鋼結構橋梁Y 形墩上拉式自平衡支架施工技術

錢 利，葉思雨，徐山山，李 明

（浙江中天恒筑鋼構有限公司，浙江 杭州 310008）

1 工程概況

常山縣濱江一期人行景觀橋采用四跨鋼結構連續箱梁，跨徑布置為（42.0+70.5+70.5+42.0）m，其中1～3 號橋墩采用Y形墩，并與主梁剛接，基礎采用樁接承臺，如圖1 所示。

圖1 常山濱江一期人行景觀橋效果

Y 形橋墩支墩部分橫向寬3.8～7.0m 漸變，高約7.0m。干墩部分縱橋向寬2.3m，橫橋向寬3.8m，高約8.1m。橋墩內部結構為單箱四室結構，配置鋼筋，灌注自密實混凝土，Y 形橋墩深化模型如圖2 所示。

圖2 Y 形橋墩深化模型

2 常規施工方案

2.1 常規支撐架構造

常規Y 形橋墩施工方案為鋼管樁貝雷片滿堂支架或鋼管樁支撐架[1-2]。鋼管樁貝雷片滿堂支撐方案為鋼管樁支撐，搭設滿堂貝雷架施工（見圖3）。鋼管樁支撐架方案是將鋼管打入河床，在水位以上采用H 型鋼將鋼管樁焊接為臨時支撐架[3-4]，如圖4 所示。

2.2 常規施工方案中存在的問題

圖3 鋼管樁貝雷片滿堂支架

圖4 鋼管樁支撐架

本工程橫跨常山港，水位深度達6m，且該河段河床起伏大，河床上的卵石層及巖層等地質情況復雜，采用常規鋼管樁支架穩定性極差，存在安全隱患，且采用水中搭設支架工期長、投資成本較高。因此，亟須一種安全性較高、成本較低的Y形支墩施工技術解決以上常規施工方案中存在的問題。

3 Y 形墩上拉式自平衡支架施工方案

為保證支架搭設施工安全和施工質量，降低支架搭設成本，加快施工進度，本工程采用自平衡施工支架進行Y 形鋼構墩安裝，如圖5 所示。

圖5 自平衡支架構造

3.1 自平衡支架原理

自平衡支架主要工藝原理為利用支架與Y 形鋼墩干墩的抗拉、抗彎性能確保Y 形鋼墩安裝的順利進行。

3.1.1 水平分力和豎向力平衡

Y 形鋼墩安裝過程中，由于支墩為傾斜結構，安裝過程中在自重的作用下會產生較大的水平分力和豎向分力，需采用相應的結構抵抗水平和豎向分力，從而保證整個結構在施工過程中的安全性。通過設置自平衡支架，將安裝過程中產生的水平分力通過自平衡支架的上部桿件進行平衡，產生的豎向力通過自平衡支架的豎向桿件傳給墩座。

3.1.2 彎矩平衡原理

在安裝Y 形墩第1 片支墩時，其傾斜構造將對自平衡支架產生力矩，從而在支架與墩柱連接處產生彎矩。為保證彎矩順利傳遞，自平衡支架的中心鋼立柱與墩柱采用焊接方式連接，為保證安裝質量，焊縫應達到一級焊縫要求。支架結構及剛接節點可平衡產生的彎矩，從而確保Y 形鋼墩安裝的安全穩定性。

3.2 鋼結構Y 形橋墩施工工藝流程

鋼結構Y 形橋墩施工工藝流程如圖6 所示。

圖6 Y 形橋墩施工工藝流程

3.3 自平衡支架設計與驗算

支架在設計與驗算過程中，主要考慮如下2 種不利工況：工況1 為單側支墩安裝好吊機脫鉤后；工況2 為雙側都安裝好脫鉤后，如圖7 所示。根據不同工況建立相應計算模型，以確定支架所用型鋼截面、尺寸等各項數據，確保支架滿足施工要求。

圖7 不同工況下的計算模型

3.4 自平衡支架現場安裝

首先進行鋼橋干墩施工，如圖8 所示，干墩安裝完成后進行支架安裝的測設，分別將經緯儀架設于2 個控制點上，用角度前方交匯法確定各臨時支架的中心位置，用極坐標法確定支架中心線，通過所測得的數據確定支架的安裝位置。

根據測量放樣設置的中心點進行自平衡支架的安裝（見圖9），因自平衡支架與墩柱剛接位置為抗彎節點，也是豎向承載力的支撐點，剛接位置的焊接質量必須達到一級焊縫要求。在焊接前，先處理原墩座的底漆、雜物等，確保焊接質量[5]。自平衡支架安裝過程中的控制要點為垂直度控制，使用全站儀校正法進行控制。

圖8 鋼橋墩干墩安裝

圖9 自平衡支架安裝

3.5 Y 形墩安裝

1）試吊 對于大件起吊一般先進行試吊，將吊件吊起100mm，檢查起重機各部位有無異常、吊件狀態是否與預想一致（是否存在傾斜、刮碰等）及檢查吊具有無異常，保持10min 后放下，準備好后進行再次起吊，檢查無誤后方可進行支墩吊裝。吊裝過程設專人統一指揮，2 臺起重機協調作業，為保證吊裝作業平穩進行，吊裝起升速度宜控制在3m/min 以下。

2）現場吊裝 將一側鋼支墩吊裝就位后，通過倒鏈調整斜度，焊接鋼支墩與支架、鋼支墩與鋼橋墩，焊接完成后脫鉤，如圖10 所示，用同樣方式安裝另一側鋼支墩。

圖10 一側支墩安裝

3）吊裝過程中的測量與校正 支墩吊裝至既定位置后，若位置與設計位置存在誤差，需對吊裝位置進行細部精確調整，調整按照先平面再高程的順序進行，細部精確調整可通過在墩座、箱梁上設置錨固點以及在鋼梁頂板上焊接受力點安裝手拉葫蘆完成細部精確位置的調整。

3.6 自平衡支架拆除

待Y 形墩檢測合格后，拆除自平衡支架。臨時支撐從上往下進行拆除，先將支架卸載，再將臨時支架分塊或整體進行拆除。

4 技術經濟分析

根據項目實際情況，對比分析不同支撐架方案的經濟效益，如表1 所示，由此可知自平衡支架安裝Y 形鋼墩方案施工成本較低，工期短，效益顯著。

表1 不同方案經濟效益分析

5 結語

Y 形墩上拉式自平衡支架在施工中的運用具有以下優點。

1）將常規支撐支架簡化為單個自平衡支架，簡化支架形式，受力明確，減少施工工序，施工方便，操作簡單。

2）利用自平衡支架的方式施工，降低支架結構搭設高度，節約支架材料，同時，自平衡支架也可在工廠內制作完成后直接進行現場安裝，加快施工進度，提高支架穩定性，消除安全隱患，確保施工質量。

3）自平衡支架借助自身支架的穩定性確保Y 形鋼墩安裝符合設計及規范要求，利用監測監控指導施工，動態修正施工方法和測量參數，確保施工安全、快速。