鋼管拱肋現(xiàn)場制作技術(shù)淺談
葉偉達、翁建勝
摘要：介紹杭甬運河明偉3號橋（現(xiàn)名郁浪浦橋）鋼管拱的現(xiàn)場加工制作、空間立體預拼等施工技術(shù)。
關(guān)鍵詞：鋼管混凝土結(jié)構(gòu) 現(xiàn)場制作 拱橋 空間立體預拼
1　前　言
　　鋼管混凝土拱橋的發(fā)展與應用在我國僅有二十余年的歷史，鋼管砼結(jié)構(gòu)是將混凝土填充到鋼管內(nèi)形成的一種組合結(jié)構(gòu)，兼有鋼結(jié)構(gòu)和砼結(jié)構(gòu)的特點，有效的發(fā)揮了砼和鋼材的力學特性，并利用鋼管的環(huán)箍作用，大大提高結(jié)構(gòu)的抗壓能力和抗變形能力。鋼管砼拱橋造形美觀、結(jié)構(gòu)嚴謹、受力科學、經(jīng)濟合理，近年來在公路、城市橋梁建設(shè)中被廣泛采用。簡要談?wù)勂滗摴芄袄叩募庸ぶ谱骷捌矫�、空間立體預拼技術(shù)和施工質(zhì)量控制。
2　工程概況
本工程為浙江省杭甬運河余姚段明偉3號橋，地處浙江余姚市梨洲街道，橋梁長度為430.74m，主橋為單跨跨徑67m的下承式鋼管砼系桿拱，兩側(cè)引橋為多跨20m空心板簡支梁，主橋通航標準為Ⅳ級航道。主拱拱肋啞鈴型主管φ800*14mm、橫撐為φ500*10mm、φ300*10mm鋼管，均為壓頭滾管焊接而成，主拱肋連接綴板為厚14mm鋼板。
3　鋼管拱現(xiàn)場加工制作
主要工藝流程
原材料檢驗→放樣→下料→加工→裝配與焊接→節(jié)段組裝與腹桿焊接→吊桿相關(guān)部(附)件組裝→焊接過程檢測→拱肋平面預拼裝→拱肋橫撐立體預拼裝→涂裝防銹→拱肋運輸→吊裝。
3.1、單管加工
3.1.1、放樣、下料
（1）放樣前熟悉圖紙、參與技術(shù)交底工作，放樣坐標應考慮預拱度值。按照新計算的各拱度坐標表進行放樣。
（2）放樣主要分為兩步，第一步為計算機放樣，在計算機上按照一定的比例放半輻橋的大樣，得出放樣結(jié)果。然后再選擇一個光線充足，地面光潔的平臺上進行1:1實際放樣，放樣方法為逐點坐標放樣法。
（3）對照兩種放樣結(jié)果后，管節(jié)、腹桿、綴板列出下料清單，并與樣板相對應，使用相應的計算機軟件計算出管節(jié)相接處的相貫線展開圖并制作出樣板來。
（4）下料根據(jù)放樣提供的樣板、草圖及有關(guān)工藝圖紙、施工圖紙進行。材料切割采用半自動切割機，切割前每個氣焊工應根據(jù)自身的技能水平以及設(shè)備性能狀況確�？梢源_保技術(shù)要
求的各項參數(shù)，并按此嚴格執(zhí)行。劃線號料樣板外型尺寸為-0.5mm；氣割時并考慮氣割縫寬度，板材或型材厚度14mm以下氣割縫寬量為2mm，20mm氣割縫寬量為2.5mm，24mm氣割縫寬量為3mm。
（5）放樣制作樣板及下料時應將每相鄰兩筒縱向焊縫相互錯開200mm，并將上弦縱縫朝上，下弦縱縫朝下。所有零部件下料后要及時編號，用油漆書寫清楚。
3.1.2、壓頭、滾圓、校圓
在正式壓頭前，應進行試壓工作，同時還應調(diào)整好模具，使之壓頭精度能達到規(guī)范要求。
在下料前，必須把來料進行除渣，同時，對來料的外行尺寸進行檢查，以避免產(chǎn)生返工。
壓頭時，必須對正定位線，不得有偏斜。
壓頭到一定數(shù)量（90塊左右）時，必須對胎架進行檢查、修正。
壓頭必須按照順序進行壓制，并按順序進行堆放，防止因堆放產(chǎn)生變形。
滾圓、壓頭過程中，必須用準備好的、經(jīng)過檢驗的樣板反復、多點進行檢查，直到合格為止。
滾圓中如出現(xiàn)曲率不對時，必須使用中間加強環(huán)校正，以保證整個鋼管的橢圓度不超標。
滾圓時，必須對正定位線，不得有偏斜。
定位焊應距離設(shè)計焊縫端部30 mm以上，定位焊長度50—100mm，間距400—600mm，焊腳高度不得大于設(shè)計焊腳尺寸的1/2,，電焊時，在焊縫上起弧，使用φ4mm，J507焊條，焊條必須進行烘箱烘烤，使用時放入保溫桶中。
為調(diào)整焊后變形，必須進行校圓工作。
壓頭、滾圓、校圓均應按工藝指導書進行。
3.1.3、單管焊接
焊接是全橋質(zhì)量控制的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一，其直接影響到大橋的生命和使用安全，因此，必須嚴格管理，確保焊接質(zhì)量。
單管的焊接采用雙面自動焊，焊接時，必須清除焊縫兩邊30-50mm范圍內(nèi)鐵銹、油污，水氣和雜物，露出鋼材金屬光澤。焊接時嚴禁在母材的非焊接部位引弧。
自動焊：焊絲、焊劑的選用，焊劑的烘烤，焊前準備，施焊電流、電壓、速度及焊后清理必須嚴格按照工藝試驗確定的焊接工藝參數(shù)進行，以確保焊接質(zhì)量。進行自動焊之前，應進行氣刨清根處理。
自動焊在焊接前必須對焊縫兩邊進行清理、磨光，并加100mm×100mm的引弧板，引弧板板材應與母材等強度，焊縫不允許有咬邊，表面裂縫氣孔等缺陷。
焊后對焊縫進行100%超聲波檢驗，并進行15﹪X射線檢查。如出現(xiàn)返工，則必須制定返工工藝，并按工藝嚴格執(zhí)行，且返工不宜超過兩次。
3.2、單管單元的制作
單元管單元的接長工作在放樣焊接平臺及焊接車間內(nèi)進行，平臺上方有可移動式的臨時車間，具有防風、防雨及保溫的作用，同時又可以移動不防礙放樣及組對工作，單管接長主要采用以折代曲的接長工藝。該道工序具體分為以下幾個步驟：
3.2.1放樣
按照已經(jīng)放好的大樣圖在平臺上放出單元管的小樣按照小樣制作平面胎具
3.2.2、單管單元的接長
單管單元的接長是在一個平面胎具上進行的（見圖一）。鋼管拱曲線由小直線段連接而成，小直線長度等于曲線弧長，直線段的長度取板的寬度，鋼管拱肋由小段直管連接而成，吊桿點的位置錯開
每個單管單元分成三～四次組焊，即把一個單元先分成兩段組焊，每段2節(jié)筒體，然后再將兩段組焊成一個單元，以次類推。每段和單元管的組裝控制尺寸，主要控制單原管下緣的長度L和各接口的矢高難度hi,考慮到焊接收縮及試拼預留量，長度公差控制在±3mm之內(nèi)，找圓后加以支承固定。筒體上胎后每個筒體下設(shè)2個支架，支承架下安放一個經(jīng)找水平的平臺，各支承架的高度必須相等（見圖一），將每個筒節(jié)上預先劃好的4條中心線對正，端口對齊，同時還應保證兩相鄰筒體的縱焊縫相互錯開90度；初步測量L和hi值，不符合要求時要進行修整，接口的錯臺≦1.5mm；尺寸符合要求后，在接口外側(cè)安裝夾具進行固定。用水準儀測量端頭兩個筒節(jié)的水平度，應控制在2mm以內(nèi)，超出要求時應進行調(diào)整，以消除筒體直徑誤差造成的影響，保證整橋拱肋組裝后順直。水平度調(diào)整好后再次測量調(diào)整L和hi值達到工藝要求后，進行定位焊。定位焊長度50mm，間隔200-250mm

 

圖一 鋼管拱單管單元組裝示意圖
3.2. 3 、單管單元的焊接
各組裝段和組裝單元的所有接口焊縫內(nèi)側(cè)（有坡口的一側(cè)）采用手工電弧焊或二氧化碳氣體保護焊封底，外采用埋弧自動焊及焊手工電弧焊接，并盡可能采用自動焊和半自動焊。單管環(huán)焊縫焊接工藝為：
焊縫接頭同樣采用55°V形坡口，焊前用砂輪角磨機進行清理，采用二氧化碳氣體保護焊與埋弧自動焊結(jié)合的工藝和二氧化碳氣體保護焊與手工電弧焊結(jié)合的工藝進行焊接。第一層為二氧化碳氣體保護焊打底,采用陶瓷襯片,單面焊雙面成型，在焊接的過程中不斷轉(zhuǎn)動管子，焊絲為RM-56焊絲，電流為140-1600A，直流反接，電弧電壓為23-25V，焊接速度11-13cm/min；第二層采用RM-56φ1.2mm焊絲，電流為240-260A，電弧電壓為32-34V，焊接速度為19-21 cm/min；第三層采用RM-56φ1.2mm焊絲，電流為24-260A，電弧電壓為30-32V，焊接速度為23-25 cm/min；第四層采用埋弧自動焊在自制的轉(zhuǎn)胎上進行（如圖所示），焊接時機頭不動，管子勻速轉(zhuǎn)動，焊絲為H10Mn2直徑φ4.8mm，電流為640-660A，電弧電壓為32-34V，焊接速度為41-43cm/min，焊劑為HJ431焊劑。當管子較長不能自由轉(zhuǎn)動時,采用手工電弧焊蓋面。
進行內(nèi)側(cè)焊之前先檢查各段及單元管的L值和hi值。當小于工藝設(shè)計值時應先焊單元管的下緣。當大于設(shè)計值時應先焊單元管上緣。焊接時第一層采用跳焊的方法，要求小電流快速焊，沿圓周焊完后再進行其它各層的焊接，仍先從下緣開始焊，采用兩人分別從兩側(cè)同時焊接。
對接焊接是全橋質(zhì)量控制的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一，必須嚴格管理，確保焊接質(zhì)量。焊前準備，施焊電流、電壓、速度及焊后清理必須嚴格按照工藝試驗確定的焊接工藝參數(shù)進行�，F(xiàn)場焊接時，焊條必須按規(guī)范要求進行烘烤，施工時放入保溫桶中存放，以備隨用隨取。
焊絲、焊劑的選用，焊劑的烘烤，焊前準備，施焊電流、電壓、速度及焊后清理必須嚴格按照工藝試驗確定的焊接工藝參數(shù)進行，以確保焊接質(zhì)量。進行自動焊之前，應進行氣刨清根處理。
手工焊、自動焊的焊接前必須對焊縫兩邊進行清理、磨光，并加100mm×100mm的引弧板，引弧板板材應與母材等強度，焊縫不允許有咬邊，表面裂縫長度的1/10，連續(xù)長度不得大于40mm，所有焊接不允許在焊縫以外起弧。
焊后對焊縫進行100%超聲波檢驗，并進行15%射線檢查。如出現(xiàn)返工，則必須制定返工工藝，并按工藝嚴格執(zhí)行，且返工不能超過兩次。
焊后清理，以上各分段焊完后，立即清除焊渣、焊瘤和鋼材表面油污及氧化皮并打磨光滑。
3.3、單管拱肋分片制作
分片制作是鋼管拱節(jié)段制作的前奏，是整個鋼管拱制作中很重要的中間環(huán)節(jié)，在制作過程中應按照工藝技術(shù)要求進行，同時，還應采取措施防止分片焊接變形。
（1）在水泥平臺上搭設(shè)分片制作胎架，并用水平儀測平。
（2）在經(jīng)測平的地平上放出單片制作地樣并制作好胎架（包括主管拱、各腹桿、地樣線及胎架）。
（3）在水泥平臺上放出經(jīng)過坐標轉(zhuǎn)換后的鋼管拱地樣線，并用油漆筆畫線，自檢合格后填報，檢驗合格后才能進行下一道工序。
（4）主拱單管定位，根據(jù)地樣，焊好主管拱定位板，然后定位主管分段。
（5）腹桿、綴管的劃線、下料
①腹桿、綴管均為卷制鋼管和無縫鋼管，其劃線、下料工作均在現(xiàn)場進行。
②腹桿、綴管均與主拱相接，因此，其兩端口形狀均為不規(guī)則形，必須對其兩端口形狀進行放樣。
③放樣工作應在放樣平臺上進行或結(jié)合計算機進行計算。
④放樣后的樣板應用不易變形的材料進行剪制，并存放在平坦、干燥的地方。
⑤現(xiàn)場號料：把鋼管吊到簡易平臺上，用吊錘和卷尺對鋼管進行分中，畫出平等管軸線的基線，而后把樣板基線和管基線重合，用樣板嚴密貼緊鋼管外壁，沿樣板邊線畫線，取下樣板即可。
⑥下料：氣焊工沿著放樣線下料，但必須注意割槍的傾斜角度。
⑹主管放好后，將腹桿、綴管全部吊裝到位，經(jīng)檢驗合格后方可施焊。
⑺將腹桿位置影射到腹桿支撐上，并焊接好定位板。
⑻此分片焊接成型經(jīng)檢驗合格后，方可吊離胎架，并進行下一分片拼裝、焊接。
⑼拼裝順序按照技術(shù)要求進行。
3.4、立體段組裝制作
為了便于控制拱肋間距以及減少焊接內(nèi)應力，減少焊接變形，采用臥式組裝法進行組裝。
（1）.將上述制好的半成品分片準確定位，使之能與平臺上的投影線相吻合，同時用垂線法嚴格控制主拱肋片對水平胎架的垂直度，。
（2）將綴管安裝在平臺上的單片上，在將另一單片經(jīng)扣裝在完成的半成品上，得到此立體段。水平檢測各點是否水平，上下主拱間距應先略大于理論尺寸，以保證直腹桿的順利安裝，檢測兩片間距合格后點焊，最后施焊，可從中間向兩邊施焊以防變形。
（3）。定位支撐安裝
在焊接前進行定位支撐安裝，可以減少因焊接、吊裝等因素的影響，從而有助于保證立體分段的幾何尺寸、外觀尺寸。
（4）焊接
①為保證接口焊縫的強度、質(zhì)量，在接口兩邊要采用型坡口型式，以保證接口質(zhì)量。
②為保證接口焊縫質(zhì)量，選用直流焊機進行焊接，從而可以獲得較穩(wěn)定的電流、電壓，以保證焊接質(zhì)量。
③在焊接過程中，采用合理的焊接順序，以防止焊接變形。
④在焊接過程中以及焊后，都要求焊工自己進行自檢，項目部質(zhì)檢員全檢，監(jiān)理抽檢。對不合格焊口實施返工。
（5）檢測
在每一道工序開始前，都應對構(gòu)件進行全面檢查，包括幾何尺寸、焊縫外觀質(zhì)量、焊接余量等等。
（6）余料切割
焊完畢后應通過端部水平投影線經(jīng)吊線經(jīng)切除長度方向余量。單片拱肋及立體節(jié)段的組對及焊接都在龍門吊軌道內(nèi)的水泥平臺上進行，水泥平臺上有可移動式的車間 。
e4　鋼管拱現(xiàn)場預拼及防腐
4.1．預拼裝、安裝大段吊裝接頭
拱肋的預拼接工作是在龍門吊軌道內(nèi)的大平臺上按照設(shè)計1:1的樣進行的，每次拼接的節(jié)段為七節(jié)，即從拱腳段到合攏段半幅橋。主要分為以下幾個步驟：
①將連接板、拼接板及各件下料妥當。連接板、拼接板下料偏差應嚴格控制（0，-2）mm；平面度：2mm。
②節(jié)段接頭連接板、拼接板要求先在栓孔中心處配鉆，然后分開后擴孔。最后連接在一起采用模具組裝進行施工。
③連接板、拼接板各構(gòu)件組裝焊接后應進行試對接，合格后，方可安裝在拱肋節(jié)段接頭處弦桿鋼管設(shè)計位置處并吊線檢測與水平投影重合后施焊。
④對幾何尺寸，焊接質(zhì)量，結(jié)構(gòu)構(gòu)造等進行全面檢查后并填寫鋼管拱制造檢查記錄表，合格后方可進入涂裝工序。
4.2.工序施工細節(jié)
（1）施工準備
在分片制作前，應做好施工前的資料、技術(shù)、水泥平臺、胎架以及地樣坐標的轉(zhuǎn)換工作，并做好技術(shù)資料的審核工作，以確保技術(shù)參數(shù)的準確可靠。水泥平臺應根據(jù)橫撐的規(guī)格和型號來設(shè)計一種通用形式，以保證施工中轉(zhuǎn)換的連續(xù)性和可操作性。畫地樣應確定一個統(tǒng)一基線，每種橫撐制作線根據(jù)基線確定。
（2）分片制作
①根據(jù)設(shè)計要求，對橫撐管進行1:1放樣，畫出施工草圖及各構(gòu)件的接頭樣板。
②根據(jù)放樣或者工藝草圖進行橫撐胎架的搭設(shè)，并畫出地樣圖。
③各橫撐平面分片的構(gòu)件全部到位后檢驗人員和工藝人員檢驗認可后開始按焊接要求施焊。
④上、下橫撐φ500*10mm和幾根連接管組成，在水平搭施的胎架上分別畫出經(jīng)過坐標的地樣圖，再根據(jù)放樣后的下料清單對號進行各道橫撐的拼裝，橫撐拼裝完后，進行支撐管和斜撐管的拼裝。
⑤各橫撐平面分片的構(gòu)件全部到位后檢驗人員和工藝人員檢驗認可后開始按焊接要求施焊。
⑥將拼裝好的上、下橫撐和斜撐的端點處加上臨時支撐，以保持拼裝好橫撐不產(chǎn)生變形。
⑦拼裝完后進行整個橫撐的焊接。
⑧焊條施焊前應進行300℃，二小時烘烤，并進行100℃左右的保溫，使用中應置于保溫桶存放。
⑨同時對各段分片的幾何尺寸、焊接質(zhì)量、結(jié)構(gòu)構(gòu)造等進行全面的質(zhì)量檢查、驗收合格后進入涂裝工序。
（3）立體拼裝
將每個橫撐及相對應的兩片拱肋節(jié)段按照實際成橋時的空間坐標在加工場地內(nèi)進行預拼裝，由于受到拱肋節(jié)段高度的限制，需要將其坐標進行轉(zhuǎn)換。經(jīng)過預裝后，大大提高了橫撐的吊裝精度，節(jié)省了吊裝的時間，縮短了施工工期。此外，在各段主拱頂預焊螺帽，便于安裝測量棱鏡，為以后主拱吊裝提供測量便利。
4.3、鋼管拱防腐
涂層結(jié)構(gòu)施工安排
因該大橋施工周期較長，為保證大橋防腐的工程質(zhì)量，以及吊裝過程中所損壞涂層所造成的不必要損失，應分二階段進行施工。
第一階段：鋼結(jié)構(gòu)出廠前拼裝場地施工。首先在場地進行噴砂除銹，達到Sa3級后再進行金屬噴涂，金屬噴涂后必須在4小時內(nèi)涂裝第一道842環(huán)氧云鐵封口漆，再間隔12小時涂裝第二道842環(huán)氧云鐵中間漆，等待全橋整體吊裝。
第二階段：大橋整體吊裝完成橋面上施工。首先對涂層表面進行清洗，除凈涂層表面的油污、泥土、雜質(zhì)等，對所損傷部位及焊縫處進行噴砂除銹至Sa3級后再依次進行補口補傷涂裝，然后涂裝第三道氟碳面漆，間隔24小時后涂裝第四道氟碳面漆。
7　結(jié)束語
　明偉3號橋鋼管拱加工及現(xiàn)場預拼施工經(jīng)檢查驗收均符合設(shè)計和規(guī)范要求。通過該橋?qū)嵺`，我們有以下幾點體會：
(1) 利用現(xiàn)場條件加工制作鋼管拱肋，減少了成品運輸環(huán)節(jié)，解決了運輸困難的問題。
（2）在現(xiàn)場制作可以隨工程進度的要求，合理調(diào)整加工制作及運輸順序，便于管理和施工。
（3）采用本施工技術(shù)克服了潮濕、高溫、低溫、風大等諸多不利條件，加工的產(chǎn)品合格率95%以上，具有進度快，質(zhì)量高的特點，能夠保證拱肋吊裝的順利完成，各項指標均滿足設(shè)計及規(guī)范要求。

參考文獻
［1］公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范(JTJ041-2000).北京:人民交通出版社.
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［4］焊接手冊. 北京.機械工業(yè)出版社

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