市政鋼拱橋施工及關鍵過程管控研究

李 超

（中交第三公路工程局有限公司，北京 100021）

1 工程概況

新立河橋位于濱州市黃河一路與新立河交叉地段，上跨新立河，連接新立河東西兩岸。該橋的建成不僅能夠充分發揮道路路網的整體作用，而且能提高交通服務水平和道路運行車速，提高道路的通達性，有效改善區域交通中的交通瓶頸問題。該鋼拱橋為一跨（跨度35m）矢高4m 的上承式無鉸拱橋，橋寬28m，橋面鋪裝采用8cm 鋼纖維混凝土及瀝青混凝土。該拱橋為全焊鋼結構，由拱肋、橋面系、橫梁、拱上立柱、橫向連接系等構成，鋼拱橋主體結構采用Q345qD 鋼種。根據結構布置，橫橋向布置9 片拱肋，拱肋間距有3m 和3.375m兩種，拱肋拱軸線為R=40656.25mm 的圓曲線，拱肋采用箱型截面，高750mm，寬500mm。采取將拱腳伸入承臺形成整體來實現無鉸拱，伸入承臺混凝土拱腳設置PBL 剪力鍵。承臺基礎采用承臺群樁基礎，承臺長寬厚尺寸為33.2m×13.2m×3m，樁基采用2m 直徑的鉆孔灌注樁，每個橋臺設21 根樁基礎。在此工程中，鋼橋加工與制作直接決定著橋梁的結構與質量，整個橋梁采用鋼管樁支撐的方式，其主要的施工工序為樁基、拱腳預埋、承臺、兩跨端拱肋與中間合攏拱肋安裝等。

2 鋼拱橋施工及關鍵過程管控

2.1 混凝土配合比設計

無鉸拱橋承臺尺寸較大屬于大體積混凝土，為保證混凝土質量、控制裂縫和提高耐久性，提高鋼拱橋施工質量水平，在原材料選用和配合比設計時須滿足設計強度低水化熱、緩凝等要求。配合比設計盡量采用水化熱較低的水泥，控制水泥細度及C2S 含量；采用低堿42.5級及其上的硅酸鹽水泥，不采用超量摻火山灰或粉煤灰的水泥且水泥用量在滿足膠結材料最低用量的前提下，盡可能降低水泥用量；由于粉煤灰是配置耐久性混凝土的重要組分，應適當摻加粉煤灰等符合規范要求的摻合料。任何提高早強的措施都不利于后期強度和耐久性，不建議摻加早強劑。

2.2 拱座及拱腳施工

施工方法是利用型鋼制作的支架將鋼拱腳預埋段架立并固定。施工人員施工前應準確測量放樣并精準定位型鋼支架，鋼支架定位時必須仔細測量放樣，換手認真復核確保定位準確，然后將拱腳預埋段架立在支架上并逐一調整拱腳的位置、高程后焊接牢固，在此過程中也要反復測量、認真復核。拱腳的頂底板及腹板開設一定數量的直徑為60mm 的圓孔，讓直徑為32mm 的螺紋鋼穿過形成PBL 鍵，螺紋鋼使用直螺紋連接并保證連接可靠、合規，其接頭位置超出PBL 鍵至少1.5m。同時在拱肋預埋段頂底板設置一定數量的剪力釘以加強拱腳與鋼筋混凝土的連接，提高兩種材料之間的共同受力及形變。為保證混凝土流動性，在頂底板、腹板及承壓板上分別設置了大孔，同時設置了出氣孔。

2.3 承臺混凝土灌注、養護和溫控

承臺混凝土的灌注過程中，采用泵灌的方式，在具體的灌注過程中，需要遵循左右對稱的原則，依次從兩側拱腳向橋中軸線推進的方式，澆筑進度差需要維持在1m 以內。混凝土需要具有高強、緩凝、微膨脹等性能特征。為保障其混凝土澆筑的質量，需要保持混凝土的密實性，尤其是要重視箱型拱腳內部及拱腳周圍混凝土振搗密實性，做到不留間隙。混凝土養護、溫控采取內部預埋冷卻管、頂部覆蓋塑料薄膜及土工布、側面蓄水的措施，24h 監控混凝土溫控和冷卻水循環等內降外保情況，監控期限以大體積混凝土體內表溫差≤25℃為標準，控制溫差，降低混凝土開裂風險。

2.4 鋼拱橋制造

（1）鋼拱橋零件制造。材質檢驗合格的鋼材在放樣畫線前要對鋼材進行矯正，以消除彎曲、翹曲和波浪等變形。利用計算機畫圖放樣實現精密氣割下料，手工普通氣割僅用于次要零件下料。在制作過程中，其焊接的質量、結構空間尺寸、線形等均需要符合工程的設計要求并要嚴格遵守相應的制作要求與標準。在鋼拱件的制作中，需要將拱肋等部件進行分段保障制作與運輸等的便捷性，結合該橋的結構特征，將其拱肋分為三個節段，現場完成組裝與安裝。在拱肋的制作過程中往往會對拱形線性精度、節段連接精度等產生一定的影響，因此，需要嚴格控制每個工序的質量。

（2）鋼拱橋防腐處理。施工人員在鋼拱橋施工中應做好防腐處理工作，涂裝分為鋼梁外表面涂裝和鋼梁內部涂裝。鋼板進場經輥平完成后還應實施除銹處理，確保其達到質量標準（表面除銹等級達到Sa2.5 級），當噴砂工作結束后可將防銹底漆進行涂刷，確保其厚度的合理性，如若不合格應立即補涂。為保證難于噴涂的部位的漆膜厚度，要根據鋼板焊接順序，適時將這些部位先行涂裝。

（3）焊接施工。由于新立河橋為全焊鋼拱橋，橋主體結構焊道均為全熔透焊，焊縫質量等級要求高（質量等級要求為I 級），導致現場焊接量大，焊接變形大，因此焊接質量與節段的組裝精度是鋼拱橋工程質量控制的難點，在焊接過程中，應加強焊接變形及焊接質量控制，細化相關工藝措施，確保成品質量。焊接前根據設計要求進行焊接工藝評定，焊接工藝評定中焊接方法、焊接材料、焊接坡口形式和焊接參數要合理，所選用的的焊接接頭涵蓋本橋鋼結構的主要接頭形式。在鋼拱橋施工過程中，各零件焊接組裝需要嚴格依據制造焊接工藝要求進行，保障焊接的規范性，提高焊接的總體質量。當基本的焊接操作結束以后，有關工程人員需要應用氣割的方式，及時割除引弧板，并使用砂輪來磨平。熄弧過程中，要稍做一定時間的停頓，以避免操作不規范所引發的質量問題等。多層焊的過程中，要避免熄弧位置的重疊。埋弧自動焊過程中，如果出現斷弧現象，需要在該位置進行斜坡的設定，隨后在斜坡坡頂位置處引弧加以焊接處理。在每個焊接結束以后，有關人員都需要對焊縫位置加以清理。

（4）試拼裝。焊接成型的鋼拱肋單元及節段在專用胎架上配合地樣線進行定位組裝。鋼梁的所有節段均須在組拼臺座上進行工廠試拼，預拼時的線形必須按照設計線形和考慮預拱度之后線形進行實際放樣。目的是校核鋼橋各部分的精度、尺寸是否滿足圖紙要求，減少誤差。

2.5 鋼拱橋架設安裝

（1）準備工作。準備工作主要是材料、現場施工條件的準備。要結合工程施工的具體要求，保障后期施工過程中所有的材料都可以有序進場，在材料的進場過程中，有關人員還需要加強對材料質量的檢測，保障其能夠符合材料的使用標準，避免劣質材料進場。此外，由于后期施工中涉及了吊裝等作業，因此需要做好場地的平整工作，保障有關機械設備等能夠安全使用。支架主要包含了鋼管樁、管間橫撐及分配梁，鋼管樁立柱采用Φ630 厚度8mm 鋼管，長度約15m 左右，管間橫撐采用Φ325 鋼管或者［16 槽鋼可靠焊接，在立柱頂部，其分配梁統一采用2 根雙拼Ⅰ40b 工字鋼，長度32m。全橋設兩排鋼管樁基礎，每排鋼管樁包含10 根鋼管，具體布置是鋼管樁立于相鄰鋼拱肋中間位置，外側鋼管樁距外側拱肋1.5m，這樣布置利于拱肋焊接完成后鋼管樁的拔除。

（2）鋼管樁基礎插打。當現場的施工條件、施工材料與人員等都安排好以后，開始正式的施工作業。在基礎鋼管樁的施工過程中，要應用特定型號的電動振動樁錘進行插打，在插打開始之前，需要應用全站儀來進行樁位、傾斜度等的檢查，當其誤差處于合理的范圍以后，方可進行插打作業。在具體的插打過程中，還需要實時監測基礎鋼管樁的樁位、傾斜度等指標，避免在插打過程中的樁位偏移等，合理控制誤差。經計算，鋼管樁入土深度控制在8.5m。

（3）樁頂橫橋向分配梁設置。基礎鋼管樁插打結束以后，施工人員要根據工程的要求，用履帶吊進行分配梁的設置安裝，當其設置結束以后，嚴格根據工程的設計要求，做好鋼管樁與分配梁相應的焊接連接處理，保證焊接的牢固性。

（4）鋼拱肋、橫梁、拱上立柱及橋面板安裝。按照施工組織設計，采用由鋼橋兩側往跨中雙向架設、跨中合龍的方式。跨中合龍時先分段合龍鋼拱肋，再合龍橫向連接系、立柱，最后拼裝橋面系等桿件。在安裝過程中，嚴格根據拱度的坐標要求，做好拱肋節段的起吊拼裝等工作。當其拱度坐標符合設計要求以后，對其加以焊接與固定，保證各個拱肋節段的精度。具體操作過程：安裝拱肋前，在支架分配梁上放樣測量，在其上焊接高程控制支墩（型鋼制作），分別將橋跨兩側拱肋吊裝于支墩上，通過布置在分配梁頂的千斤頂進一步精確調整鋼拱肋的標高，經測量人員復核無誤后固定拱肋。橫梁、拱上立柱及橋面板的安裝過程中，需要遵循兩側拱腳向跨中的對稱原則，使得拱肋左右始終保持其對稱性。橫向橋面板的安裝過程中，其需要與橋軸線對稱。要嚴格根據工程的施工要求，做好安裝進度的管理。

（5）跨中拱肋合龍施工處理。市政鋼拱橋施工過程中，跨中拱肋合龍是施工中需要重點關注的問題，結合其橋梁結構等特征，應用兩端對接焊合的施工處理方式，這種施工處理方式與傳統的施工處理相比，其施工更為簡單與便捷，保障了各個拱肋之間的緊密性，提高了焊接、焊縫效率。在跨中拱肋合龍處理上，為保障其施工的質量與規范性，必須保障合龍段與拱肋環口段的長度變化相一致，在此過程中要考慮天氣、時間等因素；在合龍段施工過程中，最好保持其可以在梁體溫差最小時一次性完成，保持焊縫的穩定性；在局部配件的連接處理上，要考慮風力等因素。

3 結束語

該市政鋼拱橋項目的施工過程中，有關工程人員要根據工程現場的實際情況，科學進行施工方案的設計，并在后期的施工過程中，加強對每個施工工序的控制，避免施工不規范所引發的各種問題，提高鋼拱橋工程的總體質量，使得其在城市發展中可以發揮其應有的作用。