烏蘭木倫河3號橋超高鋼管支架體系加工探討

林仁 蔣逸謙 王凱

作者簡介：

林 仁（1989—），工程師，主要從事高速公路、市政基礎設施項目管理工作;

蔣逸謙（1996—），助理工程師，主要從事橋梁施工安全管理工作;

王 凱（1997—），助理工程師，主要從事橋梁施工測量管理工作。

文章以烏蘭木倫河3號橋工程為例，介紹了超高鋼管支架在雙飛翼拱橋施工過程中的應用工藝。通過支架基礎、設計加工、制造安裝、質量控制等方面對超高鋼管支架體系的加工制造進行分析，制作出安全性能高、結構簡單、受力穩定、實用性強的鋼管支架，減少了高空作業，提高了施工的質量和效率，節省了施工成本，可為大型橋梁中的超高鋼管支架體系的加工制造提供經驗借鑒。

橋梁;超高;鋼管支架體系;加工制造

U443A260883

0 引言

鋼管支架在公路橋梁的施工中發揮著重要的作用，具有變形量小、剛度和強度大、結構簡單、可反復利用等優點，是確保工程順利完成的重要條件[1]。

由于施工的地形、難度、成本等因素的不同，施工單位會結合具體情況選擇不同類型的鋼管支架[2-3]。但已有的鋼管支架施工工藝在焊接質量、垂直度控制、吊裝安全等方面存在眾多質量安全隱患，極大阻礙了鋼管支架法在大型、超高橋梁架設中的應用。本文以烏蘭木倫河3號橋為例，詳細介紹了超高鋼管支架的加工制造，為同類型橋梁鋼管支架施工提供寶貴經驗。

1 工程概況

烏蘭木倫河3號橋是國內首座雙飛翼景觀特大橋梁，跨徑布置為（5+74+200+64+5） m，屬于中承式復式鋼箱拱橋，橋面變截面寬度為42～65 m。橋梁上部主拱結構為飛翼式鋼箱拱，橫橋向向道路中心線外傾斜17 ℃，順橋向最大角度為57°，副拱結構為內傾式鋼箱拱，橫橋向向道路中心線內傾45 ℃，順橋向最大角度為18°，采用超高空間異形支架體系作為臨建結構，輔助完成鋼箱梁、鋼箱拱的吊裝。本文從相貫線切割、胎架制作、支架安裝等方面介紹鋼管支架的加工制造。

2 材料選取

鋼管支架作為橋梁支撐的臨建結構，要求具有良好的塑性和焊接性能，成型能力好，并具有一定的強度。而Q235B有一定的伸長率、強度，良好的韌性和鑄造性，易于沖壓和焊接[4]，廣泛用于一般機械零件的制造，主要用于建筑、橋梁工程上對質量要求較高的焊接結構件，且價格相對便宜，實用性高。從性價比的角度出發，采用Q235B鋼材作為鋼管支架材質。

鋼管立柱根據本項目實際情況選用529 mm鋼管，為壁厚9 mm、長12 m的直縫鋼管;主梁支架橫聯與斜撐選用152 mm，壁厚6 mm的直縫鋼管;主副拱支架橫聯與斜撐選用180 mm，壁厚5 mm的直縫鋼管。

3 支架基礎

（1）支架基礎采用直徑為1.3 m的樁基礎，并采用C30混凝土澆筑，樁基需埋入持力層。以全部主拱自重、全部副拱自重、支架自重以及百年一遇風荷載的共同作用下為最不利工況，由地質勘探報告可知現場不同類別地下土的地質情況，再由Midas Civil軟件計算得出拱肋支架的支座反力，對支架基礎分別進行相應的抗壓及抗拉承載力驗算，綜合以上因素得出各樁基長度。

（2）樁基混凝土施工時，在樁基口計算好位置，然后呈十字形架設好兩道槽鋼，在混凝土未凝結時將預埋鋼管用吊車吊住垂直插入混凝土中，鋼管與兩道槽鋼牢牢卡住，使鋼管管口中心點與樁基口中心點重合，并在鋼管頂放置水平尺，在預埋過程中進行微調，始終讓鋼管保持水平狀態。鋼管預埋深度為1.5 m，緩慢下落達到預埋標高，在鋼管與槽鋼之間點焊進行臨時固定，待混凝土凝結之后，割下槽鋼，取下吊鉤，鋼管預埋完成。

4 相貫線切割

鋼管支架的安裝搭設采用相貫線工藝，利用模具對鋼管進行下料，為后續兩個構件進行緊密連接做前序加工。支架斜撐與主副拱立架角度為45°，橫聯與立架呈90°。針對這兩種情況，根據橫聯與斜撐的鋼管管徑大小、角度等計算出兩種模具的形狀。施工時，模具與鋼管之間緊密貼合，由作業人員沿著模具在鋼管上進行劃線，根據劃線進行氧割，至此完成鋼管支架的相貫線切割。

5 胎架制作

5.1 單片支架胎架

對單片鋼管支架進行預制，首先進行相應胎架的制造。胎架采用16#工字鋼進行制作，采用C20混凝土對場地進行硬化，直至滿足荷載要求。硬化時根據設計圖紙的距離尺寸預埋鋼板，地面預埋鋼板與胎架支腿進行焊接，每道胎架共4道支腿，支撐上方的胎架平臺。平臺距離地面30 cm，兩側設置擋板防止鋼管左右位移滑落，胎架之間的間隔為1.5 m。胎架制作過程中，由測量人員進行測量標高，使胎架支撐平臺始終處于同一水平面。胎架制作完成后，對胎架的水平度進行復核，確保胎架始終處于整體受力中，如圖1所示。

5.2 整節段支架胎架

搭設好下部鋼管支架時，為了接高需要，采用預制整節段鋼管支架的方法進行安裝接高。利用相鄰兩個鋼管支架間隙位置，制作胎架，將預制好的整節段鋼管支架平放在此胎架上進行存放。胎架采用25#工字鋼進行制作，在相鄰兩個鋼管支架的立架上各焊接一道1.5 m長的工字鋼，下方設置45°牛腿進行斜撐，上方焊接兩道工鋼對此相鄰的鋼管支架進行連接，以此保證同時均勻受力，頂面設置6 mm厚的防滑鋼板進行滿鋪，另一側以同樣的方法設置胎架。胎架制作完成后，由測量人員進行測量標高，使胎架頂面都處于同一水平面。

6 支架安裝

支架安裝分為整片安裝和整節段安裝兩個步驟，整片安裝結束后組合成整節段鋼管支架，再預制安裝整節段鋼管進行接高。

6.1 單片支架安裝

（1）安裝下部鋼管支架時，在胎架上完成兩根鋼管之間橫聯、斜撐的焊接固定工作。根據設計圖紙切割截取兩根鋼管的長度并在胎架上對齊，橫向間隔為3.5 m，兩根鋼管之間每豎向間隔4 m焊接一道橫聯，兩道橫聯之間焊接一道斜撐，斜撐從下至上呈之字形。至此，單片支架的預制工作完成。

（2）安裝單片支架時，先由吊車垂直抬起單片支架20～30 cm，使支架移動至樁基處，再緩慢下降，將支架的兩根鋼管底部與樁基預埋鋼板吻合，在預埋鋼板與支架之間焊接碼板進行暫時固定，再用二保焊對鋼管底部進行滿焊，另一片支架采取同樣的方式固定，最后在兩片支架之間焊接橫聯、斜撐，行成一個矩形，下部鋼管支架安裝完成。

6.2 整節段支架安裝

（1）安裝完下部支架后，為了減少高空作業，預制好單片支架后，將單片支架放在整節段支架胎架的一側上，支架底部用碼板、加勁板連接至胎架頂面固定，另一側以同樣方式固定，存放在胎架上的兩片支架中間用橫聯斜撐焊接，完成上部支架的預制工作。

（2）安裝整節段支架時，將整節段支架吊裝至下部支架頂面，對齊上下支架的四根鋼管，作業人員通過上下樓梯與作業平臺移動至下部支架頂面，先用碼板暫時固定上下支架，最后焊接上下鋼管支架的接觸面。

7 鋼管支架操作平臺

7.1 平臺設計

鋼管支架每隔3.5 m設置安全操作平臺。按照標準化進行制作，平臺為規則矩形，底部采用3 mm花紋板進行滿鋪，臨邊按規范設置防護欄桿與擋腳板。上下平臺之間設置人員樓梯，焊接角鋼作為樓梯扶手，樓梯口進行三面防護。所有的安全設施均噴涂紅白警示色，使施工重要部位一目了然。

7.2 實施效果

鋼管支架操作平臺規范、標準，警示效果強，有效提高了作業人員在搭設過程中的安全性，同時也為檢查人員上下支架提供便利。

8 支架驗收

8.1 質量驗收

因鋼管支架立管與樁基預埋鋼板、上部鋼管支架與下部鋼管支架、立管與橫聯斜撐之間的接觸部分需要進行焊接，焊接過程須嚴格控制焊接質量，焊縫長度應≤3 mm，且不得出現裂紋、焊瘤、氣孔、咬邊、夾渣、電弧擦傷等問題。所以每次支架搭設完成后，應由技術部牽頭，組織質檢部、工程部、安全部聯合進行驗收，并如實填寫驗收表，發現問題及時整改完成，待各部門簽字確認后，方允許進行下一步工序。

8.2 垂直度驗收

支架預制過程中，通過測量標高保證鋼管支架立管處于同一水平面，并在預制完成后、吊裝作業前再進行測量標高，確保單片支架未因自重關系而造成彎曲現象。因支架高度過高，采用垂直檢測尺測量垂直度準確性不高，故采用鉛垂法進行測量。單片支架架設時，在未完全固定時，從頂部放線，下方懸掛重物，線與支架頂部距離為20 cm，再量出底部支架與線的距離，以此方法測量對角兩根立管的垂直度，并在垂直度滿足要求時進行焊接固定工作。

9 支架預壓

（1）為驗證臨時墩柱的穩定性，在吊裝鋼箱拱前進行支架預壓試驗。支架預壓采用混凝土預制塊進行預壓。預制塊采用（0.6×0.6×1.2）? m的規格，并在預壓塊頂部設置吊環，方便吊裝。

（2）考慮到支架可能發生變形最大位置為格構柱樁頂橫梁，所以對于橫梁跨中位置和端頭，各設置1個觀測點。項目測量工程師采用電子水準儀，基于國家高程系統一站式觀測，采用后-前-后的觀測順序，測3次取平均值，讀數精確至0.1 mm進行記錄。預壓分4次加載。為盡可能符合實際，預壓將模擬梁體重量分布情況進行加載，如圖2所示。預壓主要采集以下數據：①臨時墩柱沉降;②樁頂橫梁撓度情況;③臨時墩側向變形;④臨時墩整體變形。詳見圖2。

10 結語

本文以烏蘭木倫河3號橋超高鋼管支架的支架基礎、相貫線切割、胎架制作、支架安裝、質量控制為例，通過對整個體系的加工制造過程的分析得知：

（1）利用模具提高鋼管下料的質量和效率，確保了鋼管支架的相貫線施工質量，利用胎架制造提高鋼管支架的垂直度。

（2）鋼管支架單片加工制作及吊裝，相對于單根鋼管吊裝，提高了施工的質量和效率;鋼管支架整節段加高，減少了高空作業，提高了施工安全性和工效，節省了施工成本。

（3）鋼管支架驗收制度，能有效控制鋼管搭設質量，從根本上確保體系結構安全。

[1]李 偉.鋼管支架在公路橋梁施工中的應用[J].管理觀察，2011（14）：166.

[2]呂敬錢.鋼管柱+貝雷梁支架在艱險地形站臺梁及救援通道施工中的應用[J].城市建筑，2019，16（21）：160-162.

[3]管 濤.復雜地形條件下T型剛構現澆支架設計與施工[J].交通世界：建養，2012（1）：142-143.

[4]李雨森，楊躍輝，李 敬，等.冷卻工藝對Q235低碳鋼組織及性能的影響[J].鑄造設備與工藝，2017（3）：48-50.

[5]趙凌云.淺談焊接結構件加工制造的質量控制[J].門窗，2014（7）：261.