水中臨時支墩在跨通航河橋鋼箱梁施工中的應(yīng)用

劉保生

（中鐵十五局集團第二工程有限公司，上海201713）

1 工程概況

126 省道南京段改擴建工程施工2 標(biāo)跨秦淮新河橋采用三跨變高度鋼-混凝土組合連續(xù)鋼箱梁結(jié)構(gòu)，總長200m，跨徑組合為35m+130m+35m，主跨中間89m 范圍為鋼箱梁主梁，兩端鋼混結(jié)合段長度均為2m，共分左右兩幅布置，單幅橋?qū)挒?0m，主梁主墩高7m。單幅鋼箱梁為單箱雙室斷面，兩側(cè)為懸臂構(gòu)造，鋼箱梁橫截面中心高為3.6m，頂寬20m，底寬12m，兩側(cè)懸臂寬均為4m；標(biāo)準(zhǔn)橫斷面頂板厚18mm，底板厚20mm，腹板厚20mm，頂板設(shè)U 型加勁肋，底板、腹板設(shè)一字加勁肋。采用在臨時支墩上設(shè)置型鋼及貝雷梁作為梁段拼裝平臺，平臺上鋪設(shè)滑移導(dǎo)軌和整體提升設(shè)備。秦淮新河通航等級為Ⅳ級航道，水面寬度最小為54m，臨時支墩布設(shè)時需確保過往船只的正常通行。

2 臨時支墩的布置

結(jié)合橋位處最小通航凈寬、河道走向、水流速度等綜合考慮，通航孔跨徑設(shè)為44.5m，左右幅分別設(shè)置臨時支墩，右幅設(shè)置4 組臨時支墩，臨時支墩中心間距為：20.4m+44.5m+24.4m，左幅設(shè)置5 組臨時支墩，臨時支墩中心間距為：14m+44.5m+13.5m+14m。支墩的設(shè)置已考慮航道通行要求，保留足夠通航空間。

3 水中臨時支墩的結(jié)構(gòu)設(shè)計

水中臨時支墩由水中混凝土柱和上部的鋼管格構(gòu)柱組成。水中混凝土柱采用直徑為1m 的C30 鋼筋混凝土柱，基礎(chǔ)直徑2m，座在基巖上，施工前采用沖擊鉆進行基巖鑿平，基礎(chǔ)埋入基巖80cm。鋼管格構(gòu)柱由φ450mm×16mm 的鋼管立柱和HW150×150×7×10 的H 型鋼綴條組成，φ450mm×16mm 鋼管兩端焊接厚度為16mm 的法蘭，鋼管底部通過預(yù)埋螺桿與鋼管法蘭盤連接。

4 格構(gòu)柱受力計算

4.1 計算模型

為確保施工和結(jié)構(gòu)安全，須對臨時支墩在各項荷載作用下的結(jié)構(gòu)進行力學(xué)檢算。對支撐系統(tǒng)荷載分析得知，水中臨時支墩承受的荷載為最大，現(xiàn)就水中臨時支墩進行力學(xué)檢算，水中臨時支墩系格構(gòu)形式，按4 根鋼管組成格構(gòu)計算，荷載取全部外力，立柱高8m，由φ450mm×16mm 的鋼管立柱和HW150mm×150mm×7mm×10mm 的H 型鋼綴條組成。

4.2 格構(gòu)的截面特性

格構(gòu)的截面積：A=4A1=872.16cm2；

格構(gòu)的慣性矩：Iy=4（Iy1+l02A1）=1.98×107cm4；

式中，D為鋼管外徑；d為鋼管內(nèi)徑；l0為構(gòu)件的幾何長度。

彎矩作用平面內(nèi)較大受壓桿件截面抵抗矩：

4.3 格構(gòu)受力計算

格構(gòu)受力計算過程為：

1）水平力（風(fēng)荷載187kN+吊裝偏心引發(fā)的水平力120kN）：W=307kN。

2）垂直力（按整體提升支架反力作用在格構(gòu)上）F=6 000kN。

3）水平力風(fēng)荷載產(chǎn)生的彎矩MYF=187×1.5=280.5kN·m；吊裝偏心引發(fā)的水平力彎矩MYP=120×8=960kN·m；水平力產(chǎn)生的彎矩MY=MYF+MYP=1 240.5×106N·mm。

HW150mm×150mm×7mm×10mmH 型鋼截面面積AH=40.56cm2，Ay為垂直y軸橫截面的綴條截面積和；查表λ0=21.4時φ=0.979。

要求。

式中，φ 為軸心受力構(gòu)件的穩(wěn)定系數(shù)；E為彈性模量彈性模量；λy為整個構(gòu)件對y軸的長細比。

4.4 綴條受力計算（HW150mm×150mm×7mm×10mm H 型鋼AH=40.56cm2）

綴條受力計算包括：

1）綴條按軸心受力計算。傳至綴條的水平力按W=307kN。

2）綴條強度σ=N/AH=75.69N/mm2＜205η=143.5N/mm2。

式中，N=W=307×103N；η 為折減系數(shù)，取η=0.73。

綴條剛度λ=L/γmin=632/6.4=98.8＜150。查表φ=0.643（L為綴條幾何長度，γmin為截面的最小回轉(zhuǎn)半徑）

5 水中混凝土柱施工

水中混凝土柱施工過程為：（1）在100t 駁船上裝置沖擊鉆機，將船錨定停泊在臨時墩樁位處。利用沖擊鉆頭將河床底不平整的基巖沖擊平整，確保鋼護筒與基巖密貼。（2）利用30t 的浮吊將事先制作好的直徑為2m，壁厚為15mm 的鋼護筒安裝在河床上。鋼護筒安裝時需檢查2 個方向的垂直度，垂直度檢查符合要求后，采用纜風(fēng)繩及時拉結(jié)固定。鋼護筒安裝就位后，潛水員下水檢查結(jié)合面的密封情況。對結(jié)合面空隙較大的部位，采用速凝水泥進行水下封堵。鋼護筒頂部應(yīng)高出水面50cm。（3）利用泥漿泵將護筒內(nèi)的泥漿鉆渣等清理干凈，確保封底混凝土落在新鮮巖面上。利用導(dǎo)管進行封底混凝土施工，導(dǎo)管底部距離河床底約30cm。封底混凝土采用C30 水下混凝土，首灌方量不小于4m3混凝土。混凝土澆筑高度應(yīng)高于河床約3m。（4）待護筒內(nèi)的混凝土終凝后，將護筒內(nèi)的水抽干。利用30t 浮吊將直徑450mm×16mm 的鋼管樁吊入護筒內(nèi)，通過底座法蘭和護筒內(nèi)的混凝土進行連接固定。（5）待鋼箱梁結(jié)構(gòu)施工完成后，水下基礎(chǔ)部分利用水下切割技術(shù)進行拆除恢復(fù)。

6 鋼管格構(gòu)柱的安裝

鋼管格構(gòu)柱的安裝過程為：（1）格構(gòu)架制作時，嚴格按照圖紙加工，架體材質(zhì)為Q235B，法蘭盤為Q345B，節(jié)點板與鋼管立柱采用6mm 雙面角焊縫，除立桿外其他桿件采用螺栓連接，加勁板倒角距離為20mm。格構(gòu)架的單節(jié)制作高度為4m，節(jié)與節(jié)之間通過法蘭盤、螺栓連接。（2）格構(gòu)柱及綴條選擇1 臺30t 小型浮吊配合吊裝安裝。通過預(yù)埋螺桿與攬風(fēng)繩進行臨時固定。臨時固定后，采用2 臺經(jīng)緯儀或者全站儀進行垂直度校正，采用水準(zhǔn)儀進行格構(gòu)架頂部標(biāo)高測量。檢查合格后方可進行焊接固定。（3）為保證整體穩(wěn)定性，相鄰兩鋼管之間焊接剪力撐。焊接前，將焊接部位變形損壞部分修整，端部用角向磨光機磨光，并打焊接剖口，用經(jīng)緯儀校正垂直度再進行電焊，施焊應(yīng)對稱進行。

7 拼裝平臺設(shè)置

在格構(gòu)柱上設(shè)置型鋼及貝雷梁作為梁段拼裝的施工平臺。由下向上依次為：鋼筋混凝土柱→鋼管格構(gòu)柱→橫橋向H型鋼雙拼→加強型貝雷梁→工字鋼→滑道（工字鋼雙拼）→調(diào)整千斤頂→鋼梁。

8 拼裝平臺的安拆

貝雷梁在駁船上分段拼裝成型，然后用小型浮吊吊裝就位后進行節(jié)段之間的連接。分配梁及滑道均采用小型浮吊吊裝就位。鋼箱梁安裝完成后，由于橋下吊裝空間受限，進行拼裝平臺的拆除時，需先用倒鏈將構(gòu)件水平移至橋梁范圍以外，然后采用小型浮吊將構(gòu)件吊至駁船上運離施工現(xiàn)場。

9 方案對比

由水中混凝土柱和上部的鋼管格構(gòu)柱組成的水中臨時支墩輔助施工方案與其他輔助施工方案對比情況如表1 所示。

其他如纜索吊裝、大型浮吊、頂推施工等由于鋼箱梁最大節(jié)段超重，需大型設(shè)備投入，且施工場地相對狹小，安全風(fēng)險高，后期維護使用費高，不適用本項目施工。

10 結(jié)語

本項目采用由水中混凝土柱和上部的鋼管格構(gòu)柱組成的水中臨時支墩的方法架設(shè)鋼箱梁，不僅減少了混凝土等原材料的浪費，還發(fā)揮了鋼結(jié)構(gòu)安拆方便，節(jié)省工期，適應(yīng)性強，經(jīng)濟環(huán)保的優(yōu)勢。施工過程中通過精心設(shè)計及優(yōu)化臨時支墩方案，并精心組織施工，施工監(jiān)測表明，施工期間臨時支墩整體穩(wěn)定性好，施工安全性高、鋼結(jié)構(gòu)的焊接質(zhì)量得到保證,確保了過往船只的正常通行。

表1 施工方案對比表