湖北省建始—恩施高速公路找龙坝河特大桥主桥为上承式钢管混凝土拱桥, 主跨225m, 矢高45m, 矢跨比1/5, 桥宽24.5m。主桥跨越找龙坝河, 两岸地形陡峭, 河谷底部宽约20m, 顶部宽约230m, 相对高差约183m, 为深切割“V”形峡谷斜 (陡) 地形。

主拱肋断面为等宽变高桁架式断面, 材质主要为Q345D, 主拱肋按照设计图划分, 共计40个分段 (见图1) 。分段的最大宽度为9.5m, 最大高度为6.5m, 最大长度为15.8m, 最大质量为47.6t。

拱肋在工厂内采用半幅试拼装组装, 采用临时码板进行连接, 所有焊缝均不焊接, 匹配矫正线形后断开连接, 涂装标记拆成散件后发运施工现场 (见图2) 。

按照地样线及胎架布置图要求划制地样线并布置胎架, 胎架使用钢墩, 与预埋铁点焊固定, 并检查零件编号、外形尺寸、坡口、方向标识等是否符合要求。

将主弦管的控制点与地样线上对应的线对齐, 使用水平仪调整主弦管的高度, 使得2根主弦管均处于同一水平面内, 主弦管与胎架模板之间刚性连接固定。

腹杆对线组装时, 注意腹杆与钢管的角度和定位线的位置关系, 对线组装平联零件, 利用临时模板及临时支撑进行固定 (见图3) 。

主弦管与地样线对齐, 对线组装斜撑、上部腹杆零件, 利用临时模板及临时支撑进行固定。

根据地样线的线形及控制点, 顺序定位第2节段, 调整钢管拱的整体线形达到要求, 然后进行临时连接。构件焊接缝处先使用限位码板进行粗定位, 线形调整完成后在构件间进行点焊固定, 栓接处使用冲钉及普通螺栓进行连接固定。最后顺序依次定位其他钢管拱节段 (见图4) 。

当线形不符合要求需要火焰矫正时, 矫正温度控制在600~800℃, 严禁过烧、直接锤击和水冷。

受高速收费站、匝道、涵洞及施工便道等运输条件的限制, 主拱肋等钢构件须以散件的形式运往工地, 在工地拼装场地组拼成立体分段后, 再进行安装施工。

钢构件拆分按组装流程逆向进行。拆分前使用红色涂料将编号、标记点及方向标识到弦管管壁上, 并打样冲眼, 验收合格后在工厂内存放, 根据现场施工计划, 按顺序分批运至施工现场。

工地拼装场地设置在找龙坝河特大桥桥位后方高速公路路基上, 施工场地全长387m。其中, 115m长度区域用于主拱肋片体卧拼装及立柱片体卧拼装组装, 86m长度区域用于主拱肋立拼装及立柱拼装场地。场地配备2台30t门式起重机, 用于起吊拼装 (见图5) 。

1) 利用激光经纬仪在平整的混凝土地面画出角尺线。

2) 按照胎架线形图, 利用激光经纬仪和全站仪画出主拱肋上下弦管、腹杆、吊杆及各构件定位线。

3) 在指定位置摆放预制好的钢墩, 通过预埋件与地面固定。

4) 用槽钢横向连接上下弦管上的钢墩, 槽钢上焊接模板, 用激光经纬仪调整水平 (见图6) 。

结合卧拼场地大小及满足线形、精度控制要求, 卧拼装时按“2+1”分段进行匹配拼装。根据安装顺序, 拼装轮次按ZL-1~4分段→ZL-4~7分段→ZL-21~24分段→ZL-24~27分段→ZL-7~10分段→ZL-27~30分段→ZL-11~14分段→ZL-14~17分段→ZL-31~34分段→ZL-34~37分段→ZL-17~20分段→ZL-37~40分段的顺序进行拼装 (见图7) 。

1) 按照地样线及胎架布置图要求划制地样线并布置胎架, 检查零件的编号、外形尺寸、坡口、方向标识等是否符合要求 (见图8) 。

2) 主弦管上架定位主弦管的控制点与地样线上对应的线对齐, 使用水平仪调整弦管的高度, 使2根弦管均处于同一水平面内, 主弦管与胎架模板之间刚性连接固定。

3) 腹杆组装腹杆对线组装, 并注意腹杆与钢管的角度和与定位线的位置关系。

4) 焊接严格按照GB/T19867.2—2008《气焊焊接工艺规程》中的要求施焊, 火焰矫正温度符合要求, 严禁过烧、直接锤击和水冷。

5) 涂装标记标识严格按照涂装工艺规程进行施工, 将编号、标记点及方向标识到主拱肋上, 采用油性笔做好标记, 并打样冲眼, 报检合格后方可进入下步工序。

结合立拼制造场地大小及满足线形、精度控制要求, 立拼装时按“2+1”分段进行匹配拼装。根据安装顺序, 拼装轮次按ZL-1~3/3~5分段→ZL-5~7/7~9分段→ZL-21~23/23~25分段→ZL-25~27/27~29分段→ZL-11~13/13~15分段→ZL-15~17/17~19分段→ZL-31~33/33~35分段→ZL-35~37/37~39分段→ZL-9~10/19~20分段→ZL-29~30/39~40分段的顺序进行拼装 (见图9) 。

1) 按照地样线及胎架布置图要求划制地样线并布置胎架, 胎架使用钢墩, 与预埋铁点焊固定 (见图10) 。

2) 主拱肋片体上胎架定位主拱肋片体的控制点与地样线上对应的线对齐, 使用水平仪调整主弦管的高度, 使得主弦管对应结构控制点处于同一水平面内。下弦管与胎架模板之间采用具有足够刚性及稳定性的临时支承, 对片体进行支承、固定。

3) 立拼流程如表2所示。

4) 其他事项严格按照要求施焊, 其中横向连接部件及K撑仅参与预拼组装, 因此不用焊接。火焰矫正要符合规范要求。注意存放时主拱肋立向、钢支墩支承在结构硬点处及存放场地经过平整、夯实、硬化, 不会因承受钢构件自重而下沉。

立体分段运输到吊装位置后采用缆索吊吊装。找龙坝河特大桥采用“两岸对称悬拼、齐头并进至跨中合龙的斜拉扣挂法”施工技术。主拱拱肋从结构美观考虑采用了内法兰形式, 管内采用M30高强螺栓连接, 待一个吊段安装完成并调整好拱轴线后再进行焊接, 使连接部位基本达到材料等强。螺栓拧紧后能满足节段在继续安装时扣、吊的受力要求。吊装不用等焊缝强度, 焊接不占关键工序时间, 可连续施工 (见图11) 。

内法兰连接分阳头、阴头, 分别焊接在已连接的拱肋分段上。在已安装完成的分段法兰盘左、右侧对称安装1块限位码板, 吊装节段通过限位码板初步对位, 使用链条葫芦将法兰盘阳头插入阴头内初步固定吊装分段, 再使用千斤顶精确调整螺栓孔位置, 插入第1颗冲钉, 根据剩余螺栓孔偏差情况, 调整千斤顶的顶推位置, 安装其他冲钉或临时连接螺栓, 待所有螺栓孔全部对位完成后方可安装高强螺栓。

主拱肋吊装节段的拼装接头, 先用高强螺栓全部栓接, 等下一节段定位完成并调整好拱轴线后, 再焊接搭接套管。搭接套管管径、材质均与拱肋弦管相同, 沿管周分成三等分, 套管周边均开坡口, 采用坡口焊, 焊接时保证焊接质量。

找龙坝河特大桥钢管拱肋通过工厂试拼装、施工现场卧拼、立拼施工工艺, 极大地提高了安装精度, 保证了施工质量和线形, 对山区交通条件不利的混凝土钢管拱桥拱肋安装施工具有极大的借鉴价值。