跨河鋼拱橋鋼管樁組合支架施工技術(shù)

朱臣 廖巍崴

摘 要：濱州市主城區(qū)新立河黃河一路橋?yàn)樯铣惺戒摻Y(jié)構(gòu)拱橋，主要結(jié)構(gòu)為鋼結(jié)構(gòu)。本文從現(xiàn)場(chǎng)施工實(shí)際出發(fā)，綜合多角度對(duì)比，跨河鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件吊裝采用鋼管樁組合支架支撐體系，并對(duì)施工工藝進(jìn)行優(yōu)化，在滿(mǎn)足現(xiàn)場(chǎng)施工需求的情況下，充分節(jié)約成本，并達(dá)到綠色環(huán)保、提高施工效率的目的。

關(guān)鍵詞：跨河鋼拱橋;鋼結(jié)構(gòu);鋼管樁組合支架

中圖分類(lèi)號(hào)：U445.4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

0 引言

鋼結(jié)構(gòu)拱橋作為城市建設(shè)中的靚麗名片，在跨河施工中，鋼結(jié)構(gòu)支撐體系成為鋼拱橋施工的重要一環(huán)，選擇合適的支撐體系，不僅能節(jié)約工期，節(jié)約成本，同時(shí)也為安全、質(zhì)量控制提供有力保障。做好鋼結(jié)構(gòu)吊裝支撐體系的建設(shè)，對(duì)施工進(jìn)度，施工質(zhì)量和安全保障有著直接影響。

濱州市主城區(qū)新立河黃河一路橋主體結(jié)構(gòu)為鋼結(jié)構(gòu)，共27個(gè)拱肋，單個(gè)拱肋重最大約21噸。經(jīng)方案比選，為了防止土石圍堰對(duì)河道造成污染，綜合考慮工期、成本，采用鋼管樁組合支架作為鋼結(jié)構(gòu)的支撐體系。由于新立河河道地質(zhì)條件較差，鋼管樁入土深度較深，平均入土深度8 m，樁長(zhǎng)13 m河面到梁底最大距離為5 m，作業(yè)空間狹窄，常規(guī)工藝鋼管樁無(wú)法全部拔出，經(jīng)過(guò)仔細(xì)分析和設(shè)計(jì)，巧妙的將樁位設(shè)置在兩個(gè)拱肋之間，樁頂采用雙拼工字鋼橫梁進(jìn)行連接，便于施工完成后鋼管樁的拔出，同時(shí)增加了鋼管樁連接的穩(wěn)定性，提高安全性。

1 工藝特點(diǎn)

采用鋼管樁組合支架，與傳統(tǒng)土石圍堰相比，避免了填河圍堰造成的河道阻塞和污染，不受降雨、汛期河道水位上漲的影響，不影響通航。鋼管樁、工字鋼、槽鋼等施工材料可回收利用，做到了節(jié)能減排。具有施工簡(jiǎn)便、工期短、環(huán)保、成本低等優(yōu)點(diǎn)。

2 工藝原理

跨河鋼拱橋鋼管樁組合支架施工工法，主要闡述了鋼結(jié)構(gòu)拱橋在跨河施工中，采用單排鋼管樁與工字鋼、槽鋼焊接一起的組合支架作為臨時(shí)支撐體系，通過(guò)受力驗(yàn)算，確定樁長(zhǎng)、樁徑、入土深度，滿(mǎn)足現(xiàn)場(chǎng)施工安全、質(zhì)量前提下，達(dá)到快速施工、不污染河道、縮短施工工期、節(jié)約施工成本的目的。

3 施工工藝流程及操作要點(diǎn)

3.1 施工前準(zhǔn)備

（1）首先進(jìn)行初步受力驗(yàn)算，對(duì)各個(gè)鋼梁節(jié)段進(jìn)行受力分析，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)施工條件，選擇合理的支架組合方式。（2）根據(jù)確定的支架方式，出具設(shè)計(jì)圖紙。（3）根據(jù)設(shè)計(jì)圖，對(duì)所需材料、機(jī)械設(shè)備，在市場(chǎng)上進(jìn)行詢(xún)價(jià)、考察和采購(gòu)。（4）組織施工人員、機(jī)械設(shè)備及材料進(jìn)場(chǎng)，對(duì)施工人員進(jìn)行安全技術(shù)交底。

3.2 施工操作要點(diǎn)

3.2.1 基本思路

（1）支架的基礎(chǔ)采用在河道內(nèi)打入鋼管樁，采用樁徑529 mm，壁厚10 mm的鋼管樁。支架采用雙排鋼管樁支墩，每排鋼管樁由10根鋼管組成，間距3 m～4 m。樁頂設(shè)雙拼32b工字鋼橫梁支撐拱肋，鋼管樁之間采用14#槽鋼斜撐進(jìn)行連接。支架必須滿(mǎn)足構(gòu)件施工時(shí)的強(qiáng)度、剛度及穩(wěn)定性，滿(mǎn)足構(gòu)件施工所需要的工作面，需通過(guò)受力驗(yàn)算。（2）鋼管樁的布置：根據(jù)拱肋所在位置，橫橋向布置在兩拱肋的中間，縱向在相鄰節(jié)段相接處，在保證構(gòu)件的幾何尺寸和構(gòu)件外不小于500 mm的作業(yè)面的前提下進(jìn)行布樁。

3.2.2 受力驗(yàn)算

（1）荷載計(jì)算。1）支架受力荷載取值。根據(jù)《公路工程施工安全技術(shù)規(guī)范》（JTG F90-2015），鋼梁支架設(shè)計(jì)的有關(guān)規(guī)定和本橋鋼梁的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，在施工過(guò)程中涉及到的支架設(shè)計(jì)及驗(yàn)算時(shí)主要荷載形式為：

長(zhǎng)度9.73米鋼拱自重：q1=120 kN;長(zhǎng)度14.94米鋼梁自重：q2=200 kN。

2）組合荷載計(jì)算。根據(jù)《公路工程施工安全技術(shù)規(guī)范》（JTG F90-2015），驗(yàn)算支架鋼梁強(qiáng)度時(shí)荷載組合為q1=120 kN，q2=200 kN。

3）樁梁32b工字鋼受力分析。樁梁為2根32b工字鋼組合焊接而成，上部為縱向鋼結(jié)構(gòu)主梁，下部?jī)深^為10根鋼管樁基礎(chǔ)。單孔最大跨度14.94 m，兩側(cè)跨度9.73 m;其中樁梁分布跨度兩頭，長(zhǎng)度30 m*2根，中心最大跨徑為3.375 m。彎矩最不利情況下，當(dāng)單根鋼梁位于支點(diǎn)端部時(shí)，結(jié)構(gòu)梁同時(shí)受力在樁梁上，間距3 m、3.188 m和3.375 m。計(jì)算樁梁荷載為上部自重+結(jié)構(gòu)重量，單根鋼梁受力荷載：

P=（120/2+200/2）=160 kN

4）樁梁截面參數(shù)。分配梁采用I32b工字鋼，單根梁截面參數(shù)：截面面積A=72.45 cm2，抗拉截面系數(shù)W=726.33 cm3。

5）樁梁受力計(jì)算。經(jīng)過(guò)檢算：雙拼32b焊接工字鋼樁梁，滿(mǎn)足要求。（材質(zhì)為Q235，容許抗彎應(yīng)力f=215 MPa，容許抗剪應(yīng)力fy=125 MPa）。

結(jié)論：經(jīng)過(guò)檢算，樁梁2根32b工字鋼，單根結(jié)構(gòu)主梁3.375米跨度，可以滿(mǎn)足單根14.94 m跨鋼梁受力要求。

（2）部基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)計(jì)算。兩頭橋臺(tái)設(shè)置為Φ529*10 mm單排鋼管樁，呈1*10排列，橫向最大間距3.375 m;鋼管樁間用14#槽鋼橫向連接。按照單根鋼梁計(jì)算。

1）鋼管樁樁長(zhǎng)計(jì)算。鋼管樁采用Q235螺旋鋼管樁，規(guī)格為φ529 mm，壁厚10 mm?？紤]到集中力與荷載布置的差異偏荷載及沖擊，系數(shù)采用1.3。按照簡(jiǎn)支梁計(jì)算，單根鋼管樁最大反力：

單根鋼管樁自身承載力為：

3.14×529×8×215/1 000=2 857 kN>[P]

計(jì)算單樁承載力為：

208=1/2×0.529×3.14×1.0×（1.73×30+2.65×32+32×L）

解得：L=3.55 m

根據(jù)上式反推鋼管樁最少樁基入土深度為：

1.73 m+2.65 m+3.55 m=7.93 m

安全考慮取8 m。

根據(jù)地質(zhì)勘測(cè)情況，水深2 m，水面向上3 m，入土深度8 m，設(shè)計(jì)鋼樁長(zhǎng)=2 m+3 m+8 m=13 m。

經(jīng)驗(yàn)算，橋墩地基承載力滿(mǎn)足要求。施工時(shí)打樁采用60 t振動(dòng)錘，激振力485 kN。

2）鋼管樁穩(wěn)定性驗(yàn)算。鋼管穩(wěn)定承載力容許最大值f=210 MPa。

Nmax=φ×A×f=0.893×0.016 296×210×103=3 056 kN >f

經(jīng)驗(yàn)算大于鋼管工作應(yīng)力，鋼管穩(wěn)定性滿(mǎn)足要求。

故，長(zhǎng)度14.93 m*寬度30 m鋼梁支架，上部樁梁結(jié)構(gòu)和下部基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)可以滿(mǎn)足14.93 m跨鋼梁荷載要求。

3.2.3 鋼管樁組合支架施工

（1）施工流程。測(cè)量放樣→插打鋼管樁→柱帽焊接→橫橋向工字鋼安裝及焊接→鋼管樁間槽鋼焊接。

（2）各工序主要施工要點(diǎn)。立柱采用采用φ529 mm鋼管，壁厚10 mm，每根長(zhǎng)13 m，其中地表以下9 m，外露部分4 m。

1）插打鋼管樁。①鋼管樁打設(shè)。便道填土壓實(shí)，130T汽車(chē)吊開(kāi)到橋臺(tái)位置處，停車(chē)支腿起臂，在岸邊上將130T汽車(chē)吊吊起60 t振動(dòng)錘，用釣魚(yú)式打法打設(shè)。

首先將長(zhǎng)度14 m的鋼管樁樁頭上割出可供吊具鉤吊的三角小孔，并在鋼管樁上設(shè)置牽引線，用 130T汽車(chē)吊將其豎直吊起，對(duì)準(zhǔn)樁位放下。振動(dòng)錘液壓夾頭夾住鋼管樁，初步檢驗(yàn)樁體縱橫方向垂直度，確保樁體在錘擊過(guò)程中始終保持垂直。符合要求后，開(kāi)動(dòng)錘將樁打入河床土中。打樁過(guò)程中利用吊臂及牽引使得鋼管樁保持垂直方向振入河床。

②鋼管樁接長(zhǎng)。a接口清理：鋼管樁對(duì)接前接口兩側(cè)30 mm內(nèi)的鐵銹、氧化鐵皮、油污清除干凈。b焊接：兩鋼管接頭采用對(duì)接平焊，焊接為手工焊，按焊接工藝要求，焊接應(yīng)控制走向順序、焊接電流、焊縫尺寸。接頭處采用4道500 mm*100 mm*10 mm加勁板（采用鋼管切割，保證橢圓度相似），加勁板必須保證焊縫密貼;每一焊道熔敷金屬的深度或熔敷的最大寬度不應(yīng)超過(guò)焊道表面的寬度，同一焊縫應(yīng)連續(xù)施焊，一次完成。c焊縫清理及處理：焊縫焊接完成后，清理焊縫表面的熔碴和金屬飛濺物，焊工自行檢查焊縫的外觀質(zhì)量;如不符合要求，應(yīng)補(bǔ)焊或打磨，修補(bǔ)后的焊縫應(yīng)光滑圓順，不影響原焊縫的外觀質(zhì)量要求。d焊接環(huán)境：濕度不宜高于80%;溫度不得低于-10℃。

③終沉確定。施工前先測(cè)出水深，根據(jù)理論控制值入土深度計(jì)算鋼樁出水高度，在樁身相應(yīng)位置作出標(biāo)記，打到水面標(biāo)記處即可停止打設(shè)，此時(shí)樁的入土深度即可滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。如果樁己達(dá)到計(jì)算入土深度，而貫入度較大，說(shuō)明該處承載能力不滿(mǎn)足要求，需要繼續(xù)打入，直至貫入度滿(mǎn)足要求。當(dāng)樁尖遇到硬物時(shí)，樁位易打偏或不垂直，應(yīng)及時(shí)清理后再施打。

2）雙拼I32b工字鋼支撐橫梁安裝。雙拼I32b工字鋼與柱帽焊接固定在一起，柱帽與鋼管立柱頂固定在一起。工字鋼安裝過(guò)程中應(yīng)保證水平，各排高度應(yīng)統(tǒng)一，保證拱肋與其接觸各點(diǎn)不懸空，受力均勻。

3.2.4 鋼管樁組合支架拆除

（1）組合支架拆除。工字鋼及槽鋼，當(dāng)需要拆除時(shí)，采用吊機(jī)配合，人工割斷與鋼管的連接，拆除連接系;將鋼管樁頂氣割5 cm～10 cm左右，使支架整體落下，再抽除頂部的工字鋼，采用130T吊機(jī)分節(jié)吊出橫梁，并移至岸邊。落架氣割鋼管樁時(shí)應(yīng)對(duì)稱(chēng)進(jìn)行。

（2）鋼管樁拆除。鋼管樁拆除時(shí)采用130T吊車(chē)配合60 t振動(dòng)錘振拔。先割除鋼板樁樁帽，用振動(dòng)錘液壓鉗夾緊鋼管樁，啟動(dòng)振動(dòng)錘，鋼管樁周邊土質(zhì)在振動(dòng)力作用下開(kāi)始液化，土質(zhì)對(duì)鋼管樁的摩阻力將大大減少，此時(shí)吊車(chē)可緩慢將振動(dòng)錘及鋼管樁往上提動(dòng)，逐漸將整根鋼管樁拔除，并利用平板車(chē)通過(guò)棧橋轉(zhuǎn)運(yùn)到岸上。如鋼管樁太長(zhǎng)，可多次氣割，直至水下鋼管樁全部拔出水面。支架拆除時(shí)應(yīng)將水下障礙全部清除干凈，不得堵塞航道。

4 總結(jié)

鋼管樁組合支架施工技術(shù)成功應(yīng)用于新立河黃河一路橋，工藝工法經(jīng)濱州市住建局專(zhuān)家評(píng)審，獲濱州市級(jí)工法。鋼管樁組合支架作為臨時(shí)支撐體系，保證施工安全和施工質(zhì)量的同時(shí)，縮短了工期，節(jié)約了成本，鋼管樁巧妙的設(shè)計(jì)位置，保證了鋼拱主架完成后能順利拔出，做到了節(jié)能減排，為類(lèi)似跨河橋梁工程提供了有價(jià)值的參考。

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