某鋼管混凝土拱橋拱肋施工技術(shù)

  摘要:結(jié)合江西省萍鄉(xiāng)市鵝湖橋的施工實(shí)踐,從拱肋制作、管內(nèi)混凝土施工及鋼管防銹等方面介紹了鋼管混凝土拱肋施工技術(shù)及應(yīng)該注意的問(wèn)題,對(duì)其他類似工程具有參考價(jià)值。 

  關(guān)鍵詞:鋼管混凝土;拱肋;施工;技術(shù) 
   
  1 前言 
   
  最早將鋼管混凝土應(yīng)用于拱橋結(jié)構(gòu)之中的是1937年的前蘇聯(lián)。1990年,中國(guó)第一座鋼管混凝土拱橋,跨徑110m的四川旺蒼東河大橋建成。由于鋼管混凝土拱橋具有材料強(qiáng)度高、施工方便、造型美觀等優(yōu)點(diǎn),鋼管混凝土拱橋在我國(guó)得以迅速發(fā)展。 

  鋼管混凝土拱肋是鋼管混凝土拱橋施工中重要的內(nèi)容和施工質(zhì)量控制的關(guān)鍵,一般應(yīng)由較強(qiáng)鋼結(jié)構(gòu)加工能力的單位完成,土建施工單位配合施工。本文結(jié)合萍鄉(xiāng)市鵝湖橋的工程實(shí)踐,介紹了鋼管混凝土拱肋的施工技術(shù)及應(yīng)該注意的問(wèn)題。 

  鵝湖橋?yàn)榭鐝?0m的下承式鋼管混凝土系桿拱橋,是一座跨萍水河的城市橋梁,由于下承式拱橋的造型特征,該橋成為萍鄉(xiāng)市的一道重要景觀。本橋鋼管拱肋由萍鄉(xiāng)市機(jī)械廠加工。 
   
  2 鋼管拱肋制作 
   
  2.1 鋼管拱肋制作工序 

  本橋拱肋鋼管在混凝土地坪上,放整拱大樣焊接組裝。制作工序如下: 

  鋼板下料、切割、倒坡口→用卷板機(jī)卷管→在專用夾具上校正成型,焊接成管→檢查和校正失圓度,保證組裝精度→畫線切割,倒角度→定位和組裝作節(jié)段焊接→焊隔倉(cāng)板,開(kāi)混凝土澆注及振搗孔→焊接頭加勁肋和連接裝置等→預(yù)制件移位→作觀測(cè)標(biāo)志。 

  每一吊裝段分三段制作,以便翻身焊接鋼管,組合腹板,在地槽上進(jìn)行吊裝段組合焊接,按預(yù)制組裝好的半拱作預(yù)拼,并檢查組合精度。 
   
  2.2 鋼管拱肋制作要求 

  拱肋鋼結(jié)構(gòu)制造工藝除應(yīng)符合TBl0212-98的要求外,鋼管拱肋及相應(yīng)橫撐補(bǔ)充以下規(guī)定。 

  鋼管制作補(bǔ)充要求。 

  1)卷管方向應(yīng)與鋼板壓延方向一致,卷制鋼管前應(yīng)根據(jù)要求將板端開(kāi)好坡口。焊縫按TBl0212-98的要求進(jìn)行檢查,焊縫質(zhì)量應(yīng)達(dá)到TBl0212-98的超聲波探傷內(nèi)部質(zhì)量I級(jí)標(biāo)準(zhǔn),焊縫外觀質(zhì)量也應(yīng)滿足TBl0212-98的要求。 

  2)本橋采用螺旋縫埋弧焊鋼管。管端嚴(yán)格放樣,注意考慮拱肋預(yù)拱度的影響;鋼管整體校圓可在卷板機(jī)上進(jìn)行,也可在夾具上進(jìn)行:局部校圓則用已制作好的弧形樣板內(nèi)襯鋼管,對(duì)不密貼處按TBl0212-98進(jìn)行矯正:鋼管彎曲按TBl0212-98第4.3條執(zhí)行。 

  3)坡口可采用機(jī)加工或精密切割,坡口尺寸應(yīng)按照設(shè)計(jì)圖、并由焊接工藝確定。腹桿與弦桿端頭的坡口按圖1進(jìn)行加工。鋼管與鋼管對(duì)接的坡口按圖2進(jìn)行加工。 

  拱肋分段組裝補(bǔ)充要求。 

  1)桁片劃分及編號(hào):各桁片要分別編號(hào),桁片的長(zhǎng)度可由實(shí)際管料規(guī)格、加mm藝等因素綜合考慮,原則上各桁片段段口應(yīng)避開(kāi)吊桿孔及腹桿接頭位置。 

  2)分段的劃分:每個(gè)分段由若干上弦桁片、下弦桁片和腹桿組成,每一分段為一吊裝節(jié)段。 

  3)桁片內(nèi)鋼管的對(duì)接:每個(gè)分段可先在模架上對(duì)接成整體。對(duì)接時(shí)各節(jié)鋼管的焊縫位置錯(cuò)開(kāi)150mm以上,并且置于平聯(lián)板空腔內(nèi)。焊接和焊接檢驗(yàn)按TBl0212-98進(jìn)行,焊縫質(zhì)量應(yīng)達(dá)到TBl0212-98的超聲波探傷內(nèi)部質(zhì)量l級(jí)標(biāo)準(zhǔn),焊縫外觀質(zhì)量應(yīng)滿足TBl0212-98的要求。 

  3)連接鋼板焊接:上、下鋼管及吊桿處吊點(diǎn)的所有連接鋼板與鋼管間的焊縫推薦采用埋弧焊,焊接和焊接檢驗(yàn)要求同桁片內(nèi)鋼管的對(duì)接。 

  4)圓管接頭的焊接:主拱拱肋弦桿與腹桿等的接頭采用部分焊透對(duì)接焊縫,焊縫按TBl0212—98的要求進(jìn)行檢查,焊縫質(zhì)量應(yīng)達(dá)到TBl0212—98的超聲波探傷內(nèi)部質(zhì)量II級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。 

  5)分段組裝:分段組裝應(yīng)在組裝工作平臺(tái)上進(jìn)行,工作平臺(tái)按半拱豎向預(yù)拼設(shè)置。組裝前應(yīng)對(duì)工作平臺(tái)進(jìn)行檢驗(yàn),工作平臺(tái)胎架與樣板的線形應(yīng)吻合,誤差不大于3mm。  [Page]
   
  3 鋼管拱肋制作精度 
   
  依據(jù)設(shè)計(jì)要求及TBl0212—98有關(guān)條款,由鋼結(jié)構(gòu)制造單位制定相應(yīng)的工藝檢查卡片供監(jiān)理檢查,各種工藝評(píng)定試驗(yàn)報(bào)告還應(yīng)由業(yè)主確認(rèn)。本工程中對(duì)TBl0212-98允許偏差補(bǔ)充如下。 
   
  3.1 焊接鋼管單元的矯正 
  目前按制作工藝,一般在形成構(gòu)架單元前的鋼管應(yīng)事先進(jìn)行矯形對(duì)接焊,管單元的焊接變形也需要矯正。其矯正允許偏差:彎曲度:f≤L/100且f≤8mm;橢圓度:f/d≤3/1000 
   
  3.2 溫度對(duì)結(jié)構(gòu)制作及拼裝精度的影響 

  采用級(jí)50m鋼卷尺放樣,標(biāo)準(zhǔn)校準(zhǔn)溫度180c,拉力98N,測(cè)量數(shù)據(jù)應(yīng)考慮溫度的影響。 
   
  3.3 結(jié)構(gòu)平面組裝精度 

  根據(jù)本橋的特點(diǎn),結(jié)構(gòu)平面組裝精度受節(jié)段制作精度累積的影響: 

  1)節(jié)段單元控制精度:接頭錯(cuò)位(鉆孔處):σ≤1mm;鉆孔直徑偏差:±0~0.5mm(φ24孔) 

  2)試拼裝幾何精度:節(jié)點(diǎn)坐標(biāo):±2.5×節(jié)段數(shù)(mm);試裝長(zhǎng)度:±2.0×節(jié)段數(shù)(mm);接頭錯(cuò)位(鉆孔處):σ≤1.0mm;直線度:≤±8.0(mm)。 
   
  3.4 結(jié)構(gòu)施工精度 

  1)鋼板卷圓與樣板的偏差:f≤±1.0mm;樣板的偏差:±0.3mm 

  2)鋼管橢圓度:f/D≤311000 

  3)鋼管端部不平度:f/D≤1/500且f≤3mm 

  4)弦管組合誤差:d/b≤1/1000:拱肋寬度誤差:±3mm 

  5)腹桿組合誤差:△/L≤1/1000;豎腹桿中心距誤差:±3.0mm 

  6)板件局部翹曲:f≤2.0mm 

  7)拱肋高度偏差:±3.0mm 

  8)拱肋節(jié)段斷面扭曲偏差:△≤1 mm/m:節(jié)段最大不超過(guò):5mm;節(jié)段斷面對(duì)角線誤差±4.0mm;拱肋節(jié)段L(m)旁彎:(3+0.1L)mm:拱肋節(jié)段弧線與理論弧線差:±3mm;安裝時(shí)各拱肋節(jié)段接縫錯(cuò)位:不大于1.5mm 

  9)吊桿孔水平間距誤差:±3mm 

  10)拱軸線長(zhǎng)度誤差:△≤20mm 

  11)吊裝合龍后橫向偏位:±10mm 

  12)吊裝合龍后豎向偏位:±15mm 

  13)吊桿長(zhǎng)度偏差:±10mm 
   
  4 鋼管拱肋煨彎及安裝 
   
  4.1鋼管煨彎 

  根據(jù)本橋的具體情況,拱肋鋼管加熱煨彎采用紅外線陶瓷電加熱技術(shù)。 

  1)鋼管煨彎準(zhǔn)備 

  在鋼管拱肋的拼裝平臺(tái)(或計(jì)算機(jī))上放出拱肋大樣,合理確定各根主弦管煨彎節(jié)段長(zhǎng)度。分節(jié)時(shí)要綜合考慮各設(shè)計(jì)的長(zhǎng)度情況,使各節(jié)段的長(zhǎng)度接近。 

  對(duì)每一分節(jié)弦管建立獨(dú)立的坐標(biāo)系,量取其拱度,按確定的鋼管超彎量對(duì)托架進(jìn)行設(shè)計(jì)。 

  鋼管煨彎所要求的溫度范圍根據(jù)交通部《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》的規(guī)定:熱矯溫度應(yīng)控制在600-800℃,矯正后鋼材溫度應(yīng)緩慢冷卻。  [Page]

  2)鋼管煨彎胎座加工 

  為方便鋼管在煨彎完成后吊運(yùn)至拱肋拼裝平臺(tái)進(jìn)行拼裝,宜將彎管胎座與拼裝平臺(tái)布置于同一制作場(chǎng)內(nèi),使場(chǎng)地龍門吊的吊運(yùn)范圍能覆蓋整個(gè)拼裝平臺(tái)和彎管胎座上方。 

  3)鋼管煨彎設(shè)備: 

  (1)加熱設(shè)備:每套設(shè)備由一臺(tái)主控箱連接三個(gè)加熱箱構(gòu)成。 

  (2)保溫設(shè)備:在加熱箱兩側(cè)的一定長(zhǎng)度范圍內(nèi)給鋼管包裹上厚度為3cm左右的玻璃棉;而在管內(nèi),將玻璃棉綁貼在鋼絲網(wǎng)上,做成既有一定剛度又有一定彈性的、與鋼管內(nèi)壁密貼的保溫管(筒兩端也封上玻璃棉),保溫筒的長(zhǎng)度應(yīng)能覆及連續(xù)三個(gè)鋼管加熱環(huán)帶。 

  (3)頂壓設(shè)備及輔助工件:頂壓設(shè)備采用手搖螺旋式千斤頂。螺旋式千斤頂具有行程容易準(zhǔn)確控制的特點(diǎn),可根據(jù)不同的速度要求施加或停止施加頂壓力。 

  (4)輔助設(shè)施:鋼管煨彎過(guò)程中還要結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)特點(diǎn)配備一些必要的輔助設(shè)施,如千斤頂操作平臺(tái)、加熱箱吊運(yùn)架、防雨篷等。 

  4)鋼管煨彎加熱、壓彎程序: 

  (1)加熱環(huán)帶的布置:根據(jù)所需煨彎鋼管的拱度資料,調(diào)整好各定型托架,然后將直鋼管吊運(yùn)至彎管胎座上正確就位,安裝好各反力架和千斤頂。利用兩端千斤頂將鋼管調(diào)整至水平。此時(shí),鋼管只與胎座中央最高的一個(gè)托架接觸。兩千斤頂?shù)牧δ苁逛摴芊€(wěn)定即可,不宜過(guò)大。 

  (2)加熱程序:鋼管的煨彎順序?yàn)閺墓苤邢蚬芏酥饌€(gè)環(huán)帶進(jìn)行。先從管中往一端煨彎,完成后再將加熱箱移至另一側(cè),從管中往另一端煨彎。 

  (3)壓彎時(shí)機(jī)的掌握及壓彎量的控制:加熱后,鋼材的溫度由原有值逐漸升高,鋼材的塑性應(yīng)變?cè)龃?;然而?50℃左右,鋼材反而會(huì)變脆(這種現(xiàn)象稱為“藍(lán)脆”),應(yīng)注意不要在此溫度下進(jìn)行加工,以防鋼材出現(xiàn)裂紋。 
   
  4.2 鋼管拱肋安裝 

  經(jīng)試拼、檢驗(yàn)合格后的拱肋節(jié)段,可運(yùn)至橋位處起吊安裝。 

  本橋采用三段龍門吊吊裝工藝,吊裝順序?yàn)閺墓澳_至拱頂。為了確保吊裝調(diào)整拱肋過(guò)程中不增加次內(nèi)力,拱肋吊裝合龍時(shí)拱腳為軸鉸,等調(diào)整拱軸線滿足設(shè)計(jì)要求后,再封固拱腳鉸形成無(wú)鉸拱。本橋吊裝安裝為常規(guī)方法,在此不再敘述。 
   
  5 拱肋及系桿安裝中橫向穩(wěn)定性的控制 
   
  在系桿和拱肋安裝完畢后的施工中,要隨時(shí)注意維護(hù)已完成結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性,特別是橫向穩(wěn)定性,因?yàn)殡S著施工荷載的不斷增加,對(duì)結(jié)構(gòu)的總體穩(wěn)定要求也就相應(yīng)提高。如果僅有臨時(shí)橫向纜風(fēng)繩,不夠安全,為此應(yīng)設(shè)法提高結(jié)構(gòu)自身的穩(wěn)定性。系桿拱的橫向穩(wěn)定理論說(shuō)明,對(duì)橫向穩(wěn)定有利的主要因素是主拱肋間的橫撐。為了發(fā)揮這個(gè)因素作用,就應(yīng)科學(xué)地安排后序施工順序,使設(shè)計(jì)中對(duì)橫向穩(wěn)定有利的桿件優(yōu)先安裝或澆筑,以盡早發(fā)揮作用。例如:要先安裝肋間橫撐,澆筑部分中橫梁后,再考慮預(yù)應(yīng)力束的張拉,根據(jù)工程要求,若需提前張拉系桿,可在系桿間設(shè)置臨時(shí)橫撐,臨時(shí)橫撐數(shù)量必須依橋長(zhǎng)而定。總之,要均能起到增強(qiáng)橫向穩(wěn)定的作用,保證結(jié)構(gòu)橫向穩(wěn)定性的提高速度超過(guò)施工荷載的增加速度。 
   
  6 管內(nèi)混凝土施工 
   
  管內(nèi)砼按單拱對(duì)稱進(jìn)行,先下管內(nèi)砼達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的80%后再泵送腹板及上管內(nèi)砼,盡量保證整體結(jié)構(gòu)對(duì)稱施工。 

  管內(nèi)混凝土采用流態(tài)微膨脹混凝土,混凝土緩凝時(shí)間不小于6小時(shí),要求水灰比不大于0.45,采用0.5-3cm粗骨料及中粗砂,坍落度不小于15cm。 

  鋼管內(nèi)混凝土采用頂升壓注法施工,其頂升工藝流程為:準(zhǔn)備工作(機(jī)械設(shè)備、材料、人員到位)→壓注水泥砂漿→連續(xù)壓注混凝土→間歇→壓注混凝土→關(guān)閉進(jìn)料閘閥→拆除固定泵至另一片拱肋。 

  混凝土壓注完畢以后,對(duì)整個(gè)鋼管拱混凝土質(zhì)量進(jìn)行全面敲擊檢查,聲音沉而啞者,表明混凝土充填飽滿。對(duì)有異常段進(jìn)行超聲波無(wú)損檢測(cè),當(dāng)鋼管拱肋混凝土與拱壁剝離間隙超過(guò)3mm時(shí),采用鉆孔壓入水泥漿的方法進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)處理,然后將鉆孔處用電焊補(bǔ)焊封固。 

  本工程在整個(gè)灌注過(guò)程中,僅上游上弦管發(fā)生了堵管,其余均較順利。經(jīng)過(guò)超聲波對(duì)鋼管內(nèi)混凝土灌注密實(shí)度檢測(cè),拱頂段均有3-5mm的脫空,經(jīng)壓注水泥漿補(bǔ)灌后檢測(cè),鋼管內(nèi)混凝土飽滿度較好,基本達(dá)到要求。 
   
  7 鋼管防銹方案 
   
  本橋設(shè)計(jì)噴涂鋁鎂合金的主要工藝為:采用噴砂除銹預(yù)處理后,熱噴涂200-250um鋁鎂合金(LF2),再以鋅磺環(huán)氧酯底漆作封閉(H06-2),外涂裝采用氯化橡膠面漆,封閉及外涂裝涂層厚度各按2度計(jì),共100um左右,設(shè)計(jì)有效防腐年限可在30年以上。 

  涂層檢驗(yàn)要求如下。 

  1)表面處理檢驗(yàn) 

  除銹等級(jí)達(dá)到Sa3級(jí),粗糙度達(dá)到Rz40-80um。噴砂除銹后工件表面應(yīng)干燥、無(wú)灰塵、無(wú)油污、無(wú)氧化皮、無(wú)銹跡。 

  2)各涂層外觀和厚度檢查 

  熱噴鋅層應(yīng)外觀均勻,不允許有豐收皮、鼓泡、大熔滴、裂紋、掉塊和漏噴等缺陷。 

  3)各涂層附著力檢驗(yàn):按GB9794-88標(biāo)準(zhǔn),采用劃格法檢查。涂層附著力應(yīng)在涂層工藝試驗(yàn)中完成,一般在后期可不再做。 

  整體涂裝后的檢驗(yàn)方法如下。 

  (1)外觀檢驗(yàn):肉眼檢查,所有工件100%進(jìn)行,施工時(shí)認(rèn)真記錄,監(jiān)理單位抽查。 

  (2)厚度檢驗(yàn):采用磁性測(cè)厚儀檢查,所有工件100%進(jìn)行,施工時(shí)記錄,監(jiān)理單位抽查。對(duì)表
面積大于2m2的工件,每件測(cè)十處,每處測(cè)三點(diǎn)取平均值記錄;表面積小于2m2的工件,每件測(cè)五處,每處測(cè)三點(diǎn),取平均值記錄。各處測(cè)量值的總平均值在規(guī)定厚度的95%以上,最低值在規(guī)定厚度的85%以上為合格。 

  (3)附著力檢驗(yàn)不作為每個(gè)工件的日常必檢項(xiàng)目。監(jiān)理單位可根據(jù)情況在不同施工階段或認(rèn)為必要時(shí),要求某批工件進(jìn)行一定數(shù)量的抽查,并記入施工記錄。 
   
  8 結(jié)語(yǔ) 
   
  鋼管混凝土拱肋是鋼管混凝土拱橋施工中重要的內(nèi)容和施工質(zhì)量控制的關(guān)鍵。本文結(jié)合江西省萍鄉(xiāng)市鵝湖橋的施工實(shí)踐,從拱肋制作、管內(nèi)混凝土施工及鋼管防銹等方面介紹了鋼管混凝土拱肋施工技術(shù)及應(yīng)該注意的問(wèn)題,對(duì)其他類似工程具有參考價(jià)值。

  原作者: 陳建華
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