特大橋超高鋼結(jié)構(gòu)臨時支墩施工關(guān)鍵技術(shù)*

彭欽鋒，陶 忠，謝黃東，丁仕洪

(1.昆明理工大學(xué)建筑工程學(xué)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(tuán)鋼結(jié)構(gòu)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(nèi)外橋梁的建設(shè)，對橋梁支墩的研究越來越多。呂來[4]認(rèn)為高橋墩施工技術(shù)對于我國現(xiàn)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(fēng)險的復(fù)合橋墩施工方法進(jìn)行了研究；葉海強(qiáng)[6]提出全預(yù)制裝配式橋墩設(shè)計及施工要點；羅米盧[7]對橋梁下部支墩施工方案及關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了介紹；張東山等[8]研究了連續(xù)梁橋墩底轉(zhuǎn)體施工技術(shù)，提出了“三步法”轉(zhuǎn)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(shù)在橋墩預(yù)制拼裝施工中的探索及應(yīng)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(yù)制墩柱截面構(gòu)造、承插連接接頭構(gòu)造及工藝，分析了研究和應(yīng)用中存在的問題。目前，對超高鋼結(jié)構(gòu)臨時支墩施工技術(shù)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(jié)構(gòu)臨時支墩施工關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)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(xù)鋼桁架梁結(jié)構(gòu)(見圖1)，總用鋼量約2.1萬t。鋼梁兩端橋頭處均設(shè)置混凝土拱形橋臺，玉溪側(cè)橋臺長38.6m，磨憨側(cè)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(jù)鋼梁架設(shè)方案，全橋共設(shè)置11個臨時支墩，均設(shè)置在下弦節(jié)點處，如圖2所示。其中玉溪側(cè)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(cè)次邊跨布置1個，編號為L5，高110.9m；磨憨側(cè)邊跨布置5個，編號依次為L7～L11；磨憨側(cè)次邊跨布置1個，編號為L6，高133.1m。L5，L6超高臨時支墩結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖2 臨時支墩布置

圖3 L5，L6臨時支墩結(jié)構(gòu)模型

臨時支墩結(jié)構(gòu)均采用12柱格構(gòu)式支架，基礎(chǔ)均采用人工挖孔灌注樁。樁基礎(chǔ)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(chǔ)整體剛度，在承臺之間設(shè)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(jìn)行栓接。每片桁下柱頂設(shè)置箱形截面分配梁，共3層。鋼結(jié)構(gòu)材質(zhì)均為Q345B。

2 施工要求與難點

2.1 施工要求

鋼結(jié)構(gòu)制作應(yīng)符合GB 50205—2001《鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗收標(biāo)準(zhǔn)》的要求。

2.2 施工難點

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

2)施工現(xiàn)場位于紅河深切峽谷區(qū)，地形條件復(fù)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(shè)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(zhì)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(yè)，安全防護(hù)設(shè)施設(shè)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(chǔ)施工

L6超高臨時支墩基礎(chǔ)為單樁單承臺結(jié)構(gòu)，樁基礎(chǔ)均采用人工挖孔灌注樁，根據(jù)實際情況，樁長包括28，33，35m。采用樁井鎖口、護(hù)壁設(shè)計，鎖口及護(hù)壁結(jié)構(gòu)如圖4所示。鎖口環(huán)向主筋直徑為12mm，箍筋直徑為8mm，護(hù)壁環(huán)向主筋直徑為8mm，箍筋直徑為8mm，鋼筋均為HPB300級。鎖口及護(hù)壁混凝土強(qiáng)度為C20，護(hù)壁分節(jié)澆筑，每節(jié)高度1m。

圖4 鎖口及護(hù)壁結(jié)構(gòu)

3.2 起重設(shè)備布置

根據(jù)現(xiàn)場地形條件、支架結(jié)構(gòu)高度及架梁吊機(jī)容繩量，采用橋面架梁吊機(jī)與220t汽車式起重機(jī)安裝L5，L6超高臨時支墩。L6支墩0～60m高度范圍內(nèi)使用220t汽車式起重機(jī)進(jìn)行安裝，以上部分使用橋面架梁吊機(jī)安裝。鋼梁架設(shè)至E13節(jié)間后，將架梁吊機(jī)繞繩方式由4倍率轉(zhuǎn)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(xiàn)場安裝

3.3.1吊裝方案

L6臨時支墩0～60m高度范圍內(nèi)利用220t汽車式起重機(jī)吊裝單根構(gòu)件，吊裝時采用由遠(yuǎn)及近的方式，首先安裝較遠(yuǎn)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(jī)吊裝工況時，起重工需時刻注意起重機(jī)支腿處地面安全狀態(tài)，防止基礎(chǔ)下陷，起重機(jī)側(cè)翻。為保證鋼立柱在空中相對穩(wěn)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(shè)坡口的鋼立柱內(nèi)設(shè)置鋼襯墊，使鋼襯墊與對接鋼管內(nèi)壁緊密貼合。

3)鋼立柱校正 鋼立柱吊裝就位后需進(jìn)行垂直度和標(biāo)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(jìn)，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(diào)整完成后，對標(biāo)高進(jìn)行復(fù)測，其偏差應(yīng)滿足規(guī)范要求，否則須重新校正垂直度和標(biāo)高，調(diào)整完成后將鋼墊塊焊接牢固。

4)鋼立柱調(diào)整 由于制作誤差及運(yùn)輸變形等，上、下節(jié)柱管口對接時會產(chǎn)生錯邊，影響施焊質(zhì)量，采用千斤頂進(jìn)行調(diào)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(diào)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(yīng)注意同步對稱施焊，避免因一側(cè)焊縫焊接時間過長而引起上部鋼立柱垂直度產(chǎn)生過大偏差。千斤頂在焊縫全部焊接完成后撤除，避免上節(jié)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(jié)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(zhuǎn)和就位 在起重工的指揮下，首先將腹桿吊起，檢查起重機(jī)、吊具、吊索狀態(tài)完好后可繼續(xù)向上提升，起重機(jī)向前爬桿，吊鉤升降配合，將腹桿對準(zhǔn)鋼立柱相應(yīng)標(biāo)高位置，安裝人員在起重工的指揮下進(jìn)行對位。

3)腹桿調(diào)整及焊接 腹桿吊裝就位后，輕微調(diào)整其標(biāo)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(jìn)行修整，直至滿足要求。焊接前對腹桿標(biāo)高和軸線偏差再次進(jìn)行校核，確認(rèn)偏差在允許范圍內(nèi)后進(jìn)行腹桿與鋼立柱連接處焊接作業(yè)，焊縫高度須達(dá)到設(shè)計焊縫高度的1/3后方可松鉤，然后按照設(shè)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(nèi)設(shè)置內(nèi)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(jié)段腹桿安裝完畢后，即可進(jìn)行連接系安裝。連接系采用雙拼角鋼與鋼立柱進(jìn)行栓接，角鋼需提前在拼裝場內(nèi)進(jìn)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(jī)吊鉤對準(zhǔn)上弦中心，吊索左右對稱，并與水平面夾角≥45°。綁扎點應(yīng)對稱設(shè)置，可適當(dāng)加焊擋塊，以防止吊索滑移。

2)吊升、旋轉(zhuǎn)和就位 在起重工的指揮下，首先將連接系吊起，檢查起重機(jī)、吊具、吊索狀態(tài)完好后可繼續(xù)向上提升，起重機(jī)向前爬桿，吊鉤升降配合，將連接系桿件對準(zhǔn)鋼立柱相應(yīng)標(biāo)高位置，安裝人員在起重工的指揮下進(jìn)行對位。吊裝作業(yè)時，起重工需時刻注意起重機(jī)支腿處地面安全狀態(tài)，防止基礎(chǔ)下陷，起重機(jī)側(cè)翻。為保證連接系在空中相對穩(wěn)定，吊裝時需2根牽引繩，防止連接系擺動。

3)連接系調(diào)整 連接系桿件吊裝就位后調(diào)整其位置，使其螺栓孔與鋼立柱螺栓孔對應(yīng)，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(jī)按照先下后上的順序進(jìn)行吊裝。吊裝前檢查架梁吊機(jī)、吊具、吊索狀態(tài)，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(jìn)行測量，控制鋼立柱垂直度和安裝標(biāo)高，并在臨時支墩上布置沉降觀測點，監(jiān)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(yù)測變形，并加以修正，用于指導(dǎo)施工。

2)線形控制 構(gòu)件加工制作前，對超高臨時支墩設(shè)計圖紙進(jìn)行深化，確定超高臨時支墩加工幾何軸線，加工時對每節(jié)段加工幾何軸線進(jìn)行復(fù)核。每節(jié)段吊裝完成后，使用全站儀對臨時支墩垂直度和頂面標(biāo)高進(jìn)行測量，根據(jù)本節(jié)段垂直度情況計算安裝下一節(jié)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(jìn)行規(guī)定，即根據(jù)每節(jié)段垂直度偏差計算柱頂平面傾斜角，根據(jù)每2節(jié)段標(biāo)高誤差計算鋼立柱長度修正值，依據(jù)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(yīng)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(yīng)對每節(jié)段安裝質(zhì)量進(jìn)行驗收，至安裝結(jié)束后對整個超高臨時支墩進(jìn)行整體驗收。

4 結(jié)語

本文對玉磨鐵路元江雙線特大橋臨時支墩結(jié)構(gòu)、基礎(chǔ)形式等進(jìn)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(fù)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(shè)備等，達(dá)到了良好施工效果。隨著橋梁工程建設(shè)數(shù)量的增加，橋梁質(zhì)量、施工工藝要求不斷提高，工程師應(yīng)結(jié)合具體工程實際情況，不斷創(chuàng)新優(yōu)化已有方法，使工程質(zhì)量進(jìn)一步提高。