谈水中钢管临时支架施工技术

李英俊 徐结明

(中铁三局桥隧分公司，河北 邯郸 056036)

1 工程概况

广雅大桥位于柳州市区，大致呈东西走向。大桥东岸接广雅路，通往市中心;西岸接河西路和磨滩路，与西环线相连。大桥将柳江市中心城区与河西片区以最短捷的路径有机的连系起来，对柳州市河西片区的开发，形成柳州市区路网总体构架，配合柳州市调整社会经济布局，带动柳州市的经济建设具有十分重要的意义。

本工程包括主体工程与雅儒路改造工程，主体工程起点里程为:K0+0.000，终点里程为:K1+410.487，主线全长 1 410.487 m(含引道及桥梁总长)，其中主桥长546 m，桥宽36 m，结构形式为(63 m+2×210 m+63 m)海鸥式双孔中承式钢箱拱桥。主跨拱圈为悬链线变截面钢箱拱，钢箱拱肋采用等宽变高的单箱单室截面，组合跨径为主跨双孔210 m，由于主桥为单向纵坡，因此主拱采用坡拱形式，倾斜角度(即拱脚连线与水平向夹角)为0.273°，其斜向净跨径(即两拱脚起拱点连线距离)为200 m，斜向净矢高50 m，净矢跨比1/4，拱轴系数m=1.6。道路等级是城市主干路Ⅰ级;设计车速50 km/h;桥下通航标准:内河航道Ⅲ级;通航净空:高度为10 m，单向通航孔净宽为55 m。桥梁立面布置图见图1。

2 钢管支架方案选定

1)根据桥址实际情况，大桥东西两岸拆迁进行缓慢，没有场地进行缆索吊后锚施工，则无法采用缆索吊吊装作业;

2)由于桥址处东西两岸旁有不多的覆盖层，而柳江内覆盖层很少几乎没有，局部地方有很薄一层砂卵石，若采用先梁后拱的施工方法，则根据桥面梁分节段(标准节段9 m一块)需在水中进行很多钢管支架搭设，既浪费材料又无法满足工期要求;

3)经专家多次评审确定采用先拱后梁的施工方案，拱肋分三角刚构区和主拱区，三角刚构区采用三排支架施工，主拱区分为4个大节段和1个合龙段，在水中搭设三道钢管支架支撑，即为临时支架加浮吊进行吊装施工，具体如图2，图3所示。

图1 桥梁立面布置图

3 水中钢管下部施工

3.1 施工说明

主桥13号，14号，15号墩三角刚构区拱肋节段最大重量为217 t，另柳江内局部地区才有覆盖层，则需在钢管桩内进行钻孔，浇筑混凝土以确保支架基础稳定性。另用需钻孔的钢管桩进行搭设钻孔平台，减少钢管投入于水中施工。

图2 三角刚构支架立面布置图

图3 主拱支架立面布置图

3.2 施工工艺

施工工艺流程见图4。

图4 水中钢管下部施工工艺流程图

3.3 支架计算

3.3.1 三角刚构支架计算

利用Midas Civil建立拼装支架空间模型，拼装工况下的竖向力作用到分配梁上;拱肋异形段B2节段重217 t，考虑节段吊装过程及受力不均匀影响，节段重量按270 t考虑。

根据异形段B2号节段重心及钢管支撑位置，可知钢管桩从外侧至内侧受力分别为 18.2 t，116.2 t，21.6 t。

根据《公路桥涵设计通用规范》，柳州地区风速按18.2 m/s考虑，风荷载强度按320 Pa，风荷载以结点力施加于钢管支架相应结点上。拼装支架底部桩基在入河床为钻孔，采用固定约束。

1)内力计算。

根据建模计算钢管最不利内力:N=117.5 t，My=1.42 t·m，钢管计算长度l=14 m。

钢管支架竖杆为压弯构件，根据《钢结构设计规范》，稳定性计算为:

单根钢管φ1 200×12，截面面积A=59 484 mm2。

经计算，拼装支架最大组合应力为33.8 MPa＜170 MPa;压杆屈曲稳定计算的最小值为8.1，其强度和稳定性均达到要求。

2)单桩轴向容许承载力计算。

根据《公路桥涵地基与基础设计规范》，嵌岩桩轴向容许承载力为:

取φ1 200×12的嵌岩桩的轴向容许承载力[Ra]=1 593 kN。拼装支架桩中受到的最大轴向力为1 175 kN，小于桩的轴向容许承载力，满足要求。

3.3.2 主拱肋临时支架计算

将风荷载、拱肋传递下来的力、支架支反力等输入Midas Civil建立拼装支架空间模型，同三角刚构支架计算满足要求。由于临时墩高度高，因拱肋及临时支墩上的水平风荷载会在临时支架底产生较大弯矩，根据计算数据看，如果支架底钻孔灌注桩抗拔能力不够，不能有效抵抗轴向拉力，则存在临时支架发生整体倾覆的可能。因此支架水面处与水下钻孔均应有质量保证。

3.4 钢管桩支架基础施工

1)先用三根钢管桩根据江水深度加工成三角稳定型，然后测量定位距施工平台3 m处，用振动锤振动插打以便三角支架更加稳定立于河床上。

2)打桩起重设备用50 t浮吊在风浪及水流情况比较好的时候用75 kW振动锤进行施工。打桩作业时，吊机吊起振动锤，利用振动锤的夹子夹住钢管桩顶口做好下桩准备。测量棱镜立在船舶边缘，测量定位并缓慢移动船体，直到满足定位精度要求(5 cm以内)，缓慢下放钢管桩直到河床面，再次精确调整并定位钢管桩，然后开动振动锤振动钢管桩下沉，振动下沉过程中定时测量监控，防止管桩偏斜，以便及时调整管桩平面位置和垂直度。当钢管桩最后2 min内贯入度在5 cm以内，可以停锤。然后将插打的钢管桩与旁边三角支架用型钢进行剪刀连接保证已插打钢管桩稳定性，连接完成再进行下一根插打，再将这一根与上一根插打好的钢管和三角支架进行连接，第三、四根钢管均按上面步骤进行插打与连接。

3)将四根插打的钢管桩用剪刀撑两两连接形成框架，再利用钻孔钢管桩搭设平台，在钢管上焊接牛腿铺设分配梁后，再铺槽钢面层。

4)平台上面摆放钻机，进行钢管桩内钻孔。由于覆盖层很少，钢管与河床面接触地方容易漏浆，则通过清水钻孔桩法进行钻孔，每根钻孔2 m～3 m时进行清渣，然后灌注混凝土，静待24 h后使钢管桩与河床紧密连接，再进行钻孔至设计孔深。每个平台面积有限只能放一台钻机，采用对角交叉的钻孔顺序进行钻孔灌注至4根全部灌注混凝土。

4 水中钢管支架接高施工

孔桩内灌注完成混凝土后，则进行钢管的接高，进行水上结构物施工。立柱钢管三角刚构区支架采用直径1.2 m，主拱临时支墩支架采用钻孔桩直径1.0 m，中间施工连接系梁，然后接高采用φ0.8 m钢管。连接钢管采用直径0.5 m和0.35 m两种。主桥接高支架约有2 700 t，钢材数量大，水中作业多，根据实际工期，将水中作业转换到加工场内，节省工期，保证质量和施工安全。下面分两部分进行介绍三角刚构和临时支架钢管施工:

1)三角刚构支架施工。

三角刚构支撑架为直接在钻孔钢管桩上采用法兰接高。先在加工车间焊接φ1.2 m钢管长50 cm一端带有法兰的刚构件，然后将构件等强焊接在水中钻孔钢管桩上，再进行上部支架连接。由于水中插打钢管桩位置存在偏差，则用全站仪将钢管桩位置坐标进行测量，然后将接高钢管桩一根一根先接高，再根据测量位置进行放样，将纵向连接钢管做成整体进行整体吊装，横桥向两根钢管之间的连接钢管先在车间焊接在一根接高钢管上，再同这根钢管整体安装并焊接在另一根已接高的钢管上。将连接钢管部分焊接在立柱钢管上后再连接其他钢管，然后安排专人进行焊接连接，直到全部搭设完成。

工程实例照片见图5。

图5 工程实例照片

2)主拱肋临时支架钢管施工。

临时支架顶与水面高度在45 m～60 m之间，柳江水深在10 m～20 m之间，为减少钢管支架水中长度的自由度，保证支架接高的稳定性，在水面以上1 m处增加施工临时承台，将横桥向两两钢管连接在一起，另在混凝土上预埋背面带有钢筋的法兰盘。承台下面距水面1 m的钢管上焊接交叉剪刀连接系，将一个平台四根钢管桩形成一个整体，保证接高支架底部的稳定性。

将带钢筋的法兰测量定位在混凝土承台模板里面，再浇筑承台混凝土。根据已经预埋的法兰之间的尺寸在加工车间进行整体加工接高支架，支架上设有休息平台和施工通道，钢管之间是法兰螺栓连接，所以需要进行预拼装，每个节段取12 m～14 m，每两节进行整体螺栓连接后进行焊接，焊接完成后将第一节运输至安装部位进行整体吊装焊接，第二节与第三节再整体预制拼装焊接，完成后将第二节吊装至第一节上用螺栓连接上，其他节段均按这种流程依次施工。

对于高耸结构支架在墩顶稳定性较差，根据计算需对横桥向支架和纵桥向钢管支架之间采用钢管桁架进行连接，使支架之间形成井形框架结构，使支架更加稳定。

钢管支架施工图见图6。

图6 钢管支架施工图

5 施工关键技术控制

1)根据河床覆盖层情况在插打钢管桩时保证钢管桩尽量进入覆盖层和钢管桩垂直度不大于钢管长度的1%且不大于2 cm，使钢管连接后增加平台稳定性;

2)根据主体结构的尺寸调整钢管间距，充分利用钢管桩作为搭设平台和冲孔钢管，钢管桩冲孔时应时刻关注钢管沉降，防止钢管平台焊缝开裂和孔内漏浆现象;

3)支架整体预制时一定要在预拼装的时候控制好法兰的螺栓连接，要保证支架整体吊装时能用螺栓连接。

6 结语

柳州市广雅大桥主桥拱肋支架的顺利、安全施工，使得在河道内浅覆盖层搭设钢管支架得以实施。通过辅助平台的放置，保证钻孔平台钢管的插打和搭设，另直接利用钻孔钢管直接搭设钻孔平台节省了钢管使用。上部结构支架的连接三角刚构支架采用连接系整体拼装连接，临时支墩采用直接整体接高，都大大节省了水上施工作业，节省了工期，且保证了焊接质量。

[1] JTJ 025－86，公路桥涵钢结构及木结构设计规范[S].

[2] GB 50017－2003，钢结构设计规范[S].

[3] JTJ 041－2000，公路桥涵施工技术规范[S].

[4] GB 50205－2001，钢结构工程施工质量验收规范[S].

[5] GB 50135－2006，高耸结构设计规范[S].