特大橋超高鋼結構臨時支墩施工關鍵技術*

彭欽鋒，陶 忠，謝黃東，丁仕洪

(1.昆明理工大學建筑工程學院，云南 昆明 650500； 2.云南省工程抗震研究所，云南 昆明 650500；3.中鐵四局集團鋼結構建筑有限公司，安徽 合肥 230022)

0 引言

支墩對橋梁的安全性有著重要作用[1-3]，隨著國內外橋梁的建設，對橋梁支墩的研究越來越多。呂來[4]認為高橋墩施工技術對于我國現代道路橋梁施工具有重要意義；Lin等[5]對可提高施工安全性、降低施工風險的復合橋墩施工方法進行了研究；葉海強[6]提出全預制裝配式橋墩設計及施工要點；羅米盧[7]對橋梁下部支墩施工方案及關鍵技術進行了介紹；張東山等[8]研究了連續梁橋墩底轉體施工技術，提出了“三步法”轉體承臺施工工藝、“兩步法”球鉸封固施工工藝和快速有效的封固方法；尹富秋[9]介紹了灌漿金屬波紋管鋼筋連接技術在橋墩預制拼裝施工中的探索及應用；郭彥兵[10]分析了主線隧道礦山法開挖對既有橋梁橋墩近接施工變形和位移的影響；周翰斌等[11]闡述了預制墩柱截面構造、承插連接接頭構造及工藝，分析了研究和應用中存在的問題。目前，對超高鋼結構臨時支墩施工技術的研究較少，為此，本文依托玉磨鐵路元江雙線特大橋工程，對超高鋼結構臨時支墩施工關鍵技術進行了研究。

1 工程概況

1.1 鋼桁架梁

玉磨鐵路元江雙線特大橋采用(108+151.5+249+151.5+108)m上承式連續鋼桁架梁結構(見圖1)，總用鋼量約2.1萬t。鋼梁兩端橋頭處均設置混凝土拱形橋臺，玉溪側橋臺長38.6m，磨憨側橋臺長25.6m。鋼梁主桁采用變桁高形式，下弦采用圓曲線勻順過渡。

圖1 玉磨鐵路元江雙線特大橋布置示意(單位：m)

1.2 臨時支墩

根據鋼梁架設方案，全橋共設置11個臨時支墩，均設置在下弦節點處，如圖2所示。其中玉溪側邊跨布置4個，用于起始段鋼梁拼裝，編號依次為L1～L4；玉溪側次邊跨布置1個，編號為L5，高110.9m；磨憨側邊跨布置5個，編號依次為L7～L11；磨憨側次邊跨布置1個，編號為L6，高133.1m。L5，L6超高臨時支墩結構如圖3所示。

圖2 臨時支墩布置

圖3 L5，L6臨時支墩結構模型

臨時支墩結構均采用12柱格構式支架，基礎均采用人工挖孔灌注樁。樁基礎直徑1.8m，共24根，承臺尺寸2.6m×2.6m×1.2m(長×寬×厚)。為增加基礎整體剛度，在承臺之間設置鋼管連系梁。2座超高臨時支墩連接系均采用雙拼角鋼，利用螺栓與鋼立柱上的拼接板進行栓接。每片桁下柱頂設置箱形截面分配梁，共3層。鋼結構材質均為Q345B。

2 施工要求與難點

2.1 施工要求

鋼結構制作應符合GB 50205—2001《鋼結構工程施工質量驗收標準》的要求。

2.2 施工難點

1)超高臨時支墩高度最高達133.1m，承受荷載達40 000kN，支墩設計是本工程重難點。

2)施工現場位于紅河深切峽谷區，地形條件復雜，超高臨時支墩位于陡峭山坡上，整體施工部署是本工程難點。

3)超高臨時支墩吊裝高度高，分段方案的制定、吊裝設備的選型及吊裝過程的控制是本工程重難點。

4)超高臨時支墩桿件安裝高空焊接量大，焊接質量控制是本工程重點。

5)超高臨時支墩施工存在大量高處作業，安全防護設施設計是本工程重點。

3 臨時支墩施工

L5，L6超高臨時支墩較相似，本文取最高臨時支墩L6作為研究對象。

3.1 基礎施工

L6超高臨時支墩基礎為單樁單承臺結構，樁基礎均采用人工挖孔灌注樁，根據實際情況，樁長包括28，33，35m。采用樁井鎖口、護壁設計，鎖口及護壁結構如圖4所示。鎖口環向主筋直徑為12mm，箍筋直徑為8mm，護壁環向主筋直徑為8mm，箍筋直徑為8mm，鋼筋均為HPB300級。鎖口及護壁混凝土強度為C20，護壁分節澆筑，每節高度1m。

圖4 鎖口及護壁結構

3.2 起重設備布置

根據現場地形條件、支架結構高度及架梁吊機容繩量，采用橋面架梁吊機與220t汽車式起重機安裝L5，L6超高臨時支墩。L6支墩0～60m高度范圍內使用220t汽車式起重機進行安裝，以上部分使用橋面架梁吊機安裝。鋼梁架設至E13節間后，將架梁吊機繞繩方式由4倍率轉化成2倍率，軌面以下吊裝最大高度為95m，吊裝高度滿足要求。

3.3 現場安裝

3.3.1吊裝方案

L6臨時支墩0～60m高度范圍內利用220t汽車式起重機吊裝單根構件，吊裝時采用由遠及近的方式，首先安裝較遠處軸線桿件。

3.3.2鋼立柱安裝

1)鋼立柱吊裝 超高臨時支墩采用分段吊裝，汽車式起重機吊裝工況時，起重工需時刻注意起重機支腿處地面安全狀態，防止基礎下陷，起重機側翻。為保證鋼立柱在空中相對穩定，吊裝時需2根牽引繩，防止鋼立柱擺動。

2)鋼立柱對位 鋼立柱對位時，采用定位板連接固定上、下鋼立柱。鋼立柱對接時，提前在下部未開設坡口的鋼立柱內設置鋼襯墊，使鋼襯墊與對接鋼管內壁緊密貼合。

3)鋼立柱校正 鋼立柱吊裝就位后需進行垂直度和標高校正。鋼立柱垂直度校正采用全站儀在縱、橫軸線互成90°方向同時觀測控制。通過千斤頂頂撐及楔形鐵頂進，使鋼立柱2個邊線與儀器十字絲所在直線完全吻合。垂直度調整完成后，對標高進行復測，其偏差應滿足規范要求，否則須重新校正垂直度和標高，調整完成后將鋼墊塊焊接牢固。

4)鋼立柱調整 由于制作誤差及運輸變形等，上、下節柱管口對接時會產生錯邊，影響施焊質量，采用千斤頂進行調整(見圖5)，確保焊縫錯邊量≤1.5mm，坡口間隙為1～2mm。

圖5 鋼管錯邊調整示意

5)鋼立柱焊接 鋼立柱對接焊接時，需兩人同時焊接。應注意同步對稱施焊，避免因一側焊縫焊接時間過長而引起上部鋼立柱垂直度產生過大偏差。千斤頂在焊縫全部焊接完成后撤除，避免上節柱在焊接過程中因熱影響而傾斜。

3.3.3腹桿安裝

鋼立柱安裝完成并驗收合格后開始吊裝本節段腹桿，首先安裝水平腹桿，然后安裝斜腹桿，由下至上依次安裝。

1)鋼絲繩綁扎 腹桿綁扎時，吊索左右對稱，并與水平面夾角≥45°。為防止吊索滑移，可加焊擋塊。

2)吊升、旋轉和就位 在起重工的指揮下，首先將腹桿吊起，檢查起重機、吊具、吊索狀態完好后可繼續向上提升，起重機向前爬桿，吊鉤升降配合，將腹桿對準鋼立柱相應標高位置，安裝人員在起重工的指揮下進行對位。

3)腹桿調整及焊接 腹桿吊裝就位后，輕微調整其標高和軸線。然后檢查相貫口是否滿足要求，若有問題通過手工氣割進行修整，直至滿足要求。焊接前對腹桿標高和軸線偏差再次進行校核，確認偏差在允許范圍內后進行腹桿與鋼立柱連接處焊接作業，焊縫高度須達到設計焊縫高度的1/3后方可松鉤，然后按照設計要求施焊。相貫口與鋼立柱焊接時，若錯口太大，需在腹桿內設置內襯板。

3.3.4連接系安裝

超高臨時支墩安裝至連接系位置后，待本節段腹桿安裝完畢后，即可進行連接系安裝。連接系采用雙拼角鋼與鋼立柱進行栓接，角鋼需提前在拼裝場內進行下料制孔，安裝時采用螺栓將連接系栓接在鋼立柱拼接板上。

1)鋼絲繩綁扎 連接系起吊時，起重機吊鉤對準上弦中心，吊索左右對稱，并與水平面夾角≥45°。綁扎點應對稱設置，可適當加焊擋塊，以防止吊索滑移。

2)吊升、旋轉和就位 在起重工的指揮下，首先將連接系吊起，檢查起重機、吊具、吊索狀態完好后可繼續向上提升，起重機向前爬桿，吊鉤升降配合，將連接系桿件對準鋼立柱相應標高位置，安裝人員在起重工的指揮下進行對位。吊裝作業時，起重工需時刻注意起重機支腿處地面安全狀態，防止基礎下陷，起重機側翻。為保證連接系在空中相對穩定，吊裝時需2根牽引繩，防止連接系擺動。

3)連接系調整 連接系桿件吊裝就位后調整其位置，使其螺栓孔與鋼立柱螺栓孔對應，確保每個孔栓接緊密。首先栓接拼接板兩對角線位置的螺栓，然后栓接其余螺栓。

3.3.5分配梁安裝

分配梁采用架梁吊機按照先下后上的順序進行吊裝。吊裝前檢查架梁吊機、吊具、吊索狀態，采用對稱吊裝，在起重工的指揮下，將分配梁緩慢吊裝至超高臨時支墩頂。

1)超高臨時支墩測量控制 超高臨時支墩測量時，采用2臺全站儀在水平夾角為90°的不同位置，對相同鋼立柱進行測量，控制鋼立柱垂直度和安裝標高，并在臨時支墩上布置沉降觀測點，監測臨時支墩沉降值。為有效控制變形情況，保證超高臨時支墩垂直度，在實際施工過程中采用對照觀測的方法預測變形，并加以修正，用于指導施工。

2)線形控制 構件加工制作前，對超高臨時支墩設計圖紙進行深化，確定超高臨時支墩加工幾何軸線，加工時對每節段加工幾何軸線進行復核。每節段吊裝完成后，使用全站儀對臨時支墩垂直度和頂面標高進行測量，根據本節段垂直度情況計算安裝下一節段的修正值，保證安裝精度。對加工制作與安裝誤差修正方法進行規定，即根據每節段垂直度偏差計算柱頂平面傾斜角，根據每2節段標高誤差計算鋼立柱長度修正值，依據柱頂平面傾斜角計算柱頭各點修正值。由于臨時支墩易受溫度變化影響，在不均勻的受熱情況下，不同方向的膨脹不同，因此測量觀測時間應選擇每日同一時間段(日出前)，以減小不同溫度對觀測的影響。

3)安裝驗收 在超高臨時支墩安裝過程中，應對每節段安裝質量進行驗收，至安裝結束后對整個超高臨時支墩進行整體驗收。

4 結語

本文對玉磨鐵路元江雙線特大橋臨時支墩結構、基礎形式等進行了介紹，并針對臨時支墩吊裝高度高、高空焊接量大、地形條件復雜等施工重難點，敘述了鋼立柱、腹桿、連接系、分配梁安裝工藝。在實際施工過程中，通過合理布置臨時支墩、起重設備等，達到了良好施工效果。隨著橋梁工程建設數量的增加，橋梁質量、施工工藝要求不斷提高，工程師應結合具體工程實際情況，不斷創新優化已有方法，使工程質量進一步提高。