劉興焱

摘要：隨著交通量的不斷增長(zhǎng)，超大跨徑鋼管混凝土拱橋在不斷興起。文章以平南三橋?yàn)閷?shí)例，介紹了超大跨徑鋼管混凝土拱肋加工的施工流程以及加工制造關(guān)鍵技術(shù)，供同類橋梁參考借鑒。

關(guān)鍵詞：鋼結(jié)構(gòu);焊接;匹配制造;關(guān)鍵技術(shù)

中圖分類號(hào)：U448.22⁺2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.13282/j.cnki.wccst.2020.11.011

文章編號(hào)：1673—4874（2020）11—0039-04

0引言

鋼管混凝土拱橋是以鋼管為拱圈外壁，在鋼管內(nèi)澆注混凝土，使其形成由鋼管和混凝土組成的拱圈結(jié)構(gòu)。由于鋼管的重量輕、剛度大，方便吊裝，可以作為拱圈施工的勁性骨架，加之鋼管本身就是模板，這些優(yōu)點(diǎn)給大跨度拱橋施工創(chuàng)造了十分有利的條件。鋼管混凝土拱橋端面尺寸較小，結(jié)構(gòu)感輕巧。由于有上述優(yōu)點(diǎn)，再加上拱橋建筑造型優(yōu)美，在一定跨度內(nèi)，較其他類型橋梁造價(jià)低，使鋼管混凝土拱橋在全國各地很快得到推廣應(yīng)用和迅速發(fā)展，并隨著數(shù)量的增多，跨徑與規(guī)模也不斷增大，分布區(qū)域也越來越廣。平南三橋作為在建跨徑最大的鋼管混凝土拱橋，其拱肋及預(yù)埋件總重達(dá)9500t，主孔跨徑為575m。為保證合龍精度和使用壽命，對(duì)拱肋加工制造關(guān)鍵技術(shù)的把控尤為重要。

1工程概況

平南三橋?yàn)閺V西荔浦至玉林高速公路平南互通連接線上跨越潯江的一座特大橋，其主跨拱肋為鋼管混凝土桁架結(jié)構(gòu)，主孔跨徑為575m（計(jì)算跨徑548m），凈矢跨比為1/4，拱軸系數(shù)為1.5。拱頂截面徑向高8.5m;拱腳截面徑向高為17.0m，肋寬4.2m;每肋為上、下各兩根φ1400m鋼管混凝土主管，管內(nèi)混凝土采用c70。主管通過橫聯(lián)鋼管φ850mm豎向兩根腹桿φ700mm鋼管連接而構(gòu)成。按主跨鋼管拱單節(jié)段吊裝，全橋主拱對(duì)稱劃分各為22個(gè)節(jié)段，共44個(gè)節(jié)段，最大吊裝重量為214t;肋間橫梁全橋共16個(gè)節(jié)段。主橋拱肋重量約9500t。主拱肋弦管采用Q420qD-Z25鋼材，檢修梯采用Q235B鋼材，其余材料采用Q345C鋼材（見下頁圖1）。節(jié)段采用工廠加工，通過水運(yùn)發(fā)運(yùn)至吊裝橋址。

2拱肋加工施工工藝流程

2.1材料進(jìn)場(chǎng)復(fù)驗(yàn)

材料進(jìn)場(chǎng)后，檢查材料材質(zhì)證明書是否齊全，數(shù)據(jù)是否滿足相關(guān)規(guī)范。根據(jù)發(fā)運(yùn)清單及訂貨尺寸檢查鋼板數(shù)量、尺寸、外觀。對(duì)進(jìn)場(chǎng)材料按比例進(jìn)行超聲波檢測(cè)及厚度檢查。根據(jù)《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》（JTJ/T F50—2011）、《鐵路鋼橋制造規(guī)范》（Q/CR9211—2015），鋼材進(jìn)場(chǎng)后，對(duì)同一廠家、同一材質(zhì)、同一板厚、同一出廠狀態(tài)的鋼材，按每10個(gè)爐（批）號(hào)抽驗(yàn)一組試樣。復(fù)驗(yàn)內(nèi)容有鋼板力學(xué)性能、化學(xué)成分等，避免不合格以及帶有缺陷的材料流入產(chǎn)品。

2.2下料

用計(jì)算機(jī)放樣，鋼板采用數(shù)控等離子切割機(jī)和數(shù)控火焰切割機(jī)下料，坡口在專用平臺(tái)上切割。鋼管下料采用數(shù)控相貫線切割機(jī)進(jìn)行相貫線切割。為保證切割精度，針對(duì)不同板厚，選用不同規(guī)格的割嘴和氣體氣壓、切割速度和割縫補(bǔ)償量進(jìn)行切割實(shí)驗(yàn)，選取切割參數(shù)，檢測(cè)切割表面的質(zhì)量及切割面硬度，不允許出現(xiàn)崩坑、鋸齒等表面缺陷。

2.3筒節(jié)制造

板材兩端在專用設(shè)備上進(jìn)行壓頭。在三芯輥床上卷制。筒節(jié)裝配在平臺(tái)上進(jìn)行，焊接在固定專用胎架上進(jìn)行，焊接采用埋弧自動(dòng)焊，反面清根。在三芯輥床上完成校圓，檢測(cè)其直徑、尺寸，滿足失圓度

2.4主弦管制造

筒節(jié)對(duì)接在專用胎架上進(jìn)行，采用全站儀進(jìn)行地標(biāo)放樣。檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)：長(zhǎng)度≤±3mm，對(duì)接縫處錯(cuò)邊量≤2mm，線型偏差≤d/6000且≤3mm。筒節(jié)裝配成蝦彎后，吊至滾輪胎架上焊接，焊接采用氣保打底內(nèi)弧縫，外側(cè)清根，外弧埋弧焊，焊前打磨見金屬光澤，并預(yù)熱至80℃，焊后覆蓋保溫布保溫。

2.5片裝單元件制造

胎架用型鋼制造，片裝分段制造所需的檢查線、中心線均采用全站儀進(jìn)行地標(biāo)放樣并作出明顯標(biāo)記。為保證片裝分段線型，在胎架上用模板來調(diào)節(jié)。上弦管單元件上胎架定位，單元件上胎架時(shí)對(duì)準(zhǔn)地樣上的中心線，并采用工裝將其定位。弦管單元件定位后，按地樣線從拱頂端往拱腳端吊裝橫聯(lián)管，點(diǎn)焊定位。安裝定位內(nèi)側(cè)上弦管，采用C02氣體保護(hù)焊對(duì)稱焊接。為消除參與應(yīng)力，減少應(yīng)力集中，對(duì)相貫線焊縫焊后進(jìn)行修磨。將焊縫修磨成r=8的弧度，平順圓滑，嚴(yán)禁磨傷母材。

2.6節(jié)段匹配制造

鋼管拱節(jié)段采取“3+1”的方式進(jìn)行預(yù)拼裝，節(jié)段制造過程中拱肋線形及節(jié)段平面幾何尺寸通過地樣和儀器三維坐標(biāo)測(cè)量相結(jié)合的方法進(jìn)行精度控制，節(jié)段側(cè)面平面度及腹桿豎向位置以胎架面為基準(zhǔn)通過高程測(cè)量進(jìn)行控制。節(jié)段制造過程中嚴(yán)格按照工藝流程進(jìn)行施工，上道工序未完不得進(jìn)行下道工序施工。節(jié)段匹配制造流程見圖2。

3拱肋加工關(guān)鍵技術(shù)

3.1 筒節(jié)劃分及精度控制技術(shù)

筒節(jié)劃分時(shí)盡可能使筒節(jié)長(zhǎng)度一致，使板材規(guī)格最少，便于筒節(jié)加工成型，使環(huán)縫避開節(jié)點(diǎn)，減少節(jié)點(diǎn)處焊接應(yīng)力。確定蝦彎折角θ，使θ

開工前進(jìn)行切割試驗(yàn)，通過試驗(yàn)確定切割參數(shù)，保證切割精度。數(shù)控下料在編程時(shí)加放切割補(bǔ)償量，切割補(bǔ)償量根據(jù)切割試驗(yàn)確定，并在試驗(yàn)過程中進(jìn)行跟蹤復(fù)核。筒節(jié)零件嚴(yán)格控制長(zhǎng)度、寬度和對(duì)角線差，滾圓加工前畫出長(zhǎng)度方向中心線（筒節(jié)母線），作為加工檢查和后道工序定位和劃線基準(zhǔn)。筒節(jié)滾圓加工成型后對(duì)縱縫進(jìn)行組裝，嚴(yán)格控制裝配間隙，確保筒節(jié)周長(zhǎng)、焊縫端頭錯(cuò)位和焊縫錯(cuò)變量滿足精度控制要求。焊接完成后重新在滾板機(jī)上進(jìn)行校圓，校圓過程中對(duì)圓弧線形用專用樣板檢查，同時(shí)檢查筒節(jié)直徑，控制筒節(jié)橢圓度。筒節(jié)校圓完成后進(jìn)行完工檢查，測(cè)量筒節(jié)長(zhǎng)度、直徑、橢圓度、縱向彎曲、端口平面度等，合格后方可轉(zhuǎn)入下道工序。

3.2法蘭盤標(biāo)準(zhǔn)化制造及安裝技術(shù)（見圖3）

主拱圈安裝重要指標(biāo)之一就是法蘭盤的密貼度，密貼度不好將會(huì)影響橋梁的成橋線性，降低鋼管拱的使用壽命，留下安全隱患。平南三橋?qū)⒎ㄌm盤制作成標(biāo)準(zhǔn)件，法蘭盤加勁板下料時(shí)與主拱圈焊縫側(cè)做成雙面坡口，并預(yù)留2m鈍邊。裝焊法蘭與法蘭盤加勁板，裝焊完畢后將法蘭盤接觸面進(jìn)行加工處理，此時(shí)法蘭盤為標(biāo)準(zhǔn)件，然后配套鉆孔，進(jìn)行安裝調(diào)試。在法蘭盤安裝調(diào)試完畢后，拱頂側(cè)法蘭盤與拱腳側(cè)法蘭盤用螺栓鎖緊，將法蘭盤加勁板進(jìn)行單面焊接。

法蘭盤定位嚴(yán)格按照預(yù)先匹配成對(duì)的編號(hào)進(jìn)行安裝，先以地樣線為基準(zhǔn)定位一側(cè)構(gòu)件，與地樣線偏差保證≤1m，然后再以此構(gòu)件為基準(zhǔn)定位另一側(cè)接頭部件，通過沖釘和螺栓連接，保證通孔率及貼合面磨光頂緊要求。焊接時(shí)將連接部件所有螺栓栓緊，同時(shí)保證對(duì)稱施焊。

3.3焊接質(zhì)量及焊接變形控制技術(shù)

在裝配時(shí)，采用的定位焊主體跟其他焊縫規(guī)定要求一樣，定位焊前需打磨焊縫至金屬光澤。筒節(jié)裝配定位焊焊接長(zhǎng)度為50～100m，間隔為400～600mm，焊腳尺寸≤1/2設(shè)計(jì)焊腳，距離焊縫端部30mm以上。進(jìn)場(chǎng)進(jìn)行焊接工藝評(píng)定，根據(jù)不同材質(zhì)，選取不同的焊絲焊劑，當(dāng)母材材質(zhì)為Q345C時(shí)，埋弧焊焊絲為H10Mn2，φ4.0mm;當(dāng)母材材質(zhì)為Q420qD時(shí)，埋弧焊焊絲為H08MnMoA，φ4.0mm;埋弧焊焊劑均為SJl01q;藥芯焊絲均為E501T-1φ1.2m。焊前進(jìn)行打磨預(yù)熱，預(yù)熱至80℃;焊接時(shí)根據(jù)焊接角度、坡口角度、板厚進(jìn)行分層分道焊接，控制層間溫度;焊后用石棉布覆蓋保溫。焊工進(jìn)場(chǎng)需進(jìn)行焊工上崗考試，根據(jù)焊接方法不同，分類考試?？荚嚳颇糠譃槁窕『浮?5°管對(duì)接、相貫線焊接三個(gè)科目，不同科目之間嚴(yán)禁互用。相貫線焊縫焊后進(jìn)行修磨，將焊縫轉(zhuǎn)折修磨成r=8的弧度，平順圓滑，嚴(yán)禁磨傷母材。

焊接變形是焊接過程中普遍存在的問題，焊接收縮補(bǔ)償量的加放與焊縫間隙及板厚等因素有關(guān)。在焊接過程中，記錄焊接參數(shù)、焊前構(gòu)件尺寸、焊縫間隙;焊后回胎測(cè)量，不斷總結(jié)，進(jìn)行經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)的積累。焊接均在焊接胎架上進(jìn)行，對(duì)于易變性的構(gòu)件，在胎架旁加碼固定構(gòu)件，軸線偏小時(shí)，加撐支撐。針對(duì)不同構(gòu)件、裝配間隙，采用不同的焊接順序。對(duì)于主弦管對(duì)接，由中至兩邊，隔段跳焊;對(duì)于片裝單元件的相貫線，采用對(duì)稱施焊;對(duì)于總成，先焊接腹桿橫隔相貫線，然后焊接法蘭盤，最后進(jìn)行吊桿定位焊接。

3.4線型控制技術(shù)

主拱肋主弦管由筒節(jié)通過以折代曲焊接而成，直簡(jiǎn)節(jié)與斜筒節(jié)交替布置，按蝦彎折角θ對(duì)稱施焊，使筒節(jié)拼接成的主弦管達(dá)到設(shè)計(jì)曲度。在主弦管制作過程中，控制下料精度，定時(shí)抽檢復(fù)核尺寸，進(jìn)行分析糾偏。將筒節(jié)依次對(duì)接，檢查端口坐標(biāo)及尺寸、筒節(jié)間錯(cuò)臺(tái)及偏位，通過控制蝦彎單元件的線型控制節(jié)段內(nèi)線型。

節(jié)段制造過程中拱肋線形及節(jié)段平面幾何尺寸通過地樣和儀器三維坐標(biāo)測(cè)量相結(jié)合的方法進(jìn)行精度控制，輔以“BIM+點(diǎn)云誤差”進(jìn)行校核。拼裝場(chǎng)地進(jìn)行硬化，保證足夠的承載能力，定期進(jìn)行沉降觀測(cè)。采用全站儀進(jìn)行坐標(biāo)放樣，激光經(jīng)緯儀進(jìn)行連線，在恒溫區(qū)間進(jìn)行量測(cè)（25℃），減少溫度帶來的誤差。胎架設(shè)計(jì)進(jìn)行受力計(jì)算，保證足夠的強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性，胎架標(biāo)高通過水準(zhǔn)儀測(cè)量，相對(duì)高差控制在±1mm以內(nèi)，提高測(cè)量基準(zhǔn)精度，減少測(cè)量誤差。在主拱肋節(jié)段裝配制作時(shí)，考慮焊接收縮變形，提前預(yù)留焊接收縮余量。焊接時(shí)嚴(yán)格按照工藝流程及施工要求，依次分步開焊，不得集中焊接以及工序交叉焊接。

主拱肋整體線型通過匹配段線型傳遞，前一輪所有焊接、校正工作完畢后，進(jìn)行節(jié)段匹配定位，檢查端口尺寸、法蘭盤貼合度、垂直度;然后將匹配段調(diào)至前輪下胎前狀態(tài)，錨管及端頭位置與前輪狀態(tài)偏差控制在±1mm，待就位完畢以及相鄰兩節(jié)段焊接完畢后，進(jìn)行法蘭盤匹配，確保每輪總成之間的線型平順。

4結(jié)語

超大跨徑鋼管拱施工過程較為復(fù)雜，施工難度高，需從各個(gè)細(xì)節(jié)出發(fā)，嚴(yán)格遵循設(shè)計(jì)及規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)。本橋從簡(jiǎn)節(jié)劃分、零件精度控制、法蘭盤標(biāo)準(zhǔn)化制造、精準(zhǔn)安裝、控制焊接質(zhì)量及焊接變形、提高測(cè)量基準(zhǔn)精度、減少測(cè)量誤差等關(guān)鍵技術(shù)做起，開工前進(jìn)行切割工藝、焊接工藝、修磨工藝評(píng)定，過程中全程跟蹤，不斷總結(jié)改善。在精細(xì)化管理和標(biāo)準(zhǔn)化建造下，平南三橋主拱肋線形、結(jié)構(gòu)尺寸100%滿足設(shè)計(jì)及規(guī)范要求;安裝連接精準(zhǔn)，接頭部件通孔率100%，法蘭面貼合緊密，間隙<0.2mm，滿足設(shè)計(jì)及規(guī)范要求。2020-01—10平南三橋主拱肋實(shí)現(xiàn)高精度合龍，合龍口弦管對(duì)接誤差<3mm，拱軸線橫向偏位<10mm。在吊裝期間，順利召開世界拱橋大會(huì)，接受各界專業(yè)人士檢驗(yàn)，得到業(yè)主及外界人士的高度贊揚(yáng)。