清水江特大橋塔梁墩固結(jié)體系斜拉橋0號塊高支架施工技術(shù)

李習(xí)春

(1中交一公局廈門工程有限公司，福建 廈門 361021)

0 引言

本文依托工程為貴州劍榕高速公路第四合同段清水江特大橋，主橋?yàn)樗憾展探Y(jié)體系，下塔柱高度最大達(dá)92m，塔柱高度國內(nèi)罕見。針對該橋墩身凈空高、0號塊跨度大、施工場地狹小的特點(diǎn)，且該橋主梁采用復(fù)合式掛籃進(jìn)行施工，因復(fù)合式掛籃底籃尺寸長達(dá)16.85m，自重達(dá)175t，采取整體吊裝較困難，綜合應(yīng)用“鋼管樁貝雷梁+預(yù)應(yīng)力牛腿托架”支架法施工，在0號塊施工前將掛籃底籃安裝在施工初始位置，掛籃底模作為0號塊施工時模板，減少模板搭設(shè)時間，避免后續(xù)安裝困難，成功解決常規(guī)方法施工難度大、成本高、占用場地大等問題。

1 工程概況

清水江特大橋工程位于貴州省劍河縣苗嶺深處清水江，清水江特大橋全長600m，其橋跨布置為(30×2)m+(120+300+120)m，主橋采用雙塔中央雙索面預(yù)應(yīng)力混凝土斜拉橋，主梁采用大懸臂單箱五室預(yù)應(yīng)力混凝土梁，橋面寬28m，箱梁中心高3.6m。

清水江特大橋橫跨清水江，劍河岸地形相對于榕江岸較緩，地表多為耕地，覆蓋層較厚；榕江岸地形較陡，地表多為灌木，除個別緩坡地段存在少量覆蓋層外，大部分基巖裸露，場區(qū)交通條件差，需靠船渡。

2 主梁0號塊施工方案比選

2.1 0號塊結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

清水江特大橋?yàn)樗憾展探Y(jié)體系斜拉橋，3號索塔下塔柱高度為59.63m，4號索塔下塔柱高度為90.63m。索塔0號塊段長度為22m(見圖1)。內(nèi)倒角設(shè)計(jì)使0號塊的結(jié)構(gòu)形式較復(fù)雜，C55混凝土，設(shè)計(jì)方量1 084m3，屬于高泵送大體積混凝土。

2.2 0號塊現(xiàn)澆支架施工比選

目前國內(nèi)大多數(shù)橋梁0號塊澆筑時，采用對地基加固處理，后搭設(shè)滿堂支架施工。但對于地形受限、跨度較大、高度較高的梁段而言，采用滿堂支架施工不僅地基處理難度較大，懸空高度較大、安全性降低，而且材料、人員投入也較大。落地鋼管樁貝雷梁支架，在梁段質(zhì)量大、支架高度高、梁段跨度大的情況下，是較安全經(jīng)濟(jì)的一種支架形式。

鑒于清水江特大橋0號塊結(jié)構(gòu)形式復(fù)雜多變、施工環(huán)境場地狹小等惡劣情況，擬用鋼管樁支架方案。根據(jù)施工思路結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際情況，落地鋼管樁支架羅列出2種施工方案：①方案1 采用全落地鋼管支架進(jìn)行0號塊施工，布置34根落地鋼管樁作為0號塊主要受力構(gòu)件；②方案2 0號塊順橋向質(zhì)量較大部位采用落地鋼管支架，布置16根落地鋼管樁，橫向采用牛腿托架形式。

對2種方案進(jìn)行受力計(jì)算，得到方案1與方案2均能滿足施工過程中的強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性要求，其中方案1受力安全儲備系數(shù)達(dá)到3，方案2順橋向鋼管立柱安全儲備系數(shù)為2.5，橫橋向安全儲備系數(shù)為2，但從經(jīng)濟(jì)角度考慮，方案1的用鋼量是方案2的近2倍，從方案的合理性考慮采用方案2，但將方案中的牛腿托架改為預(yù)應(yīng)力牛腿托架形式(見圖2)。

清水江特大橋0號塊落在下塔柱封頂段上，邊中跨懸挑部分，采用高空落地鋼管貝雷支架；塔柱上下游側(cè)翼緣板采用“預(yù)應(yīng)力牛腿托架+腳手架”形式，整體性好，承載力大，變形小，而在承臺施工過程中，預(yù)埋鋼板為鋼管樁豎立創(chuàng)造良好條件。

3 主要施工工藝

3.1 基礎(chǔ)施工工藝

立柱基礎(chǔ)直接坐落在承臺頂面的預(yù)埋鋼板上，如圖2b所示；直接坐落于承臺頂面的基礎(chǔ)必須保證鋼板底部與承臺頂面無縫隙，可采用薄鋼板下墊調(diào)節(jié)，縫隙過大時采用水泥漿灌注，保證鋼板頂面水平。預(yù)埋套筒內(nèi)部必須清理干凈，再安裝方頭螺桿，保證螺桿擰進(jìn)的長度達(dá)到半個套筒的長度。鋼板與預(yù)埋套筒采用方頭螺桿連接，并用套筒緊固，要保證方頭螺桿擰緊，且擰進(jìn)預(yù)埋套筒的長度符合要求。安裝鋼板時孔洞開的不要過大，采用小塊鋼墊板保證其與鋼板連接處緊密，保證螺栓壓緊預(yù)埋鋼板(見圖3)。

圖3 支架基礎(chǔ)布置

3.2 支架施工工藝

3.2.1支架構(gòu)造參數(shù)

1)0號塊支架系統(tǒng)由鋼管(及其平聯(lián)、斜撐)、落架支座、雙拼HN700×300工字鋼主梁、貝雷梁、I25a分配梁、方木、模板組成。采用φ609×16鋼管，鋼管底部與承臺頂預(yù)埋件連接；中間每隔12m設(shè)1道φ273×6鋼管平聯(lián)和φ200鋼斜撐；鋼管頂、底部均設(shè)置φ273×6鋼管支撐，以確保鋼管受力時的局部穩(wěn)定性和軸向抗壓能力。0號塊支架直接設(shè)置于承臺頂。

2)為了在橫梁施工完成后能順利脫模，在鋼管頂部設(shè)置落架支座，支座頂設(shè)置雙拼HN700×300型鋼主梁，而后再布置貝雷梁，0號塊腹板處貝雷梁5片/組通過花架連接，0號塊箱室位置貝雷梁2片/組通過花架連接，貝雷梁頂為模板系統(tǒng)。

3.2.2支架施工

1)在承臺一側(cè)場地完成鋼管立柱、平聯(lián)、斜撐的加工制作，鋼管基本分節(jié)長度取為9m，節(jié)間通過法蘭連接，鋼管之間設(shè)置平聯(lián)、斜撐。

2)承臺施工時，在承臺頂面準(zhǔn)確預(yù)留連接鋼板預(yù)埋件。安裝第1節(jié)鋼管時進(jìn)行平面位置與垂直度調(diào)整，滿足要求后與連接鋼板螺栓連接。吊立第2節(jié)鋼管立柱，調(diào)整垂直度滿足要求后與第1節(jié)鋼管法蘭連接。

3.3 鋼管立柱、平聯(lián)及斜撐安裝

鋼管立柱在地面進(jìn)行涂漆和柱頭加強(qiáng)板焊接，合格后才能安裝立柱。柱頭的加勁板要求接觸部位角焊縫滿焊，并涂好油漆。立柱安裝時，與基礎(chǔ)鋼板安裝時必須保證鋼管立柱的位置準(zhǔn)確，在鋼板上提前畫好立柱輪廓線，并將加勁板提前安裝好2塊，方便立柱鋼管定位。立柱底部與鋼板需保證縫隙不能過大，必要時用氣割修正立柱底部，保證其與底部預(yù)埋鋼板的接觸縫隙不過大。立柱定位好后，先焊接加勁板，確保合格后，再滿焊加勁板和立柱與底部鋼板的焊縫。立柱的空中接頭必須在前一節(jié)立柱柱頂設(shè)置的平臺上完成，并系好安全帶。先將頂部的連接勁板安裝到位，再安裝上一節(jié)鋼管立柱。立柱空中接長前，必須保證前一節(jié)立柱之間的平聯(lián)和剪刀撐已安裝完成，并焊接合格，立柱在塔柱外側(cè)的部分設(shè)置了預(yù)埋連墻件，立柱安裝到位后，應(yīng)立即將其與塔柱連接好，并焊接牢固，鑒于4號墩超高支架所造成的豎向變形過大，連墻體如果與塔柱固結(jié)，剪切應(yīng)力驗(yàn)算不過，因此將頂層3道連墻體連接方式改為鉸接(見圖4)。

圖4 連墻體銷接施工

平聯(lián)安裝在立柱安裝完成后立即進(jìn)行，平聯(lián)起吊前先將梁段與立柱鋼管連接部分切好弧形切口，保證與立柱鋼管對接。平聯(lián)臨時連接必須保證牢固之后進(jìn)行滿焊、圍焊。

3.4 支座安裝

采用砂筒支座，由上下墊板、兩側(cè)夾板和精軋螺紋鋼組成。安裝時支座整體吊裝，支座安裝到位后與柱頂?shù)匿摪暹M(jìn)行點(diǎn)焊固定。

3.5 主縱梁安裝

主縱梁采用HN700×300型鋼雙拼而成，單排共長12m。

主梁采用在地面進(jìn)行雙拼，拼接前腹板上先進(jìn)行加強(qiáng)，再焊接頂板的拼接縫，焊縫采用15cm跳焊，兩面均需焊接到位。焊接時注意控制焊接電流和焊接順序，避免過大焊接變形和產(chǎn)生焊接應(yīng)力。

3.6 貝雷梁安裝

貝雷在地面進(jìn)行拼裝，貝雷拼裝過程中，各連接處的貝雷銷必須打緊，單榀最多按3排貝雷拼裝，貝雷地面拼接再正對承臺江邊場地拼接，貝雷拼裝過程中，各連接處的貝雷銷必須打緊，不得缺失。花架與貝雷連接的螺栓必須擰緊，橫向聯(lián)系的角鋼每組在地面提前裝好，減少高空安裝的工作量。每組5片貝雷的橫向聯(lián)系剪刀撐分為3+2安裝，即每3組和2組分別安裝。

在主梁上應(yīng)做好貝雷位置的標(biāo)記線，先安裝中間1組貝雷，再兩側(cè)對稱安裝其他組貝雷，防止支架整體偏載，加強(qiáng)弦桿與貝雷梁有效連接，貝雷梁組間采用角鋼進(jìn)行聯(lián)系；貝雷梁安裝須順直，軸線和橋軸線垂直；貝雷梁安裝完成后在主縱梁上對貝雷梁設(shè)置限位。

3.7 預(yù)應(yīng)力托架及分配梁安裝

塔柱兩側(cè)翼緣板實(shí)心段質(zhì)量大且對支架具有水平推力，因此采取牛腿托架+精軋螺紋鋼錨固的形式。

托架采用雙拼HN500型鋼加工，后場加工保證下料精度，焊縫施工應(yīng)嚴(yán)格焊接質(zhì)量，焊縫尺寸≥15mm。

為了抵消澆筑時對托架的水平推力，將上下游的托架利用塔柱預(yù)埋管道對拉精軋螺紋鋼，每組3根，共4組12根，并每根施加350kN對拉力。

托架上鋪設(shè)I25型鋼，在分配梁上搭設(shè)腳手架，之后安裝頂層分配梁。分配梁按設(shè)計(jì)的間距布設(shè)，與貝雷頂面桁桿采用U形鋼板卡固定，并進(jìn)行點(diǎn)焊固定。分配梁安裝到位后，在兩端各焊接1條角鋼，在角鋼上焊接腳手架管護(hù)欄立柱，安裝防護(hù)護(hù)欄，并做好安全防護(hù)網(wǎng)。

之后進(jìn)行滿堂支架的安裝，與分配梁上部形成網(wǎng)格。中間斜撐進(jìn)行穩(wěn)固，滿堂支架上部與箱梁連接部位用方木作為墊塊進(jìn)行支墊，方木與分配梁垂直布置。

3.8 支架施工檢查

支架施工過程中，需進(jìn)行各工序檢查，各部件

地面焊接和加工檢查合格后才能進(jìn)行起吊安裝。各空中焊接部位完成后，需進(jìn)行焊接質(zhì)量檢查驗(yàn)收。

各連接部位有縫隙的，需用薄鋼板墊緊，盡量減少非彈性形變。

4 結(jié)語

1)以清水江特大橋承臺為鋼管樁支架基礎(chǔ)，通過預(yù)埋鋼板，將落地鋼管支架與預(yù)埋鋼板進(jìn)行焊接固定，形成剛性支撐，為鋼管樁受力提供良好條件。

2)采用鋼管樁貝雷落地支架與預(yù)應(yīng)力牛腿托架相結(jié)合的施工方法，其中4號索塔支架高92m，為國內(nèi)罕見。施工中所使用的結(jié)構(gòu)主體鋼管、貝雷等構(gòu)件均為廠家預(yù)制的標(biāo)準(zhǔn)件，構(gòu)件接頭形式牢固可靠，拼裝方便，大大降低了人工成本。

3)施工現(xiàn)場安全防護(hù)，從源頭上通過在鋼管上焊接安全爬梯、安裝施工平臺，平聯(lián)間搭設(shè)鋼筋扶手，每層平聯(lián)下安裝浸泡過阻燃劑的防墜網(wǎng)，安裝防護(hù)通道等措施有效保護(hù)了施工現(xiàn)場作業(yè)人員。

4)結(jié)構(gòu)受力優(yōu)化加強(qiáng)，通過調(diào)整鋼管立柱連墻體從固結(jié)變?yōu)殇N接形式，消除附墻應(yīng)力峰值，可隨支架的壓縮變形而變形，且在設(shè)計(jì)中增加預(yù)應(yīng)力應(yīng)用，即張拉精軋螺紋鋼優(yōu)化托架整體受力。