貴州江凱河特大橋中承式鋼管混凝土等截面桁架拱橋制造關鍵技術

陳文強，劉 超

（海波重型工程科技股份有限公司，湖北 武漢 430207）

1 工程概況

江凱河特大橋橋址位于黔東南州施秉縣甘溪鄉江凱村境內，主橋采用凈跨徑220m的中承式鋼管混凝土拱橋，拱軸線采用懸鏈線，拱軸線系數m=1.6，凈矢高h=55.0m，凈矢跨比f=1/4。主拱圈采用等寬度等高度空間桁架結構，分為48個分段，主拱圈中鋼管及橫向連接鋼板均采用Q345D鋼材焊接連接。

主梁主要由橫梁、主縱梁、次縱梁組成；橫梁與縱梁之間底板、腹板采用螺栓連接，頂板采用焊接連接。

圖1 主拱圈結構示意圖

2 主橋總體制造方案

主拱圈鋼管采用鋼板直卷、接長“以直代曲”的加工方法制造。在廠內采用臥拼方式按“2+1”分段進行試拼裝，為成主弦管“啞鈴”單元件以散件形式運至工地復拼成吊裝分段。

橫梁底板、縱梁接頭板、拼接板（除合龍部分）等均采用先孔法制孔，參與橋面系試拼裝；主梁在廠內按“5+1”立拼形式進行匹配試拼裝。

3 鉸軸、軸瓦部件制造技術

3.1 零、部件下料、加工技術

采用三維放樣技術，對各構件進行準確放樣，根據工藝要求預留制作和安裝焊接收縮補償量、加工余量及線形調整量，得到的零件尺寸，作為繪制下料套料圖及數控編程的依據。

鉸軸、軸瓦通過等離子無限回轉切割機同步切割零件外形及坡口，保證零件外形尺寸誤差≤1mm。坡口角度誤差≤1°；采用油壓機對需滾圓的零件進行折彎壓頭處理，并利用液壓三芯輥進行初步滾圓，使鉸軸、軸瓦零件縱縫在同一水平面，保證縱縫焊接質量。

圖2 拱肋合龍段接頭示意圖

鉸軸、軸瓦筒節零件縱縫采用埋弧自動焊進行焊接并探傷，合格后校圓，檢查軸瓦的內徑和鉸軸的外徑，保證軸瓦與鉸軸的內外徑之差滿足設計規范要求。

3.2 鉸軸、軸瓦部件制造技術

將軸瓦嵌套至鉸軸內，以鉸軸作為胎架面裝配軸瓦加勁和軸瓦底板；將一側軸瓦底板固定至剛性胎架上，焊接軸瓦加勁焊縫，保證軸瓦的圓度及軸瓦底板的平面度；焊接完成后進行火焰校正，并用鋸床將軸瓦圓筒從中間一分為二，保證剖開后的軸瓦瓦面的橢圓度和整體外形。

4 主拱圈廠內制造主要工藝技術

4.1 零、部件下料、加工技術

主拱圈采用“以直代曲”的加工方法進行制造，通過三維放樣將主拱圈的線型和預拱度進行疊合，得到零件的下料尺寸；按照劃線圖紙劃制筒節各象限線，保證筒節對接的精度；采用油壓機對主弦管零件進行折彎壓頭，采用液壓三芯輥對筒節零件進行初步卷圓，主弦管筒節縱縫在專用胎架上，采用埋弧自動焊進行焊接；探傷合格后，采用液壓三芯輥對初加工成型的筒節零件校圓二次加工，減少筒節直徑誤差。

同理腹桿、綴桿等相貫線零件通過三維放樣得到最終下料尺寸，購買成品管材采用數控相貫線切割機進行切割，保證零件的下料精度。

4.2 主拱圈筒節接長技術

檢查來料筒節的編號、外形尺寸、坡口、材質及爐批號等信息，保證接長零件的質量；采用全站儀精確繪制筒節接長的地樣線，包括筒節的象限線、環口線等信息，保證主拱圈接長的線型；擺放定位筒節接長專用胎架，將第一節筒節上胎架，筒節上的基準線與地樣線對齊，并利用胎架模板頂緊固定，依據施工圖紙依次對單個分段的其他筒節進行定位，保證筒節上的四等分象限線與上一節筒節的象限線對齊，同時各筒節的基準線與地樣線對齊，保證各筒節的定位精度符合規范要求；單個運輸分段筒節點焊并在胎架上打底焊接固定后，整體轉移至滾輪胎架上采用埋弧焊焊接，保證筒節環縫對接的質量，探傷完成后進行復胎，校正筒節線型，最后做好標記標識，以便試拼裝零件的區分。

4.3 主拱圈試拼裝技術

主拱肋廠內試拼裝采用“2+1”節段匹配臥拼法制造。構件上試拼裝胎架順序為：下層上下弦管→平聯→腹桿→綴管→上層上下弦管→腹桿→橫撐短接頭。

照施工圖紙繪制地樣線和布置試拼裝胎架；根據地樣線在胎架上布置第一組下層主拱圈上下弦管接長零件，并將其與胎架模板之間剛性連接固定，依次根據地樣線定位上下弦管之間的腹桿零件，并將其與主拱圈上下弦管、胎架之間采用臨時連接件固定，消除試拼裝過程中焊接對腹桿線型的影響，并有效的檢測主拱圈的整體線型；根據下層弦管、腹桿上定位線布置主拱圈上下層之間的平聯、綴管零件，并用臨時連接件固定，根據地樣線及下層弦管在胎架上布置上層弦管零件，將弦管與胎架、平聯之間剛性連接固定；同理，根據弦管上腹桿定位線布置腹桿零件，并用臨時連接件固定；最后通過全站儀定位最上層橫撐短接頭零件，并用臨時連接件固定。

按照上述工藝、順序定位其余節段，各構件焊接縫處先使用限位碼板進行粗定位，線型調整完成后構件間進行點焊固定，栓接處使用沖釘及螺栓進行連接固定，保證環口法蘭密貼的情況下安裝至主拱圈環口內。

主拱圈試拼裝裝配完成并報檢合格后，焊接主拱圈上下層之間的平聯管與主弦管的焊縫，采用臨時支撐件控制上下層弦管的間距，保證焊接完成后主拱圈側面的平整度；同時，環口法蘭僅一側加勁焊接至環口上，另一側采用點焊固定的方式進行固定，保證在工地總裝過程中仍能調節線型。

5 拱圈吊桿定位工藝技術

通過三維放樣技術將平聯管精確放樣，得到最終下料尺寸，并采用數控相貫線切割機進行切割，將吊桿套管穿過切割合格的平聯管，用以檢測平聯管的貫口尺寸。

圖3

在吊桿套管貫穿上下弦管平聯管的情況下，同時定位安裝上下弦管平聯管，通過吊對地樣線上的吊桿套管邊線進行定位平聯管，安裝上層上下弦管之前將平聯管的臨時支撐工裝固定在下層主弦管的平聯管兩側，工裝高度為上下層主弦管高度+平聯管與上下層主弦管焊接的焊接收縮量，保證試拼裝完成后，啞鈴型主拱圈片體單元件兩弦管的間距尺寸。

6 橋面系橫、縱梁制造技術

橋面系采用半漂浮體系，由橫梁、主縱梁、次縱梁組成；立柱與肋間橫梁采用板式橡膠支座連接，全長228m；橫梁與縱梁之間底板、腹板采用螺栓連接，頂板采用焊接連接。

6.1 橋面系橫、縱梁桿件制造技術

①焊接收縮量的確定。橋面系橫梁16mm厚腹板與35/50mm厚底板、20mm頂板均為熔透焊接，焊接過程中焊接收縮量大，需制作首制件確定橫梁桿件的收縮量，將收縮量均勻分布在各縱梁短接頭之間，保證橫梁焊接收縮完成后縱梁短接頭的間距滿足設計要求。縱梁采用與橫梁一樣的試驗方式添加焊接收縮量；由于縱梁腹板與橫梁短接頭腹板采用栓接連接，有20mm栓接間距，所以在縱梁一側多加5mm的切割量，保證在不影響縱梁桿件現場安裝的情況下，縱梁桿件腹板孔群的極邊距。②橋面系橫、縱梁桿件的組裝。橋面系橫梁采用專用胎架以橫梁腹板作為胎架面裝配橫梁桿件，形成工字鋼桿件后吊裝至專用船型焊接胎架上采用全自動龍門式埋弧焊接方式焊接腹板與頂底板的焊縫；焊接完成后使用翼緣矯正機進行對橫梁工字鋼桿件進行矯正，保證橫梁桿件的直線度，減小旁彎；橫梁加勁采用兩面對稱立焊的方式進行焊接，其中橫梁底板、縱梁接頭板等零件采用先孔法鉆孔后參與桿件裝焊，減少因加勁焊接量大導致橫梁腹板扭曲變形；拼頭板安裝時保證拼頭板孔群到腹板的間距，腹板孔群與底板孔群的相對位置；橫梁吊桿套管在試拼裝過程中進行焊接定位，桿件制造過程中僅點焊固定。

橋面系縱梁同理采用橫梁制造技術制造成桿件，并裝配焊接縱梁加勁；完成后縱梁采用后孔法三維數控鉆床進行桿件鉆孔，保證縱梁兩端孔群的相對位置。

6.2 橋面系試拼裝工藝技術

橫梁、縱梁分段試拼裝在專用胎架上進行試拼裝，試拼裝按廠內制造次序及現場安裝次序進行按輪次進行試拼，全橋分為5輪進行匹配制造，試拼裝采用“5+1分段”模式進行試拼裝。

由于每輪試拼裝的橋面系橫梁、縱梁分段間距一致，故僅繪制一次地樣線和制作一次專用胎架，每輪試拼裝僅調整胎架的高程，保證橋面系的縱向線型。

在第一輪試拼裝過程中首先在胎架上定位第一組橫梁，橫梁與胎架模板之間剛性連接固定，其余橫梁依次定位；縱梁在頂板環口處焊接兩個定位碼板與橫梁進行組裝，并用沖釘和螺栓進行臨時連接；所有橫、縱梁定位完成后檢查整體幾何尺寸、縱向拱度、橫梁與縱梁加勁肋對接的一致性和桿件通孔率。

事先將吊桿套管的內邊線繪制在試拼裝場地的地樣線上，橋面系橫、縱梁定位檢查合格后，通過吊線錘穿過吊桿套管內部與地樣線進行比對，既能保證吊桿的鉛錘度，又能通過地樣線控制橫梁兩側吊桿間距。

第一輪試拼裝完成后，將一側5個分段的橫、縱桿件脫胎，僅保留最后一道橫梁在胎架上，通過旋轉最后一道橫梁180°的方法參與第二輪的試拼裝，同時調整胎架高度，依次完成全橋28個分段的試拼裝，既保證了橋面系線型，又大大縮短了試拼裝的工期。

7 結語

鋼管混凝土拱橋結構新穎、橋型美觀，具有許多優點，已為眾多橋梁設計者所采用，但該橋型結構復雜、技術含量高、精度要求高、施工難度大，其中鉸軸、軸瓦部件的制造工藝技術、主拱圈的制造工藝技術、主拱圈吊桿定位工藝技術、橋面系工字型鋼梁吊桿定位工藝技術等是關系全橋制造成敗的關鍵。因此，在施工過程中須精心組織，精心施工，嚴格控制，確保施工質量，已于2018年11月安全架設完工，大橋各項檢測數據均滿足設計要求