钢管混凝土拱桥的钢管拱肋施工关键技术

于 明

（中铁十六局集团路桥工程有限公司，北京 101500）

钢管拱肋是桥梁中的关键受力结构，但在杆件加工期间易出现温度变形、焊接收缩等质量问题，因此需兼顾组装、焊接等各环节的施工技术，提出相适应的质量控制标准，在正确施工技术的引导下制作成型。

1 工程概况

郭屋村东江特大桥为赣深铁路中的重要桥梁工程，上部采取钢管混凝土拱+预应力混凝土连续梁相结合的方式。钢管拱计算跨径180 m，矢跨比1/5，矢高36 m，形成呈二次抛物线形态的拱轴线。相邻拱肋间增设8 道K 型横撑以达到增强稳定性的效果，拱肋中心距设为11.9 m，钢管连接均选择相贯焊接方式，接头处增设钢环以保证其稳定性。

2 钢管拱的加工制作

在指定加工厂内按照设计图纸加工制作钢管拱。钢管拱共包含4 部分，其中拱脚、拱肋为主体结构，增设横撑杆件和斜撑杆件以达到加强效果。钢管拱整体的制作工艺首先需通过工艺评定试验后进行下料，再将钢管及其它零件加工，标记涂装后制作完毕，具体详细工艺流程见图1。

全桥拱肋由15 个节段共同组成，施工制作时应当控制好各节长度及重量，具体要求见表1。

表1 拱肋分节长度及节段重量表

3 拱肋施工

本桥采取平面制作成型的方式，钢拱曲线呈二次抛物线线型，为使各节段组装后形成的整体结构具有线条流畅的特点，要确定拱肋施工放样坐标值，以此为依据合理放样，配套稳定性较好的专用胎架，作用在于维持拱肋的稳定性，以免发生扭曲现象。

3.1 专用胎架制作

拱肋为本桥重要组成部分，形态呈哑铃型，在制作时必须严格控制好精度，需制作1∶2 跨平面成型胎架，要求胎架具有较好的刚度表现，尤为关键的是胎架基线和外形控制点两处的设置，可通过水准仪和全站仪相结合的方式校验。

3.2 拱肋平面成型

拱肋制作各环节存在的误差将逐步积累从而形成大范围误差，不利于施工作业的顺利推进。为避免此问题，必须调整好对接接头的位置，需要与地面大样处的对接位置保持一致，参考预先设置在胎架地面大样处的位置，在全站仪设备的辅助下引测到上下弦杆处，以保证吊杆、横撑安装位置的准确性。上弦钢管置于定位胎架上，根据实际情况调整钢管水平中径外皮边线，使其与地样线重合，满足此条件后再固定上弦钢管。下腹板的拼装工作需在胎架上完成。在拼装下弦钢管时，此部分与下腹板紧密贴合，在尺寸、位置均与标准相符后则点固焊下腹板。每个单节均被视为独立的拼装单元，安装至指定位置后通过垂线检验，拱肋结构平面装配到位后便可施焊[1]。

组装胎架是重要的施工装置，于该处完成单元管节平面组装作业，形成完整的整体，保证钢管拱焊接、拼装质量。

3.3 钢管拱加工制作质量控制

挑选合适的钢管拱原材料，要求种类、尺寸等方面都与现行行业规范相符。加强对材料质量的检验，全方位审核各类质量证明文件，并通过抽样检验的方式掌握相应批次的材料质量，不达标材料不可进场。焊条、焊丝等为辅助施工材料，其质量既要与国家相关规定相符，又要与母材适配。此外，安排专员参与到场内预制的质量监督工作中。加强对各环节的质量控制，主要从如下几点入手。

1）放样控制。利用计算机放样，根据材料使用要求编写数控程序，在其驱动下准确下料，形成尺寸合理的材料，以便给现场拼装等相关环节的施工创造良好条件。①做好技术交底，放样人员深入学习施工图纸，明确具体操作要点并核对构件的质量情况，如尺寸精度、连接处是否达标等；②全程采取计算机放样的方式，可保证作业精度；③结束放样作业后首先由施工人员自检，再由专业检验人员做全方位检验[2]。

2）号料质量控制。①施工人员熟悉工艺要求，以下料单等文件为依据正确号料；②加强对母材质量的检验，在结构完整的前提下方可号料，否则需及时矫正；③标记基准线和控制点，不可损伤钢板，该处不允许出现任何划线痕迹。

3）切割质量控制。①做好切割前的准备工作，清理残留在母材上的各类杂质，如油污、铁锈等；严格控制切割工艺，经过施工作业后要保证气割表面足够光滑，并打磨剪切边；②清理切割溶渣；③完成火焰切割作业后及时检查各零件的尺寸，并做好信息标注（构件号、零件号），无误后委托质检员进一步检验，满足要求方可进入下道工序；④采取数控切割的方式，保证切割精度；以施工中的钢材形状要求为依据，选择合适的切割方法；形成的切口截面要具有光滑、平整的特点，缺棱不超过1 mm，所有毛刺要得到有效的清理。

4）坡口加工。①工具选型：以铣边机较为合适，或采用半自动割刀；②坡口加工过程中要严格控制检验精度，坡口加工的检验精度有以下2 种组合：坡口角度 Δa、坡口钝边 Δb，允许偏差为 Δa=±2.5 °，Δb=±1.0 mm，见图 2；坡口角度 Δa，允许偏差 Δa=±2.5 °，见图 3。

5）矫正、打磨。①以机械设备为主要工具，在常温状态下完成钢材的矫正工作；②对于热矫正作业，期间应加强对母材的保护，以免材料受损，全程做好温度的监测与控制工作；③合理加工构件的自由边角，施工中各处都要形成2 mm 的倒角，否则易出现土层开裂现象。

6）部件组装。①检查零件的基础信息，如编号、尺寸等，各项指标均满足要求后方可组装；②利用胎架完成组装作业，保证胎架的强度和刚度都要满足要求；③严格遵循工艺流程，有序做好各环节的构件组装作业，加强对焊缝30 mm 范围内的清理，该处不可出现铁锈等杂物残留现象[3]；④经过组装作业后，部分隐蔽部位存在涂装难度大的问题，因此需在组装前完成该处的涂装作业；⑤选择高精度的钢卷尺用于检验，所用钢卷尺应得到二级以上计量部门的鉴定。此外，需考虑总包单位施工人员所用钢卷尺的实际情况，两者在型号上应尽可能保持一致。

7）钢管拱厂内涂装。结束厂内加工作业后，需组织专业人员检验钢结构的质量情况，重点考虑的是焊缝处，必须对其采取超声波探伤技术，全面检验每处焊缝；还需组织X 射线检测，抽样率为所有焊缝总量的10%或更多，必须满足一级焊缝要求。经过检验后，若各项指标都完全满足要求，此时即可进入到涂装环节，大部分工作都在厂内完成，如底漆、中间漆的涂装。

4 结语

钢管混凝土拱桥是我国桥梁建设领域较为典型的桥型，钢管拱肋作为关键的受力构件，在施工中必须加强质量控制，应深入到预制、拼装、焊接等各环节之中。大量工程实例表明，钢结构质量问题最为关键的成因在于焊接是否到位，因此在钢管拱肋施工中需要高度注重对焊接质量的控制，按照规范完成各环节施工，施工单位自检后再由专业人员检验。此外，在保证焊接质量的同时还要顾及其他环节的施工质量要求，制得质量合规的钢管拱肋，使其能够有效应用于桥梁施工中。