談水中鋼管臨時支架施工技術

李英俊 徐結明

(中鐵三局橋隧分公司，河北 邯鄲 056036)

1 工程概況

廣雅大橋位于柳州市區，大致呈東西走向。大橋東岸接廣雅路，通往市中心;西岸接河西路和磨灘路，與西環線相連。大橋將柳江市中心城區與河西片區以最短捷的路徑有機的連系起來，對柳州市河西片區的開發，形成柳州市區路網總體構架，配合柳州市調整社會經濟布局，帶動柳州市的經濟建設具有十分重要的意義。

本工程包括主體工程與雅儒路改造工程，主體工程起點里程為:K0+0.000，終點里程為:K1+410.487，主線全長 1 410.487 m(含引道及橋梁總長)，其中主橋長546 m，橋寬36 m，結構形式為(63 m+2×210 m+63 m)海鷗式雙孔中承式鋼箱拱橋。主跨拱圈為懸鏈線變截面鋼箱拱，鋼箱拱肋采用等寬變高的單箱單室截面，組合跨徑為主跨雙孔210 m，由于主橋為單向縱坡，因此主拱采用坡拱形式，傾斜角度(即拱腳連線與水平向夾角)為0.273°，其斜向凈跨徑(即兩拱腳起拱點連線距離)為200 m，斜向凈矢高50 m，凈矢跨比1/4，拱軸系數m=1.6。道路等級是城市主干路Ⅰ級;設計車速50 km/h;橋下通航標準:內河航道Ⅲ級;通航凈空:高度為10 m，單向通航孔凈寬為55 m。橋梁立面布置圖見圖1。

2 鋼管支架方案選定

1)根據橋址實際情況，大橋東西兩岸拆遷進行緩慢，沒有場地進行纜索吊后錨施工，則無法采用纜索吊吊裝作業;

2)由于橋址處東西兩岸旁有不多的覆蓋層，而柳江內覆蓋層很少幾乎沒有，局部地方有很薄一層砂卵石，若采用先梁后拱的施工方法，則根據橋面梁分節段(標準節段9 m一塊)需在水中進行很多鋼管支架搭設，既浪費材料又無法滿足工期要求;

3)經專家多次評審確定采用先拱后梁的施工方案，拱肋分三角剛構區和主拱區，三角剛構區采用三排支架施工，主拱區分為4個大節段和1個合龍段，在水中搭設三道鋼管支架支撐，即為臨時支架加浮吊進行吊裝施工，具體如圖2，圖3所示。

圖1 橋梁立面布置圖

3 水中鋼管下部施工

3.1 施工說明

主橋13號，14號，15號墩三角剛構區拱肋節段最大重量為217 t，另柳江內局部地區才有覆蓋層，則需在鋼管樁內進行鉆孔，澆筑混凝土以確保支架基礎穩定性。另用需鉆孔的鋼管樁進行搭設鉆孔平臺，減少鋼管投入于水中施工。

圖2 三角剛構支架立面布置圖

圖3 主拱支架立面布置圖

3.2 施工工藝

施工工藝流程見圖4。

圖4 水中鋼管下部施工工藝流程圖

3.3 支架計算

3.3.1 三角剛構支架計算

利用Midas Civil建立拼裝支架空間模型，拼裝工況下的豎向力作用到分配梁上;拱肋異形段B2節段重217 t，考慮節段吊裝過程及受力不均勻影響，節段重量按270 t考慮。

根據異形段B2號節段重心及鋼管支撐位置，可知鋼管樁從外側至內側受力分別為 18.2 t，116.2 t，21.6 t。

根據《公路橋涵設計通用規范》，柳州地區風速按18.2 m/s考慮，風荷載強度按320 Pa，風荷載以結點力施加于鋼管支架相應結點上。拼裝支架底部樁基在入河床為鉆孔，采用固定約束。

1)內力計算。

根據建模計算鋼管最不利內力:N=117.5 t，My=1.42 t·m，鋼管計算長度l=14 m。

鋼管支架豎桿為壓彎構件，根據《鋼結構設計規范》，穩定性計算為:

單根鋼管φ1 200×12，截面面積A=59 484 mm2。

經計算，拼裝支架最大組合應力為33.8 MPa＜170 MPa;壓桿屈曲穩定計算的最小值為8.1，其強度和穩定性均達到要求。

2)單樁軸向容許承載力計算。

根據《公路橋涵地基與基礎設計規范》，嵌巖樁軸向容許承載力為:

取φ1 200×12的嵌巖樁的軸向容許承載力[Ra]=1 593 kN。拼裝支架樁中受到的最大軸向力為1 175 kN，小于樁的軸向容許承載力，滿足要求。

3.3.2 主拱肋臨時支架計算

將風荷載、拱肋傳遞下來的力、支架支反力等輸入Midas Civil建立拼裝支架空間模型，同三角剛構支架計算滿足要求。由于臨時墩高度高，因拱肋及臨時支墩上的水平風荷載會在臨時支架底產生較大彎矩，根據計算數據看，如果支架底鉆孔灌注樁抗拔能力不夠，不能有效抵抗軸向拉力，則存在臨時支架發生整體傾覆的可能。因此支架水面處與水下鉆孔均應有質量保證。

3.4 鋼管樁支架基礎施工

1)先用三根鋼管樁根據江水深度加工成三角穩定型，然后測量定位距施工平臺3 m處，用振動錘振動插打以便三角支架更加穩定立于河床上。

2)打樁起重設備用50 t浮吊在風浪及水流情況比較好的時候用75 kW振動錘進行施工。打樁作業時，吊機吊起振動錘，利用振動錘的夾子夾住鋼管樁頂口做好下樁準備。測量棱鏡立在船舶邊緣，測量定位并緩慢移動船體，直到滿足定位精度要求(5 cm以內)，緩慢下放鋼管樁直到河床面，再次精確調整并定位鋼管樁，然后開動振動錘振動鋼管樁下沉，振動下沉過程中定時測量監控，防止管樁偏斜，以便及時調整管樁平面位置和垂直度。當鋼管樁最后2 min內貫入度在5 cm以內，可以停錘。然后將插打的鋼管樁與旁邊三角支架用型鋼進行剪刀連接保證已插打鋼管樁穩定性，連接完成再進行下一根插打，再將這一根與上一根插打好的鋼管和三角支架進行連接，第三、四根鋼管均按上面步驟進行插打與連接。

3)將四根插打的鋼管樁用剪刀撐兩兩連接形成框架，再利用鉆孔鋼管樁搭設平臺，在鋼管上焊接牛腿鋪設分配梁后，再鋪槽鋼面層。

4)平臺上面擺放鉆機，進行鋼管樁內鉆孔。由于覆蓋層很少，鋼管與河床面接觸地方容易漏漿，則通過清水鉆孔樁法進行鉆孔，每根鉆孔2 m～3 m時進行清渣，然后灌注混凝土，靜待24 h后使鋼管樁與河床緊密連接，再進行鉆孔至設計孔深。每個平臺面積有限只能放一臺鉆機，采用對角交叉的鉆孔順序進行鉆孔灌注至4根全部灌注混凝土。

4 水中鋼管支架接高施工

孔樁內灌注完成混凝土后，則進行鋼管的接高，進行水上結構物施工。立柱鋼管三角剛構區支架采用直徑1.2 m，主拱臨時支墩支架采用鉆孔樁直徑1.0 m，中間施工連接系梁，然后接高采用φ0.8 m鋼管。連接鋼管采用直徑0.5 m和0.35 m兩種。主橋接高支架約有2 700 t，鋼材數量大，水中作業多，根據實際工期，將水中作業轉換到加工場內，節省工期，保證質量和施工安全。下面分兩部分進行介紹三角剛構和臨時支架鋼管施工:

1)三角剛構支架施工。

三角剛構支撐架為直接在鉆孔鋼管樁上采用法蘭接高。先在加工車間焊接φ1.2 m鋼管長50 cm一端帶有法蘭的剛構件，然后將構件等強焊接在水中鉆孔鋼管樁上，再進行上部支架連接。由于水中插打鋼管樁位置存在偏差，則用全站儀將鋼管樁位置坐標進行測量，然后將接高鋼管樁一根一根先接高，再根據測量位置進行放樣，將縱向連接鋼管做成整體進行整體吊裝，橫橋向兩根鋼管之間的連接鋼管先在車間焊接在一根接高鋼管上，再同這根鋼管整體安裝并焊接在另一根已接高的鋼管上。將連接鋼管部分焊接在立柱鋼管上后再連接其他鋼管，然后安排專人進行焊接連接，直到全部搭設完成。

工程實例照片見圖5。

圖5 工程實例照片

2)主拱肋臨時支架鋼管施工。

臨時支架頂與水面高度在45 m～60 m之間，柳江水深在10 m～20 m之間，為減少鋼管支架水中長度的自由度，保證支架接高的穩定性，在水面以上1 m處增加施工臨時承臺，將橫橋向兩兩鋼管連接在一起，另在混凝土上預埋背面帶有鋼筋的法蘭盤。承臺下面距水面1 m的鋼管上焊接交叉剪刀連接系，將一個平臺四根鋼管樁形成一個整體，保證接高支架底部的穩定性。

將帶鋼筋的法蘭測量定位在混凝土承臺模板里面，再澆筑承臺混凝土。根據已經預埋的法蘭之間的尺寸在加工車間進行整體加工接高支架，支架上設有休息平臺和施工通道，鋼管之間是法蘭螺栓連接，所以需要進行預拼裝，每個節段取12 m～14 m，每兩節進行整體螺栓連接后進行焊接，焊接完成后將第一節運輸至安裝部位進行整體吊裝焊接，第二節與第三節再整體預制拼裝焊接，完成后將第二節吊裝至第一節上用螺栓連接上，其他節段均按這種流程依次施工。

對于高聳結構支架在墩頂穩定性較差，根據計算需對橫橋向支架和縱橋向鋼管支架之間采用鋼管桁架進行連接，使支架之間形成井形框架結構，使支架更加穩定。

鋼管支架施工圖見圖6。

圖6 鋼管支架施工圖

5 施工關鍵技術控制

1)根據河床覆蓋層情況在插打鋼管樁時保證鋼管樁盡量進入覆蓋層和鋼管樁垂直度不大于鋼管長度的1%且不大于2 cm，使鋼管連接后增加平臺穩定性;

2)根據主體結構的尺寸調整鋼管間距，充分利用鋼管樁作為搭設平臺和沖孔鋼管，鋼管樁沖孔時應時刻關注鋼管沉降，防止鋼管平臺焊縫開裂和孔內漏漿現象;

3)支架整體預制時一定要在預拼裝的時候控制好法蘭的螺栓連接，要保證支架整體吊裝時能用螺栓連接。

6 結語

柳州市廣雅大橋主橋拱肋支架的順利、安全施工，使得在河道內淺覆蓋層搭設鋼管支架得以實施。通過輔助平臺的放置，保證鉆孔平臺鋼管的插打和搭設，另直接利用鉆孔鋼管直接搭設鉆孔平臺節省了鋼管使用。上部結構支架的連接三角剛構支架采用連接系整體拼裝連接，臨時支墩采用直接整體接高，都大大節省了水上施工作業，節省了工期，且保證了焊接質量。

[1] JTJ 025－86，公路橋涵鋼結構及木結構設計規范[S].

[2] GB 50017－2003，鋼結構設計規范[S].

[3] JTJ 041－2000，公路橋涵施工技術規范[S].

[4] GB 50205－2001，鋼結構工程施工質量驗收規范[S].

[5] GB 50135－2006，高聳結構設計規范[S].