橋梁施工中超高鋼管樁支架應(yīng)用研究

鄭閩

（德興市交通運(yùn)輸局，江西德興334200）

0 引言

超高鋼管樁支架搭設(shè)作為一個(gè)系統(tǒng)性的工作，在搭設(shè)環(huán)節(jié)要按照橋梁工程的施工標(biāo)準(zhǔn)，做好鋼管樁支架的施工控制。同時(shí)，對(duì)涉及的技術(shù)要點(diǎn)進(jìn)行管控，這樣才能夠發(fā)揮鋼管樁支架的作用，滿足橋梁項(xiàng)目的建設(shè)要求。

1 工程概況

某大型鋼構(gòu)橋梁項(xiàng)目的長度為570m，其處于當(dāng)?shù)氐闹匾煌ㄒ郎希掖蟛糠謽蛄褐黧w結(jié)構(gòu)在彎道位置上，5年一遇洪水時(shí)水位為3.66m，漲潮后水深達(dá)到1～5m 之間。該橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為5 聯(lián)的形式，全部采用鋼架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。橋面中間寬度為8.5m，厚度為1.25m，翼緣板結(jié)構(gòu)部分的寬度尺寸為2.35m。

2 鋼管支架設(shè)計(jì)

在鋼管支架設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，為保證橋梁基礎(chǔ)工程的穩(wěn)定性，針對(duì)鋼管支架應(yīng)選擇鋼架立柱、工字橫梁、鋼管進(jìn)行組合。由于鋼管支架的穩(wěn)定性關(guān)系到工程的運(yùn)行效果和質(zhì)量，為確保工程的質(zhì)量符合要求，應(yīng)加強(qiáng)現(xiàn)場施工管控，以保證鋼架橋梁結(jié)構(gòu)性能合格。根據(jù)目前的國家標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)規(guī)范分析，具體遵循如下標(biāo)準(zhǔn)要求進(jìn)行[1]。

其一，模板的制作使用材料是厚度為15mm 的竹膠板與2 層木方結(jié)構(gòu)。上層的木方結(jié)構(gòu)沿著橋梁的方向進(jìn)行設(shè)置，下層木方則采取橫向的方式進(jìn)行設(shè)置，使其能夠在頂托結(jié)構(gòu)位置上安裝。

其二，在分配梁設(shè)置環(huán)節(jié)，需要把短鋼管扣件式鋼管安裝到固定位置，按照設(shè)計(jì)要求進(jìn)行橫向間隔距離的設(shè)定，該項(xiàng)目中設(shè)定為0.6m 即可。

其三，分配梁使用槽鋼進(jìn)行制作，墩身加腋區(qū)分配梁部分應(yīng)該設(shè)定間隔距離為0.5m。

其四，貝雷支架結(jié)構(gòu)按照性能進(jìn)行設(shè)定，間隔距離為0.9m 即為合格。

其五，橫梁與立柱的設(shè)置。根據(jù)工程的設(shè)計(jì)方案，采用雙拼槽鋼設(shè)定為橫梁結(jié)構(gòu)，鋼管柱的結(jié)構(gòu)尺寸為478mm×10mm，直接設(shè)定在承臺(tái)結(jié)構(gòu)上。中橫梁直接打入到土層結(jié)構(gòu)內(nèi)，使用90t 的鐵錘進(jìn)行打入施工，單根結(jié)構(gòu)達(dá)到670.7kN 的最大承載性能標(biāo)準(zhǔn)要求[2]。

在豎向支撐結(jié)構(gòu)制作時(shí)，主要采取4 根鋼管柱進(jìn)行連接，相關(guān)結(jié)構(gòu)設(shè)置的間距為3.4m 以內(nèi)，同時(shí)針對(duì)順橋設(shè)置需要按照2 排結(jié)構(gòu)的設(shè)置方式進(jìn)行，中跨間距要設(shè)定為16.41m，邊跨間距設(shè)置為11.69m。此外，在臨近橋墩結(jié)構(gòu)位置要設(shè)置一排4 根鋼管柱，使其能夠直接搭設(shè)在承臺(tái)結(jié)構(gòu)位置上。邊跨中間部位上應(yīng)用1 排鋼管柱，中跨則設(shè)定為2 排，中橫梁結(jié)構(gòu)直接打入土層結(jié)構(gòu)內(nèi)，保證承載性能完全滿足工程的運(yùn)行標(biāo)準(zhǔn)。在鋼管立柱頂部需要放置兩根橫向的梁體結(jié)構(gòu)，立柱布置20 根橫向連接結(jié)構(gòu)，把間距為90cm 的貝雷梁兩兩連接，保證結(jié)構(gòu)形成整體，確保結(jié)構(gòu)性能完全符合標(biāo)準(zhǔn)要求。上述的貝雷架全部安裝施工結(jié)束后，將16 號(hào)工字鋼鋪設(shè)到貝雷架的結(jié)構(gòu)上，然后再進(jìn)行鋼管支架的安裝施工，模板材料后竹膠板為厚度1.5cm即可。根據(jù)需要鋼管縱向跨中間隔距離設(shè)定為60cm，加腋區(qū)在設(shè)計(jì)時(shí)，保證間隔距離為50cm。承臺(tái)位置上的鋼管支架應(yīng)用高強(qiáng)度螺栓進(jìn)行連接，保證結(jié)構(gòu)連接效果合格，制作形成立柱基礎(chǔ)形式[3]。

3 施工技術(shù)

3.1 鋼管柱振沉及安裝

3.1.1 鋼管樁下沉施工環(huán)節(jié)，主要應(yīng)用懸打施工方式進(jìn)行下沉作業(yè)。在打擊施工環(huán)節(jié)，施工設(shè)備為DZ90 振動(dòng)錘與55t 履帶式起重機(jī)配合使用，應(yīng)用履帶式起重機(jī)安裝懸臂導(dǎo)向支架進(jìn)行鋼管樁基礎(chǔ)的打入施工，保證樁位和樁體結(jié)構(gòu)符合技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)要求，開啟振動(dòng)錘的裝置將其下沉到規(guī)定部位上，確保不出現(xiàn)質(zhì)量問題。

3.1.2 沉樁施工階段，做好施工環(huán)節(jié)的管控。在沉樁時(shí)，可以通過結(jié)構(gòu)的自重進(jìn)行下沉，同時(shí)吊裝振動(dòng)樁錘直接進(jìn)行樁頂?shù)腻N擊處理。在現(xiàn)場施工階段，根據(jù)設(shè)計(jì)樁長的標(biāo)準(zhǔn)，通過貫入法同時(shí)進(jìn)行現(xiàn)場施工作業(yè)。鋼管樁下沉作業(yè)環(huán)節(jié)，保證位置和深度都符合要求，中途的停止時(shí)間不能過長，避免樁周邊土恢復(fù)到正常的狀態(tài)，否則將會(huì)導(dǎo)致下沉作業(yè)施工難度升高。連續(xù)性振動(dòng)施工的時(shí)間不能過短，如果太短，則會(huì)造成土體結(jié)構(gòu)的破壞，產(chǎn)生嚴(yán)重的質(zhì)量問題。但是振動(dòng)時(shí)間也不能太長，否則容易導(dǎo)致振動(dòng)錘結(jié)構(gòu)發(fā)生損傷。結(jié)合不同土質(zhì)條件狀況，考慮到不同設(shè)備的運(yùn)行情況，在正式施工前，必須進(jìn)行反復(fù)的試驗(yàn)分析，總結(jié)經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，從而確保合適的振動(dòng)時(shí)間。目前，振動(dòng)時(shí)間在10～15min 是合格的，貫入度為5cm/min。在施工的環(huán)節(jié)，要保證振動(dòng)錘夾緊樁頭，不發(fā)生松動(dòng)、間隙過大的問題，否則會(huì)造成無法向下傳輸振動(dòng)力，導(dǎo)致振動(dòng)效果降低。如果發(fā)現(xiàn)樁頭變形或者損壞的問題，應(yīng)該立即修復(fù)處理。為了保證施工環(huán)節(jié)樁身達(dá)到穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)，需要先進(jìn)行懸臂導(dǎo)向支架的固定處理。在施加外力作用下，保證導(dǎo)向支架沒有發(fā)生偏移等問題，保證樁身結(jié)構(gòu)沒有形成過大的拉力或者扭矩超出規(guī)定范圍的情況。在工作人員進(jìn)行現(xiàn)場的測量與定位時(shí)，打樁應(yīng)做好垂直度方面的監(jiān)測，保證樁體結(jié)構(gòu)的標(biāo)高符合要求。如果鋼管樁下沉作業(yè)環(huán)節(jié)發(fā)生傾斜的問題，應(yīng)該及時(shí)校正，間隔1～2min 就要停止一次進(jìn)行檢測，保證垂直度合格時(shí)再繼續(xù)進(jìn)行施工。全部設(shè)備準(zhǔn)備完成后，通過振動(dòng)錘進(jìn)行鋼管插打處理。鋼管樁之間連接采用焊接方式，通過滿焊的方式進(jìn)行連接，各個(gè)加勁板的焊接也非常重要，應(yīng)嚴(yán)格遵守焊接工藝要求，保證結(jié)構(gòu)厚度達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)對(duì)鋼管樁焊接部位進(jìn)行全面質(zhì)量檢查，如果沒有達(dá)標(biāo)，禁止進(jìn)行后續(xù)施工[4]。

3.2 焊接安裝承臺(tái)鋼管樁

在施工環(huán)節(jié)，當(dāng)承臺(tái)樁基工序完畢以后，即可進(jìn)行鋼管樁的安裝與焊接。一般而言，在鋼管樁焊接安裝時(shí)選擇的鋼板厚度為1.2cm，規(guī)格為50cm×50cm。在鋼管結(jié)構(gòu)的安裝施工作業(yè)開始前，首先需要應(yīng)用GPS 設(shè)備進(jìn)行放樣測量和控制，保證達(dá)到設(shè)計(jì)方案的標(biāo)準(zhǔn)要求。通過焊接方式連接鋼管的過程中，應(yīng)嚴(yán)格控制對(duì)接的精度，鋼管結(jié)構(gòu)的傾斜度在0.1% 以內(nèi)。每4m 的高度要進(jìn)行結(jié)構(gòu)的連接，并且保證各個(gè)結(jié)構(gòu)部分的連接性能合格，應(yīng)用16 號(hào)槽鋼進(jìn)行連接，且對(duì)平面墩身和設(shè)置的抗傾覆抱箍進(jìn)行穩(wěn)定連接，形成性能良好的整體結(jié)構(gòu)，保證穩(wěn)定性達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求。根據(jù)施工工藝標(biāo)準(zhǔn)要求，在鋼管柱的頂部應(yīng)用鋼板和橫梁進(jìn)行連接，確保結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性達(dá)標(biāo)。

3.3 大橫梁

選擇2 根I40a 作為大橫梁，如圖1所示進(jìn)行焊接。

圖1 鋼管柱頂大橫梁

3.4 安裝貝雷片

橫梁和鋼管柱安裝施工全部結(jié)束后，要做好全面檢查，驗(yàn)收符合要求后即可進(jìn)行貝雷片的吊裝施工。如果施工條件滿足要求，起重機(jī)吊裝噸位也達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求，可以先進(jìn)行貝雷片的拼接施工，然后進(jìn)行整聯(lián)雙排結(jié)構(gòu)的吊裝施工；如果現(xiàn)場環(huán)境空間較小，且貝雷片的長度較長，起重機(jī)或者塔式起重機(jī)并不能直接吊起出來，需要將貝雷片縱向分割成多個(gè)結(jié)構(gòu)形式，采取分跨拼裝的作業(yè)方式。在安裝貝雷片的過程中，先嘗試對(duì)中間結(jié)構(gòu)進(jìn)行吊裝作業(yè)，然后再對(duì)兩側(cè)結(jié)構(gòu)的貝雷片進(jìn)行吊裝作業(yè)。吊裝工作結(jié)束后，按照施工工藝的標(biāo)準(zhǔn)要求進(jìn)行連接，橫向結(jié)構(gòu)采取角鋼連接的方法，保證橫向結(jié)構(gòu)的性能符合要求。吊裝作業(yè)必須有現(xiàn)場人員指揮管理，使下落與吊裝達(dá)到穩(wěn)定性標(biāo)準(zhǔn)，不會(huì)給其他結(jié)構(gòu)產(chǎn)生沖擊和影響。在貝雷片的安裝工作結(jié)束后，將槽鋼材料直接鋪設(shè)到貝雷片上，然后使用鋼管支架進(jìn)行連接，橫向的間隔距離符合要求，縱向間隔距離設(shè)定為60cm。

3.5 支架預(yù)壓

該工程項(xiàng)目應(yīng)用的是整體預(yù)壓施工方法，結(jié)合橋梁的重量分部設(shè)置，在梁跨載荷相同條件下將水袋放置在支架模板上。在施工前要做好現(xiàn)場梁跨荷載的計(jì)算分析，且根據(jù)工程的實(shí)際情況定制符合現(xiàn)場施工需要的水袋，確保施工順利進(jìn)行。在預(yù)壓作業(yè)開始之前，要結(jié)合實(shí)際情況，在現(xiàn)場設(shè)置測量定位點(diǎn)，準(zhǔn)確測量標(biāo)高尺寸和數(shù)據(jù)信息，以便準(zhǔn)確掌握現(xiàn)場的沉降變化情況。在進(jìn)行測量控制點(diǎn)布設(shè)時(shí)，需要按照橋梁間距為2m 的位置布設(shè)一排測點(diǎn)，并且每排要布設(shè)4 個(gè)監(jiān)測點(diǎn)。在支架預(yù)壓過程中，加載力達(dá)到50%～100%以后，需要對(duì)兩次的標(biāo)高參數(shù)進(jìn)行測量，待加載荷載達(dá)到100%以后，再進(jìn)行24 小時(shí)靜載，即可進(jìn)行各個(gè)點(diǎn)標(biāo)高的檢測。如果預(yù)壓荷載達(dá)到100%，且保持24h 后沉降量較小，則表示支架和地基沉降施工已經(jīng)全部完成；如果還要持續(xù)性施壓，應(yīng)該在檢測合格后才能停止施工。支架每日的沉降量不能超過2mm，不包含測量誤差。通常來說，梁跨預(yù)壓施工的時(shí)間為3d。在卸壓工作結(jié)束后，要做好各個(gè)點(diǎn)的標(biāo)高處測量工作，從而計(jì)算出路基與支架結(jié)構(gòu)的彈性變形量參數(shù)。通過卸壓之后的標(biāo)高減去持續(xù)性荷載作用之下的標(biāo)高，獲取總沉降量參數(shù)，從而獲得地基與支架結(jié)構(gòu)變形量參數(shù)。在整個(gè)預(yù)壓工作全部完成后，結(jié)合測量參數(shù)的結(jié)果進(jìn)行頂托調(diào)節(jié)，保證支架的標(biāo)高符合現(xiàn)場施工工藝技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)實(shí)際情況分析，支架預(yù)壓施工能夠保證沉降量處于合理的范圍內(nèi)，沉降參數(shù)達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求，結(jié)構(gòu)使用性能合格，對(duì)于今后的橋梁運(yùn)行穩(wěn)定性、安全性提升都有非常重要的作用。所以，加強(qiáng)支架預(yù)壓施工管控，對(duì)于提高橋梁質(zhì)量水平有重要作用。

3.6 支架拆除

鋼管支架的拆除環(huán)節(jié)也非常重要，一般分為整體拆除與構(gòu)件支架拆除兩個(gè)部分。整體支架的拆除方式，需要按照梁底至托架整體、臨近墩立柱整體、跨中立柱整體的順序逐步進(jìn)行施工。該橋梁項(xiàng)目的鋼管支架結(jié)構(gòu)在具體的施工中，應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場施工要求，選擇合適的設(shè)備，做好各個(gè)結(jié)構(gòu)部分的性能檢查，且槽鋼平面要按照鋼板墊塊的結(jié)構(gòu)形式，達(dá)到拆除施工的標(biāo)準(zhǔn)和要求。動(dòng)滑輪直接懸掛在穿越橋面橫梁的預(yù)埋空洞吊桿上，卷揚(yáng)機(jī)經(jīng)過定滑輪以及動(dòng)滑輪的形式且應(yīng)用φ18mm 的鋼絲繩實(shí)現(xiàn)整個(gè)支架鋼材結(jié)構(gòu)的吊放作業(yè)。在現(xiàn)場需要配置3 根卸載橫托梁，每一根梁體的尺寸長度為18.0m，橫向設(shè)置在現(xiàn)澆梁底與橋梁相距的5m、15m、25m 的位置上，同時(shí)將底部支架分為四個(gè)節(jié)段，利用鋼絲繩與定滑輪、動(dòng)滑輪以及安裝在橋面上卷揚(yáng)機(jī)起吊橫托梁的形式，起吊點(diǎn)根據(jù)13.0m的間隔距離設(shè)定在橫托梁兩側(cè)的3.0m 位置上。鋼管樁支架拆除作業(yè)之前，使該結(jié)構(gòu)和混凝土實(shí)現(xiàn)完全分離。松開支架的底部部分，可以設(shè)置調(diào)節(jié)頂托，在底模結(jié)構(gòu)完全離開底部結(jié)構(gòu)間距為20cm 之后，可以開啟卷揚(yáng)機(jī)，并將鋼絲繩預(yù)緊處理，確保和支架整體是緊密貼合的狀態(tài)。把橫托梁到箱梁底部的整體與橫托梁的連接螺栓拆除后，可通過卷揚(yáng)機(jī)設(shè)備將橫托梁頂部到箱梁結(jié)構(gòu)提升約15～20cm 的間距，然后應(yīng)用精軋螺紋鋼實(shí)施固定處理。整體拆除跨中和靠墩立柱之后，將精軋螺紋鋼拆除掉，利用卷揚(yáng)機(jī)按照1.0m/min 的速度將橫托梁直接移動(dòng)到橋底位置上，每次下放0.5m 的高度，之后暫停作業(yè)，進(jìn)行整個(gè)結(jié)構(gòu)的傾斜度檢查，了解鋼絲繩的工作狀態(tài)，無任何問題即可進(jìn)行下放作業(yè)。所有的構(gòu)件拆除施工都是在橋底地面上進(jìn)行，且從兩側(cè)到中心的順序逐步下放。所有支架的結(jié)構(gòu)部分都是在橋底地面上進(jìn)行，且從兩側(cè)到中間依次拆除；貝雷梁結(jié)構(gòu)應(yīng)用臨時(shí)支撐固定之后從一側(cè)到另外一側(cè)進(jìn)行拆除作業(yè)。連接部件拆除工作結(jié)束后，固定吊車將臨時(shí)支撐拆除掉，不會(huì)對(duì)結(jié)構(gòu)性能造成影響[5]。

4 施工質(zhì)量控制要點(diǎn)及結(jié)果驗(yàn)算

從此次的橋梁工程實(shí)際情況分析發(fā)現(xiàn)，設(shè)計(jì)為互通立交匝道的超高鋼管樁，其鋼架結(jié)構(gòu)設(shè)置的高度達(dá)到75m，在鋼管樁的焊接作業(yè)環(huán)節(jié)，需要應(yīng)用2 臺(tái)經(jīng)緯儀進(jìn)行加強(qiáng)鋼管立柱的垂直性檢測，保證偏差限定在5.0cm 以內(nèi)。根據(jù)規(guī)范和設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)要求，有效控制鋼管樁焊接質(zhì)量，且每一次焊接完畢后，都應(yīng)進(jìn)行質(zhì)量檢測?；炷翝仓┕ら_始前，要做好各個(gè)部分的全面檢查，符合受力條件要求，如果存在問題應(yīng)立即糾正。結(jié)合現(xiàn)場施工地形地貌條件，做好鋼管樁支架基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)形式的選擇，保證結(jié)構(gòu)的性能合格，且確保下臥巖石結(jié)構(gòu)達(dá)到完整性標(biāo)準(zhǔn)，基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的安全性達(dá)標(biāo)。為了使得超高鋼管樁的支架結(jié)構(gòu)完整性滿足要求，應(yīng)適當(dāng)增加縱橋向鋼管樁的間距。此次橋梁工程中，支架驗(yàn)算結(jié)果如表1所示。經(jīng)過數(shù)據(jù)分析，發(fā)現(xiàn)該橋梁的總體性能合格，完全符合工程的施工標(biāo)準(zhǔn)要求。

表1 支架驗(yàn)算結(jié)果

5 結(jié)語

在橋梁施工中，超高鋼管樁支架形式已經(jīng)廣泛應(yīng)用，但是仍然有很多因素會(huì)影響結(jié)構(gòu)的性能和質(zhì)量，施工難度也較高。因此，按照項(xiàng)目要求，做好施工方案的合理選擇和施工質(zhì)量控制，對(duì)于橋梁運(yùn)行總體效果的提升起到一定的促進(jìn)作用，也會(huì)保障交通運(yùn)行的安全性與穩(wěn)定性。