特大桥超高钢结构临时支墩施工关键技术*

彭钦锋，陶 忠，谢黄东，丁仕洪

(1.昆明理工大学建筑工程学院，云南 昆明 650500； 2.云南省工程抗震研究所，云南 昆明 650500；3.中铁四局集团钢结构建筑有限公司，安徽 合肥 230022)

0 引言

支墩对桥梁的安全性有着重要作用[1-3]，随着国内外桥梁的建设，对桥梁支墩的研究越来越多。吕来[4]认为高桥墩施工技术对于我国现代道路桥梁施工具有重要意义；Lin等[5]对可提高施工安全性、降低施工风险的复合桥墩施工方法进行了研究；叶海强[6]提出全预制装配式桥墩设计及施工要点；罗米卢[7]对桥梁下部支墩施工方案及关键技术进行了介绍；张东山等[8]研究了连续梁桥墩底转体施工技术，提出了“三步法”转体承台施工工艺、“两步法”球铰封固施工工艺和快速有效的封固方法；尹富秋[9]介绍了灌浆金属波纹管钢筋连接技术在桥墩预制拼装施工中的探索及应用；郭彦兵[10]分析了主线隧道矿山法开挖对既有桥梁桥墩近接施工变形和位移的影响；周翰斌等[11]阐述了预制墩柱截面构造、承插连接接头构造及工艺，分析了研究和应用中存在的问题。目前，对超高钢结构临时支墩施工技术的研究较少，为此，本文依托玉磨铁路元江双线特大桥工程，对超高钢结构临时支墩施工关键技术进行了研究。

1 工程概况

1.1 钢桁架梁

玉磨铁路元江双线特大桥采用(108+151.5+249+151.5+108)m上承式连续钢桁架梁结构(见图1)，总用钢量约2.1万t。钢梁两端桥头处均设置混凝土拱形桥台，玉溪侧桥台长38.6m，磨憨侧桥台长25.6m。钢梁主桁采用变桁高形式，下弦采用圆曲线匀顺过渡。

图1 玉磨铁路元江双线特大桥布置示意(单位：m)

1.2 临时支墩

根据钢梁架设方案，全桥共设置11个临时支墩，均设置在下弦节点处，如图2所示。其中玉溪侧边跨布置4个，用于起始段钢梁拼装，编号依次为L1～L4；玉溪侧次边跨布置1个，编号为L5，高110.9m；磨憨侧边跨布置5个，编号依次为L7～L11；磨憨侧次边跨布置1个，编号为L6，高133.1m。L5，L6超高临时支墩结构如图3所示。

图2 临时支墩布置

图3 L5，L6临时支墩结构模型

临时支墩结构均采用12柱格构式支架，基础均采用人工挖孔灌注桩。桩基础直径1.8m，共24根，承台尺寸2.6m×2.6m×1.2m(长×宽×厚)。为增加基础整体刚度，在承台之间设置钢管连系梁。2座超高临时支墩连接系均采用双拼角钢，利用螺栓与钢立柱上的拼接板进行栓接。每片桁下柱顶设置箱形截面分配梁，共3层。钢结构材质均为Q345B。

2 施工要求与难点

2.1 施工要求

钢结构制作应符合GB 50205—2001《钢结构工程施工质量验收标准》的要求。

2.2 施工难点

1)超高临时支墩高度最高达133.1m，承受荷载达40 000kN，支墩设计是本工程重难点。

2)施工现场位于红河深切峡谷区，地形条件复杂，超高临时支墩位于陡峭山坡上，整体施工部署是本工程难点。

3)超高临时支墩吊装高度高，分段方案的制定、吊装设备的选型及吊装过程的控制是本工程重难点。

4)超高临时支墩杆件安装高空焊接量大，焊接质量控制是本工程重点。

5)超高临时支墩施工存在大量高处作业，安全防护设施设计是本工程重点。

3 临时支墩施工

L5，L6超高临时支墩较相似，本文取最高临时支墩L6作为研究对象。

3.1 基础施工

L6超高临时支墩基础为单桩单承台结构，桩基础均采用人工挖孔灌注桩，根据实际情况，桩长包括28，33，35m。采用桩井锁口、护壁设计，锁口及护壁结构如图4所示。锁口环向主筋直径为12mm，箍筋直径为8mm，护壁环向主筋直径为8mm，箍筋直径为8mm，钢筋均为HPB300级。锁口及护壁混凝土强度为C20，护壁分节浇筑，每节高度1m。

图4 锁口及护壁结构

3.2 起重设备布置

根据现场地形条件、支架结构高度及架梁吊机容绳量，采用桥面架梁吊机与220t汽车式起重机安装L5，L6超高临时支墩。L6支墩0～60m高度范围内使用220t汽车式起重机进行安装，以上部分使用桥面架梁吊机安装。钢梁架设至E13节间后，将架梁吊机绕绳方式由4倍率转化成2倍率，轨面以下吊装最大高度为95m，吊装高度满足要求。

3.3 现场安装

3.3.1吊装方案

L6临时支墩0～60m高度范围内利用220t汽车式起重机吊装单根构件，吊装时采用由远及近的方式，首先安装较远处轴线杆件。

3.3.2钢立柱安装

1)钢立柱吊装 超高临时支墩采用分段吊装，汽车式起重机吊装工况时，起重工需时刻注意起重机支腿处地面安全状态，防止基础下陷，起重机侧翻。为保证钢立柱在空中相对稳定，吊装时需2根牵引绳，防止钢立柱摆动。

2)钢立柱对位 钢立柱对位时，采用定位板连接固定上、下钢立柱。钢立柱对接时，提前在下部未开设坡口的钢立柱内设置钢衬垫，使钢衬垫与对接钢管内壁紧密贴合。

3)钢立柱校正 钢立柱吊装就位后需进行垂直度和标高校正。钢立柱垂直度校正采用全站仪在纵、横轴线互成90°方向同时观测控制。通过千斤顶顶撑及楔形铁顶进，使钢立柱2个边线与仪器十字丝所在直线完全吻合。垂直度调整完成后，对标高进行复测，其偏差应满足规范要求，否则须重新校正垂直度和标高，调整完成后将钢垫块焊接牢固。

4)钢立柱调整 由于制作误差及运输变形等，上、下节柱管口对接时会产生错边，影响施焊质量，采用千斤顶进行调整(见图5)，确保焊缝错边量≤1.5mm，坡口间隙为1～2mm。

图5 钢管错边调整示意

5)钢立柱焊接 钢立柱对接焊接时，需两人同时焊接。应注意同步对称施焊，避免因一侧焊缝焊接时间过长而引起上部钢立柱垂直度产生过大偏差。千斤顶在焊缝全部焊接完成后撤除，避免上节柱在焊接过程中因热影响而倾斜。

3.3.3腹杆安装

钢立柱安装完成并验收合格后开始吊装本节段腹杆，首先安装水平腹杆，然后安装斜腹杆，由下至上依次安装。

1)钢丝绳绑扎 腹杆绑扎时，吊索左右对称，并与水平面夹角≥45°。为防止吊索滑移，可加焊挡块。

2)吊升、旋转和就位 在起重工的指挥下，首先将腹杆吊起，检查起重机、吊具、吊索状态完好后可继续向上提升，起重机向前爬杆，吊钩升降配合，将腹杆对准钢立柱相应标高位置，安装人员在起重工的指挥下进行对位。

3)腹杆调整及焊接 腹杆吊装就位后，轻微调整其标高和轴线。然后检查相贯口是否满足要求，若有问题通过手工气割进行修整，直至满足要求。焊接前对腹杆标高和轴线偏差再次进行校核，确认偏差在允许范围内后进行腹杆与钢立柱连接处焊接作业，焊缝高度须达到设计焊缝高度的1/3后方可松钩，然后按照设计要求施焊。相贯口与钢立柱焊接时，若错口太大，需在腹杆内设置内衬板。

3.3.4连接系安装

超高临时支墩安装至连接系位置后，待本节段腹杆安装完毕后，即可进行连接系安装。连接系采用双拼角钢与钢立柱进行栓接，角钢需提前在拼装场内进行下料制孔，安装时采用螺栓将连接系栓接在钢立柱拼接板上。

1)钢丝绳绑扎 连接系起吊时，起重机吊钩对准上弦中心，吊索左右对称，并与水平面夹角≥45°。绑扎点应对称设置，可适当加焊挡块，以防止吊索滑移。

2)吊升、旋转和就位 在起重工的指挥下，首先将连接系吊起，检查起重机、吊具、吊索状态完好后可继续向上提升，起重机向前爬杆，吊钩升降配合，将连接系杆件对准钢立柱相应标高位置，安装人员在起重工的指挥下进行对位。吊装作业时，起重工需时刻注意起重机支腿处地面安全状态，防止基础下陷，起重机侧翻。为保证连接系在空中相对稳定，吊装时需2根牵引绳，防止连接系摆动。

3)连接系调整 连接系杆件吊装就位后调整其位置，使其螺栓孔与钢立柱螺栓孔对应，确保每个孔栓接紧密。首先栓接拼接板两对角线位置的螺栓，然后栓接其余螺栓。

3.3.5分配梁安装

分配梁采用架梁吊机按照先下后上的顺序进行吊装。吊装前检查架梁吊机、吊具、吊索状态，采用对称吊装，在起重工的指挥下，将分配梁缓慢吊装至超高临时支墩顶。

1)超高临时支墩测量控制 超高临时支墩测量时，采用2台全站仪在水平夹角为90°的不同位置，对相同钢立柱进行测量，控制钢立柱垂直度和安装标高，并在临时支墩上布置沉降观测点，监测临时支墩沉降值。为有效控制变形情况，保证超高临时支墩垂直度，在实际施工过程中采用对照观测的方法预测变形，并加以修正，用于指导施工。

2)线形控制 构件加工制作前，对超高临时支墩设计图纸进行深化，确定超高临时支墩加工几何轴线，加工时对每节段加工几何轴线进行复核。每节段吊装完成后，使用全站仪对临时支墩垂直度和顶面标高进行测量，根据本节段垂直度情况计算安装下一节段的修正值，保证安装精度。对加工制作与安装误差修正方法进行规定，即根据每节段垂直度偏差计算柱顶平面倾斜角，根据每2节段标高误差计算钢立柱长度修正值，依据柱顶平面倾斜角计算柱头各点修正值。由于临时支墩易受温度变化影响，在不均匀的受热情况下，不同方向的膨胀不同，因此测量观测时间应选择每日同一时间段(日出前)，以减小不同温度对观测的影响。

3)安装验收 在超高临时支墩安装过程中，应对每节段安装质量进行验收，至安装结束后对整个超高临时支墩进行整体验收。

4 结语

本文对玉磨铁路元江双线特大桥临时支墩结构、基础形式等进行了介绍，并针对临时支墩吊装高度高、高空焊接量大、地形条件复杂等施工重难点，叙述了钢立柱、腹杆、连接系、分配梁安装工艺。在实际施工过程中，通过合理布置临时支墩、起重设备等，达到了良好施工效果。随着桥梁工程建设数量的增加，桥梁质量、施工工艺要求不断提高，工程师应结合具体工程实际情况，不断创新优化已有方法，使工程质量进一步提高。