拱肋長線臥拼技術在CFST拱橋中的應用

黎繼國　隗磊軍

摘要：文章結合金釵紅水河特大橋工程實例，介紹了拱肋加工制造所采用的長線臥拼技術，并分析了其施工關鍵技術。工程應用結果表明：設計多組獨立鋼管框架式總拼胎架，保證了拱肋的外輪廓尺寸及桿件位置的準確性，消除了拱肋吊裝中的尺寸偏差，縮短了加工周期，提高了施工效率，為拱肋吊裝施工線形的控制打下良好的基礎。

關鍵詞：CFST拱橋;長線臥拼;加工制造;線形

中圖分類號：U448.22

0 引言

CFST拱橋拱肋的加工制造作為整個施工過程中的一道關鍵控制性工序，制造的質量會直接影響拱肋吊裝的質量[1-3]。隨著CFST拱橋的建造跨徑越來越大，拱肋節段的數量也越來越多，采用傳統的短線法進行拱肋加工制造，面臨的主要問題是加工周期較長，加工胎架需要反復調整，而且加工精度不高，尤其是加工完成后在拱肋安裝過程中接頭依靠法蘭盤匹配連接，如果法蘭盤匹配連接不好，就會造成拱肋安裝線形出現問題，影響工程質量[4-5]。金釵紅水河特大橋在拱肋加工制造方面從工藝上進行調整，將傳統的短線法調整為長線法，將半拱的節段一起在胎架上進行整體匹配拼裝，焊接完成后再分段脫離胎架，其優點是加工周期較短，加工精度高，在吊裝過程中接頭一次定位，法蘭盤密貼準確，成橋后軸向偏差最大僅8 mm，在金釵紅水河特大橋的應用中取得良好效果。

1 工程概況

金釵紅水河特大橋拱肋采用四肢桁架結構，主孔跨徑為310 m（計算跨徑為280 m），計算矢跨比為1/4.48，拱軸線采用倒懸鏈線，懸鏈線系數m=1.50。橋面以上橫向聯系采用“△”型、“I”型橫撐，單幅橋共設12組。拱肋下弦設置4道“K”型橫撐和2道“一”字型橫撐。“△”型橫撐直桿采用610×14 mm鋼管，斜桿采用508×14 mm鋼管;“I”型橫撐上弦桿采用610×14 mm鋼管;“K”型橫撐直桿采用610×14 mm鋼管，斜桿采用508×14 mm鋼管。

2 拱肋長線臥拼技術

2.1 工藝原理

（1）在車間內進行卷管、弦管接長、啞鈴形弦管片裝制造，然后弦管片裝運至總拼場。在總拼場內分兩塊場地安裝兩個半拱的拼裝胎架。（2）在胎架上將半個拱肋的弦管片裝、腹桿逐段拼裝（圖1）。待半拱的桿件全部拼裝完，調整好拱圈整體線形后，再逐段進行腹桿與主弦管間相貫線焊縫的焊接。（3）等焊縫收縮完成，拱肋線形固定后，進行節段間連接的法蘭盤裝配，用螺栓鎖定法蘭盤后，逐段進行法蘭盤肋板與主弦管間焊縫的焊接。全部焊接完成后，解除法蘭盤間的螺栓，完成拱肋總拼，然后將拱肋用平車運進車間進行涂裝。

2.2 工藝流程

拱肋臥拼工藝流程為：在鋼結構單元件制造廠內首先將鋼板按規定尺寸下料，然后將鋼板卷制成鋼管筒節，之后將鋼管筒節接長，制造成弦管片裝，然后用拖車運至總拼場。在總拼場將弦管片裝及腹桿按半拱總拼、焊接成節段，最后進行涂裝，再吊運至存放場內存放。具體流程如圖2所示。

2.2.1 鋼管卷管

采用以折代曲的方法進行拱肋弦管制造。考慮材料供應、施工工藝、設備起重能力、筒節長度等因素后，將拱肋進行結構分解，細化至板單元。然后，依據分解的尺寸到鋼板廠家按定尺訂貨。其中，筒節直線長度按≤7 m，曲線最高點到代替直線的垂直高度按≤3 cm的原則來控制。將下料好的鋼板放入三芯卷管機，卷成鋼管，并在縱縫內外側進行焊接。

2.2.2 啞鈴弦管片裝制造

弦管接長在胎架上進行，地樣位置誤差<2 mm，高程[WTBZ]Δ值誤差<1 mm。胎架表面應設拱肋輪廓線、軸線、吊桿、橫撐定位線等標記。弦管接長完成后，進行啞鈴狀片裝的組拼，先設置兩根平行的胎架，胎架高300 mm，在地樣上畫出拱肋邊線和端頭控制點，先固定一根弦管，再繼續綴管和另一弦管的組對工作，檢查合格后進行綴管的焊接工作。

2.2.3 法蘭盤加工

將法蘭盤面板用數控等離子切割機下料好，然后放到車床上進行配鉆螺栓孔，并放到銑床上將法蘭盤的面板銑平。將法蘭盤加勁板用數控等離子切割機切割好，然后進行法蘭盤裝配。用螺栓將法蘭盤面板鎖緊，再安裝加勁板，焊接法蘭盤與加勁板間焊縫。焊接完成，待焊縫冷卻后，拆去螺栓。

2.2.4 臥拼地樣點放樣

首先用15 cm的C25混凝土進行場地硬化，并設置0.5%的排水坡度，防止場地內積水。將拱肋成橋線形疊加上設計預拱度，形成制造線形，再將半拱的制造線形在場地上進行1∶1放樣。胎架支撐點位置選擇在腹桿與主弦管交點處。放樣時，先采用全站儀將地樣點打出，再用長鋼尺復核點位間的相互距離，直到各點位間的相互距離誤差<2 mm為止。

2.2.5 胎架安裝

在設計指定位置安裝鋼板支墩，焊接斜撐，并用膨脹螺栓與地面固定，在支墩焊接牙板，用水準儀調整水平。

2.2.6 拱肋節段總拼

將主弦管接長單元吊裝至胎架上，對合控制點地樣和標高，調整好線形，點焊固定。根據地樣控制點返到鋼管上做出標記，先組對上弦啞鈴再組對下弦啞鈴的弧形桿件并固定，再進行腹桿的組對工作。在組裝腹桿同時組裝吊桿位置的平聯綴管并點焊，平聯組裝完后組裝吊桿部位的加勁板和吊桿導管。

上下啞鈴型拱肋全部拼接好之后，開始拼接腹桿及小橫管。下腹桿依照地樣線拼裝，預拼時，首先使用線錘與腹桿地樣線吻合，找到筒節軸線上所對應的點。拼接時，利用千斤頂支撐腹桿，用線錘及直尺測量腹桿切線到地樣線的距離。腹桿兩端對齊后，利用直角尺及水平儀測量腹桿軸線水平度。上腹桿依據上述方法，對準下腹桿兩側切線定位。

上下桁片組裝完畢后，復測桁片的平整度，合格后方可焊接。桁片焊接完后復測桁片平整度，如有局部下沉用千斤頂頂升并在下面墊實。

2.2.7 腹桿焊接及檢驗

待半拱的腹桿全部拼裝完畢后，開始焊接腹桿與主弦管間相貫線焊縫，從拱腳依次往拱頂焊接。為減小焊接而產生的變形，腹桿兩端相貫焊縫應對稱焊接，先焊豎腹桿，再焊斜腹桿。焊接時先焊接腹桿及小橫管，最后焊接法蘭接頭及加勁板，將焊接腹桿所引起的焊接收縮量轉移到法蘭盤，在接頭消化掉，以保證拱肋對接精確度。

2.2.8 法蘭盤裝配焊接

在節段內所有焊縫焊接完畢，收縮變形完成后，安裝節段間的接頭法蘭盤。首先將一側的法蘭盤定好位置并點焊，然后將另一側的法蘭盤與其對接并調整好位置，用螺栓鎖定，使法蘭盤面板密貼。焊接一頭法蘭盤的加勁板，待焊縫冷卻，收縮變形完成后，再焊接另一端法蘭盤的加勁板。待另一端法蘭盤的加勁板也焊接完成，焊縫冷卻后，解除法蘭盤螺栓。

半拱的拱肋臥拼焊接完畢后，使用2臺龍門吊一前一后將拱肋四點抬起，移出拼裝區域，運輸到存放場地存放。存放場地應平整，并設置自然排水坡度，用20 cm混凝土硬化。每段拱肋腹桿和弦管交點處用2條30 cm×30 cm枕木支墊。

3 應用實例

金釵紅水河特大橋跨越紅水河，橋頭位于忻城縣紅渡鎮六碟村清好屯西南方向約200 m，橋尾位于馬山縣金釵鎮東屏村拉壩屯西北方向約500 m處。左幅橋于樁號ZK316+065.000處跨越紅水河，右幅橋于樁號YK316+082.650處跨越紅水河。主橋采用跨徑為310 m的中承式鋼管混凝土拱橋，分為左右雙線橋，共4片拱肋。拱腳桁高8 m，拱頂桁高5 m，寬2.8 m，單片拱肋采用4根 1 000 mm×24（20）mm鋼管組成上下弦管，弦管之間水平采用 700 mm×14 mm鋼管橫向連接，拱腳側通過綴板連接，豎腹桿、斜腹桿均采用 508 mm×14 mm的Q345C空鋼管。上弦桿兩根主弦管及下弦桿兩根主弦管為啞鈴狀結構形式。單條拱肋分為12段，全橋共48段。

金釵紅水河特大橋拱肋制造采用長線臥拼施工工藝，在橋位旁建設了總拼場地，使用兩組胎架進行兩個半拱的長線臥拼。大橋的拱肋于2021年3月開始總拼，2021年9月結束，共歷時6個月完成所有拱肋節段的總拼。拱肋結構尺寸制造誤差在3 mm以內，相鄰節段的匹配精度高。由于制造質量好，拱肋安裝過程十分順利，僅用60 d就完成了全橋拱肋合龍，軸向偏差最大為8 mm，成橋拱肋線形良好。

4 結語

鋼管混凝土拱橋拱肋制造質量會影響空中安裝質量，制造線形須符合拱肋的成橋線形，空中安裝時無法強制將制造的尺寸偏差消除，因此，拱肋總拼線形質量非常重要。此外，拱肋安裝過程中接頭依靠法蘭盤匹配連接，如果法蘭盤匹配連接不好，也會造成拱肋安裝線形出現問題。因此，拱肋總拼工藝十分重要。

金釵紅水河特大橋拱肋加工制造采用長線臥拼施工工藝，取得良好效果。歷時6個月成功完成全橋48個拱肋節段的總拼，且拱肋結構尺寸制造誤差在3 mm以內，大大提高了施工效率。由于制造質量好，拱肋安裝過程十分順利，僅用60 d就完成了全橋拱肋合龍，成橋拱肋線形良好。

參考文獻

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[4]楊茨祥，付衛政.丫髻沙大橋主橋鋼管拱肋鋼結構制造[J].廣船科技，2001（1）：34-38，33.

[5]唐瞻鵬.馬灘紅水河大橋鋼管焊接質量無損檢測與監控分析[J].西部交通科技，2018（3）：129-132.

作者簡介：黎繼國（1977—），高級工程師，研究方向：道路與橋梁工程;

隗磊軍（1989—），工程師，研究方向：道路與橋梁工程。