鋼管混凝土拱橋施工關鍵技術*

上海建工一建集團有限公司 上海 200120

1 工程概況

金雞河輔道橋主橋是昆山中環線工程跨越金雞河上90 m跨徑的下承式鋼管混凝土拱橋。金雞河輔道橋主橋分為南側輔道橋和北側輔道橋，全橋寬18.5 m。拱肋拱軸線為二次拋物線，矢跨比1/5，矢高18 m，兩端通過支點作用在邊墩上，如圖1所示。

圖1 主橋上部結構一般構造示意

上部結構拱肋采用啞鈴形鋼管混凝土結構（圖2），每個鋼管外徑90 cm，拱肋高為220 cm，鋼管壁厚1.2 cm，綴板壁厚1.4 cm，由Q345d鋼板焊接而成，鋼管內及腹腔內填充C40微膨脹混凝土；系桿為混凝土箱形截面，高220 cm，寬150 cm，壁厚35 cm；吊桿采用扭絞形平行鋼絲束，順橋向吊桿間距5.4 m，每根吊桿由85 根φ7 mm的鍍鋅高強鋼絲組成，吊桿上端為張拉端，下端為錨固端，全橋共布置30 根吊桿，拱橋向拱肋由2 道I字形和4 道K形風撐焊接而成，系桿由中橫梁連接而成，系桿和中橫梁均為預應力混凝土結構。

拱橋下部結構橫向共設2 個墩柱，墩柱均為矩形截面，下設4 根鉆孔灌注樁，樁高1.5 m，承臺高3 m。

圖2 啞鈴形鋼管構造

金雞河輔道橋主橋采用先梁后拱施工，必須先完成系桿和中橫梁的混凝土現澆施工；鋼管拱肋分為5 段吊裝，空中焊接成拱，為此需要搭設拱肋臨時支架。金雞河橋位處場地緊湊，北側輔道橋旁與高壓線較貼近，使得拱肋吊裝難度較大。

2 鋼管拱肋加工制作

鋼管拱肋采用以直代曲、短管劃分的原則，每節短管長度約為2 m，確保短管矢高不超過5 mm，短管接頭不在吊桿位置，縱縫埋弧焊形成鋼管，環縫焊接形成鋼管拱肋。

鋼管拱肋制作分短管加工、鋼管接長、拱肋節段制作、拼裝、整體拱肋預拼等幾部分，其中鋼管接長、拱肋節段制作、拼裝、整體拱肋預拼均在廠內專用胎架上完成。

鋼管拱肋制作工藝流程：放樣→下料→零件加工→卷圓→鋼管縱縫拼接→校圓→鋼管接長→校驗→拼焊吊桿錨箱及零部件→節段預拼報驗→整體預拼報驗→裝焊臨時連接件→涂裝報驗→存放。

2.1 短管制作

鋼管拱肋拱肋線為二次拋物線，以多節直線短管拼裝而成。短管制造質量直接影響拱肋的成橋線形、幾何形狀和尺寸精度。因此短管卷圓的失圓度、縱縫焊接預留反變形、控制焊接收縮量、校圓是短管制作的難點。

短管拱肋制作工藝流程：放樣→下料→加工坡口→滾圓→縱縫拼焊→校圓。

經計算機1∶1放樣后的短管零件采用數控切割，以保證尺寸精度。所有用于卷制短管的鋼板縱縫、環縫位置的開坡口再用打磨機打磨平整。鋼板卷制時坡口朝外，卷管方向與鋼板的壓延方向一致。

短管縱縫的裝配、焊接是在專用的胎架上完成的，為控制縱縫的間隙，焊接前設置跨縫碼，焊后冷卻至常溫。縱縫按節段相互錯開，經專用的檢查樣板校圓后，標明節段號、零件號以備待用。

2.2 拱肋節段制作

考慮到拱肋加工制作、運輸、現場安裝及吊桿的具體位置等因素，單片拱肋分為7 段，其中2 段為拱肋預埋段，和端橫梁一起施工，其余5 段均在工廠內焊接拼裝。每段長度約17 m，質量約13 t，如圖3所示。鋼管拱肋節段制作組裝順序為：單根弦管單管接長組焊→上下弦管用綴板組焊成節段。

圖3 拱肋節段劃分

2.2.1 弦管單管的制作

弦管單管制作即短管接長，采用組裝修整結合的組裝原則，由節段中心管節向節段兩端依次組裝，組裝時各短管嚴格按地樣線排序，同時各環縫留有相應的焊接收縮量。組裝完成后，按由中心而兩端的焊接順序依次焊接。

2.2.2 節段制作

節段制作即將制作的上下弦管通過綴板組成一個整體節段，先將同一節段的上下弦管置于水平節段組裝胎架定位，相應調整節段的水平度，縱向放樣定位綴板和相應的吊桿。綴板和吊桿的平整度合格后，在水平胎架上將拱肋翻身組成另一面的綴板，同樣要保證綴板的平整度，待所有平聯桿件組裝完及水平度調整完成后統一焊接。

2.3 鋼管拱肋節段預拼

拱肋節段預拼對于控制成橋拱軸線、端口幾何形狀和拱肋尺寸精度、接口間隙、相鄰接口的精確匹配具有重要的意義。

在地樣線上合適的位置擺放鋼墩，鋼墩的布置應以方便測量為宜。每個拱段節段布置4 個鋼墩支撐，鋼墩應具有足夠的承重能力，按照工地現場拱肋節段吊裝順序，依次從拱腳段吊至鋼墩上，利用千斤頂微調精確定位。微調時首選以吊桿位置作為定位基準，輔以其他各測點，依據地樣線測量相鄰節段環縫兩側的吊桿間距，確定節段接頭余量的修割量，余量修割時每條環縫加放3 mm的焊接收縮量，安裝節段接口處的法蘭及臨時連接等，預拼完成后打上定位測量標記，以便工地現場吊裝合格時復位檢查。

2.4 除銹、涂裝

噴漆工藝流程：噴砂除銹Sa2.5級→吸砂吸塵→無機硅酸鋅底漆→噴涂環氧封閉漆→噴涂環氧云鐵中間漆→檢查油漆干膜厚度、附著力→涂層損壞修補→聚氨酯面漆→檢驗合格、存放。

拱肋節段外露部份油漆干膜總厚度為240～260 μm，主要分為底漆、中間漆、面漆3 道。涂裝采用高壓無氣噴涂，當天使用的涂漆必須當天配置，并不得隨意添加稀釋劑，若按規定層次達不到最小膜厚度時，還須增加層數使其達到規定厚度，同時還將等上一層漆干透后，再可涂下一層漆，涂裝時環境溫度控制在15～30 ℃之間，相對濕度不大于85%。

2.5 鋼拱肋制作的質量控制要點

進行焊接工藝評定試驗，確定合理的焊接工藝，保證焊縫的熔透性，控制焊接變形。

按1∶1放實樣，確定拱肋節段位置，以保證拱軸線平順、尺寸精確，提高安裝精度。

每片拱肋做1 塊試板進行抗拉、屈服強度、低溫沖擊韌性、冷彎試驗，檢驗試板焊縫的機械力學性能，以保證制作中焊縫接頭的機械性能質量。

拱肋縱、環縫對接焊縫按I級焊縫要求進行超聲波探傷，X射線拍片，拱肋綴板熔透角焊縫按Ⅱ級焊接要求進行超聲波探傷，以確保焊接熔透及內在質量。

3 拱肋吊裝

金雞河南北輔道橋主橋拱肋總體安裝方案為：在南、北橋位現場搭設拱肋臨時支架，采用1 500 kN汽車吊依次由兩拱腳端向拱頂對稱吊裝，擱置于拱肋臨時支架上，通過精確定位，各段拱肋接口環縫對接成拱。

3.1 吊裝施工工藝流程

拱肋吊裝流程為：技術交底→定位放線→拱肋臨時支架搭設→將拱肋吊至支架上→千斤頂微調定位→復測后節段環縫對接。

3.2 拱肋臨時支架

拱肋臨時支架采用φ300 mm鋼管及各類型鋼拼接而成的鋼管格構支架，支架頂部搭設平臺，作為拱肋節段定位、固定等施工操作平臺，支架基礎為C25混凝土現澆擴大基礎，考慮到拱肋的分段長度及現場吊裝的實際情況，中間2 個支架順橋向長度為8 m，邊上2 個支架順橋向長度為4 m；橫橋向支架的拼裝寬度均為4 m。拱肋臨時支架水平和垂直方向用槽鋼連結成剪刀撐以增加支架的剛度和穩定性。支架的鋼管與基礎頂面預埋的鋼板焊接成整體。

3.3 拱肋起吊

根據計算，拱肋節段的長度約為17 m，每段質量約為13 t，拱肋吊裝采用兩點吊。拱肋節段起吊前，在確定的吊點處捆綁好鋼絲繩，鋼絲繩外徑為56 mm。在吊點位置拱肋鋼管外上下半圓包寬1 m橡膠塊，橡膠塊外包鋼板，鋼板寬1 m。鋼絲繩系好后，汽車吊起吊，緩慢平穩吊至理論就位處，垂直落架、就位，用千斤頂微調精確定位。

3.4 拱肋吊裝的測量控制

拱肋吊裝過程中的測量控制主要是指拱軸線的偏位和高程控制，在拱肋節段制作時，拱頂背面用沖釘定出拱頂中心線作為控制點，拱軸線的復測方法為：在拱軸線延長線兩端離拱腳2 m處布置2 點，架全站儀能通視，在拱肋上實測控制點坐標，根據測點坐標計算安裝拱軸線與設計拱軸線吻合差值。若有差值，則利用支架平臺上的千斤頂調整偏位、高程，在滿足要求后，臨時固定拱肋連接端，待復測后，統一焊接。

4 拱肋混凝土澆筑

南北輔道主橋共為4 片拱肋，共計280 m3混凝土，鋼管拱內混凝土采用泵送頂升壓注施工，根據對稱平衡加載的原則，從兩拱腳至拱頂，對稱均勻一次連續泵送完成上下鋼管及腹腔內混凝土[1,2]。為此配置5 臺高壓輸送泵，其中1 臺作為備用。在拱腳端設置泵送混凝土壓注管，管徑125 mm，管上設置截止閥；在拱頂設置混凝土增壓管，增壓管高2 m，管徑200 mm，在上下鋼管、綴板分別設置排氣孔，排氣孔φ5 mm，孔距不等，錯位布置，泵送混凝土順序依次為下鋼管、綴板、上鋼管。

4.1 拱肋泵送混凝土配合比確定

鋼管混凝土采用C40微膨脹混凝土，針對拱肋混凝土泵送頂升施工特點：混凝土必須具備良好的流動性、初凝后膨脹和收縮互補、可泵性好、早強等工作性能，結合拌和站拌和能力、運輸能力及現場泵送裝備配置等條件，確定混凝土坍落度為200 mm±20 mm，為此和有關單位研制了配合比，具體為：水∶水泥∶礦粉∶粉煤灰∶砂∶碎石∶外加劑=160∶300∶80∶80∶840∶870∶6.90。

4.2 泵送混凝土澆筑

拱肋混凝土澆筑前利用高壓固定泵泵入適量的水泥漿，以濕潤管壁，每端泵入的水泥漿按0.5 m3控制，然后再澆筑混凝土，混凝土由拱腳澆筑孔自下而上推向拱頂，澆筑過程中，混凝土泵送速度基本相同，始終保持拱肋兩端的壓力平衡，將混凝土注入拱肋中的高差控制在2 m左右，接近拱頂時，混凝土頂升面高差控制在1 m以內，待拱頂冒漿孔射出水泥漿后，停止澆筑，穩壓5 min，然后適當加大泵送壓力再次泵入混凝土，讓混凝土再次從冒漿孔流出，經3 次反復，直到冒漿孔流出的混凝土濃度和泵送的混凝土濃度相同，澆筑完畢。

4.3 混凝土質量

本橋泵送混凝土共計280 m3，4 片拱肋分為2 次澆筑，每片拱肋混凝土澆筑用時將近4 h，均為一次性連續澆筑而成，根據施工技術規范要求，拱肋混凝土取抗壓強度試件4 組，28 d平均值為42.3 MPa，混凝土澆筑完14 d后，用超聲波對澆筑質量進行了探測，混凝土均為密實。

4.4 泵送混凝土施工控制

4.4.1 結構水平位移控制

由于本橋采用先梁后拱的成橋施工方案，盡管在成拱橋系桿中已施加預應力，但邊墩永久支座的固定約束已解除，由于拱肋在混凝土泵送頂升施工中，將對邊墩產生水平推力，有可能對拱梁組合結構中墩的位移帶來一定的影響，為此在混凝土泵送前，對兩邊墩采取臨時固定措施。混凝土澆筑過程中，通過墩兩側事先布設的測點，用全站儀隨時觀測，由于準備工作較充分，事先考慮比較周全，整個施工中，拱梁組合結構及墩位未發生位移現象。

4.4.2 高程控制

為正確反映泵送混凝土時，拱肋結構的高程變化，拱肋頂面順橋向1/8跨、1/4跨、拱頂及各臨時支架處分別布置了高程測點，在1/4跨截面布置了應力測點，由上述各結構監測點的測試數據表明，拱上結構測點變位及內力與設計基本吻合。

5 結語

鋼管混凝土拱橋因結構情況及施工環境不同而有多種安裝方法[3-6]，本橋采用拱肋臨時支架分段安裝拱肋的方法，經工程實踐證明，實施效果良好，可供以后有類似情況的工程參考借鑒。