清水江特大桥塔梁墩固结体系斜拉桥0号块高支架施工技术

李习春

(1中交一公局厦门工程有限公司，福建 厦门 361021)

0 引言

本文依托工程为贵州剑榕高速公路第四合同段清水江特大桥，主桥为塔梁墩固结体系，下塔柱高度最大达92m，塔柱高度国内罕见。针对该桥墩身净空高、0号块跨度大、施工场地狭小的特点，且该桥主梁采用复合式挂篮进行施工，因复合式挂篮底篮尺寸长达16.85m，自重达175t，采取整体吊装较困难，综合应用“钢管桩贝雷梁+预应力牛腿托架”支架法施工，在0号块施工前将挂篮底篮安装在施工初始位置，挂篮底模作为0号块施工时模板，减少模板搭设时间，避免后续安装困难，成功解决常规方法施工难度大、成本高、占用场地大等问题。

1 工程概况

清水江特大桥工程位于贵州省剑河县苗岭深处清水江，清水江特大桥全长600m，其桥跨布置为(30×2)m+(120+300+120)m，主桥采用双塔中央双索面预应力混凝土斜拉桥，主梁采用大悬臂单箱五室预应力混凝土梁，桥面宽28m，箱梁中心高3.6m。

清水江特大桥横跨清水江，剑河岸地形相对于榕江岸较缓，地表多为耕地，覆盖层较厚；榕江岸地形较陡，地表多为灌木，除个别缓坡地段存在少量覆盖层外，大部分基岩裸露，场区交通条件差，需靠船渡。

2 主梁0号块施工方案比选

2.1 0号块结构特点

清水江特大桥为塔梁墩固结体系斜拉桥，3号索塔下塔柱高度为59.63m，4号索塔下塔柱高度为90.63m。索塔0号块段长度为22m(见图1)。内倒角设计使0号块的结构形式较复杂，C55混凝土，设计方量1 084m3，属于高泵送大体积混凝土。

2.2 0号块现浇支架施工比选

目前国内大多数桥梁0号块浇筑时，采用对地基加固处理，后搭设满堂支架施工。但对于地形受限、跨度较大、高度较高的梁段而言，采用满堂支架施工不仅地基处理难度较大，悬空高度较大、安全性降低，而且材料、人员投入也较大。落地钢管桩贝雷梁支架，在梁段质量大、支架高度高、梁段跨度大的情况下，是较安全经济的一种支架形式。

鉴于清水江特大桥0号块结构形式复杂多变、施工环境场地狭小等恶劣情况，拟用钢管桩支架方案。根据施工思路结合现场实际情况，落地钢管桩支架罗列出2种施工方案：①方案1 采用全落地钢管支架进行0号块施工，布置34根落地钢管桩作为0号块主要受力构件；②方案2 0号块顺桥向质量较大部位采用落地钢管支架，布置16根落地钢管桩，横向采用牛腿托架形式。

对2种方案进行受力计算，得到方案1与方案2均能满足施工过程中的强度、刚度、稳定性要求，其中方案1受力安全储备系数达到3，方案2顺桥向钢管立柱安全储备系数为2.5，横桥向安全储备系数为2，但从经济角度考虑，方案1的用钢量是方案2的近2倍，从方案的合理性考虑采用方案2，但将方案中的牛腿托架改为预应力牛腿托架形式(见图2)。

清水江特大桥0号块落在下塔柱封顶段上，边中跨悬挑部分，采用高空落地钢管贝雷支架；塔柱上下游侧翼缘板采用“预应力牛腿托架+脚手架”形式，整体性好，承载力大，变形小，而在承台施工过程中，预埋钢板为钢管桩竖立创造良好条件。

3 主要施工工艺

3.1 基础施工工艺

立柱基础直接坐落在承台顶面的预埋钢板上，如图2b所示；直接坐落于承台顶面的基础必须保证钢板底部与承台顶面无缝隙，可采用薄钢板下垫调节，缝隙过大时采用水泥浆灌注，保证钢板顶面水平。预埋套筒内部必须清理干净，再安装方头螺杆，保证螺杆拧进的长度达到半个套筒的长度。钢板与预埋套筒采用方头螺杆连接，并用套筒紧固，要保证方头螺杆拧紧，且拧进预埋套筒的长度符合要求。安装钢板时孔洞开的不要过大，采用小块钢垫板保证其与钢板连接处紧密，保证螺栓压紧预埋钢板(见图3)。

图3 支架基础布置

3.2 支架施工工艺

3.2.1支架构造参数

1)0号块支架系统由钢管(及其平联、斜撑)、落架支座、双拼HN700×300工字钢主梁、贝雷梁、I25a分配梁、方木、模板组成。采用φ609×16钢管，钢管底部与承台顶预埋件连接；中间每隔12m设1道φ273×6钢管平联和φ200钢斜撑；钢管顶、底部均设置φ273×6钢管支撑，以确保钢管受力时的局部稳定性和轴向抗压能力。0号块支架直接设置于承台顶。

2)为了在横梁施工完成后能顺利脱模，在钢管顶部设置落架支座，支座顶设置双拼HN700×300型钢主梁，而后再布置贝雷梁，0号块腹板处贝雷梁5片/组通过花架连接，0号块箱室位置贝雷梁2片/组通过花架连接，贝雷梁顶为模板系统。

3.2.2支架施工

1)在承台一侧场地完成钢管立柱、平联、斜撑的加工制作，钢管基本分节长度取为9m，节间通过法兰连接，钢管之间设置平联、斜撑。

2)承台施工时，在承台顶面准确预留连接钢板预埋件。安装第1节钢管时进行平面位置与垂直度调整，满足要求后与连接钢板螺栓连接。吊立第2节钢管立柱，调整垂直度满足要求后与第1节钢管法兰连接。

3.3 钢管立柱、平联及斜撑安装

钢管立柱在地面进行涂漆和柱头加强板焊接，合格后才能安装立柱。柱头的加劲板要求接触部位角焊缝满焊，并涂好油漆。立柱安装时，与基础钢板安装时必须保证钢管立柱的位置准确，在钢板上提前画好立柱轮廓线，并将加劲板提前安装好2块，方便立柱钢管定位。立柱底部与钢板需保证缝隙不能过大，必要时用气割修正立柱底部，保证其与底部预埋钢板的接触缝隙不过大。立柱定位好后，先焊接加劲板，确保合格后，再满焊加劲板和立柱与底部钢板的焊缝。立柱的空中接头必须在前一节立柱柱顶设置的平台上完成，并系好安全带。先将顶部的连接劲板安装到位，再安装上一节钢管立柱。立柱空中接长前，必须保证前一节立柱之间的平联和剪刀撑已安装完成，并焊接合格，立柱在塔柱外侧的部分设置了预埋连墙件，立柱安装到位后，应立即将其与塔柱连接好，并焊接牢固，鉴于4号墩超高支架所造成的竖向变形过大，连墙体如果与塔柱固结，剪切应力验算不过，因此将顶层3道连墙体连接方式改为铰接(见图4)。

图4 连墙体销接施工

平联安装在立柱安装完成后立即进行，平联起吊前先将梁段与立柱钢管连接部分切好弧形切口，保证与立柱钢管对接。平联临时连接必须保证牢固之后进行满焊、围焊。

3.4 支座安装

采用砂筒支座，由上下垫板、两侧夹板和精轧螺纹钢组成。安装时支座整体吊装，支座安装到位后与柱顶的钢板进行点焊固定。

3.5 主纵梁安装

主纵梁采用HN700×300型钢双拼而成，单排共长12m。

主梁采用在地面进行双拼，拼接前腹板上先进行加强，再焊接顶板的拼接缝，焊缝采用15cm跳焊，两面均需焊接到位。焊接时注意控制焊接电流和焊接顺序，避免过大焊接变形和产生焊接应力。

3.6 贝雷梁安装

贝雷在地面进行拼装，贝雷拼装过程中，各连接处的贝雷销必须打紧，单榀最多按3排贝雷拼装，贝雷地面拼接再正对承台江边场地拼接，贝雷拼装过程中，各连接处的贝雷销必须打紧，不得缺失。花架与贝雷连接的螺栓必须拧紧，横向联系的角钢每组在地面提前装好，减少高空安装的工作量。每组5片贝雷的横向联系剪刀撑分为3+2安装，即每3组和2组分别安装。

在主梁上应做好贝雷位置的标记线，先安装中间1组贝雷，再两侧对称安装其他组贝雷，防止支架整体偏载，加强弦杆与贝雷梁有效连接，贝雷梁组间采用角钢进行联系；贝雷梁安装须顺直，轴线和桥轴线垂直；贝雷梁安装完成后在主纵梁上对贝雷梁设置限位。

3.7 预应力托架及分配梁安装

塔柱两侧翼缘板实心段质量大且对支架具有水平推力，因此采取牛腿托架+精轧螺纹钢锚固的形式。

托架采用双拼HN500型钢加工，后场加工保证下料精度，焊缝施工应严格焊接质量，焊缝尺寸≥15mm。

为了抵消浇筑时对托架的水平推力，将上下游的托架利用塔柱预埋管道对拉精轧螺纹钢，每组3根，共4组12根，并每根施加350kN对拉力。

托架上铺设I25型钢，在分配梁上搭设脚手架，之后安装顶层分配梁。分配梁按设计的间距布设，与贝雷顶面桁杆采用U形钢板卡固定，并进行点焊固定。分配梁安装到位后，在两端各焊接1条角钢，在角钢上焊接脚手架管护栏立柱，安装防护护栏，并做好安全防护网。

之后进行满堂支架的安装，与分配梁上部形成网格。中间斜撑进行稳固，满堂支架上部与箱梁连接部位用方木作为垫块进行支垫，方木与分配梁垂直布置。

3.8 支架施工检查

支架施工过程中，需进行各工序检查，各部件

地面焊接和加工检查合格后才能进行起吊安装。各空中焊接部位完成后，需进行焊接质量检查验收。

各连接部位有缝隙的，需用薄钢板垫紧，尽量减少非弹性形变。

4 结语

1)以清水江特大桥承台为钢管桩支架基础，通过预埋钢板，将落地钢管支架与预埋钢板进行焊接固定，形成刚性支撑，为钢管桩受力提供良好条件。

2)采用钢管桩贝雷落地支架与预应力牛腿托架相结合的施工方法，其中4号索塔支架高92m，为国内罕见。施工中所使用的结构主体钢管、贝雷等构件均为厂家预制的标准件，构件接头形式牢固可靠，拼装方便，大大降低了人工成本。

3)施工现场安全防护，从源头上通过在钢管上焊接安全爬梯、安装施工平台，平联间搭设钢筋扶手，每层平联下安装浸泡过阻燃剂的防坠网，安装防护通道等措施有效保护了施工现场作业人员。

4)结构受力优化加强，通过调整钢管立柱连墙体从固结变为销接形式，消除附墙应力峰值，可随支架的压缩变形而变形，且在设计中增加预应力应用，即张拉精轧螺纹钢优化托架整体受力。