陸交通不便，施工環境較差。大型構件從武漢至香溪走水路很方便，但從香溪港起吊上岸，轉運現場困難較大。大橋所在的新建蒲文公路，兩岸引道尚未施工。設備、材料和鋼管拱構件進場，只能依靠沿龍潭河南坡新修的施工便道。因此，通過與鋼管拱生產廠家、交通部第二航務工程局第六工程公司協商，并征求業主、監理和設計等方同意，最后決定將原定方案中要求在工廠預拼的工作量轉移到施工現場進行。在工廠內將原材料依設計與施工要求加工成半成品的組合單元構件，并作長效防腐處理之后，再運入現場完成剩下的整體桁式拱結構的預拼焊接成型工作。如此出廠的構件一般為12 m長、重約8.35 t的單啞鈴形鋼管拱分片和組拼用單元桿件。
根據施工安裝順序，統一對全橋鋼管拱各半成品構件進行順序編號、標記和存放。在轉運、堆放過程 中，嚴防構件被碰撞、擠壓而變形或損傷。
