南河钢管砼系杆拱桥钢管拱肋的加工与控制

摘 要：本文通过介绍南河钢管砼系杆拱桥，重点阐述了钢管拱肋的加工与控制要求，意在为同类桥梁的施工提供参考。
　　关键词：钢管砼　拱桥　拱肋　施工控制
　　1、前言
　　钢管砼结构是将混凝土填充到钢管内形成的一种组合结构，兼有钢结构和砼结构的特点，有效的发挥砼和钢材的力学特性，并利用钢管的环箍作用，大大提高结构的抗压能力和抗变形能力。钢管砼系杆拱桥造形美观、结构严谨、受力科学、经济合理，近年来在公路、城市桥梁建设中被广泛采用。但由于其技术含量高、工艺严格、工序繁多、施工难度大，因此，认真总结此类桥梁的施工和管理经验，对今后的设计、施工、管理有实际指导意义。本文以南河桥为例，简要谈谈其钢管拱肋的加工制作和施工控制。
　　2、工程概况
　　南河桥位于江苏省溧阳市西侧，为新建国道主干线南京至杭州高速公路上跨南河的一座特大型桥梁，全长659.44m.技术标准：设计荷载汽－超20、挂－120；桥面净宽为净－2×15.25m；航道等级为规划5级；净空标准为50.0×5.0m；地震烈度为基本烈度7°。
　　南河桥主跨为下承式预应力砼系杆拱结构，采用刚性系梁刚性拱，计算跨径126.28m，拱轴线为二次抛物线，矢高25.256m，矢跨比为1∶5.拱肋采用哑铃型钢管砼，上下钢管外径110cm，钢管与腹板壁厚1.4cm，内充40号微膨胀混凝土。风撑采用K型，由外径110cm和80cm钢管焊接组成。全桥共设4片拱肋、6对风撑、38片中横梁和76根吊杆。
　　3、钢管拱肋加工
　　3.1、主要工艺流程
　　原材料检验→放样→下料→加工→装配与焊接→火工微弯→节段组装与腹板焊接→吊杆相关部（附）件组装→焊接过程检测→排气、排浆孔设安→拱肋预拼装→涂装防锈。
　　3.2、加工方案要点
　　节段划分：为便于吊装，拱肋钢管分段制作。本桥结合现场吊装能力，每片拱肋划分为2个拱脚预埋段和7个中间吊装段，K型风撑每个为一段。
　　制作方法：采用卷板机将钢板卷制成圆管；装配焊接成6m和17m左右拱肋管及设计基本长度的风撑管；上下拱肋管采用火工微弯方法形成设计轴线，其后在设定专用胎架上完成定位、焊接和节段组装；各风撑管节段在另外平面胎架上完成组装。
　　大接头余量加放：为保证各步施工方案和工艺都能满足设计要求，达到规定的偏差精度，上下拱肋管大接头加放80mm余量，该余量节段组装时保留，只在分段计算长度处作出正作线。焊接补偿量加放：考虑节段组装时，腹板焊接将使各拱肋节段上下管的距离受到影响，可沿径向线方向加放5mm作为焊接补偿，以保证设计几何尺寸。
　　标记线：标明拱肋管0℃和180℃径向线，作为火工、节段组装、检验的标记线。
　　安装标示：为便于工地安装，在拱肋预拼装前，通过径向线与站号线测定，标明各接头在工地安装时的控制点，做出标记，涂装时采取一定的保护措施。
　　3.3、施工控制要点
　　（1）依据设计文件提供的相关验收规范、工艺要求，编制出各工序的具体验收项目与标准。
　　（2）放样应保证所有配套表、套料卡、下料草图的正确性与完整性，标明后续工序的样板、样棒的角度、尺寸、名称、数据等。
　　（3）所有零部件的下料须报检，超差零件不得流入下道工序；火焰切割零件须清渣、打磨处理，产生热变形的均须矫正后方可使用。
　　（4）坡口边缘直线度及角度应符合公差要求。
　　（5）工装胎架应具有足够刚度，以控制结构变形，应对胎架中心线、定位基准线、辅助线等作必要标记。
　　（6）所有装配不得强制进行，避免母材损伤，严格对线安装并控制好间隙，焊接完成后应及时矫正。
　　（7）严格控制拱肋管火工温度，严禁用水冷却。
　　（8）制订出周密的专业性测量工艺，检测仪器须经计量部门检验合格，操作时考虑环境的影响。
　　（9）健全安全保障措施。
　　4、关键工序
　　4.1　焊缝焊接
　　焊接是一项专业性、规范性较强的工作，在钢结构工程施工中十分重要，因此，在本桥钢管拱肋加工中作为重点全程监控。
　　4.1.1　焊前准备
　　施工技术部门要依据设计文件，参考有关标准、规范、规程，制订焊接工艺原则，明确焊接方法、工艺措施、质量标准和验收规范等。本桥拱肋钢管焊接方法有手工电弧焊、CO2气体保护焊、埋弧自动焊。
　　工艺评定：焊接工艺评定是钢结构制造的根据，施工单位必须结合工程实际完备工艺评定文件，并作为竣工文件存查。根据对接、搭接、T形接头的焊缝形式，确定相应焊接方法，不得随意改换。

　　焊前处理：焊接所有构件的坡口内及正、反面25mm范围，应按要求清理，去除表面油、锈、氧化皮和尘污等，处理干净后方可焊接，陶质衬垫必须按操作细则施工。
　　生产试板：为确保焊缝质量，南河桥拱肋结构均设生产试板，试板与相应焊缝同材料、同厚度、同坡口、同轧制方向，并按相应技术标准做机械性能试验，保证其参数符合规范要求。制订《生产试板评定工艺》，对目的、适用范围、参考标准、工艺内容作出明确规定，以确保焊缝焊接质量。
　　4.1.2　焊接要求
　　工厂焊缝：南河桥拱肋钢管制作、装配时，其纵缝、环缝均采用v型坡口，单面焊接双面成形，反面（管内）贴陶质衬垫。焊缝填充工艺分四道，采用CO2气体保护焊打底填充两道，埋弧自动焊填充一道、盖面一道。纵缝焊接的起止端分别安装引弧板和熄弧板，坡口型式与纵缝相同。环缝焊接采用滚动胎架，以俯焊方式焊接。每道工序焊缝焊接应一次完成，因故停焊又续焊时，不得从母材上引弧，必须将引弧处气刨或打磨成1∶4斜坡搭接，搭接长度不少于50mm.
　　工地安装：工地安装均采用手工电弧焊接，风撑与拱肋、风撑间相贯线、节段对接均采用对称焊。拱肋合拢段，在定位后，须待符合设计合拢温度时，方可焊接。
　　4.1.3　焊缝质量检验
　　南河桥焊缝等级要求达到GB50205的I级焊缝要求。焊缝外观质量要求成形美观、整齐，尺寸符合设计和工艺要求，做到无裂纹、无气孔、无夹渣、无焊瘤、无弧坑等焊接缺陷。其内在质量要求在焊接完成24小时后，按焊缝长度的100％做超声波检测，10％做X射线探伤检查。
　　4.2　节段线型加工
　　拱肋节段是形成拱轴线的基本单元，其线型取决于节段拱肋管的火工微弯。火工微弯方法是火工加外力形成设计曲线。根据设计拱轴线方程，用计算机计算确定各分段上下拱肋钢管所有控制点的坐标，作为微弯与测控的依据，并编制具体验收标准工艺文件。
　　实施步骤：设计建造模型胎架→标明其纵、横中心线及辅助线→确定胎架上各站线位置，准确安装施加外力的支撑与设备→拱肋钢管就位，设置平面坐标→划出加热带→分带加热施加外力。
　　控制要点：
　　（1）确保上胎架的待弯钢管定位正确，即钢管径向线及其中心线应与胎架纵向中心线及中线相吻合；
　　（2）加热应从两端向中部对称进行；
　　（3）外力施加点要对称合理，加压要逐步、适量；
　　（4）特别强调压力和温度的协调控制；
　　（5）加热带应避开环缝位置，约定带宽可依实际适当调整；
　　（6）要随时观察、测量拱轴线的坐标，控制傍弯。
　　4.3　拱肋预拼
　　拱肋成型是否符合设计线型是成桥的关键，因此，拱肋节段制作完成后，须通过预拼对其跨径、拱轴线、水平度（拱轴线横向偏移）及吊杆位置准确性进行全面检查，为工地吊装做好准备。南河桥拱肋工厂预拼采用卧式整片预拼方案。
　　预拼方式：完全按照节段工地吊装顺序，由拱脚预埋段开始，自两端对称进行，合拢段保留节段制作余量（待工地安装时切除），其它节段均切除制作余量（仅保留环缝间隙余量）。
　　控制要点：
　　（1）选择具有足够刚性的平面场地、空间，配备相应吊装设备、胎架工装等。
　　（2）检测仪器送专门计量单位校验。
　　（3）按编制好的预拼工艺制订预拼方案。
　　（4）按预拼方案进行预拼，妥善保管预拼测量数据，并采取一定措施保护好预拼控制点，以备安装时使用。
　　通过工厂预拼，检测了拱肋节段的加工精度，最大限度的消除了拱肋节段的加工偏差，完成了工地吊装的各项准备工作。