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1 工程概況

金雞河輔道橋主橋是昆山中環(huán)線工程跨越金雞河上90 m跨徑的下承式鋼管混凝土拱橋。金雞河輔道橋主橋分為南側(cè)輔道橋和北側(cè)輔道橋，全橋?qū)?8.5 m。拱肋拱軸線為二次拋物線，矢跨比1/5，矢高18 m，兩端通過(guò)支點(diǎn)作用在邊墩上，如圖1所示。

圖1 主橋上部結(jié)構(gòu)一般構(gòu)造示意

上部結(jié)構(gòu)拱肋采用啞鈴形鋼管混凝土結(jié)構(gòu)（圖2），每個(gè)鋼管外徑90 cm，拱肋高為220 cm，鋼管壁厚1.2 cm，綴板壁厚1.4 cm，由Q345d鋼板焊接而成，鋼管內(nèi)及腹腔內(nèi)填充C40微膨脹混凝土；系桿為混凝土箱形截面，高220 cm，寬150 cm，壁厚35 cm；吊桿采用扭絞形平行鋼絲束，順橋向吊桿間距5.4 m，每根吊桿由85 根φ7 mm的鍍鋅高強(qiáng)鋼絲組成，吊桿上端為張拉端，下端為錨固端，全橋共布置30 根吊桿，拱橋向拱肋由2 道I字形和4 道K形風(fēng)撐焊接而成，系桿由中橫梁連接而成，系桿和中橫梁均為預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)。

拱橋下部結(jié)構(gòu)橫向共設(shè)2 個(gè)墩柱，墩柱均為矩形截面，下設(shè)4 根鉆孔灌注樁，樁高1.5 m，承臺(tái)高3 m。

圖2 啞鈴形鋼管構(gòu)造

金雞河輔道橋主橋采用先梁后拱施工，必須先完成系桿和中橫梁的混凝土現(xiàn)澆施工；鋼管拱肋分為5 段吊裝，空中焊接成拱，為此需要搭設(shè)拱肋臨時(shí)支架。金雞河橋位處場(chǎng)地緊湊，北側(cè)輔道橋旁與高壓線較貼近，使得拱肋吊裝難度較大。

2 鋼管拱肋加工制作

鋼管拱肋采用以直代曲、短管劃分的原則，每節(jié)短管長(zhǎng)度約為2 m，確保短管矢高不超過(guò)5 mm，短管接頭不在吊桿位置，縱縫埋弧焊形成鋼管，環(huán)縫焊接形成鋼管拱肋。

鋼管拱肋制作分短管加工、鋼管接長(zhǎng)、拱肋節(jié)段制作、拼裝、整體拱肋預(yù)拼等幾部分，其中鋼管接長(zhǎng)、拱肋節(jié)段制作、拼裝、整體拱肋預(yù)拼均在廠內(nèi)專用胎架上完成。

鋼管拱肋制作工藝流程：放樣→下料→零件加工→卷圓→鋼管縱縫拼接→校圓→鋼管接長(zhǎng)→校驗(yàn)→拼焊吊桿錨箱及零部件→節(jié)段預(yù)拼報(bào)驗(yàn)→整體預(yù)拼報(bào)驗(yàn)→裝焊臨時(shí)連接件→涂裝報(bào)驗(yàn)→存放。

2.1 短管制作

鋼管拱肋拱肋線為二次拋物線，以多節(jié)直線短管拼裝而成。短管制造質(zhì)量直接影響拱肋的成橋線形、幾何形狀和尺寸精度。因此短管卷圓的失圓度、縱縫焊接預(yù)留反變形、控制焊接收縮量、校圓是短管制作的難點(diǎn)。

短管拱肋制作工藝流程：放樣→下料→加工坡口→滾圓→縱縫拼焊→校圓。

經(jīng)計(jì)算機(jī)1∶1放樣后的短管零件采用數(shù)控切割，以保證尺寸精度。所有用于卷制短管的鋼板縱縫、環(huán)縫位置的開(kāi)坡口再用打磨機(jī)打磨平整。鋼板卷制時(shí)坡口朝外，卷管方向與鋼板的壓延方向一致。

短管縱縫的裝配、焊接是在專用的胎架上完成的，為控制縱縫的間隙，焊接前設(shè)置跨縫碼，焊后冷卻至常溫?？v縫按節(jié)段相互錯(cuò)開(kāi)，經(jīng)專用的檢查樣板校圓后，標(biāo)明節(jié)段號(hào)、零件號(hào)以備待用。

2.2 拱肋節(jié)段制作

考慮到拱肋加工制作、運(yùn)輸、現(xiàn)場(chǎng)安裝及吊桿的具體位置等因素，單片拱肋分為7 段，其中2 段為拱肋預(yù)埋段，和端橫梁一起施工，其余5 段均在工廠內(nèi)焊接拼裝。每段長(zhǎng)度約17 m，質(zhì)量約13 t，如圖3所示。鋼管拱肋節(jié)段制作組裝順序?yàn)椋簡(jiǎn)胃夜軉喂芙娱L(zhǎng)組焊→上下弦管用綴板組焊成節(jié)段。

圖3 拱肋節(jié)段劃分

2.2.1 弦管單管的制作

弦管單管制作即短管接長(zhǎng)，采用組裝修整結(jié)合的組裝原則，由節(jié)段中心管節(jié)向節(jié)段兩端依次組裝，組裝時(shí)各短管嚴(yán)格按地樣線排序，同時(shí)各環(huán)縫留有相應(yīng)的焊接收縮量。組裝完成后，按由中心而兩端的焊接順序依次焊接。

2.2.2 節(jié)段制作

節(jié)段制作即將制作的上下弦管通過(guò)綴板組成一個(gè)整體節(jié)段，先將同一節(jié)段的上下弦管置于水平節(jié)段組裝胎架定位，相應(yīng)調(diào)整節(jié)段的水平度，縱向放樣定位綴板和相應(yīng)的吊桿。綴板和吊桿的平整度合格后，在水平胎架上將拱肋翻身組成另一面的綴板，同樣要保證綴板的平整度，待所有平聯(lián)桿件組裝完及水平度調(diào)整完成后統(tǒng)一焊接。

2.3 鋼管拱肋節(jié)段預(yù)拼

拱肋節(jié)段預(yù)拼對(duì)于控制成橋拱軸線、端口幾何形狀和拱肋尺寸精度、接口間隙、相鄰接口的精確匹配具有重要的意義。

在地樣線上合適的位置擺放鋼墩，鋼墩的布置應(yīng)以方便測(cè)量為宜。每個(gè)拱段節(jié)段布置4 個(gè)鋼墩支撐，鋼墩應(yīng)具有足夠的承重能力，按照工地現(xiàn)場(chǎng)拱肋節(jié)段吊裝順序，依次從拱腳段吊至鋼墩上，利用千斤頂微調(diào)精確定位。微調(diào)時(shí)首選以吊桿位置作為定位基準(zhǔn)，輔以其他各測(cè)點(diǎn)，依據(jù)地樣線測(cè)量相鄰節(jié)段環(huán)縫兩側(cè)的吊桿間距，確定節(jié)段接頭余量的修割量，余量修割時(shí)每條環(huán)縫加放3 mm的焊接收縮量，安裝節(jié)段接口處的法蘭及臨時(shí)連接等，預(yù)拼完成后打上定位測(cè)量標(biāo)記，以便工地現(xiàn)場(chǎng)吊裝合格時(shí)復(fù)位檢查。

2.4 除銹、涂裝

噴漆工藝流程：噴砂除銹Sa2.5級(jí)→吸砂吸塵→無(wú)機(jī)硅酸鋅底漆→噴涂環(huán)氧封閉漆→噴涂環(huán)氧云鐵中間漆→檢查油漆干膜厚度、附著力→涂層損壞修補(bǔ)→聚氨酯面漆→檢驗(yàn)合格、存放。

拱肋節(jié)段外露部份油漆干膜總厚度為240～260 μm，主要分為底漆、中間漆、面漆3 道。涂裝采用高壓無(wú)氣噴涂，當(dāng)天使用的涂漆必須當(dāng)天配置，并不得隨意添加稀釋劑，若按規(guī)定層次達(dá)不到最小膜厚度時(shí)，還須增加層數(shù)使其達(dá)到規(guī)定厚度，同時(shí)還將等上一層漆干透后，再可涂下一層漆，涂裝時(shí)環(huán)境溫度控制在15～30 ℃之間，相對(duì)濕度不大于85%。

2.5 鋼拱肋制作的質(zhì)量控制要點(diǎn)

進(jìn)行焊接工藝評(píng)定試驗(yàn)，確定合理的焊接工藝，保證焊縫的熔透性，控制焊接變形。

按1∶1放實(shí)樣，確定拱肋節(jié)段位置，以保證拱軸線平順、尺寸精確，提高安裝精度。

每片拱肋做1 塊試板進(jìn)行抗拉、屈服強(qiáng)度、低溫沖擊韌性、冷彎試驗(yàn)，檢驗(yàn)試板焊縫的機(jī)械力學(xué)性能，以保證制作中焊縫接頭的機(jī)械性能質(zhì)量。

拱肋縱、環(huán)縫對(duì)接焊縫按I級(jí)焊縫要求進(jìn)行超聲波探傷，X射線拍片，拱肋綴板熔透角焊縫按Ⅱ級(jí)焊接要求進(jìn)行超聲波探傷，以確保焊接熔透及內(nèi)在質(zhì)量。

3 拱肋吊裝

金雞河南北輔道橋主橋拱肋總體安裝方案為：在南、北橋位現(xiàn)場(chǎng)搭設(shè)拱肋臨時(shí)支架，采用1 500 kN汽車吊依次由兩拱腳端向拱頂對(duì)稱吊裝，擱置于拱肋臨時(shí)支架上，通過(guò)精確定位，各段拱肋接口環(huán)縫對(duì)接成拱。

3.1 吊裝施工工藝流程

拱肋吊裝流程為：技術(shù)交底→定位放線→拱肋臨時(shí)支架搭設(shè)→將拱肋吊至支架上→千斤頂微調(diào)定位→復(fù)測(cè)后節(jié)段環(huán)縫對(duì)接。

3.2 拱肋臨時(shí)支架

拱肋臨時(shí)支架采用φ300 mm鋼管及各類型鋼拼接而成的鋼管格構(gòu)支架，支架頂部搭設(shè)平臺(tái)，作為拱肋節(jié)段定位、固定等施工操作平臺(tái)，支架基礎(chǔ)為C25混凝土現(xiàn)澆擴(kuò)大基礎(chǔ)，考慮到拱肋的分段長(zhǎng)度及現(xiàn)場(chǎng)吊裝的實(shí)際情況，中間2 個(gè)支架順橋向長(zhǎng)度為8 m，邊上2 個(gè)支架順橋向長(zhǎng)度為4 m；橫橋向支架的拼裝寬度均為4 m。拱肋臨時(shí)支架水平和垂直方向用槽鋼連結(jié)成剪刀撐以增加支架的剛度和穩(wěn)定性。支架的鋼管與基礎(chǔ)頂面預(yù)埋的鋼板焊接成整體。

3.3 拱肋起吊

根據(jù)計(jì)算，拱肋節(jié)段的長(zhǎng)度約為17 m，每段質(zhì)量約為13 t，拱肋吊裝采用兩點(diǎn)吊。拱肋節(jié)段起吊前，在確定的吊點(diǎn)處捆綁好鋼絲繩，鋼絲繩外徑為56 mm。在吊點(diǎn)位置拱肋鋼管外上下半圓包寬1 m橡膠塊，橡膠塊外包鋼板，鋼板寬1 m。鋼絲繩系好后，汽車吊起吊，緩慢平穩(wěn)吊至理論就位處，垂直落架、就位，用千斤頂微調(diào)精確定位。

3.4 拱肋吊裝的測(cè)量控制

拱肋吊裝過(guò)程中的測(cè)量控制主要是指拱軸線的偏位和高程控制，在拱肋節(jié)段制作時(shí)，拱頂背面用沖釘定出拱頂中心線作為控制點(diǎn)，拱軸線的復(fù)測(cè)方法為：在拱軸線延長(zhǎng)線兩端離拱腳2 m處布置2 點(diǎn)，架全站儀能通視，在拱肋上實(shí)測(cè)控制點(diǎn)坐標(biāo)，根據(jù)測(cè)點(diǎn)坐標(biāo)計(jì)算安裝拱軸線與設(shè)計(jì)拱軸線吻合差值。若有差值，則利用支架平臺(tái)上的千斤頂調(diào)整偏位、高程，在滿足要求后，臨時(shí)固定拱肋連接端，待復(fù)測(cè)后，統(tǒng)一焊接。

4 拱肋混凝土澆筑

南北輔道主橋共為4 片拱肋，共計(jì)280 m3混凝土，鋼管拱內(nèi)混凝土采用泵送頂升壓注施工，根據(jù)對(duì)稱平衡加載的原則，從兩拱腳至拱頂，對(duì)稱均勻一次連續(xù)泵送完成上下鋼管及腹腔內(nèi)混凝土[1,2]。為此配置5 臺(tái)高壓輸送泵，其中1 臺(tái)作為備用。在拱腳端設(shè)置泵送混凝土壓注管，管徑125 mm，管上設(shè)置截止閥；在拱頂設(shè)置混凝土增壓管，增壓管高2 m，管徑200 mm，在上下鋼管、綴板分別設(shè)置排氣孔，排氣孔φ5 mm，孔距不等，錯(cuò)位布置，泵送混凝土順序依次為下鋼管、綴板、上鋼管。

4.1 拱肋泵送混凝土配合比確定

鋼管混凝土采用C40微膨脹混凝土，針對(duì)拱肋混凝土泵送頂升施工特點(diǎn)：混凝土必須具備良好的流動(dòng)性、初凝后膨脹和收縮互補(bǔ)、可泵性好、早強(qiáng)等工作性能，結(jié)合拌和站拌和能力、運(yùn)輸能力及現(xiàn)場(chǎng)泵送裝備配置等條件，確定混凝土坍落度為200 mm±20 mm，為此和有關(guān)單位研制了配合比，具體為：水∶水泥∶礦粉∶粉煤灰∶砂∶碎石∶外加劑=160∶300∶80∶80∶840∶870∶6.90。

4.2 泵送混凝土澆筑

拱肋混凝土澆筑前利用高壓固定泵泵入適量的水泥漿，以濕潤(rùn)管壁，每端泵入的水泥漿按0.5 m3控制，然后再澆筑混凝土，混凝土由拱腳澆筑孔自下而上推向拱頂，澆筑過(guò)程中，混凝土泵送速度基本相同，始終保持拱肋兩端的壓力平衡，將混凝土注入拱肋中的高差控制在2 m左右，接近拱頂時(shí)，混凝土頂升面高差控制在1 m以內(nèi)，待拱頂冒漿孔射出水泥漿后，停止?jié)仓?，穩(wěn)壓5 min，然后適當(dāng)加大泵送壓力再次泵入混凝土，讓混凝土再次從冒漿孔流出，經(jīng)3 次反復(fù)，直到冒漿孔流出的混凝土濃度和泵送的混凝土濃度相同，澆筑完畢。

4.3 混凝土質(zhì)量

本橋泵送混凝土共計(jì)280 m3，4 片拱肋分為2 次澆筑，每片拱肋混凝土澆筑用時(shí)將近4 h，均為一次性連續(xù)澆筑而成，根據(jù)施工技術(shù)規(guī)范要求，拱肋混凝土取抗壓強(qiáng)度試件4 組，28 d平均值為42.3 MPa，混凝土澆筑完14 d后，用超聲波對(duì)澆筑質(zhì)量進(jìn)行了探測(cè)，混凝土均為密實(shí)。

4.4 泵送混凝土施工控制

4.4.1 結(jié)構(gòu)水平位移控制

由于本橋采用先梁后拱的成橋施工方案，盡管在成拱橋系桿中已施加預(yù)應(yīng)力，但邊墩永久支座的固定約束已解除，由于拱肋在混凝土泵送頂升施工中，將對(duì)邊墩產(chǎn)生水平推力，有可能對(duì)拱梁組合結(jié)構(gòu)中墩的位移帶來(lái)一定的影響，為此在混凝土泵送前，對(duì)兩邊墩采取臨時(shí)固定措施?；炷翝仓^(guò)程中，通過(guò)墩兩側(cè)事先布設(shè)的測(cè)點(diǎn)，用全站儀隨時(shí)觀測(cè)，由于準(zhǔn)備工作較充分，事先考慮比較周全，整個(gè)施工中，拱梁組合結(jié)構(gòu)及墩位未發(fā)生位移現(xiàn)象。

4.4.2 高程控制

為正確反映泵送混凝土?xí)r，拱肋結(jié)構(gòu)的高程變化，拱肋頂面順橋向1/8跨、1/4跨、拱頂及各臨時(shí)支架處分別布置了高程測(cè)點(diǎn)，在1/4跨截面布置了應(yīng)力測(cè)點(diǎn)，由上述各結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的測(cè)試數(shù)據(jù)表明，拱上結(jié)構(gòu)測(cè)點(diǎn)變位及內(nèi)力與設(shè)計(jì)基本吻合。

5 結(jié)語(yǔ)

鋼管混凝土拱橋因結(jié)構(gòu)情況及施工環(huán)境不同而有多種安裝方法[3-6]，本橋采用拱肋臨時(shí)支架分段安裝拱肋的方法，經(jīng)工程實(shí)踐證明，實(shí)施效果良好，可供以后有類似情況的工程參考借鑒。