系杆拱桥钢管拱肋制作探讨

2015-08-21□兰疆□王静

河南水利与南水北调 2015年6期

□ 兰疆 □ 王静

（1河南水利建筑工程有限公司；2黄河水利水电开发总公司）

1 工程概况

十里铺东南公路桥桥宽16.50m，桥长173.30m，桥梁荷载等级为1级公路。该桥为一跨下承式钢管混凝土拱桥，全桥共设两榀拱肋，拱肋计算跨径为160m，矢高32m,肋间中距为20.16 m，拱轴线为悬连线，拱轴系数m=1.17，矢跨比1/5。每榀拱肋由4根上下弦管[规格为φ900×14（18）]、竖腹管（规格为φ299×10）、斜腹管（规格为φ299×10）及平联管（规格为φ402×10和φ600×10）焊接成桁式截面。截面高度3.60m，宽度2.10m，上下弦管每隔2.70～3.20m设置一道加劲环。两拱肋间共设置7道“一”字撑，横撑主管为φ600mm×10mm、腹管为φ299 mm×10mm。

2 钢拱肋节段的制作拼装

2.1 胎型的制作

利用施工图给定的拱度曲线设计卧拼时各相关控制点的地样坐标，根据车间实际情况制作整体组装胎架放地样。

第一，水平支撑点底部等高，应设置定位挡块。

第二，胎架基础必须有足够的承载力，确保在使用过程中不发生下沉。

第三，胎架上应放出纵向轴线、外弧边线、吊杆中心线，并将以上控制线两端引到胎架测量基准线外侧1米左右的位置，便于测量和复核。

第四，胎架布置方向应与运输通道的方向相同，确保最先拼装的节段在最靠近运输通道的位置，便于节段起吊和运输。

2.2 拱肋弦管组装

2.2.1 工艺方法

拱肋组装的理想状态是进行半桥卧拼，桥的长度及拱度均能反映桥的真实状态，本桥采用拱肋半桥组装的方法，半桥节段组装在专用定位地样坐标工装胎具上进行。施工工艺设计时，把需要拼装的节段按理论状态平放在工作台上，把需要控制点的平面坐标尺寸列好表格，在车间工作台上建立地样坐标系，使车间的工作台具有检测、定位、夹紧、组装的功能。在地样坐标组装工作台上，根据地样坐标点可反映出半桥下弦控制点上的拱度、吊杆连结中心线的精确位置、节段间结合线的检测坐标数值，以及检查构件的总长度和平面度。这样，一次就可以组装几个单片或几个节段，在组装拱肋节段单片管节段时，将固定管节拼装在胎型上之后，并及时装配管节段加劲环，加劲环布置在上下弦平联管位置，间距为2.70～2.80m不等。关键焊缝的焊接可以直接在焊接工作台上进行，以保证组装件吊出时具有足够的刚度。

2.2.2 环缝焊接

焊接时采用单面坡口，坡口开在管外，在管内侧贴陶瓷衬垫，全熔透焊缝，如图1所示。

图1 环缝焊接图

2.3 拱肋弦管制作拼装

焊接腹管、平联管、弦管环缝均采用CO2气体保护焊焊接，焊接时焊缝质量控制措施如下:

第一，严格按照焊接工艺卡片进行施工。

第二，焊接时，陶瓷衬垫须进行烘干处理，防止焊缝底部出现气孔。

第三，焊接前，对坡口两侧5cm范围内进行烘干处理，并进行除油、除锈处理。

2.3.1 风撑制作

全拱桥共有7个横向连接风撑，每个风撑的立面均由上、下弦φ600×10的钢管和腹杆为φ299×10的钢管组成。为满足运输要求，在工厂制做成管桁架长度约17m，共计7片，整体运输到工地现场安装。

2.3.2 腹杆的标记及相贯线的制作

材料进厂后按照施工图纸及排料图进行下料，并在管件上标示零件号，然后进行卷管校圆。横撑上的竖腹杆及斜腹杆需要进行相贯线切割。主弦杆上各部位的竖腹杆、斜腹杆因上下弦杆拱度数值的差异而不同，各管节的相贯交线角度均有不同变化，不同标记的管节两端切口面的相贯线形状相似而又数值不同，故腹杆标记工序尤其重要。

第一，在工厂内可采用专用相贯线切割机进行管线切割。

第二，按图将相贯线坐标放样做样板，在钢管上按零件图制作相贯线展开样板。划线前，将管放于平台上，划出管口两端十字中心线，再用样板对准横撑单管十字中心线，划出相贯部位的切割线，划线时长度放5mm焊切割量。若无相贯线切割机，可使用此方法。

第三，车间内的相贯线采取手工切割，分2次进行，先切割相贯线，并打磨除去切割边的氧化碴等，再修割相贯部位趾部及侧部焊接坡口打磨匀顺，坡口角45～60°。

2.3.3 横撑拼装

在拼装场地放地样，1:1设置好地样平台，注意控制好坐标与尺寸,将相贯线切割好的单管置于地样平台上拼焊。横撑中一端与主弦管连接的接头管组焊在主弦管上（若运输困难，可先确定位置，工地焊接），其余在场内放地样拼焊成单元件。横撑单元件应做好标识，运往工地现场安装。

3 焊接操作

3.1 基本要求

第一，根据招标文件的有关规定，进行焊接工艺评定试验。焊接工艺评定材质要求与母材相符。

第二，评定项目说明:一是评定项目主要针对钢管拱主拱管各种对接、钢管之间相贯焊缝、钢横撑、拱脚接头等重要焊缝；二是焊接工艺评定报告是编写钢管桁架拱肋焊接工艺指导书的依据；三是如果焊接材料、焊接方法、坡口形式等主要要素变更时，按《公路桥涵施工技术规范》重新进行评定；四是钢管拱肋结构制造时，依据焊接工艺指导书。

3.2 焊接材料

根据工程要求焊接材料需采用3种不同型号的焊丝焊条进行焊接作业。分别是:

第一，采用直径为5mm的H08MnA埋弧焊丝和HJ431型焊剂，用CO2气体保护焊，使用GB/T12470-2003检验标准对焊接作业进行检验。

第二，采用直径为1.20mm的ER50-6气保焊丝型焊丝，用手工电弧焊焊接工艺，使用GB/T8110-2008检验标准对焊接作业进行检验。

第三，采用直径为4mm的E5015型焊条，使用GB/T5118-1995检验标准对焊接作业进行检验。

3.3 焊接方法

钢管拱肋及横撑等结构部件制造、厂内及工地焊接的焊接方法是:管节环纵缝焊接采用埋弧焊，CO2衬垫焊；平联管、腹管焊接采用CO2半自动焊，手弧焊；工地焊接采用CO2衬垫焊；CO2半自动焊，手弧焊。定位焊CO2半自动焊、手弧焊。

3.4 卷制钢管纵缝焊接

依据《公路桥涵施工技术规范》，编制焊接工艺试验评定大纲，通过试验确定拱桥的焊接工艺。钢管卷制完成后，在对接坡口的正面，采用CO2气体保护焊打底焊接，焊接高度约为板厚的1/2,再用砂轮清理焊缝表面形成的药皮，后用埋弧焊填充盖面。为保证焊缝100%熔透，在管节内侧用砂轮铲磨打底焊时未能熔透部位，直至露出焊缝金属光泽，然后采用CO2气体保护焊管内锁底焊接。

不允许任何焊缝留有气孔，不允许纵向及横向对接焊缝留有咬边，主要角焊缝的咬边≤0.50mm，其他焊缝的咬边≤1mm，连续长度≤100mm，且两侧咬边总成不大于焊缝全称的10%；主要角焊缝的焊脚尺寸，其他焊脚（手工角焊缝全长的10%允许）。角焊缝的焊波＜2.00（任意25mm范围高低差）；对接焊缝余高≤2.00（焊缝宽b≤12）。