某鋼管混凝土拱橋拱肋施工技術(shù)

　　摘要：結(jié)合江西省萍鄉(xiāng)市鵝湖橋的施工實(shí)踐，從拱肋制作、管內(nèi)混凝土施工及鋼管防銹等方面介紹了鋼管混凝土拱肋施工技術(shù)及應(yīng)該注意的問(wèn)題，對(duì)其他類(lèi)似工程具有參考價(jià)值。 

　　關(guān)鍵詞：鋼管混凝土；拱肋；施工；技術(shù) 
　　 
　　1　前言 
　　 
　　最早將鋼管混凝土應(yīng)用于拱橋結(jié)構(gòu)之中的是1937年的前蘇聯(lián)。1990年，中國(guó)第一座鋼管混凝土拱橋，跨徑110m的四川旺蒼東河大橋建成。由于鋼管混凝土拱橋具有材料強(qiáng)度高、施工方便、造型美觀(guān)等優(yōu)點(diǎn)，鋼管混凝土拱橋在我國(guó)得以迅速發(fā)展。 

　　鋼管混凝土拱肋是鋼管混凝土拱橋施工中重要的內(nèi)容和施工質(zhì)量控制的關(guān)鍵，一般應(yīng)由較強(qiáng)鋼結(jié)構(gòu)加工能力的單位完成，土建施工單位配合施工。本文結(jié)合萍鄉(xiāng)市鵝湖橋的工程實(shí)踐，介紹了鋼管混凝土拱肋的施工技術(shù)及應(yīng)該注意的問(wèn)題。 

　　鵝湖橋?yàn)榭鐝?0m的下承式鋼管混凝土系桿拱橋，是一座跨萍水河的城市橋梁，由于下承式拱橋的造型特征，該橋成為萍鄉(xiāng)市的一道重要景觀(guān)。本橋鋼管拱肋由萍鄉(xiāng)市機(jī)械廠(chǎng)加工。 
　　 
　　2　鋼管拱肋制作 
　　 
　　2．1　鋼管拱肋制作工序 

　　本橋拱肋鋼管在混凝土地坪上，放整拱大樣焊接組裝。制作工序如下： 

　　鋼板下料、切割、倒坡口→用卷板機(jī)卷管→在專(zhuān)用夾具上校正成型，焊接成管→檢查和校正失圓度，保證組裝精度→畫(huà)線(xiàn)切割，倒角度→定位和組裝作節(jié)段焊接→焊隔倉(cāng)板，開(kāi)混凝土澆注及振搗孔→焊接頭加勁肋和連接裝置等→預(yù)制件移位→作觀(guān)測(cè)標(biāo)志。 

　　每一吊裝段分三段制作，以便翻身焊接鋼管，組合腹板，在地槽上進(jìn)行吊裝段組合焊接，按預(yù)制組裝好的半拱作預(yù)拼，并檢查組合精度。 
　　 
　　2．2　鋼管拱肋制作要求 

　　拱肋鋼結(jié)構(gòu)制造工藝除應(yīng)符合TBl0212－98的要求外，鋼管拱肋及相應(yīng)橫撐補(bǔ)充以下規(guī)定。 

　　鋼管制作補(bǔ)充要求。 

　　1)卷管方向應(yīng)與鋼板壓延方向一致，卷制鋼管前應(yīng)根據(jù)要求將板端開(kāi)好坡口。焊縫按TBl0212－98的要求進(jìn)行檢查，焊縫質(zhì)量應(yīng)達(dá)到TBl0212－98的超聲波探傷內(nèi)部質(zhì)量I級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，焊縫外觀(guān)質(zhì)量也應(yīng)滿(mǎn)足TBl0212－98的要求。 

　　2)本橋采用螺旋縫埋弧焊鋼管。管端嚴(yán)格放樣，注意考慮拱肋預(yù)拱度的影響；鋼管整體校圓可在卷板機(jī)上進(jìn)行，也可在夾具上進(jìn)行：局部校圓則用已制作好的弧形樣板內(nèi)襯鋼管，對(duì)不密貼處按TBl0212－98進(jìn)行矯正：鋼管彎曲按TBl0212－98第4.3條執(zhí)行。 

　　3)坡口可采用機(jī)加工或精密切割，坡口尺寸應(yīng)按照設(shè)計(jì)圖、并由焊接工藝確定。腹桿與弦桿端頭的坡口按圖1進(jìn)行加工。鋼管與鋼管對(duì)接的坡口按圖2進(jìn)行加工。 

　　拱肋分段組裝補(bǔ)充要求。 

　　1)桁片劃分及編號(hào)：各桁片要分別編號(hào)，桁片的長(zhǎng)度可由實(shí)際管料規(guī)格、加mm藝等因素綜合考慮，原則上各桁片段段口應(yīng)避開(kāi)吊桿孔及腹桿接頭位置。 

　　2)分段的劃分：每個(gè)分段由若干上弦桁片、下弦桁片和腹桿組成，每一分段為一吊裝節(jié)段。 

　　3)桁片內(nèi)鋼管的對(duì)接：每個(gè)分段可先在模架上對(duì)接成整體。對(duì)接時(shí)各節(jié)鋼管的焊縫位置錯(cuò)開(kāi)150mm以上，并且置于平聯(lián)板空腔內(nèi)。焊接和焊接檢驗(yàn)按TBl0212－98進(jìn)行，焊縫質(zhì)量應(yīng)達(dá)到TBl0212－98的超聲波探傷內(nèi)部質(zhì)量l級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，焊縫外觀(guān)質(zhì)量應(yīng)滿(mǎn)足TBl0212－98的要求。 

　　3)連接鋼板焊接：上、下鋼管及吊桿處吊點(diǎn)的所有連接鋼板與鋼管間的焊縫推薦采用埋弧焊，焊接和焊接檢驗(yàn)要求同桁片內(nèi)鋼管的對(duì)接。 

　　4)圓管接頭的焊接：主拱拱肋弦桿與腹桿等的接頭采用部分焊透對(duì)接焊縫，焊縫按TBl0212—98的要求進(jìn)行檢查，焊縫質(zhì)量應(yīng)達(dá)到TBl0212—98的超聲波探傷內(nèi)部質(zhì)量II級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。 

　　5)分段組裝：分段組裝應(yīng)在組裝工作平臺(tái)上進(jìn)行，工作平臺(tái)按半拱豎向預(yù)拼設(shè)置。組裝前應(yīng)對(duì)工作平臺(tái)進(jìn)行檢驗(yàn)，工作平臺(tái)胎架與樣板的線(xiàn)形應(yīng)吻合，誤差不大于3mm。  [Page]
　　 
　　3　鋼管拱肋制作精度 
　　 
　　依據(jù)設(shè)計(jì)要求及TBl0212—98有關(guān)條款，由鋼結(jié)構(gòu)制造單位制定相應(yīng)的工藝檢查卡片供監(jiān)理檢查，各種工藝評(píng)定試驗(yàn)報(bào)告還應(yīng)由業(yè)主確認(rèn)。本工程中對(duì)TBl0212－98允許偏差補(bǔ)充如下。 
　　 
　　3．1　焊接鋼管單元的矯正 
　　目前按制作工藝，一般在形成構(gòu)架單元前的鋼管應(yīng)事先進(jìn)行矯形對(duì)接焊，管單元的焊接變形也需要矯正。其矯正允許偏差：彎曲度：f≤L/100且f≤8mm；橢圓度：f/d≤3/1000 
　　 
　　3．2　溫度對(duì)結(jié)構(gòu)制作及拼裝精度的影響 

　　采用級(jí)50m鋼卷尺放樣，標(biāo)準(zhǔn)校準(zhǔn)溫度180c，拉力98N，測(cè)量數(shù)據(jù)應(yīng)考慮溫度的影響。 
　　 
　　3．3　結(jié)構(gòu)平面組裝精度 

　　根據(jù)本橋的特點(diǎn)，結(jié)構(gòu)平面組裝精度受節(jié)段制作精度累積的影響： 

　　1)節(jié)段單元控制精度：接頭錯(cuò)位(鉆孔處)：σ≤1mm；鉆孔直徑偏差：±0～0.5mm(φ24孔) 

　　2)試拼裝幾何精度：節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)：±2.5×節(jié)段數(shù)(mm)；試裝長(zhǎng)度：±2.0×節(jié)段數(shù)(mm)；接頭錯(cuò)位(鉆孔處)：σ≤1.0mm；直線(xiàn)度：≤±8.0(mm)。 
　　 
　　3．4　結(jié)構(gòu)施工精度 

　　1)鋼板卷圓與樣板的偏差：f≤±1.0mm；樣板的偏差：±0.3mm 

　　2)鋼管橢圓度：f/D≤311000 

　　3)鋼管端部不平度：f/D≤1/500且f≤3mm 

　　4)弦管組合誤差：d/b≤1/1000：拱肋寬度誤差：±3mm 

　　5)腹桿組合誤差：△/L≤1/1000；豎腹桿中心距誤差：±3.0mm 

　　6)板件局部翹曲：f≤2.0mm 

　　7)拱肋高度偏差：±3.0mm 

　　8)拱肋節(jié)段斷面扭曲偏差：△≤1 mm/m：節(jié)段最大不超過(guò)：5mm；節(jié)段斷面對(duì)角線(xiàn)誤差±4.0mm；拱肋節(jié)段L(m)旁彎：(3+0.1L)mm：拱肋節(jié)段弧線(xiàn)與理論弧線(xiàn)差：±3mm；安裝時(shí)各拱肋節(jié)段接縫錯(cuò)位：不大于1.5mm 

　　9)吊桿孔水平間距誤差：±3mm 

　　10)拱軸線(xiàn)長(zhǎng)度誤差：△≤20mm 

　　11)吊裝合龍后橫向偏位：±10mm 

　　12)吊裝合龍后豎向偏位：±15mm 

　　13)吊桿長(zhǎng)度偏差：±10mm 
　　 
　　4　鋼管拱肋煨彎及安裝 
　　 
　　4．1鋼管煨彎 

　　根據(jù)本橋的具體情況，拱肋鋼管加熱煨彎采用紅外線(xiàn)陶瓷電加熱技術(shù)。 

　　1)鋼管煨彎準(zhǔn)備 

　　在鋼管拱肋的拼裝平臺(tái)(或計(jì)算機(jī))上放出拱肋大樣，合理確定各根主弦管煨彎節(jié)段長(zhǎng)度。分節(jié)時(shí)要綜合考慮各設(shè)計(jì)的長(zhǎng)度情況，使各節(jié)段的長(zhǎng)度接近。 

　　對(duì)每一分節(jié)弦管建立獨(dú)立的坐標(biāo)系，量取其拱度，按確定的鋼管超彎量對(duì)托架進(jìn)行設(shè)計(jì)。 

　　鋼管煨彎所要求的溫度范圍根據(jù)交通部《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》的規(guī)定：熱矯溫度應(yīng)控制在600－800℃，矯正后鋼材溫度應(yīng)緩慢冷卻。  [Page]

　　2)鋼管煨彎胎座加工 

　　為方便鋼管在煨彎完成后吊運(yùn)至拱肋拼裝平臺(tái)進(jìn)行拼裝，宜將彎管胎座與拼裝平臺(tái)布置于同一制作場(chǎng)內(nèi)，使場(chǎng)地龍門(mén)吊的吊運(yùn)范圍能覆蓋整個(gè)拼裝平臺(tái)和彎管胎座上方。 

　　3)鋼管煨彎設(shè)備： 

　　(1)加熱設(shè)備：每套設(shè)備由一臺(tái)主控箱連接三個(gè)加熱箱構(gòu)成。 

　　(2)保溫設(shè)備：在加熱箱兩側(cè)的一定長(zhǎng)度范圍內(nèi)給鋼管包裹上厚度為3cm左右的玻璃棉；而在管內(nèi)，將玻璃棉綁貼在鋼絲網(wǎng)上，做成既有一定剛度又有一定彈性的、與鋼管內(nèi)壁密貼的保溫管(筒兩端也封上玻璃棉)，保溫筒的長(zhǎng)度應(yīng)能覆及連續(xù)三個(gè)鋼管加熱環(huán)帶。 

　　(3)頂壓設(shè)備及輔助工件：頂壓設(shè)備采用手搖螺旋式千斤頂。螺旋式千斤頂具有行程容易準(zhǔn)確控制的特點(diǎn)，可根據(jù)不同的速度要求施加或停止施加頂壓力。 

　　(4)輔助設(shè)施：鋼管煨彎過(guò)程中還要結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)特點(diǎn)配備一些必要的輔助設(shè)施，如千斤頂操作平臺(tái)、加熱箱吊運(yùn)架、防雨篷等。 

　　4)鋼管煨彎加熱、壓彎程序： 

　　(1)加熱環(huán)帶的布置：根據(jù)所需煨彎鋼管的拱度資料，調(diào)整好各定型托架，然后將直鋼管吊運(yùn)至彎管胎座上正確就位，安裝好各反力架和千斤頂。利用兩端千斤頂將鋼管調(diào)整至水平。此時(shí)，鋼管只與胎座中央最高的一個(gè)托架接觸。兩千斤頂?shù)牧δ苁逛摴芊€(wěn)定即可，不宜過(guò)大。 

　　(2)加熱程序：鋼管的煨彎順序?yàn)閺墓苤邢蚬芏酥饌€(gè)環(huán)帶進(jìn)行。先從管中往一端煨彎，完成后再將加熱箱移至另一側(cè)，從管中往另一端煨彎。 

　　(3)壓彎時(shí)機(jī)的掌握及壓彎量的控制：加熱后，鋼材的溫度由原有值逐漸升高，鋼材的塑性應(yīng)變?cè)龃?；然而?50℃左右，鋼材反而會(huì)變脆(這種現(xiàn)象稱(chēng)為“藍(lán)脆”)，應(yīng)注意不要在此溫度下進(jìn)行加工，以防鋼材出現(xiàn)裂紋。 
　　 
　　4．2　鋼管拱肋安裝 

　　經(jīng)試拼、檢驗(yàn)合格后的拱肋節(jié)段，可運(yùn)至橋位處起吊安裝。 

　　本橋采用三段龍門(mén)吊吊裝工藝，吊裝順序?yàn)閺墓澳_至拱頂。為了確保吊裝調(diào)整拱肋過(guò)程中不增加次內(nèi)力，拱肋吊裝合龍時(shí)拱腳為軸鉸，等調(diào)整拱軸線(xiàn)滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求后，再封固拱腳鉸形成無(wú)鉸拱。本橋吊裝安裝為常規(guī)方法，在此不再敘述。 
　　 
　　5　拱肋及系桿安裝中橫向穩(wěn)定性的控制 
　　 
　　在系桿和拱肋安裝完畢后的施工中，要隨時(shí)注意維護(hù)已完成結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，特別是橫向穩(wěn)定性，因?yàn)殡S著施工荷載的不斷增加，對(duì)結(jié)構(gòu)的總體穩(wěn)定要求也就相應(yīng)提高。如果僅有臨時(shí)橫向纜風(fēng)繩，不夠安全，為此應(yīng)設(shè)法提高結(jié)構(gòu)自身的穩(wěn)定性。系桿拱的橫向穩(wěn)定理論說(shuō)明，對(duì)橫向穩(wěn)定有利的主要因素是主拱肋間的橫撐。為了發(fā)揮這個(gè)因素作用，就應(yīng)科學(xué)地安排后序施工順序，使設(shè)計(jì)中對(duì)橫向穩(wěn)定有利的桿件優(yōu)先安裝或澆筑，以盡早發(fā)揮作用。例如：要先安裝肋間橫撐，澆筑部分中橫梁后，再考慮預(yù)應(yīng)力束的張拉，根據(jù)工程要求，若需提前張拉系桿，可在系桿間設(shè)置臨時(shí)橫撐，臨時(shí)橫撐數(shù)量必須依橋長(zhǎng)而定?？傊?，要均能起到增強(qiáng)橫向穩(wěn)定的作用，保證結(jié)構(gòu)橫向穩(wěn)定性的提高速度超過(guò)施工荷載的增加速度。 
　　 
　　6　管內(nèi)混凝土施工 
　　 
　　管內(nèi)砼按單拱對(duì)稱(chēng)進(jìn)行，先下管內(nèi)砼達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的80％后再泵送腹板及上管內(nèi)砼，盡量保證整體結(jié)構(gòu)對(duì)稱(chēng)施工。 

　　管內(nèi)混凝土采用流態(tài)微膨脹混凝土，混凝土緩凝時(shí)間不小于6小時(shí)，要求水灰比不大于0.45，采用0.5－3cm粗骨料及中粗砂，坍落度不小于15cm。 

　　鋼管內(nèi)混凝土采用頂升壓注法施工，其頂升工藝流程為：準(zhǔn)備工作(機(jī)械設(shè)備、材料、人員到位)→壓注水泥砂漿→連續(xù)壓注混凝土→間歇→壓注混凝土→關(guān)閉進(jìn)料閘閥→拆除固定泵至另一片拱肋。 

　　混凝土壓注完畢以后，對(duì)整個(gè)鋼管拱混凝土質(zhì)量進(jìn)行全面敲擊檢查，聲音沉而啞者，表明混凝土充填飽滿(mǎn)。對(duì)有異常段進(jìn)行超聲波無(wú)損檢測(cè)，當(dāng)鋼管拱肋混凝土與拱壁剝離間隙超過(guò)3mm時(shí)，采用鉆孔壓入水泥漿的方法進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)處理，然后將鉆孔處用電焊補(bǔ)焊封固。 

　　本工程在整個(gè)灌注過(guò)程中，僅上游上弦管發(fā)生了堵管，其余均較順利。經(jīng)過(guò)超聲波對(duì)鋼管內(nèi)混凝土灌注密實(shí)度檢測(cè)，拱頂段均有3－5mm的脫空，經(jīng)壓注水泥漿補(bǔ)灌后檢測(cè)，鋼管內(nèi)混凝土飽滿(mǎn)度較好，基本達(dá)到要求。 
　　 
　　7　鋼管防銹方案 
　　 
　　本橋設(shè)計(jì)噴涂鋁鎂合金的主要工藝為：采用噴砂除銹預(yù)處理后，熱噴涂200－250um鋁鎂合金(LF2)，再以鋅磺環(huán)氧酯底漆作封閉(H06－2)，外涂裝采用氯化橡膠面漆，封閉及外涂裝涂層厚度各按2度計(jì)，共100um左右，設(shè)計(jì)有效防腐年限可在30年以上。 

　　涂層檢驗(yàn)要求如下。 

　　1)表面處理檢驗(yàn) 

　　除銹等級(jí)達(dá)到Sa3級(jí)，粗糙度達(dá)到Rz40－80um。噴砂除銹后工件表面應(yīng)干燥、無(wú)灰塵、無(wú)油污、無(wú)氧化皮、無(wú)銹跡。 

　　2)各涂層外觀(guān)和厚度檢查 

　　熱噴鋅層應(yīng)外觀(guān)均勻，不允許有豐收皮、鼓泡、大熔滴、裂紋、掉塊和漏噴等缺陷。 

　　3)各涂層附著力檢驗(yàn)：按GB9794－88標(biāo)準(zhǔn)，采用劃格法檢查。涂層附著力應(yīng)在涂層工藝試驗(yàn)中完成，一般在后期可不再做。 

　　整體涂裝后的檢驗(yàn)方法如下。 

　　(1)外觀(guān)檢驗(yàn)：肉眼檢查，所有工件100％進(jìn)行，施工時(shí)認(rèn)真記錄，監(jiān)理單位抽查。 

　　(2)厚度檢驗(yàn)：采用磁性測(cè)厚儀檢查，所有工件100％進(jìn)行，施工時(shí)記錄，監(jiān)理單位抽查。對(duì)表
面積大于2m2的工件，每件測(cè)十處，每處測(cè)三點(diǎn)取平均值記錄；表面積小于2m2的工件，每件測(cè)五處，每處測(cè)三點(diǎn)，取平均值記錄。各處測(cè)量值的總平均值在規(guī)定厚度的95％以上，最低值在規(guī)定厚度的85％以上為合格。 

　　(3)附著力檢驗(yàn)不作為每個(gè)工件的日常必檢項(xiàng)目。監(jiān)理單位可根據(jù)情況在不同施工階段或認(rèn)為必要時(shí)，要求某批工件進(jìn)行一定數(shù)量的抽查，并記入施工記錄。 
　　 
　　8　結(jié)語(yǔ) 
　　 
　　鋼管混凝土拱肋是鋼管混凝土拱橋施工中重要的內(nèi)容和施工質(zhì)量控制的關(guān)鍵。本文結(jié)合江西省萍鄉(xiāng)市鵝湖橋的施工實(shí)踐，從拱肋制作、管內(nèi)混凝土施工及鋼管防銹等方面介紹了鋼管混凝土拱肋施工技術(shù)及應(yīng)該注意的問(wèn)題，對(duì)其他類(lèi)似工程具有參考價(jià)值。

　 原作者： 陳建華
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