鋼箱梁格構(gòu)式臨時(shí)支墩及鋼塔支撐架施工關(guān)鍵技術(shù)

田 俊

（金寨縣重點(diǎn)工程建設(shè)管理處，安徽 金寨 230051）

0 引言

傳統(tǒng)鋼箱梁支撐架基礎(chǔ)分為滿堂支架式和河道填筑式。滿堂支架承載性能依靠鋼管和腳手架連接成整體，由于單根鋼管承載能力有限，需要大量密集布置鋼管共同組成鋼管網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，共同承受龐大的豎向荷載，會(huì)占用大量的橋面空間，投資也較大。河道填筑支架因填筑基礎(chǔ)長(zhǎng)期浸水，存在地基軟化導(dǎo)致承載力不足的隱患。因此，工程上急需一種強(qiáng)度大、施工快速、造價(jià)低的結(jié)構(gòu)替代傳統(tǒng)滿堂支架和圍堰方式。而格構(gòu)式臨時(shí)支撐既可保證其強(qiáng)度及承載性能，又可避免傳統(tǒng)滿堂支架及圍堰的缺點(diǎn)，是一種良好的臨時(shí)支墩替代方式。本文以新江路長(zhǎng)征大橋?yàn)槔?，?duì)鋼箱梁格構(gòu)式臨時(shí)支墩及鋼塔支撐架施工關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行研究。

1 工程概況

新江路長(zhǎng)征大橋中心里程為K1+315，橋跨結(jié)構(gòu)全長(zhǎng)457m，寬35.5m。橋梁上部結(jié)構(gòu)采用5×30m預(yù)制混凝土小箱梁+（80+100）m鋼箱梁+4×30m預(yù)制混凝土小箱梁。本橋?yàn)楠?dú)塔斜拉橋結(jié)構(gòu)，鋼管混凝土主塔，高度59m，傾斜度為75°，塔長(zhǎng)65.289m，管內(nèi)填充C50自密實(shí)補(bǔ)償收縮混凝土。斜拉索采用Ф7mm高強(qiáng)度鍍鋅平行鋼絲拉索，全橋共設(shè)置20對(duì)斜拉索，邊中跨各10對(duì)，采用中央索面豎琴形布置。主橋鋼橋面鋪裝采用4cm高彈性改性瀝青SMA-10+3.5cm澆筑式瀝青GA-10+0.5cm環(huán)氧樹脂防水體系。

鋼箱梁采用“縱向劃分法”沿橋長(zhǎng)方向劃分為15個(gè)節(jié)段，每跨均設(shè)置一節(jié)合龍段。橫斷面劃分為5個(gè)箱型分段、2個(gè)挑臂分段。

鋼主塔共分為8節(jié)，長(zhǎng)度為5.8～12.45m不等。施工現(xiàn)場(chǎng)根據(jù)制造節(jié)段分段吊裝、焊接，主塔安裝完成后，管內(nèi)灌注C50自密實(shí)補(bǔ)償收縮混凝土。

目前，針對(duì)傾斜式鋼塔吊裝的支架主要采用盤扣式滿堂支架或者螺旋鋼管和槽鋼組合式支架[1-2]。無(wú)論哪種支架形式對(duì)地基的承載力要求都非常高，同時(shí)使用材料多，施工量大，工期長(zhǎng)，支架占用空間大，很難做到與其他工序平行施工，施工進(jìn)度難以把控。

通過(guò)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，本項(xiàng)目所在河道不通航，河水深1.5～4m之間，經(jīng)與河道管理部門溝通，在預(yù)留出出水通道的前提下，可以在河道內(nèi)筑島圍堰施工，并選擇格構(gòu)柱作為鋼箱梁的臨時(shí)支架，由于河道內(nèi)圍堰承載力有限，加上圍堰長(zhǎng)期受河水浸泡，容易出現(xiàn)基礎(chǔ)不穩(wěn)定情況，遂將常規(guī)的混凝土條形基礎(chǔ)更換為鋼管樁基礎(chǔ)。

鋼塔原設(shè)計(jì)方案為鋼管組合式支架，占用橋面空間較大，需要橋面完全焊接完成后才能施工，同時(shí)需對(duì)箱梁部分支撐點(diǎn)內(nèi)部進(jìn)行加固，增加了成本。針對(duì)這個(gè)問(wèn)題，也討論過(guò)采用拉索加纜風(fēng)繩的支撐措施，但是考慮到后期主塔內(nèi)自密實(shí)補(bǔ)償收縮頂升施工，經(jīng)過(guò)計(jì)算不能滿足主塔的穩(wěn)定性要求[3-4]。經(jīng)過(guò)橋梁專家及項(xiàng)目可研組的研究，對(duì)鋼管組合支架進(jìn)行優(yōu)化，形成了二力桿形式鋼管支架，既節(jié)省了費(fèi)用，又解決了安全性和工期等問(wèn)題。

2 臨時(shí)支墩架設(shè)及基礎(chǔ)處理要點(diǎn)

2.1 臨時(shí)支墩

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際條件以及midas程序進(jìn)行空間仿真模擬，仿真模型立面如圖1所示，本工程主線橋現(xiàn)場(chǎng)吊裝用臨時(shí)支墩為格構(gòu)柱形式。具體臨時(shí)支墩參數(shù)如下：鋼箱梁臨時(shí)支墩為（5000mm×2000mm和4000mm×2000mm）格構(gòu)柱形式，在單個(gè)分段吊裝時(shí)主要由Ф 630×8的鋼管通過(guò)角鋼∠75×6mm、槽鋼[14a連接而成的立體格構(gòu)柱。頂部采用2排橫向H600×300×11×18型鋼與鋼管焊接，并在橫梁頂部設(shè)置4根Φ273mm×8mm的調(diào)平鋼管，結(jié)構(gòu)形式如圖2、圖3所示。

圖1 長(zhǎng)征大橋主橋立面圖

圖2 一般段鋼箱梁臨時(shí)支墩布置圖

圖3 主塔支架加固段鋼箱梁臨時(shí)支墩布置圖

橫梁上調(diào)節(jié)管的布置位于箱梁底板與隔板交匯處，調(diào)節(jié)管與橫梁之間的高度設(shè)置為300～500mm之間，標(biāo)高為箱梁底板設(shè)計(jì)標(biāo)高與箱梁底板進(jìn)行貼合，每個(gè)箱梁設(shè)置4個(gè)調(diào)節(jié)管；每個(gè)箱梁分段在調(diào)節(jié)管400范圍內(nèi)布置1個(gè)千斤頂，用于箱梁設(shè)計(jì)標(biāo)高臨時(shí)調(diào)整。

2.2 地基處理

首先對(duì)回填土基礎(chǔ)進(jìn)行碾壓處理，臨時(shí)支墩每個(gè)格構(gòu)柱鋼管底部布置1根鋼管樁（樁徑630mm×8mm，計(jì)算書中樁長(zhǎng)計(jì)算值為理論值，鋼管樁實(shí)際長(zhǎng)度根據(jù)施工所需要承載力確定，即DZ120型振動(dòng)打樁機(jī)貫入度為0時(shí)，記為鋼管樁長(zhǎng)度），其平面布置如圖4所示。

圖4 換填法作鋼管樁橫橋向平立面布置圖

3 鋼塔支撐架施工關(guān)鍵技術(shù)

3.1 主塔支架設(shè)計(jì)

為保證橋塔自身安裝和混凝土灌注期間的穩(wěn)定和線形，在橋塔鋼管和主梁之間設(shè)置兩組鋼管支撐架，邁達(dá)斯模型如圖5所示。第1組Z1設(shè)在橋塔GT-3節(jié)段和主梁CZ-5節(jié)段之間；第2組Z2設(shè)在橋塔GT-7節(jié)段和主梁CZ-4節(jié)段之間。支撐架鋼管采用Φ1000×16，材質(zhì)為Q235B，每組支撐架橫橋向設(shè)2根。每組2根鋼管之間的距離為3.1m，中間區(qū)域作為斜拉索掛設(shè)空間。鋼管下端與主梁腹板及橫隔板對(duì)齊，并通過(guò)十字加勁板與后者焊接。鋼管處主梁腹板及橫隔板采用δ12mm鋼板加強(qiáng)。鋼管上端與橋塔外側(cè)預(yù)設(shè)的牛腿焊接。第2組支架撐架由于長(zhǎng)度較長(zhǎng)，在其中間另設(shè)Φ426×6（Q235B）鋼管三角支撐與主梁相連，以減小其計(jì)算長(zhǎng)度。主梁CZ-4節(jié)段、GT-7節(jié)段在原臨時(shí)支墩基礎(chǔ)上增設(shè)2組直接對(duì)準(zhǔn)主梁內(nèi)側(cè)腹板的Φ630×10格構(gòu)柱，以傳遞支撐架傳來(lái)的上部荷載。

圖5 橋塔支撐架立面布置圖

為便于控制橋塔線性，支撐架與橋塔同步安裝，安裝完成橋塔GT-3節(jié)段后立即安裝支撐架Z1；安裝完成橋塔GT-7節(jié)段后立即安裝第2組支撐架Z2。

3.2 施工工藝

本工程橋塔采用輔助支架法施工，其中下部格構(gòu)柱及管樁基礎(chǔ)鋼管為Φ630×10，Z1、Z2鋼管為Φ1000×16，Z3、Z4、Z4′、P1鋼管為Φ426×8，P2、P3鋼管為Φ 203×6，主要施工步驟如下：

（1）步驟一。①鋼主梁拼裝時(shí)，臨時(shí)支墩在CZ-4/5、CZ-5/6節(jié)段環(huán)縫處支架橋軸線下方新增兩組格構(gòu)柱。格構(gòu)柱基礎(chǔ)為Φ630×10鋼管樁，鋼管樁橫橋向間距為3100mm，順橋向間距為2000mm，橫橋向間距為3100mm，采用50T履帶吊和120型振動(dòng)錘進(jìn)行施工，入土深度不小于10m；格構(gòu)柱鋼管底部通過(guò)□800×800×16鋼墊板與鋼管樁進(jìn)行焊接，鋼管中部之間通過(guò)槽鋼[14a、角鋼∠75×6進(jìn)行連接固定。頂部通過(guò)焊接與CZ-4/5、CZ-5/6節(jié)段環(huán)縫處H600×300分配梁進(jìn)行連接。格構(gòu)柱采用地上焊接成型，然后用130T汽車吊吊裝的方式進(jìn)行施工。②使用350T履帶吊拼裝鋼橋塔至GT-3節(jié)段。③使用350T履帶吊拼裝焊接完成CZ-5節(jié)段A、B、C、D主梁箱室和左側(cè)挑臂。

（2）步驟二。安裝支撐架Z1，如圖6所示，Z1全長(zhǎng)26.55m，使用兩排Φ1000×16鋼管制作，間距為3.1m，兩排Φ1000×16鋼管之間使用Φ426×8鋼管橫向連接。整個(gè)Z1在地面上拼裝成為一個(gè)整體，使用350T履帶吊吊裝。Z1下端與鋼主梁GZ-5節(jié)段頂板焊接，頂端與鋼橋塔GT-3節(jié)段預(yù)設(shè)的牛腿焊接。Z1支撐節(jié)點(diǎn)處各構(gòu)件采用熔透焊，其余均為角焊縫，焊高h(yuǎn)f=8mm。

圖6 支撐架Z1安裝

（3）步驟三。繼續(xù)分段安裝鋼橋塔至GT-7節(jié)段，吊裝前對(duì)GT-7節(jié)段與支架連接處進(jìn)行加強(qiáng)處理。

（4）步驟四。使用350T履帶吊安裝Z2支撐架。Z2支撐架全長(zhǎng)49.88m，使用兩排Φ1000×16鋼管制作。兩排Z2之間使用Φ426×6鋼管橫向連接。

4 經(jīng)濟(jì)效益分析

相較于滿堂支架法的高人工費(fèi)和低工效，臨時(shí)格構(gòu)式支架及主塔支撐架在保證結(jié)構(gòu)體系的穩(wěn)定性和安全性的同時(shí)，幾乎不占用橋面空間、后期拆除簡(jiǎn)單、節(jié)約成本、施工效率高[7-8]。

（1）盤扣式滿堂支架成本測(cè)算。若采用盤扣式滿堂支架共需材料為330t，其中盤扣支架租賃費(fèi)為330t×15元/t·d×80d=396000元；盤扣支架安拆費(fèi)用為24000m3×10元/m3=240000元；以上共計(jì)636000元。

（2）鋼箱梁格構(gòu)式臨時(shí)支墩及鋼斜塔支撐架的成本測(cè)算。鋼箱梁格構(gòu)式臨時(shí)支墩及鋼斜塔支撐架體系可在加工場(chǎng)地加工完成，使用時(shí)直接吊裝焊接即可，可與鋼箱梁同步施工，省去了支架搭設(shè)時(shí)間，加快施工進(jìn)度。

本項(xiàng)目鋼塔支架共重137t，其中鋼管重85t，租賃費(fèi)用為85t×4元/t·d×60d=20400元；鋼板及槽鋼共計(jì)52t，為外購(gòu)，扣除材料攤銷后費(fèi)用為52t×（5000-3000）元/t=104000元；支架加工、安裝及拆除費(fèi)用為137t×2800元/t=383600元；以上共計(jì)508000元。

時(shí)間成本：采用力桿式支架體系，共縮短工期20d，節(jié)約成本為70人×300元/d×20d=410000元。

（3）經(jīng)濟(jì)效益對(duì)比。鋼箱梁格構(gòu)式臨時(shí)支墩及鋼塔支撐架施工工法相較于盤扣式滿堂支架，共計(jì)節(jié)約成本636000-（508000-410000）=538000元。

5 結(jié)束語(yǔ)

鋼箱梁格構(gòu)式臨時(shí)支墩及鋼塔支撐架施工工法在新江路長(zhǎng)征大橋施工中得到了很好的應(yīng)用。該項(xiàng)技術(shù)適用于不通航的河道內(nèi)及陸上鋼箱梁分階段安裝施工和傾斜式鋼塔分段吊裝施工，使用鋼管樁作為格構(gòu)柱基礎(chǔ)，減少了混凝土等材料的使用；同時(shí)，二力桿式支架支撐體系代替滿堂支架，節(jié)約了大量支架的搭設(shè)，減少了人力的使用，具有明顯的環(huán)保節(jié)能優(yōu)勢(shì)，應(yīng)用前景廣闊。