淺析鋼拱安裝質(zhì)量控制

鄧方春

福建省交建集團(tuán)工程有限公司（361009）

鋼拱支架成型和拱段軸線測量以及各拱段吊裝、焊接、直至體系轉(zhuǎn)換，是對鋼拱安裝進(jìn)行技術(shù)控制的重要環(huán)節(jié)。由于現(xiàn)場地質(zhì)條件的限制和鋼拱結(jié)構(gòu)的特點(diǎn),傳統(tǒng)的腳手滿堂鋼管支架滿足不了施工安裝要求,為確保支架沉降控制在安裝允許范圍之內(nèi)，保證鋼拱定位、快捷、精準(zhǔn)，本文以廈門園博苑睿智橋中的鋼拱安裝實(shí)例,對處在特殊地質(zhì)環(huán)境下的鋼拱支架施工和鋼拱定位、測量、安裝進(jìn)行闡述。

1 工程概況

鋼拱座落于廈門園博苑睿智橋E島和H島之間,系園博苑睿智橋中間跨鋼箱梁獨(dú)立的上部鋼拱結(jié)構(gòu)支承體系。橋全長180 m,縱坡3%，中跨位于半徑為200 m平軸線內(nèi)。其中主跨兩側(cè)（28+37m）=65m，為預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁；中跨50m為鋼箱簡支梁配鋼箱單拱（見圖1、2）。該鋼拱跨徑60m，拱矢高30m，矢跨比1/2，鋼拱沿拱軸線采用鋼箱等截面，拱腳至拱頂采用1.5 m矩形截面，其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是矢跨比大,整個(gè)鋼拱焊接之前由13節(jié)段拼裝組合而成,左右各6節(jié)，中間一節(jié)為合龍段，最大荷重拱腳GA段為14.398噸，最小荷重為8.132噸，整個(gè)鋼拱總重150噸。

2 主要階段技術(shù)控制和施工方法

2.1 鋼拱支架成型控制

地勘資料顯示，鋼拱施工范圍地質(zhì)情況，表層為8 m深的淤泥質(zhì)土，中間層為20m深粘性土層，底層為花崗巖。如果采用常規(guī)的拋石擠淤地基硬化處理，在地面上搭設(shè)支架，已滿足不了施工安裝要求，經(jīng)專家論證分析，采用沿拱軸線橫向7.5 m寬度范圍打入4排，間距2.5 m，縱向60 m范圍每隔4.0m～5.0m間距打入直徑D=600mm、壁厚8mm，圓形鋼管，用錘擊振動樁錘打入粘性土中（見圖3）。每根鋼管進(jìn)入土體按摩擦樁計(jì)算,經(jīng)振動樁錘打入測量單根承截力30噸，經(jīng)計(jì)算滿足拱架受力要求,將打入粘性土層鋼管做為支架樁基，上部鋼管立樁從打入土體鋼管頂面直接焊接（上部立柱鋼管先在地面焊接完后,用吊機(jī)直接吊離地面對準(zhǔn)樁基鋼管焊接），考慮到支架穩(wěn)定需要，從地面到拱頂設(shè)六層平臺。每層縱橫方向用16#槽鋼設(shè)置剪刀撐,每排鋼管在橫向和拱軸縱向用20#合抱槽鋼對頂焊接,此外在每節(jié)拱架端部垂直向下800mm設(shè)立限位操作平臺,通過對整體支架靜載預(yù)壓,其最大壓縮沉降為“1”mm，滿足施工安裝要求。

2.2 鋼拱軸線測量控制

此拱軸曲線立面方程為二次拋物線（y=-0.03333（x-30）2+30），南北走向，施工安裝由南、北方向?qū)ΨQ向中間合龍。選用索佳SET230RK3型全站儀，設(shè)貫穿南向H島（0.0）為觀測站點(diǎn)，北向E島（60.0）為中軸控制線,利用每節(jié)端節(jié)點(diǎn)空間坐標(biāo)(見圖4)來控制截面四個(gè)角點(diǎn)（其空間位置的坐標(biāo)本身已涵蓋線型走向及高度）跟蹤定位觀測，每節(jié)施工完畢，還要對前段已施工節(jié)段進(jìn)行復(fù)測控制，通過坐標(biāo)定位，既方便快捷，又準(zhǔn)確無誤，為拱身成型提供技術(shù)保障。

2.3 鋼拱拱身吊裝控制

1）吊裝機(jī)械選型及車輛配置:根據(jù)鋼拱節(jié)段重量、作業(yè)半徑、和拱段高程，本次吊裝選用50、100噸履帶式汽車吊機(jī)各一臺，配備12m長平板車一輛，完成鋼拱轉(zhuǎn)運(yùn)，吊裝作業(yè)。

2）吊裝順序:從拱腳（E、H 拱腳）開始，逐段對稱吊裝，每天完成左、右拱段各一節(jié)，每節(jié)段吊裝完成后，進(jìn)行精調(diào)，在已吊裝段鋼拱沒有精準(zhǔn)定位后，不得進(jìn)入上段鋼拱安裝，如此對稱逐級向上進(jìn)行,完成后選擇最佳時(shí)間完成最后拱頂合龍。實(shí)施步驟如下:

①吊裝前先用全站儀測設(shè)下端拱座與第一節(jié)拱身接觸面4個(gè)角點(diǎn)位置,根據(jù)角點(diǎn)位置用墨線在拱座鋼板面彈出拱背，拱腹及側(cè)面板外邊控制線，在拱座與拱腹板面相交控制線下端、拱座與拱側(cè)板面相交控制線邊端用20mm×60mm×200mm長鋼板（雙側(cè)方面焊接4個(gè)限位點(diǎn)）進(jìn)行定位控制，選用 50噸位履帶吊機(jī)，從拱腳（E、H）對稱吊裝 GAE、GAH第一節(jié)拱，上端臨時(shí)固定在限位平臺上，其次通過兩端限位平臺，各自用三臺（10噸位）千斤頂，一臺控制在鋼拱側(cè)面，另兩臺限位在鋼拱腹部，配合全站儀進(jìn)行精調(diào)，保證拱段軸線、高程和設(shè)計(jì)相符，調(diào)整完成后，第一節(jié)拱腳端部與拱基座進(jìn)行焊接，吊裝第二節(jié)段前監(jiān)控單位在第一節(jié)拱腹底部安裝應(yīng)力測試，檢查分段吊裝荷載上去后支架的應(yīng)力變化。

②第一節(jié)拱段對稱吊裝完成后,其它拱段依上述方法對稱安裝，通過限位平臺與已吊裝節(jié)段進(jìn)行臨時(shí)限位固定，附加螺栓連接（拱身端節(jié)點(diǎn)、先不焊接），每次吊裝完成后，觀測應(yīng)力變化情況。

③合龍段安裝:a）在完成各段拱身吊裝后，留拱頂放在最佳時(shí)間進(jìn)行合龍。具體做法是:根據(jù)已經(jīng)成形的鋼拱（差最后一節(jié)合龍段），用全站儀精確測設(shè)左、右端節(jié)段軸線，高程和合龍段留置空間的拱背、拱腹水平距離,測設(shè)時(shí)間選擇在上午8:00～9:00時(shí)間段進(jìn)行。b）將測設(shè)的合龍段尺寸和實(shí)際加工好的合龍段構(gòu)件相比較,對未安裝的合龍段構(gòu)件出現(xiàn)的偏差根據(jù)測量數(shù)據(jù)進(jìn)行修正,滿足合龍段安裝實(shí)際盡寸要求。c）選擇合龍時(shí)間，由于鋼拱受溫度變化影響較為明顯（熱脹冷縮，氣溫超過25℃以上伸長）,因此合龍時(shí)間宜選擇在上午8:00～9:00之間完成。d）根據(jù)拱頂高程、起重量荷載需要,本次合龍選用100噸輪履帶式汽車吊機(jī)，完成拱頂合龍。

2.4 鋼拱拱身焊接控制

鋼拱逐段吊裝完成后,經(jīng)監(jiān)控單位對拱軸線和各拱段高程進(jìn)行復(fù)測，檢查合攏段吊裝完成后拱腳應(yīng)力變化，在確認(rèn)各項(xiàng)滿足要求后,由總監(jiān)理工程師下達(dá)拱段端頭節(jié)點(diǎn)焊接施工令,施焊順序應(yīng)從第一節(jié)拱段開始，逐段對稱向上施焊,施焊時(shí)選擇CO2氣體保護(hù)焊,由于每端節(jié)點(diǎn)焊縫量較大,（每處焊縫長6m、焊縫厚度32mm）焊接時(shí)不可能一次完成，為確保焊接質(zhì)量，需分批填焊，刨光直至完成。所有節(jié)點(diǎn)焊縫外部施工條件要求嚴(yán)格,每天焊接工作時(shí)間要求在8:00～18:00，目的是避免在潮濕環(huán)境下施焊，影響焊接質(zhì)量，焊接時(shí)焊劑應(yīng)烘焙干，焊接工作完成后，經(jīng)γ射線檢查，質(zhì)量達(dá)到一級焊縫標(biāo)準(zhǔn)。

2.5 鋼拱支架體系轉(zhuǎn)換

拱段端節(jié)點(diǎn)焊縫檢查驗(yàn)收合格后,開始對鋼拱進(jìn)行涂裝施工，完成后由總監(jiān)理工程師下達(dá)指令，開始支架的拆除，拆架之前因鋼拱頂端吊桿與鋼箱梁還未安裝，為確保拱身安全（主要施工季節(jié)怕遭遇臺風(fēng)影響），沿拱段軸線1/3外拱背對稱兩側(cè)，和拱頂兩側(cè)分別設(shè)置纜風(fēng)繩，以減少風(fēng)力對拱身影響。

支架拆除應(yīng)從拱架頂部（合攏段處）由上向下逐級分層拆除，同時(shí)在拆架過程中密切關(guān)注拱腳應(yīng)力變化，使整個(gè)支架卸載有序，鋼拱整體受力合理。

3 結(jié)束語

鋼拱安裝完成后經(jīng)實(shí)體工程的檢驗(yàn),達(dá)到理想設(shè)計(jì)效果。上述五個(gè)關(guān)鍵階段施工環(huán)節(jié)的技術(shù)控制,是保證鋼拱順利安裝，取得滿意效果的關(guān)鍵，對“三超”（超高、超大、超寬）結(jié)構(gòu)體系，事先進(jìn)行專家論證是必要的。尤其是安裝階段業(yè)主委托科研單位進(jìn)行過程跟蹤監(jiān)控,通過測試應(yīng)力試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，該拱在安裝階段和卸載過程及使用階段,始終處于安全受控狀態(tài)，達(dá)到理想設(shè)計(jì)效果。