大跨度钢箱提篮拱临时支架施工技术研究

冯贺杰

（中铁二十局集团第一工程有限公司，江苏苏州 215153）

0 引言

由于经济社会发展的需要，大跨度钢结构体系越来越广泛地应用到桥梁工程建设中，但在大跨度钢结构桥梁的施工过程中，受运河航道、周边地形及构造物的影响，必须借助合理可行的临时支架来高效安全地完成主桥钢结构施工任务。目前钢结构桥梁的施工方法主要有支架安装法、顶推施工法、悬臂安装法等，不同方法优缺点和适用性不同，随着大吨位起重机械设备的更新，对于跨越运河的钢桁架桥，采用支架法安装配合大吨位汽车式起重机和起重船的使用，能将钢桁架桥分节段在临时支架上进行拼装，主跨间直接起重船吊装合龙，减少通行航道占用空间，施工速度快、封航时间短、可操作性强，可显著提高施工效率[1]。临时支架设计施工分为临时支架设计、支架搭设、支架拆除等三个阶段[2]。本文将从这三个方面入手详细介绍大跨度钢箱提篮拱桥临时支架设计施工工艺，总结了施工过程中的关键技术和注意事项。

1 工程概况

宗村大桥主桥上跨芜申运河，主桥钢结构形式为大跨度下承式钢箱提篮拱，跨度90m，重约1600t。芜申运河目前为Ⅴ级航道，经单边拓宽后升级为Ⅲ级航道，考虑到钢结构制造、地质条件、浮吊与陆地吊装条件和交通等相关因素，宗村大桥主桥采用少支架的分段吊装方案，充分利用芜申运河北岸现有场地进行施工[3]。支架场地设置如图1、图2 所示。

图1 临时支架场地布置图（单位：mm）

图2 临时支架立面图（单位：mm）

2 临时支架设计与施工

2.1 临时支架设计

支架需在满足支撑功能的同时保证安全稳定，对宗村大桥主桥钢箱提篮拱结构进行分段拆解并建模分析，结合临时支架的受力特点，选择在桥位设置4类临时支墩：支架1、支架2、支架3、支架4，支架构造如下：

其一，临时支架1：设置在拱肋段下方，基础采用C30 钢筋混凝土基础，单个基础尺寸为长5000mm×宽1500mm，厚度为300mm，其内部设置φ12mm@300mm(@代表钢筋间距)单层双向钢筋网或旧钢绞线。在混凝土基础上设置钢管格构支架，其钢管立柱截面采用φ630×10mm，立柱间连接的水平撑及斜撑则采用[16 槽钢。钢管支架顶部搭设2I56b 型工字钢作为分配横梁。所有钢管柱、工字钢与槽钢连接处均采用角焊缝工艺，焊脚不小于6mm。为防止钢管对下部混凝土基础的剪切破坏，钢管与混凝土基础接触面采用一块钢板进行封底。

其二，临时支架2：设置在河道北岸陆地区域，该支架分为2 层，下层作为桥面系主系梁的临时支撑，上层为拱肋节段的支撑。支架基础采用C30 钢筋混凝土基础，单个基础尺寸为长5000mm×宽1500mm，基础厚度300mm，基础内设置φ12mm@300mm 单层双向钢筋网或旧钢绞线。在混凝土基础上设置钢管格构支架，其钢管立柱截面采用φ630×10mm，立柱间链接的水平撑及斜撑则采用[16 槽钢，支架顶部搭设一块700mm×700mm×14mm 铁板，并在立柱上部设置2Ⅰ56b 型工字钢作为分配横梁。上层支架钢管立柱直接在底层钢管立柱上方的分配横梁上接长，在工字钢处对钢管进行开槽并补强，钢管支架顶部搭设2Ⅰ56b 型工字钢作为分配横梁。所有钢管柱、工字钢、盖板与槽钢连接处均采用普通贴角焊进行连接；而双拼工字钢则采用普通对接焊进行连接，焊缝长度50mm，每500mm 间隔设置一道。

其三，临时支架3：设置在河道北岸驳岸水中侧，该支架分为2 层，下层作为桥面系主系梁的临时支撑，上层为拱肋节段的支撑。支架基础立柱为钢管桩接长，立柱截面采用φ1000×10mm，立柱间连接的水平撑及斜撑则采用[16 槽钢，支架顶部搭设一块900mm×900mm×14mm 铁板，并在立柱上部设置4Ⅰ56b 型工字钢作为分配横梁。上层支架钢管立柱直接在底层钢管立柱上方的分配横梁上接长，在工字钢处对钢管进行开槽并补强，钢管支架顶部搭设4Ⅰ56b 型工字钢作为分配横梁。所有钢管柱、工字钢、盖板与槽钢连接处均采用普通贴角焊进行连接；而双拼工字钢则采用普通对接焊进行连接，焊缝长度50mm，每500mm 间隔设置一道。

其四，临时支架4：设置在河道南岸驳岸水中侧，该支架用于支撑桥面系主系梁节段。支架基础立柱为钢管桩接长，立柱截面采用φ1000×10mm，立柱间链接的水平撑及斜撑则采用[16 槽钢，支架顶部搭设一块900mm×900mm×14mm 铁板，并在立柱上部设置4Ⅰ56b 型工字钢作为分配横梁。所有钢管柱、工字钢、盖板与槽钢连接处均采用普通贴角焊进行连接；而双拼工字钢则采用普通对接焊进行连接，焊缝长度50mm，每500mm 间隔设置一道。

支架3 及支架4 均位于临近驳岸水中侧，距离挡墙位置较近（最大水平距离2.7m），对航道水域占用极少。为保障临时支架使用期安全，在上下游侧设置水中防撞桩。防撞柱设置完成后，剩余通航水域宽44m，船舶具备双向通行条件。防撞桩顶部标高在设计最高通航水位以上1.0m，按照《安全色》（GB2893—2008）标准醒目显示，上贴反光膜并安装爆闪灯，警示船舶安全通过临时支架所在水域。

2.2 临时支架搭设

临时支架搭设分为：立柱安装、连接系安装、分配横梁安装、钢管桩安装和其余安装，具体如下：由于该工程拱肋下部临时支架的高度较高，陆地区域临时支架施工时，需在场地上将钢管立柱、槽钢水平撑及斜撑等卧拼、组焊完成后，采用汽车吊将支架吊放至支架所在基础位置，用汽车吊安装支架顶部的工字钢分配横梁。

一是立柱安装：立柱为钢管格构柱形式，在现场直接采用汽车吊将单根钢管吊至与基础钢管桩定位、焊接。

二是连接系安装：连接系在现场场地上加工成型。加工时，先依据图纸将两根纵联（横联）同斜撑一起加工成型，形成一个稳定结构体系。斜撑安装时，采用25t 汽车吊辅以人工手拉葫芦进行定位。

三是分配横梁安装：分配横梁直接焊接在立柱的顶端封口板上，分配横梁的连接采用夹板围焊固定。在安装横梁时，应严格控制其轴线偏差以及接口位置处（与立柱的顶端封口板）的焊接质量，对于钢管立柱的高差，一般采用钢板垫平后再安装分配横梁，以确保横梁水平。在安装横梁时，应严格控制其腹板垂直度以及接口位置处的对接焊接质量，对于横梁上部支撑钢梁块体的线形钢垫块，采用角焊缝。

四是钢管桩安装：水中区域临时支架采用的临时支墩钢管桩基础，主要施工邻近驳岸的水中临时支墩的钢管桩。临时钢管桩采用φ100×10mm 钢管桩，钢管桩共计10 根，桩身出水面1m 左右，根据地质资料和沉入桩的最大承载力，结合常规的施工方法，采用DZ120 振动锤进行振动沉桩。由汽车吊起吊振动锤和钢管桩，在振动力的作用下，沉桩至预定标高；若下沉接近预定标高时突然出现下沉速度过快的情况，应立即停止，先查明原因确定处理方案，再继续下沉直至下沉速度平稳为止。

五是其余安装：在钢管桩打桩完成后，对接长钢管立柱，然后安装上立柱间搭设的槽钢水平撑及斜撑，最后安装立柱顶部分设置的配横梁。

支架具体搭设高度根据梁底线形进行控制，支架顶部工字钢横梁顶面高程较梁底高程低200～300mm为宜。支架顶部工字钢横梁上设置型钢垫块，型钢垫块与工字钢横梁及梁底均采取角焊缝焊接连接。

2.3 临时支架拆除

桥面与拱肋之间部分的临时支架拆除工作，需从跨中起始向桥体两侧对称进行。拆除时需采用汽车吊配合，整体拆除作业按顺序共分为四步，具体如下：

第一步，拆除支架顶部与拱肋底连接的钢垫块。

第二步，利用拱肋底预设的焊接吊环，拆除支架顶面搭设的工字钢分配横梁。

第三步，利用汽车吊与绳索扣住支架钢管上部2/3处位置，并割除钢管根部。

第四步，汽车吊起吊钢管支墩，放置在桥面上（对于高支架则采用2 台25t 汽车吊分层切断支架后抬吊放倒支架，即先将切开的支架片体吊装移出拱肋位置，然后吊装支架顶部的吊车松吊钩、同时吊装支架底部的吊车升吊钩，待支架呈平面卧放姿势时，最后将支架放置在桥面上进行肢解拆除）。

由于支架高度较高、尺寸较大，同时考虑到支架拆除时的安全性与便利性，支架拆除前先将1 个完整的拱肋支架，切割成若干个重量不大于5t 的片体，进行分批吊装拆除。支架拆除时采用2 台25t 汽车吊进行作业。

3 临时支架施工注意事项

钢管格构支架施工时应严格控制其质量，拆除时应保证安全，特别是钢管桩拔除时，应确保其整根拔出并做好拔除困难的应对措施。临时支架施工注意事项如下：

一是钢管支架平面、标高符合施工方案要求。

二是钢管支架原材料采购，必须符合国家相关规范要求。

三是钢管接长施工焊接人员，必须持证上岗。每道对接焊缝在环口处焊接完成后，再在焊缝四周设置补焊。所有焊缝必须焊接饱满，杜绝气孔、夹渣等情况出现。

四是钢管应采用多层焊，焊完每层焊缝后，应及时清除焊渣，并做好外观检查，每层焊缝的接头应错开。

五是连接系由后场进行切割，切割尺寸按现场尺寸进行下料。连接系焊接应为多层焊接，焊接应保证质量。连接系安装应确保其位置准确无误，保证钢管格构支架的整体质量。

六是分配梁安装前，应测量工程师进行轴线测量，方可开展分配梁安装施工。

七是为确保支架受力状况符合施工方案，临时钢管格构支架施工完成后，对支架进行下列检查：支架立柱的垂直度不超过0.8%H（H 为柱高），同时不超过50mm；支架顶部的工字钢横梁顶面必须保持水平，高差不得超过10mm。

八是由于桥面系钢梁为纵横梁体系，在支架设置时，钢管桩均布设在桥面系纵横梁网格中，拔桩时可采用汽车吊配合振动锤直接拔除；钢管桩拔除后，对拔出的钢管桩长度及桩尖进行检查，确保钢管桩整根拔出。

九是考虑施工多种因素影响，若钢管桩拔除困难，可采用水下液压切割或水下绳线切割法处理，先用挖泥船将钢管桩周围的泥土挖至河床以下1.0～2.0m，再拆除水面以下的钢管桩，控制残余钢管桩顶部高程在河床以下。

4 结语

临时支架的优化设计及搭设施工，不仅克服了现有芜申运河航道种种复杂不利条件，也降低了对引桥的施工影响，大大缩短桥梁的建设工期，在保证提篮拱施工质量的同时，节约了大量临时钢材的投入，达到了预期的效果。随着我国上跨运河航道桥梁工程的发展，钢结构桥梁数量与日俱增，分段吊装的安装方案将会被越来越多的工程所采用，临时支架的设计施工不仅为大跨度钢结构桥梁的建设提供了充分的安全保障，降低了种种不利因素的影响，还可以缩短桥梁的施工周期，能作为一种优质的施工方法应用到工程中。本文通过对宗村大桥临时支架施工工艺的论述，为以后的临时支架设计施工优化提供参考。