跨河鋼拱橋鋼管樁組合支架施工技術

朱臣 廖巍崴

摘 要：濱州市主城區新立河黃河一路橋為上承式鋼結構拱橋，主要結構為鋼結構。本文從現場施工實際出發，綜合多角度對比，跨河鋼結構構件吊裝采用鋼管樁組合支架支撐體系，并對施工工藝進行優化，在滿足現場施工需求的情況下，充分節約成本，并達到綠色環保、提高施工效率的目的。

關鍵詞：跨河鋼拱橋;鋼結構;鋼管樁組合支架

中圖分類號：U445.4 文獻標識碼：A

0 引言

鋼結構拱橋作為城市建設中的靚麗名片，在跨河施工中，鋼結構支撐體系成為鋼拱橋施工的重要一環，選擇合適的支撐體系，不僅能節約工期，節約成本，同時也為安全、質量控制提供有力保障。做好鋼結構吊裝支撐體系的建設，對施工進度，施工質量和安全保障有著直接影響。

濱州市主城區新立河黃河一路橋主體結構為鋼結構，共27個拱肋，單個拱肋重最大約21噸。經方案比選，為了防止土石圍堰對河道造成污染，綜合考慮工期、成本，采用鋼管樁組合支架作為鋼結構的支撐體系。由于新立河河道地質條件較差，鋼管樁入土深度較深，平均入土深度8 m，樁長13 m河面到梁底最大距離為5 m，作業空間狹窄，常規工藝鋼管樁無法全部拔出，經過仔細分析和設計，巧妙的將樁位設置在兩個拱肋之間，樁頂采用雙拼工字鋼橫梁進行連接，便于施工完成后鋼管樁的拔出，同時增加了鋼管樁連接的穩定性，提高安全性。

1 工藝特點

采用鋼管樁組合支架，與傳統土石圍堰相比，避免了填河圍堰造成的河道阻塞和污染，不受降雨、汛期河道水位上漲的影響，不影響通航。鋼管樁、工字鋼、槽鋼等施工材料可回收利用，做到了節能減排。具有施工簡便、工期短、環保、成本低等優點。

2 工藝原理

跨河鋼拱橋鋼管樁組合支架施工工法，主要闡述了鋼結構拱橋在跨河施工中，采用單排鋼管樁與工字鋼、槽鋼焊接一起的組合支架作為臨時支撐體系，通過受力驗算，確定樁長、樁徑、入土深度，滿足現場施工安全、質量前提下，達到快速施工、不污染河道、縮短施工工期、節約施工成本的目的。

3 施工工藝流程及操作要點

3.1 施工前準備

（1）首先進行初步受力驗算，對各個鋼梁節段進行受力分析，結合現場施工條件，選擇合理的支架組合方式。（2）根據確定的支架方式，出具設計圖紙。（3）根據設計圖，對所需材料、機械設備，在市場上進行詢價、考察和采購。（4）組織施工人員、機械設備及材料進場，對施工人員進行安全技術交底。

3.2 施工操作要點

3.2.1 基本思路

（1）支架的基礎采用在河道內打入鋼管樁，采用樁徑529 mm，壁厚10 mm的鋼管樁。支架采用雙排鋼管樁支墩，每排鋼管樁由10根鋼管組成，間距3 m～4 m。樁頂設雙拼32b工字鋼橫梁支撐拱肋，鋼管樁之間采用14#槽鋼斜撐進行連接。支架必須滿足構件施工時的強度、剛度及穩定性，滿足構件施工所需要的工作面，需通過受力驗算。（2）鋼管樁的布置：根據拱肋所在位置，橫橋向布置在兩拱肋的中間，縱向在相鄰節段相接處，在保證構件的幾何尺寸和構件外不小于500 mm的作業面的前提下進行布樁。

3.2.2 受力驗算

（1）荷載計算。1）支架受力荷載取值。根據《公路工程施工安全技術規范》（JTG F90-2015），鋼梁支架設計的有關規定和本橋鋼梁的結構特點，在施工過程中涉及到的支架設計及驗算時主要荷載形式為：

長度9.73米鋼拱自重：q1=120 kN;長度14.94米鋼梁自重：q2=200 kN。

2）組合荷載計算。根據《公路工程施工安全技術規范》（JTG F90-2015），驗算支架鋼梁強度時荷載組合為q1=120 kN，q2=200 kN。

3）樁梁32b工字鋼受力分析。樁梁為2根32b工字鋼組合焊接而成，上部為縱向鋼結構主梁，下部兩頭為10根鋼管樁基礎。單孔最大跨度14.94 m，兩側跨度9.73 m;其中樁梁分布跨度兩頭，長度30 m*2根，中心最大跨徑為3.375 m。彎矩最不利情況下，當單根鋼梁位于支點端部時，結構梁同時受力在樁梁上，間距3 m、3.188 m和3.375 m。計算樁梁荷載為上部自重+結構重量，單根鋼梁受力荷載：

P=（120/2+200/2）=160 kN

4）樁梁截面參數。分配梁采用I32b工字鋼，單根梁截面參數：截面面積A=72.45 cm2，抗拉截面系數W=726.33 cm3。

5）樁梁受力計算。經過檢算：雙拼32b焊接工字鋼樁梁，滿足要求。（材質為Q235，容許抗彎應力f=215 MPa，容許抗剪應力fy=125 MPa）。

結論：經過檢算，樁梁2根32b工字鋼，單根結構主梁3.375米跨度，可以滿足單根14.94 m跨鋼梁受力要求。

（2）部基礎結構計算。兩頭橋臺設置為Φ529*10 mm單排鋼管樁，呈1*10排列，橫向最大間距3.375 m;鋼管樁間用14#槽鋼橫向連接。按照單根鋼梁計算。

1）鋼管樁樁長計算。鋼管樁采用Q235螺旋鋼管樁，規格為φ529 mm，壁厚10 mm。考慮到集中力與荷載布置的差異偏荷載及沖擊，系數采用1.3。按照簡支梁計算，單根鋼管樁最大反力：

單根鋼管樁自身承載力為：

3.14×529×8×215/1 000=2 857 kN>[P]

計算單樁承載力為：

208=1/2×0.529×3.14×1.0×（1.73×30+2.65×32+32×L）

解得：L=3.55 m

根據上式反推鋼管樁最少樁基入土深度為：

1.73 m+2.65 m+3.55 m=7.93 m

安全考慮取8 m。

根據地質勘測情況，水深2 m，水面向上3 m，入土深度8 m，設計鋼樁長=2 m+3 m+8 m=13 m。

經驗算，橋墩地基承載力滿足要求。施工時打樁采用60 t振動錘，激振力485 kN。

2）鋼管樁穩定性驗算。鋼管穩定承載力容許最大值f=210 MPa。

Nmax=φ×A×f=0.893×0.016 296×210×103=3 056 kN >f

經驗算大于鋼管工作應力，鋼管穩定性滿足要求。

故，長度14.93 m*寬度30 m鋼梁支架，上部樁梁結構和下部基礎結構可以滿足14.93 m跨鋼梁荷載要求。

3.2.3 鋼管樁組合支架施工

（1）施工流程。測量放樣→插打鋼管樁→柱帽焊接→橫橋向工字鋼安裝及焊接→鋼管樁間槽鋼焊接。

（2）各工序主要施工要點。立柱采用采用φ529 mm鋼管，壁厚10 mm，每根長13 m，其中地表以下9 m，外露部分4 m。

1）插打鋼管樁。①鋼管樁打設。便道填土壓實，130T汽車吊開到橋臺位置處，停車支腿起臂，在岸邊上將130T汽車吊吊起60 t振動錘，用釣魚式打法打設。

首先將長度14 m的鋼管樁樁頭上割出可供吊具鉤吊的三角小孔，并在鋼管樁上設置牽引線，用 130T汽車吊將其豎直吊起，對準樁位放下。振動錘液壓夾頭夾住鋼管樁，初步檢驗樁體縱橫方向垂直度，確保樁體在錘擊過程中始終保持垂直。符合要求后，開動錘將樁打入河床土中。打樁過程中利用吊臂及牽引使得鋼管樁保持垂直方向振入河床。

②鋼管樁接長。a接口清理：鋼管樁對接前接口兩側30 mm內的鐵銹、氧化鐵皮、油污清除干凈。b焊接：兩鋼管接頭采用對接平焊，焊接為手工焊，按焊接工藝要求，焊接應控制走向順序、焊接電流、焊縫尺寸。接頭處采用4道500 mm*100 mm*10 mm加勁板（采用鋼管切割，保證橢圓度相似），加勁板必須保證焊縫密貼;每一焊道熔敷金屬的深度或熔敷的最大寬度不應超過焊道表面的寬度，同一焊縫應連續施焊，一次完成。c焊縫清理及處理：焊縫焊接完成后，清理焊縫表面的熔碴和金屬飛濺物，焊工自行檢查焊縫的外觀質量;如不符合要求，應補焊或打磨，修補后的焊縫應光滑圓順，不影響原焊縫的外觀質量要求。d焊接環境：濕度不宜高于80%;溫度不得低于-10℃。

③終沉確定。施工前先測出水深，根據理論控制值入土深度計算鋼樁出水高度，在樁身相應位置作出標記，打到水面標記處即可停止打設，此時樁的入土深度即可滿足設計要求。如果樁己達到計算入土深度，而貫入度較大，說明該處承載能力不滿足要求，需要繼續打入，直至貫入度滿足要求。當樁尖遇到硬物時，樁位易打偏或不垂直，應及時清理后再施打。

2）雙拼I32b工字鋼支撐橫梁安裝。雙拼I32b工字鋼與柱帽焊接固定在一起，柱帽與鋼管立柱頂固定在一起。工字鋼安裝過程中應保證水平，各排高度應統一，保證拱肋與其接觸各點不懸空，受力均勻。

3.2.4 鋼管樁組合支架拆除

（1）組合支架拆除。工字鋼及槽鋼，當需要拆除時，采用吊機配合，人工割斷與鋼管的連接，拆除連接系;將鋼管樁頂氣割5 cm～10 cm左右，使支架整體落下，再抽除頂部的工字鋼，采用130T吊機分節吊出橫梁，并移至岸邊。落架氣割鋼管樁時應對稱進行。

（2）鋼管樁拆除。鋼管樁拆除時采用130T吊車配合60 t振動錘振拔。先割除鋼板樁樁帽，用振動錘液壓鉗夾緊鋼管樁，啟動振動錘，鋼管樁周邊土質在振動力作用下開始液化，土質對鋼管樁的摩阻力將大大減少，此時吊車可緩慢將振動錘及鋼管樁往上提動，逐漸將整根鋼管樁拔除，并利用平板車通過棧橋轉運到岸上。如鋼管樁太長，可多次氣割，直至水下鋼管樁全部拔出水面。支架拆除時應將水下障礙全部清除干凈，不得堵塞航道。

4 總結

鋼管樁組合支架施工技術成功應用于新立河黃河一路橋，工藝工法經濱州市住建局專家評審，獲濱州市級工法。鋼管樁組合支架作為臨時支撐體系，保證施工安全和施工質量的同時，縮短了工期，節約了成本，鋼管樁巧妙的設計位置，保證了鋼拱主架完成后能順利拔出，做到了節能減排，為類似跨河橋梁工程提供了有價值的參考。

參考文獻：

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