摘要：胜建集团在济南市小清河综合治理工程中承建的菜园桥就是一座结构为自平衡提篮式钢管混凝土拱桥，在施工过程中，经过施工人员不断总结，摸索出一套钢管拱加工的施工工法。
关键词：自平衡提篮式钢管拱 专用台座 焊接 温度控制 工法与研究
0 引言
二十世纪九十年代以来，钢管混凝土拱桥在我国得到迅速的发展。尤其是随着计算理论的完善和施工技术的进步，大跨径的钢管混凝土拱桥不断增多。加上近年来城市建设的规模的不断扩大，外形美观，结构轻巧的钢管混凝土拱桥也陆续出现在市政建设中。胜建集团在济南市小清河综合治理工程中承建的菜园桥就是一座结构为自平衡提篮式钢管混凝土拱桥，在施工过程中，经过施工人员不断总结，摸索出一套钢管拱加工的施工工法。
1 工法特点
①钢管拱轴线在竖向平面为抛物线，单片钢管拱轴线横断面向内倾10°夹角。采用分段直线代替曲线，每两米为一基本节，保证拱肋曲线符合设计要求。②制作专用的的台座能够满足拱肋各段按1：1的比例放大样的要求。③能够保证钢管各相贯线下料的准确,精确控制各管对接间隙，将非正常的焊接变形控制在规范允许的范围内。④精确控制钢管煨弯时的温度，防止在煨弯过程中因温度控制不好，影响钢管质量。
2 适用范围
钢管拱桥拱肋钢管的工厂加工。
3 工艺原理
用加热的方法在基于构造相同的弯管台座上，利用钢管受热呈塑性后，通过反力装置使钢管弯曲至设计线型。
4 施工工艺流程及操作要点
4.1 钢管拱制造工艺流程：钢板复检→板料下料（每2米为一基本节）→钢板抄头压弯→卷扳机卷管→钢管焊接→钢管整形（整圆）→探伤→钢管煨弯→拱肋钢管对接→单片上下拱肋组拼焊接→矫形→左右拱肋与风撑组对→各节段拱肋试拼装→钻吊杆孔→涂装→运输→现场安装后焊接。
4.2 施工要点
4.2.1 拱肋钢管的制造 ①按照上下弦各节管的展开长度、宽度下出毛料。由于各节段的制造长度不同，须配料最长每段2000mm。②在待卷的板料两边沿圆管的母线划出抄头线，使用钢管抄头压力机抄头。③将抄头后的板料送入卷扳机滚圆，并在管内壁焊定位码。④焊接圆管纵缝，采用内壁CO2气保焊打底外面气刨清根埋弧自动焊盖面工艺，经焊接工艺评定后确定。⑤将焊后的圆管再次上卷扳机整形滚圆，管径公差±1.6mm。钢管管口椭圆度不大于2.4mm。⑥钢管管口椭圆度大于2.4mm的采取顶压矫正的方法，将需要对接的两条管放置在同一直线上，把没有出现变形的一侧先行点焊，垂直于钢管内壁径向加焊3～4块定位钢板，然后在在未发生变形的钢管另一侧焊上一只矫正牛腿，牛腿上焊有一螺母，螺母上的螺杆正对着另一管发生变形的位置，旋入螺杆，直至把变形位置顶至与未变形钢管相同为止。
4.2.2 拱肋钢管节段接长 ①将卷制好的弦管按照分节的长度接长，接长在专用接长胎型上进行。接长时须将管纵缝错开，将纵缝布置在煨制平面的中径处。②弦管接长配料时应考虑将主弦管、风撑（支管）的对接焊缝与其它焊缝错开。③钢管接长组拼后在接头处打钢码以保证可靠的定位及控制焊缝间隙。④钢管对接接头采用全熔透焊缝。接长环焊缝在转胎上焊接，环焊缝的对接拟采用内壁衬钢套管CO2气保焊打底外面埋弧自动焊盖面工艺。⑤环焊缝工地对接采用内壁衬钢套管CO2气保焊焊接工艺。
4.2.3 拱肋钢管煨弯 ①钢管加热采取火焰加热的方法，设计专用煨制胎型（按照各段的曲率分别制出煨制胎型），每段须做上下弦管两种胎型分为两次煨制。②竖向曲线胎型以水平面为基准平面，反力限位点须按工艺图纸给出的坐标设置。首先将待煨钢管置于胎型上，两端自由，再利用千斤顶排（千斤顶间距每米1台）缓慢加压并按图示加热区（加热区间距500mm）火焰加热，加热区的宽度不超过管的中径，水平投影呈三角形，其底边长度根据试验定。加热后，钢材的温度由原值逐渐升高，钢材的塑性变形增大，然而在250℃左右，钢材反而会变脆，应注意不要在此温度下进行加工，以防止钢材发生裂纹。合理控制加热和压弯程序，是保证钢管煨弯后成型质量的关键点，也是保证钢管内部质量的关键之处，加热温度不得超过800℃（加热区域呈暗红色），不可加热过度及同一区域反复加热，顶压力的施加过程是一个循序渐进的过程。热煨过程中应严格控制拱高。③上下弦钢管均分别按上述方法煨制，待各节段煨制完毕，将上下弦各段置于胎型上矫正。按照各主弦管的长度（弧长）精确下料，其长度偏差为±1mm；管材端面对管轴的垂直度偏差不大于1.6mm。
4.2.4 上下主弦管与缀板（腹板）组拼 ①划出大样（1：1，包括各接头位置、吊杆孔中心线）将各节段（上下弦）管置于大拼胎型上，连接好接头法兰，使各节段轴线与地样轴线重合。②在上下弦管上划出缀板位置线，吊装（下）缀板并将其中心线对准胎型上缀板中轴线，将上下弦管吊装在胎型上对准地样上的弦管定位线；将吊杆位空出2000mm、管接头部位空出1000mm暂不装缀板。③将下缀板、加劲肋与弦管定位焊，依次再装（上）加劲肋、上弦管。④管与缀板焊接为部分熔透焊缝。
4.2.5 风撑制作 按照风撑钢管外径与弦管外径相贯以1：1比例放出风撑管相贯线大样（风撑钢管与弦管夹角为钝角的按二者外径相贯；夹角为锐角的按弦管外径与风撑管内径相贯），并将大样图包裹在风撑管表面划线，采用手工切割，切割时预留坡口余量10mm并修出相贯线坡口。将风撑与弦管相贯线组对修正。
4.3 焊接工艺
4.3.1 焊接方法及拟采用的焊接材料 根据设计材质及本桥结构焊接接头形式，拟采用埋弧自动焊、药皮手工电弧焊和CO2气体保护焊完成本结构的焊接工作。焊接材料通过焊接工艺评定试验选取，二氧化碳保护气体的纯度不低于99.9%，且含水量小于0.05%。
4.3.2 焊接方法 ①主弦管卷管纵向对接焊缝、接长环焊缝及工地组拼焊接环焊缝均采用全熔透焊缝。焊接完毕后将引弧板用气割切除，并对焊件边缘进行修磨，严禁用锤击落，损伤母材。②风撑各管与主弦管间的相贯连接、缀板与主弦管的连接焊缝采用部分熔透坡口焊缝。③采用减少焊接应力及变形的工艺措施，严格按照规定的焊接顺序：先焊收缩量较大的焊缝，先焊对接焊缝，后焊角焊缝；对于组合构件，应先焊受力较大的焊缝，后焊受力较小的焊缝。
4.3.3 焊接环境要求 环境温度不低于5℃，空气相对湿度不高于80％。环境温度低于5℃时。相对湿度高于80％时，焊前应用烤枪对焊区进行烘烤去湿，焊条焊剂在空气中暴露时间不宜超过2小时。室外作业（包括安装焊接）时，宜在晴天进行，遇到风雨时，应设档风板和遮雨棚。
4.3.4 焊接材料要求 焊材应进行复检，经复检合格后才能投入使用。焊条及埋弧自动焊焊剂在使用前要求烘干，烘焙温度300～350℃，烘焙时间2小时；烘干后置于100～150℃的保温箱内，随用随取。
4.3.5 焊接极性：焊接选用直流电源，采用反极性连接。
4.3.6 焊前及层间清理 焊前用砂轮机或电动刷清除焊接区的铁锈及污物，待焊区见金属光泽。多道焊时应清理干净前道熔渣，并经检查确认无裂纹等缺陷后再继续施焊。
4.4 试装和验收
4.4.1 试装 根据设计图给出的坐标，按设计要求进行半孔拼装，并对超差部分做矫正。
4.4.2 验收 鉴于钢管拱的特殊性，参照相关规范拟定其验收标准。
4.5 防腐涂装
4.5.1 钢管卷制焊接（含接长）煨弯成型后进行喷砂除锈，将表面油污氧化皮和铁锈清除干净，表面清洁度达到Sa2.级以上的要求。
4.5.2 将各对接接头及弦管与风撑对接处包装保护，其他部位涂装两道环氧富锌底漆、三道聚氨脂中间漆和两道聚氨脂面漆。
4.5.3 涂装操作
①经喷砂清理后的杆件应在12小时内进行涂装。第一道漆未实干前不得涂第二道，底漆及中间漆未干前不得涂面漆。②涂装过程杆件表面不得有雨水、结露，涂装环境相对湿度不高于85％，对环氧类涂装材料温度不低于10℃。③涂装后的杆件编号标记，运输装车时，将各杆件采用软木隔开，避免碰撞及摩擦。
4.5.4 工厂制造涂装后预留一道面漆待工地安装完毕后整体涂装。
5 检查与验收
5.1 钢管拱肋的检查与验收 钢管构件出场具备完整的验收资料，经检验合格后的钢管拱肋方可出厂，对于钢管混凝土拱桥中钢管骨架的制作实测项目，应符合《公路工程质量检验评定标准》的要求。
5.2 焊缝质量控制与检验
5.2.1 焊接工艺试验评定要求
①力学性能试验项目、试件数量及试验方法应符合《焊接接头机械性能试验方法》的要求。
②力学性能试验的合格标准
a拉伸试验结果（屈服强度、抗拉强度及拉棒的延伸率）不低于母材标准值，则判为合格。b接头冷弯试验：当试件达到规定角度时，受拉面的裂纹和缺陷不得大于3mm。c管与管相贯连接的焊接接头取样和试验方法。
一般情况下管与管相贯连接时，因弦管和支管厚度达不到力学性能的取样标准，采用宏观酸蚀和硬度试验代替。每一评定应做一次宏观断面酸蚀试验，试验方法应符合现行国家标准《钢的低倍组织及缺陷酸蚀试验方法》（GB226-1991）的规定。
③外观检验 焊缝在焊完24h后进行焊缝外观检查，即检查焊缝实际尺寸是否符合设计要求，焊缝表面无气孔、裂纹及未焊满（或弧坑）等缺陷。
④无损检测 焊缝在外观检验合格的基础上进行超声波探伤、X射线探伤。
6 效益分析
钢管混凝土拱桥中的钢管混凝土的径向变形受到钢管的约束而处于三向受力状态，其承载力大大提高，同时，钢管的套箍作用极大的提高了混凝土的塑性性能，高强度混凝土的脆性得到克服；另一方面，混凝土置于钢管内，增强了钢管的管壁稳定性，刚度也远大于钢结构，因此钢管混凝土拱桥较之钢结构和钢筋混凝土结构的桥梁，有着极大地优越性。
与钢筋混凝土桥梁相比，钢管制作工厂化，劳动效率高，比钢筋混凝土结构中的钢筋加工制作省时省力。与钢结构桥梁相比，在保持自重相近和承载力相同的条件下，可节省钢材50%。
7 工程实例
济南市小清河综合治理工程菜园桥钢管混凝土拱桥，钢管拱肋2009年2月15日工厂加工，2009年4月5日现场安装，2009年6月10日钢管拱部分安装完成。质量、工期等各方面均得到业主、监理等各方的好评，为小清河两岸增添了一道亮丽的彩虹。