拱肋长线卧拼技术在CFST拱桥中的应用

黎继国　隗磊军

摘要：文章结合金钗红水河特大桥工程实例，介绍了拱肋加工制造所采用的长线卧拼技术，并分析了其施工关键技术。工程应用结果表明：设计多组独立钢管框架式总拼胎架，保证了拱肋的外轮廓尺寸及杆件位置的准确性，消除了拱肋吊装中的尺寸偏差，缩短了加工周期，提高了施工效率，为拱肋吊装施工线形的控制打下良好的基础。

关键词：CFST拱桥;长线卧拼;加工制造;线形

中图分类号：U448.22

0 引言

CFST拱桥拱肋的加工制造作为整个施工过程中的一道关键控制性工序，制造的质量会直接影响拱肋吊装的质量[1-3]。随着CFST拱桥的建造跨径越来越大，拱肋节段的数量也越来越多，采用传统的短线法进行拱肋加工制造，面临的主要问题是加工周期较长，加工胎架需要反复调整，而且加工精度不高，尤其是加工完成后在拱肋安装过程中接头依靠法兰盘匹配连接，如果法兰盘匹配连接不好，就会造成拱肋安装线形出现问题，影响工程质量[4-5]。金钗红水河特大桥在拱肋加工制造方面从工艺上进行调整，将传统的短线法调整为长线法，将半拱的节段一起在胎架上进行整体匹配拼装，焊接完成后再分段脱离胎架，其优点是加工周期较短，加工精度高，在吊装过程中接头一次定位，法兰盘密贴准确，成桥后轴向偏差最大仅8 mm，在金钗红水河特大桥的应用中取得良好效果。

1 工程概况

金钗红水河特大桥拱肋采用四肢桁架结构，主孔跨径为310 m（计算跨径为280 m），计算矢跨比为1/4.48，拱轴线采用倒悬链线，悬链线系数m=1.50。桥面以上横向联系采用“△”型、“I”型横撑，单幅桥共设12组。拱肋下弦设置4道“K”型横撑和2道“一”字型横撑。“△”型横撑直杆采用610×14 mm钢管，斜杆采用508×14 mm钢管;“I”型横撑上弦杆采用610×14 mm钢管;“K”型横撑直杆采用610×14 mm钢管，斜杆采用508×14 mm钢管。

2 拱肋长线卧拼技术

2.1 工艺原理

（1）在车间内进行卷管、弦管接长、哑铃形弦管片装制造，然后弦管片装运至总拼场。在总拼场内分两块场地安装两个半拱的拼装胎架。（2）在胎架上将半个拱肋的弦管片装、腹杆逐段拼装（图1）。待半拱的杆件全部拼装完，调整好拱圈整体线形后，再逐段进行腹杆与主弦管间相贯线焊缝的焊接。（3）等焊缝收缩完成，拱肋线形固定后，进行节段间连接的法兰盘装配，用螺栓锁定法兰盘后，逐段进行法兰盘肋板与主弦管间焊缝的焊接。全部焊接完成后，解除法兰盘间的螺栓，完成拱肋总拼，然后将拱肋用平车运进车间进行涂装。

2.2 工艺流程

拱肋卧拼工艺流程为：在钢结构单元件制造厂内首先将钢板按规定尺寸下料，然后将钢板卷制成钢管筒节，之后将钢管筒节接长，制造成弦管片装，然后用拖车运至总拼场。在总拼场将弦管片装及腹杆按半拱总拼、焊接成节段，最后进行涂装，再吊运至存放场内存放。具体流程如图2所示。

2.2.1 钢管卷管

采用以折代曲的方法进行拱肋弦管制造。考虑材料供应、施工工艺、设备起重能力、筒节长度等因素后，将拱肋进行结构分解，细化至板单元。然后，依据分解的尺寸到钢板厂家按定尺订货。其中，筒节直线长度按≤7 m，曲线最高点到代替直线的垂直高度按≤3 cm的原则来控制。将下料好的钢板放入三芯卷管机，卷成钢管，并在纵缝内外侧进行焊接。

2.2.2 哑铃弦管片装制造

弦管接长在胎架上进行，地样位置误差<2 mm，高程[WTBZ]Δ值误差<1 mm。胎架表面应设拱肋轮廓线、轴线、吊杆、横撑定位线等标记。弦管接长完成后，进行哑铃状片装的组拼，先设置两根平行的胎架，胎架高300 mm，在地样上画出拱肋边线和端头控制点，先固定一根弦管，再继续缀管和另一弦管的组对工作，检查合格后进行缀管的焊接工作。

2.2.3 法兰盘加工

将法兰盘面板用数控等离子切割机下料好，然后放到车床上进行配钻螺栓孔，并放到铣床上将法兰盘的面板铣平。将法兰盘加劲板用数控等离子切割机切割好，然后进行法兰盘装配。用螺栓将法兰盘面板锁紧，再安装加劲板，焊接法兰盘与加劲板间焊缝。焊接完成，待焊缝冷却后，拆去螺栓。

2.2.4 卧拼地样点放样

首先用15 cm的C25混凝土进行场地硬化，并设置0.5%的排水坡度，防止场地内积水。将拱肋成桥线形叠加上设计预拱度，形成制造线形，再将半拱的制造线形在场地上进行1∶1放样。胎架支撑点位置选择在腹杆与主弦管交点处。放样时，先采用全站仪将地样点打出，再用长钢尺复核点位间的相互距离，直到各点位间的相互距离误差<2 mm为止。

2.2.5 胎架安装

在设计指定位置安装钢板支墩，焊接斜撑，并用膨胀螺栓与地面固定，在支墩焊接牙板，用水准仪调整水平。

2.2.6 拱肋节段總拼

将主弦管接长单元吊装至胎架上，对合控制点地样和标高，调整好线形，点焊固定。根据地样控制点返到钢管上做出标记，先组对上弦哑铃再组对下弦哑铃的弧形杆件并固定，再进行腹杆的组对工作。在组装腹杆同时组装吊杆位置的平联缀管并点焊，平联组装完后组装吊杆部位的加劲板和吊杆导管。

上下哑铃型拱肋全部拼接好之后，开始拼接腹杆及小横管。下腹杆依照地样线拼装，预拼时，首先使用线锤与腹杆地样线吻合，找到筒节轴线上所对应的点。拼接时，利用千斤顶支撑腹杆，用线锤及直尺测量腹杆切线到地样线的距离。腹杆两端对齐后，利用直角尺及水平仪测量腹杆轴线水平度。上腹杆依据上述方法，对准下腹杆两侧切线定位。

上下桁片组装完毕后，复测桁片的平整度，合格后方可焊接。桁片焊接完后复测桁片平整度，如有局部下沉用千斤顶顶升并在下面垫实。

2.2.7 腹杆焊接及检验

待半拱的腹杆全部拼装完毕后，开始焊接腹杆与主弦管间相贯线焊缝，从拱脚依次往拱顶焊接。为减小焊接而产生的变形，腹杆两端相贯焊缝应对称焊接，先焊竖腹杆，再焊斜腹杆。焊接时先焊接腹杆及小横管，最后焊接法兰接头及加劲板，将焊接腹杆所引起的焊接收缩量转移到法兰盘，在接头消化掉，以保证拱肋对接精确度。

2.2.8 法兰盘装配焊接

在节段内所有焊缝焊接完毕，收缩变形完成后，安装节段间的接头法兰盘。首先将一侧的法兰盘定好位置并点焊，然后将另一侧的法兰盘与其对接并调整好位置，用螺栓锁定，使法兰盘面板密贴。焊接一头法兰盘的加劲板，待焊缝冷却，收缩变形完成后，再焊接另一端法兰盘的加劲板。待另一端法兰盘的加劲板也焊接完成，焊缝冷却后，解除法兰盘螺栓。

半拱的拱肋卧拼焊接完毕后，使用2台龙门吊一前一后将拱肋四点抬起，移出拼装区域，运输到存放场地存放。存放场地应平整，并设置自然排水坡度，用20 cm混凝土硬化。每段拱肋腹杆和弦管交点处用2条30 cm×30 cm枕木支垫。

3 应用实例

金钗红水河特大桥跨越红水河，桥头位于忻城县红渡镇六碟村清好屯西南方向约200 m，桥尾位于马山县金钗镇东屏村拉坝屯西北方向约500 m处。左幅桥于桩号ZK316+065.000处跨越红水河，右幅桥于桩号YK316+082.650处跨越红水河。主桥采用跨径为310 m的中承式钢管混凝土拱桥，分为左右双线桥，共4片拱肋。拱脚桁高8 m，拱顶桁高5 m，宽2.8 m，单片拱肋采用4根 1 000 mm×24（20）mm钢管组成上下弦管，弦管之间水平采用 700 mm×14 mm钢管横向连接，拱脚侧通过缀板连接，竖腹杆、斜腹杆均采用 508 mm×14 mm的Q345C空钢管。上弦杆两根主弦管及下弦杆两根主弦管为哑铃状结构形式。单条拱肋分为12段，全桥共48段。

金钗红水河特大桥拱肋制造采用长线卧拼施工工艺，在桥位旁建设了总拼场地，使用两组胎架进行两个半拱的长线卧拼。大桥的拱肋于2021年3月开始总拼，2021年9月结束，共历时6个月完成所有拱肋节段的总拼。拱肋结构尺寸制造误差在3 mm以内，相邻节段的匹配精度高。由于制造质量好，拱肋安装过程十分顺利，仅用60 d就完成了全桥拱肋合龙，轴向偏差最大为8 mm，成桥拱肋线形良好。

4 结语

钢管混凝土拱桥拱肋制造质量会影响空中安装质量，制造线形须符合拱肋的成桥线形，空中安装时无法强制将制造的尺寸偏差消除，因此，拱肋总拼线形质量非常重要。此外，拱肋安装过程中接头依靠法兰盘匹配连接，如果法兰盘匹配连接不好，也会造成拱肋安装线形出现问题。因此，拱肋总拼工艺十分重要。

金钗红水河特大桥拱肋加工制造采用长线卧拼施工工艺，取得良好效果。历时6个月成功完成全桥48个拱肋节段的总拼，且拱肋结构尺寸制造误差在3 mm以内，大大提高了施工效率。由于制造质量好，拱肋安装过程十分顺利，仅用60 d就完成了全桥拱肋合龙，成桥拱肋线形良好。

参考文献

[1]周彦文，李书兵，唐 剑.大跨度钢管混凝土拱桥成拱线形控制技术研究[J].施工技术，2020（2）：55-60.

[2]李国华.大跨度拱桥钢拱肋卧-立组合式制造与施工技术[J].施工技术，2021，50（11）：75-77，81.

[3]王建軍，韩 玉，冯 智，等.合江长江一桥200t级钢管拱肋节段拼装工艺[J].西部交通科技，2015（7）：39-42.

[4]杨茨祥，付卫政.丫髻沙大桥主桥钢管拱肋钢结构制造[J].广船科技，2001（1）：34-38，33.

[5]唐瞻鹏.马滩红水河大桥钢管焊接质量无损检测与监控分析[J].西部交通科技，2018（3）：129-132.

作者简介：黎继国（1977—），高级工程师，研究方向：道路与桥梁工程;

隗磊军（1989—），工程师，研究方向：道路与桥梁工程。