大跨度鋼箱提籃拱臨時(shí)支架施工技術(shù)研究

馮賀杰

（中鐵二十局集團(tuán)第一工程有限公司，江蘇蘇州 215153）

0 引言

由于經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展的需要，大跨度鋼結(jié)構(gòu)體系越來越廣泛地應(yīng)用到橋梁工程建設(shè)中，但在大跨度鋼結(jié)構(gòu)橋梁的施工過程中，受運(yùn)河航道、周邊地形及構(gòu)造物的影響，必須借助合理可行的臨時(shí)支架來高效安全地完成主橋鋼結(jié)構(gòu)施工任務(wù)。目前鋼結(jié)構(gòu)橋梁的施工方法主要有支架安裝法、頂推施工法、懸臂安裝法等，不同方法優(yōu)缺點(diǎn)和適用性不同，隨著大噸位起重機(jī)械設(shè)備的更新，對于跨越運(yùn)河的鋼桁架橋，采用支架法安裝配合大噸位汽車式起重機(jī)和起重船的使用，能將鋼桁架橋分節(jié)段在臨時(shí)支架上進(jìn)行拼裝，主跨間直接起重船吊裝合龍，減少通行航道占用空間，施工速度快、封航時(shí)間短、可操作性強(qiáng)，可顯著提高施工效率[1]。臨時(shí)支架設(shè)計(jì)施工分為臨時(shí)支架設(shè)計(jì)、支架搭設(shè)、支架拆除等三個(gè)階段[2]。本文將從這三個(gè)方面入手詳細(xì)介紹大跨度鋼箱提籃拱橋臨時(shí)支架設(shè)計(jì)施工工藝，總結(jié)了施工過程中的關(guān)鍵技術(shù)和注意事項(xiàng)。

1 工程概況

宗村大橋主橋上跨蕪申運(yùn)河，主橋鋼結(jié)構(gòu)形式為大跨度下承式鋼箱提籃拱，跨度90m，重約1600t。蕪申運(yùn)河目前為Ⅴ級航道，經(jīng)單邊拓寬后升級為Ⅲ級航道，考慮到鋼結(jié)構(gòu)制造、地質(zhì)條件、浮吊與陸地吊裝條件和交通等相關(guān)因素，宗村大橋主橋采用少支架的分段吊裝方案，充分利用蕪申運(yùn)河北岸現(xiàn)有場地進(jìn)行施工[3]。支架場地設(shè)置如圖1、圖2 所示。

圖1 臨時(shí)支架場地布置圖（單位：mm）

圖2 臨時(shí)支架立面圖（單位：mm）

2 臨時(shí)支架設(shè)計(jì)與施工

2.1 臨時(shí)支架設(shè)計(jì)

支架需在滿足支撐功能的同時(shí)保證安全穩(wěn)定，對宗村大橋主橋鋼箱提籃拱結(jié)構(gòu)進(jìn)行分段拆解并建模分析，結(jié)合臨時(shí)支架的受力特點(diǎn)，選擇在橋位設(shè)置4類臨時(shí)支墩：支架1、支架2、支架3、支架4，支架構(gòu)造如下：

其一，臨時(shí)支架1：設(shè)置在拱肋段下方，基礎(chǔ)采用C30 鋼筋混凝土基礎(chǔ)，單個(gè)基礎(chǔ)尺寸為長5000mm×寬1500mm，厚度為300mm，其內(nèi)部設(shè)置φ12mm@300mm(@代表鋼筋間距)單層雙向鋼筋網(wǎng)或舊鋼絞線。在混凝土基礎(chǔ)上設(shè)置鋼管格構(gòu)支架，其鋼管立柱截面采用φ630×10mm，立柱間連接的水平撐及斜撐則采用[16 槽鋼。鋼管支架頂部搭設(shè)2I56b 型工字鋼作為分配橫梁。所有鋼管柱、工字鋼與槽鋼連接處均采用角焊縫工藝，焊腳不小于6mm。為防止鋼管對下部混凝土基礎(chǔ)的剪切破壞，鋼管與混凝土基礎(chǔ)接觸面采用一塊鋼板進(jìn)行封底。

其二，臨時(shí)支架2：設(shè)置在河道北岸陸地區(qū)域，該支架分為2 層，下層作為橋面系主系梁的臨時(shí)支撐，上層為拱肋節(jié)段的支撐。支架基礎(chǔ)采用C30 鋼筋混凝土基礎(chǔ)，單個(gè)基礎(chǔ)尺寸為長5000mm×寬1500mm，基礎(chǔ)厚度300mm，基礎(chǔ)內(nèi)設(shè)置φ12mm@300mm 單層雙向鋼筋網(wǎng)或舊鋼絞線。在混凝土基礎(chǔ)上設(shè)置鋼管格構(gòu)支架，其鋼管立柱截面采用φ630×10mm，立柱間鏈接的水平撐及斜撐則采用[16 槽鋼，支架頂部搭設(shè)一塊700mm×700mm×14mm 鐵板，并在立柱上部設(shè)置2Ⅰ56b 型工字鋼作為分配橫梁。上層支架鋼管立柱直接在底層鋼管立柱上方的分配橫梁上接長，在工字鋼處對鋼管進(jìn)行開槽并補(bǔ)強(qiáng)，鋼管支架頂部搭設(shè)2Ⅰ56b 型工字鋼作為分配橫梁。所有鋼管柱、工字鋼、蓋板與槽鋼連接處均采用普通貼角焊進(jìn)行連接；而雙拼工字鋼則采用普通對接焊進(jìn)行連接，焊縫長度50mm，每500mm 間隔設(shè)置一道。

其三，臨時(shí)支架3：設(shè)置在河道北岸駁岸水中側(cè)，該支架分為2 層，下層作為橋面系主系梁的臨時(shí)支撐，上層為拱肋節(jié)段的支撐。支架基礎(chǔ)立柱為鋼管樁接長，立柱截面采用φ1000×10mm，立柱間連接的水平撐及斜撐則采用[16 槽鋼，支架頂部搭設(shè)一塊900mm×900mm×14mm 鐵板，并在立柱上部設(shè)置4Ⅰ56b 型工字鋼作為分配橫梁。上層支架鋼管立柱直接在底層鋼管立柱上方的分配橫梁上接長，在工字鋼處對鋼管進(jìn)行開槽并補(bǔ)強(qiáng)，鋼管支架頂部搭設(shè)4Ⅰ56b 型工字鋼作為分配橫梁。所有鋼管柱、工字鋼、蓋板與槽鋼連接處均采用普通貼角焊進(jìn)行連接；而雙拼工字鋼則采用普通對接焊進(jìn)行連接，焊縫長度50mm，每500mm 間隔設(shè)置一道。

其四，臨時(shí)支架4：設(shè)置在河道南岸駁岸水中側(cè)，該支架用于支撐橋面系主系梁節(jié)段。支架基礎(chǔ)立柱為鋼管樁接長，立柱截面采用φ1000×10mm，立柱間鏈接的水平撐及斜撐則采用[16 槽鋼，支架頂部搭設(shè)一塊900mm×900mm×14mm 鐵板，并在立柱上部設(shè)置4Ⅰ56b 型工字鋼作為分配橫梁。所有鋼管柱、工字鋼、蓋板與槽鋼連接處均采用普通貼角焊進(jìn)行連接；而雙拼工字鋼則采用普通對接焊進(jìn)行連接，焊縫長度50mm，每500mm 間隔設(shè)置一道。

支架3 及支架4 均位于臨近駁岸水中側(cè)，距離擋墻位置較近（最大水平距離2.7m），對航道水域占用極少。為保障臨時(shí)支架使用期安全，在上下游側(cè)設(shè)置水中防撞樁。防撞柱設(shè)置完成后，剩余通航水域?qū)?4m，船舶具備雙向通行條件。防撞樁頂部標(biāo)高在設(shè)計(jì)最高通航水位以上1.0m，按照《安全色》（GB2893—2008）標(biāo)準(zhǔn)醒目顯示，上貼反光膜并安裝爆閃燈，警示船舶安全通過臨時(shí)支架所在水域。

2.2 臨時(shí)支架搭設(shè)

臨時(shí)支架搭設(shè)分為：立柱安裝、連接系安裝、分配橫梁安裝、鋼管樁安裝和其余安裝，具體如下：由于該工程拱肋下部臨時(shí)支架的高度較高，陸地區(qū)域臨時(shí)支架施工時(shí)，需在場地上將鋼管立柱、槽鋼水平撐及斜撐等臥拼、組焊完成后，采用汽車吊將支架吊放至支架所在基礎(chǔ)位置，用汽車吊安裝支架頂部的工字鋼分配橫梁。

一是立柱安裝：立柱為鋼管格構(gòu)柱形式，在現(xiàn)場直接采用汽車吊將單根鋼管吊至與基礎(chǔ)鋼管樁定位、焊接。

二是連接系安裝：連接系在現(xiàn)場場地上加工成型。加工時(shí)，先依據(jù)圖紙將兩根縱聯(lián)（橫聯(lián)）同斜撐一起加工成型，形成一個(gè)穩(wěn)定結(jié)構(gòu)體系。斜撐安裝時(shí)，采用25t 汽車吊輔以人工手拉葫蘆進(jìn)行定位。

三是分配橫梁安裝：分配橫梁直接焊接在立柱的頂端封口板上，分配橫梁的連接采用夾板圍焊固定。在安裝橫梁時(shí)，應(yīng)嚴(yán)格控制其軸線偏差以及接口位置處（與立柱的頂端封口板）的焊接質(zhì)量，對于鋼管立柱的高差，一般采用鋼板墊平后再安裝分配橫梁，以確保橫梁水平。在安裝橫梁時(shí)，應(yīng)嚴(yán)格控制其腹板垂直度以及接口位置處的對接焊接質(zhì)量，對于橫梁上部支撐鋼梁塊體的線形鋼墊塊，采用角焊縫。

四是鋼管樁安裝：水中區(qū)域臨時(shí)支架采用的臨時(shí)支墩鋼管樁基礎(chǔ)，主要施工鄰近駁岸的水中臨時(shí)支墩的鋼管樁。臨時(shí)鋼管樁采用φ100×10mm 鋼管樁，鋼管樁共計(jì)10 根，樁身出水面1m 左右，根據(jù)地質(zhì)資料和沉入樁的最大承載力，結(jié)合常規(guī)的施工方法，采用DZ120 振動(dòng)錘進(jìn)行振動(dòng)沉樁。由汽車吊起吊振動(dòng)錘和鋼管樁，在振動(dòng)力的作用下，沉樁至預(yù)定標(biāo)高；若下沉接近預(yù)定標(biāo)高時(shí)突然出現(xiàn)下沉速度過快的情況，應(yīng)立即停止，先查明原因確定處理方案，再繼續(xù)下沉直至下沉速度平穩(wěn)為止。

五是其余安裝：在鋼管樁打樁完成后，對接長鋼管立柱，然后安裝上立柱間搭設(shè)的槽鋼水平撐及斜撐，最后安裝立柱頂部分設(shè)置的配橫梁。

支架具體搭設(shè)高度根據(jù)梁底線形進(jìn)行控制，支架頂部工字鋼橫梁頂面高程較梁底高程低200～300mm為宜。支架頂部工字鋼橫梁上設(shè)置型鋼墊塊，型鋼墊塊與工字鋼橫梁及梁底均采取角焊縫焊接連接。

2.3 臨時(shí)支架拆除

橋面與拱肋之間部分的臨時(shí)支架拆除工作，需從跨中起始向橋體兩側(cè)對稱進(jìn)行。拆除時(shí)需采用汽車吊配合，整體拆除作業(yè)按順序共分為四步，具體如下：

第一步，拆除支架頂部與拱肋底連接的鋼墊塊。

第二步，利用拱肋底預(yù)設(shè)的焊接吊環(huán)，拆除支架頂面搭設(shè)的工字鋼分配橫梁。

第三步，利用汽車吊與繩索扣住支架鋼管上部2/3處位置，并割除鋼管根部。

第四步，汽車吊起吊鋼管支墩，放置在橋面上（對于高支架則采用2 臺25t 汽車吊分層切斷支架后抬吊放倒支架，即先將切開的支架片體吊裝移出拱肋位置，然后吊裝支架頂部的吊車松吊鉤、同時(shí)吊裝支架底部的吊車升吊鉤，待支架呈平面臥放姿勢時(shí)，最后將支架放置在橋面上進(jìn)行肢解拆除）。

由于支架高度較高、尺寸較大，同時(shí)考慮到支架拆除時(shí)的安全性與便利性，支架拆除前先將1 個(gè)完整的拱肋支架，切割成若干個(gè)重量不大于5t 的片體，進(jìn)行分批吊裝拆除。支架拆除時(shí)采用2 臺25t 汽車吊進(jìn)行作業(yè)。

3 臨時(shí)支架施工注意事項(xiàng)

鋼管格構(gòu)支架施工時(shí)應(yīng)嚴(yán)格控制其質(zhì)量，拆除時(shí)應(yīng)保證安全，特別是鋼管樁拔除時(shí)，應(yīng)確保其整根拔出并做好拔除困難的應(yīng)對措施。臨時(shí)支架施工注意事項(xiàng)如下：

一是鋼管支架平面、標(biāo)高符合施工方案要求。

二是鋼管支架原材料采購，必須符合國家相關(guān)規(guī)范要求。

三是鋼管接長施工焊接人員，必須持證上崗。每道對接焊縫在環(huán)口處焊接完成后，再在焊縫四周設(shè)置補(bǔ)焊。所有焊縫必須焊接飽滿，杜絕氣孔、夾渣等情況出現(xiàn)。

四是鋼管應(yīng)采用多層焊，焊完每層焊縫后，應(yīng)及時(shí)清除焊渣，并做好外觀檢查，每層焊縫的接頭應(yīng)錯(cuò)開。

五是連接系由后場進(jìn)行切割，切割尺寸按現(xiàn)場尺寸進(jìn)行下料。連接系焊接應(yīng)為多層焊接，焊接應(yīng)保證質(zhì)量。連接系安裝應(yīng)確保其位置準(zhǔn)確無誤，保證鋼管格構(gòu)支架的整體質(zhì)量。

六是分配梁安裝前，應(yīng)測量工程師進(jìn)行軸線測量，方可開展分配梁安裝施工。

七是為確保支架受力狀況符合施工方案，臨時(shí)鋼管格構(gòu)支架施工完成后，對支架進(jìn)行下列檢查：支架立柱的垂直度不超過0.8%H（H 為柱高），同時(shí)不超過50mm；支架頂部的工字鋼橫梁頂面必須保持水平，高差不得超過10mm。

八是由于橋面系鋼梁為縱橫梁體系，在支架設(shè)置時(shí)，鋼管樁均布設(shè)在橋面系縱橫梁網(wǎng)格中，拔樁時(shí)可采用汽車吊配合振動(dòng)錘直接拔除；鋼管樁拔除后，對拔出的鋼管樁長度及樁尖進(jìn)行檢查，確保鋼管樁整根拔出。

九是考慮施工多種因素影響，若鋼管樁拔除困難，可采用水下液壓切割或水下繩線切割法處理，先用挖泥船將鋼管樁周圍的泥土挖至河床以下1.0～2.0m，再拆除水面以下的鋼管樁，控制殘余鋼管樁頂部高程在河床以下。

4 結(jié)語

臨時(shí)支架的優(yōu)化設(shè)計(jì)及搭設(shè)施工，不僅克服了現(xiàn)有蕪申運(yùn)河航道種種復(fù)雜不利條件，也降低了對引橋的施工影響，大大縮短橋梁的建設(shè)工期，在保證提籃拱施工質(zhì)量的同時(shí)，節(jié)約了大量臨時(shí)鋼材的投入，達(dá)到了預(yù)期的效果。隨著我國上跨運(yùn)河航道橋梁工程的發(fā)展，鋼結(jié)構(gòu)橋梁數(shù)量與日俱增，分段吊裝的安裝方案將會被越來越多的工程所采用，臨時(shí)支架的設(shè)計(jì)施工不僅為大跨度鋼結(jié)構(gòu)橋梁的建設(shè)提供了充分的安全保障，降低了種種不利因素的影響，還可以縮短橋梁的施工周期，能作為一種優(yōu)質(zhì)的施工方法應(yīng)用到工程中。本文通過對宗村大橋臨時(shí)支架施工工藝的論述，為以后的臨時(shí)支架設(shè)計(jì)施工優(yōu)化提供參考。