对某高速铁路系杆拱桥拱肋施工技术的探讨

对某高速铁路系杆拱桥拱肋施工技术的探讨

彭祝华韩建华

彭祝华韩建华

中铁十六局集团第三工程有限公司

【中文摘要】：本文笔者结合某高速铁路工程实例,阐述了系杆拱桥拱肋施工技术及施工过程进行了探讨。笔者从理论上阐述了可行性方案,然后从技术上进行了认真分析,介绍

系杆拱拱肋加工拼装施工工艺，探讨了详细的施工过程，并阐述施工重难点控制要点。

【关键词】：拱肋加工；拼装；线性控制；焊接控制；施工工艺

1工程列案

某铁路某引桥跨1058#、1059#墩设计为l－96m钢管混凝土平行系杆拱桥，全长100m(含两侧梁端至边支座中心各2m)，桥宽17．2m，上跨规划中的高速公路。该桥拱肋采用悬链线，矢跨比F／L=1：5，悬链线系数m=1．167，横截面为哑铃型钢管混凝土；吊杆布置为尼尔森体系；两拱肋间共设5处钢结构支撑，其中拱顶处设一字撑并用斜杆相连，其余均为K型撑，图1为拱肋CAD三维图。

2施工重难点分析

难点一，拱肋线性控制。该桥属于高次超静定结构，桥梁线形一旦偏离设计值，势必导致内力偏离设计值。

难点二，拱肋焊接工艺，焊接是确保拱肋质量的关键技术，必须加强焊接工艺流程管理和焊接检测管理，确保焊接质量。

3主要施工技术

3.1拱肋加工

该桥单片拱肋分7个拱肋段拼装，拱肋段由单元管节在1：1轴线放样胎型上拼接而成(胎型考虑了预拱度和温度修正值)，胎型分钢管主拱肋的上弦管和下弦管分别制作，腹板和加劲板在各板单元焊接完成并调直后在组装平台上组装。

胎型是根据拱肋设计线性在平整的场地内的施工放样，胎型上必须准确确定拱肋分段口的坐标位置，以及其它相关杆件的平面位置，胎型整体必须牢固可靠以保证线性的准确性。

3.2拱肋预拼装

为检验拱段加工尺寸是否符合成桥拱轴精度要求，保证在桥位的顺利拼装，在场内对所有拱肋段、K撑、一字撑(运输单元)应进行1：1的预拼，通过预拼对不合格的部位进行修整，然后安装定位销，临时连接座和卡具，对符合要求的拱段进行编号。

预拼时，胎型平台上设置控制坐标点，拱肋预拼好后应进行各项指标检验，特别是上、下弦拱管各接口处的上、下缘线的坐标值应符合设计值，对不符合要求的部位进行校正。

根据试拼拱肋段的实测值并考虑焊接收缩、温度变形等因素，在拱肋上设置上锚箱、开吊杆孔、冒浆出气孔等。

3.3拱肋安装

第一步：①在系梁上搭设支架；②在支架上对称安装第一段拱肋段，同时安装K撑及辅助临时设施定位撑；③调整拱肋线形；④焊接拱脚接头焊缝。

第二步：①对称安装第二段拱肋段；②调整拱肋线形到设计标高，同时安装K撑及辅助临时设施定位撑；③焊接l、2段接头焊缝。

第三步：①对称安装第三段拱肋；②调整拱肋线形到设计标高，同时安装K撑及辅助临时设施定位撑；③焊接2、3段接头焊缝，同样的方法安装第四段拱肋，焊接第3、4段接头焊缝。

第四步：①焊接合拢段接头焊缝；②泵送拱肋下管管内混凝土；③泵送拱肋上管管内混凝土；④分仓对称灌注拱肋腹板混凝土，严防腹板外鼓。在浇筑拱肋、腹板混凝土时严密监控拱脚、拱肋的侧向变形情况。

3.4吊杆安装张拉

该桥共40根吊杆，待管内混凝土达到设计强度的90％后拆系梁上临时支架，安装2#、2#吊杆并张拉，依次张拉其余吊杆，其张拉顺序为：4#、4′#→6#、6′#→8#、8′#→3#、3′#→5#、5′#→7#、7′#→9#、9′#→10#、10′#→1#、1′#。

初次张拉完成后张拉系梁剩余预应力索，系梁张拉完成后拆除系梁支架，进行桥面二期恒载施工，二期恒载完成后检测并调整吊杆张拉力至设计值，立模浇筑拱脚混凝土。

4重难点施工控制

如前所述，拱肋线性控制、焊接质量控制是该桥施工重难点，下面予以着重阐述。

4.1拱肋线性控制

4.1.1拱脚

拱脚是拱肋线形控制的基础，施工前，采用全站仪对其几何位置精确放样定位，拱脚纵向仰角、横向垂直度必须达到设计及规范要求精度，从而保证后续拱肋段的安装精度。由于拱脚是与系梁混凝土一起施工，且拱脚处钢筋密集，因此在浇筑混凝土前将拱脚固定牢靠，施工时避免其受侧向挤压力，拱脚前后、两侧对称浇筑振捣密实，确保该处混凝土的质量。

4.1.2拱肋轴线控制

在桥位布置一导线控制网和贯通的轴线控制点，拱肋安装全过程进行轴线测量、监控。测量采用2台全站仪共同控制，由于杆件受温度变化影响大，为减小杆件长度变化和侧向变形，选择日出前或日落后温差较小时对拱管进行测量。拼装过程中，根据设计计算设置拱肋预拱度，在拱肋段上设置竖向、横向微调装置将其精确对位，对位后及时通过定位销和临时连接装置进行连接，然后施焊(焊接时严格控制焊接产生的侧向变形)。

4.1.3拱肋的合拢控制

合拢段从两个方面控制，一是合拢段的加工长度应留有适当的预留切割量，以调节由于拼装过程中焊接收缩而引起的长度变化；二是按照设计要求温度合拢，以防止产生温度应力引起线性变化。

4.1.4合拢后张拉监测

合拢后在吊杆逐步张拉加载过程中，要对拱肋受力及变形全面控制，发现问题及时调整施工中各工作面的进度，处理意外的不均衡的施工状态。对拱肋的施工监测的主要内容有温度检测，应力监测、位移(挠度、轴线)监测等，根据检测数据，分析造成实测值与理想目标值差异的原因，采用合理的调整方案，使最终目标得以实现。

4.2拱肋焊接控制

该桥主拱纵向、环向焊缝及横撑焊缝均为主要传力部位，必须采取适宜焊接方式，控制焊接变形。对焊接质量采取严格的检验方法和检验频率，自检按全部焊缝100％进行超声波检验、再抽检20％做x射线探伤检查，合格后报监理工程师再做20％X射线探伤抽检试验，合格后方可验收。该桥主要焊接方法如表2所列。

4.2.1焊接管理

作业指导书：焊接工艺由主管焊接工程师根据钢管拱肋施工设计图、生产设计图、已确定的组装方案及有关的焊接标准、焊接工艺评定报告(由有国家技术质量监督部门认证资质的检测单位进行检测试验出具)等资料编制出相应的焊接施工作业指导书，经校对、审核、报总工程师批准，监理认可后方可作为现场施焊的工艺文件，且都要签字生效。

4.2.2焊接工艺要求

加工、拼装环境出现下列任一情况时，采取有效防范措施，否则禁止施焊。

(1)风速：当CO2气体保护焊时周围风速超过2m／s和手工电弧焊时周围风速超过8m／s时，必须采取有效的防风措施。

(2)相对湿度：当相对湿度大于80％时采用火焰加热法对工件表面进行除湿处理。

(3)雨天：采用搭风雨棚来保证施焊时不受风雨的影响。

(4)焊件温度低于5℃时，缝口40~50mm范围内采取适当预热措施；板厚大于24mm，缝口50～80mm范围内预热温度80℃～120℃，采用火焰加热的方法或电热器的方法。

4.2.3焊缝返修

编制焊缝返修工艺，对在施工中出现的一般焊接缺陷按返修工艺执行；对出现重大焊接缺陷报焊接工程师，制定返修方案并报监理工程师。焊接缺陷采用碳弧气刨清除，确认焊接缺陷被彻底去除后才能进行下一道工序。对于焊接前需要预热的焊缝(包括定位焊)，预热温度比原预热温度高30℃～50℃，预热范围为缺陷周围不小于100mm的全部区域。

5结束语

该桥桥梁净空15m，系杆拱拱肋最高点中心至系梁中心线高19．8m，在拼装拱肋时需1台65t汽车吊上桥拼装，由于起吊高度高，增加了安全风险性，施工时一定要注意吊装安全，可采取通过汁算偏心距设置吊点位置，加以简单的辅助措施调整拱肋姿态，提高拱肋拼装精度和速度，以减少吊装风险。

参考文献

[1]刘家兴，杨庆青．钢管混凝土拱桥拱肋施工控制技术【J】．交通世界，2010，(3)：206—207．

[2]卢家友．大跨度钢管昆凝土拱桥拱肋施工技术研究【J】．铁道建筑技术，2009，(8)：32—34．