橋梁施工中超高鋼管樁支架應用研究

鄭閩

（德興市交通運輸局，江西德興334200）

0 引言

超高鋼管樁支架搭設作為一個系統性的工作，在搭設環節要按照橋梁工程的施工標準，做好鋼管樁支架的施工控制。同時，對涉及的技術要點進行管控，這樣才能夠發揮鋼管樁支架的作用，滿足橋梁項目的建設要求。

1 工程概況

某大型鋼構橋梁項目的長度為570m，其處于當地的重要交通要道上，且大部分橋梁主體結構在彎道位置上，5年一遇洪水時水位為3.66m，漲潮后水深達到1～5m 之間。該橋梁結構設計為5 聯的形式，全部采用鋼架結構設計。橋面中間寬度為8.5m，厚度為1.25m，翼緣板結構部分的寬度尺寸為2.35m。

2 鋼管支架設計

在鋼管支架設計環節，為保證橋梁基礎工程的穩定性，針對鋼管支架應選擇鋼架立柱、工字橫梁、鋼管進行組合。由于鋼管支架的穩定性關系到工程的運行效果和質量，為確保工程的質量符合要求，應加強現場施工管控，以保證鋼架橋梁結構性能合格。根據目前的國家標準和行業規范分析，具體遵循如下標準要求進行[1]。

其一，模板的制作使用材料是厚度為15mm 的竹膠板與2 層木方結構。上層的木方結構沿著橋梁的方向進行設置，下層木方則采取橫向的方式進行設置，使其能夠在頂托結構位置上安裝。

其二，在分配梁設置環節，需要把短鋼管扣件式鋼管安裝到固定位置，按照設計要求進行橫向間隔距離的設定，該項目中設定為0.6m 即可。

其三，分配梁使用槽鋼進行制作，墩身加腋區分配梁部分應該設定間隔距離為0.5m。

其四，貝雷支架結構按照性能進行設定，間隔距離為0.9m 即為合格。

其五，橫梁與立柱的設置。根據工程的設計方案，采用雙拼槽鋼設定為橫梁結構，鋼管柱的結構尺寸為478mm×10mm，直接設定在承臺結構上。中橫梁直接打入到土層結構內，使用90t 的鐵錘進行打入施工，單根結構達到670.7kN 的最大承載性能標準要求[2]。

在豎向支撐結構制作時，主要采取4 根鋼管柱進行連接，相關結構設置的間距為3.4m 以內，同時針對順橋設置需要按照2 排結構的設置方式進行，中跨間距要設定為16.41m，邊跨間距設置為11.69m。此外，在臨近橋墩結構位置要設置一排4 根鋼管柱，使其能夠直接搭設在承臺結構位置上。邊跨中間部位上應用1 排鋼管柱，中跨則設定為2 排，中橫梁結構直接打入土層結構內，保證承載性能完全滿足工程的運行標準。在鋼管立柱頂部需要放置兩根橫向的梁體結構，立柱布置20 根橫向連接結構，把間距為90cm 的貝雷梁兩兩連接，保證結構形成整體，確保結構性能完全符合標準要求。上述的貝雷架全部安裝施工結束后，將16 號工字鋼鋪設到貝雷架的結構上，然后再進行鋼管支架的安裝施工，模板材料后竹膠板為厚度1.5cm即可。根據需要鋼管縱向跨中間隔距離設定為60cm，加腋區在設計時，保證間隔距離為50cm。承臺位置上的鋼管支架應用高強度螺栓進行連接，保證結構連接效果合格，制作形成立柱基礎形式[3]。

3 施工技術

3.1 鋼管柱振沉及安裝

3.1.1 鋼管樁下沉施工環節，主要應用懸打施工方式進行下沉作業。在打擊施工環節，施工設備為DZ90 振動錘與55t 履帶式起重機配合使用，應用履帶式起重機安裝懸臂導向支架進行鋼管樁基礎的打入施工，保證樁位和樁體結構符合技術標準要求，開啟振動錘的裝置將其下沉到規定部位上，確保不出現質量問題。

3.1.2 沉樁施工階段，做好施工環節的管控。在沉樁時，可以通過結構的自重進行下沉，同時吊裝振動樁錘直接進行樁頂的錘擊處理。在現場施工階段，根據設計樁長的標準，通過貫入法同時進行現場施工作業。鋼管樁下沉作業環節，保證位置和深度都符合要求，中途的停止時間不能過長，避免樁周邊土恢復到正常的狀態，否則將會導致下沉作業施工難度升高。連續性振動施工的時間不能過短，如果太短，則會造成土體結構的破壞，產生嚴重的質量問題。但是振動時間也不能太長，否則容易導致振動錘結構發生損傷。結合不同土質條件狀況，考慮到不同設備的運行情況，在正式施工前，必須進行反復的試驗分析，總結經驗教訓，從而確保合適的振動時間。目前，振動時間在10～15min 是合格的，貫入度為5cm/min。在施工的環節，要保證振動錘夾緊樁頭，不發生松動、間隙過大的問題，否則會造成無法向下傳輸振動力，導致振動效果降低。如果發現樁頭變形或者損壞的問題，應該立即修復處理。為了保證施工環節樁身達到穩定標準，需要先進行懸臂導向支架的固定處理。在施加外力作用下，保證導向支架沒有發生偏移等問題，保證樁身結構沒有形成過大的拉力或者扭矩超出規定范圍的情況。在工作人員進行現場的測量與定位時，打樁應做好垂直度方面的監測，保證樁體結構的標高符合要求。如果鋼管樁下沉作業環節發生傾斜的問題，應該及時校正，間隔1～2min 就要停止一次進行檢測，保證垂直度合格時再繼續進行施工。全部設備準備完成后，通過振動錘進行鋼管插打處理。鋼管樁之間連接采用焊接方式，通過滿焊的方式進行連接，各個加勁板的焊接也非常重要，應嚴格遵守焊接工藝要求，保證結構厚度達到標準，同時對鋼管樁焊接部位進行全面質量檢查，如果沒有達標，禁止進行后續施工[4]。

3.2 焊接安裝承臺鋼管樁

在施工環節，當承臺樁基工序完畢以后，即可進行鋼管樁的安裝與焊接。一般而言，在鋼管樁焊接安裝時選擇的鋼板厚度為1.2cm，規格為50cm×50cm。在鋼管結構的安裝施工作業開始前，首先需要應用GPS 設備進行放樣測量和控制，保證達到設計方案的標準要求。通過焊接方式連接鋼管的過程中，應嚴格控制對接的精度，鋼管結構的傾斜度在0.1% 以內。每4m 的高度要進行結構的連接，并且保證各個結構部分的連接性能合格，應用16 號槽鋼進行連接，且對平面墩身和設置的抗傾覆抱箍進行穩定連接，形成性能良好的整體結構，保證穩定性達到標準要求。根據施工工藝標準要求，在鋼管柱的頂部應用鋼板和橫梁進行連接，確保結構穩定性達標。

3.3 大橫梁

選擇2 根I40a 作為大橫梁，如圖1所示進行焊接。

圖1 鋼管柱頂大橫梁

3.4 安裝貝雷片

橫梁和鋼管柱安裝施工全部結束后，要做好全面檢查，驗收符合要求后即可進行貝雷片的吊裝施工。如果施工條件滿足要求，起重機吊裝噸位也達到標準要求，可以先進行貝雷片的拼接施工，然后進行整聯雙排結構的吊裝施工；如果現場環境空間較小，且貝雷片的長度較長，起重機或者塔式起重機并不能直接吊起出來，需要將貝雷片縱向分割成多個結構形式，采取分跨拼裝的作業方式。在安裝貝雷片的過程中，先嘗試對中間結構進行吊裝作業，然后再對兩側結構的貝雷片進行吊裝作業。吊裝工作結束后，按照施工工藝的標準要求進行連接，橫向結構采取角鋼連接的方法，保證橫向結構的性能符合要求。吊裝作業必須有現場人員指揮管理，使下落與吊裝達到穩定性標準，不會給其他結構產生沖擊和影響。在貝雷片的安裝工作結束后，將槽鋼材料直接鋪設到貝雷片上，然后使用鋼管支架進行連接，橫向的間隔距離符合要求，縱向間隔距離設定為60cm。

3.5 支架預壓

該工程項目應用的是整體預壓施工方法，結合橋梁的重量分部設置，在梁跨載荷相同條件下將水袋放置在支架模板上。在施工前要做好現場梁跨荷載的計算分析，且根據工程的實際情況定制符合現場施工需要的水袋，確保施工順利進行。在預壓作業開始之前，要結合實際情況，在現場設置測量定位點，準確測量標高尺寸和數據信息，以便準確掌握現場的沉降變化情況。在進行測量控制點布設時，需要按照橋梁間距為2m 的位置布設一排測點，并且每排要布設4 個監測點。在支架預壓過程中，加載力達到50%～100%以后，需要對兩次的標高參數進行測量，待加載荷載達到100%以后，再進行24 小時靜載，即可進行各個點標高的檢測。如果預壓荷載達到100%，且保持24h 后沉降量較小，則表示支架和地基沉降施工已經全部完成；如果還要持續性施壓，應該在檢測合格后才能停止施工。支架每日的沉降量不能超過2mm，不包含測量誤差。通常來說，梁跨預壓施工的時間為3d。在卸壓工作結束后，要做好各個點的標高處測量工作，從而計算出路基與支架結構的彈性變形量參數。通過卸壓之后的標高減去持續性荷載作用之下的標高，獲取總沉降量參數，從而獲得地基與支架結構變形量參數。在整個預壓工作全部完成后，結合測量參數的結果進行頂托調節，保證支架的標高符合現場施工工藝技術標準。根據實際情況分析，支架預壓施工能夠保證沉降量處于合理的范圍內，沉降參數達到標準要求，結構使用性能合格，對于今后的橋梁運行穩定性、安全性提升都有非常重要的作用。所以，加強支架預壓施工管控，對于提高橋梁質量水平有重要作用。

3.6 支架拆除

鋼管支架的拆除環節也非常重要，一般分為整體拆除與構件支架拆除兩個部分。整體支架的拆除方式，需要按照梁底至托架整體、臨近墩立柱整體、跨中立柱整體的順序逐步進行施工。該橋梁項目的鋼管支架結構在具體的施工中，應根據現場施工要求，選擇合適的設備，做好各個結構部分的性能檢查，且槽鋼平面要按照鋼板墊塊的結構形式，達到拆除施工的標準和要求。動滑輪直接懸掛在穿越橋面橫梁的預埋空洞吊桿上，卷揚機經過定滑輪以及動滑輪的形式且應用φ18mm 的鋼絲繩實現整個支架鋼材結構的吊放作業。在現場需要配置3 根卸載橫托梁，每一根梁體的尺寸長度為18.0m，橫向設置在現澆梁底與橋梁相距的5m、15m、25m 的位置上，同時將底部支架分為四個節段，利用鋼絲繩與定滑輪、動滑輪以及安裝在橋面上卷揚機起吊橫托梁的形式，起吊點根據13.0m的間隔距離設定在橫托梁兩側的3.0m 位置上。鋼管樁支架拆除作業之前，使該結構和混凝土實現完全分離。松開支架的底部部分，可以設置調節頂托，在底模結構完全離開底部結構間距為20cm 之后，可以開啟卷揚機，并將鋼絲繩預緊處理，確保和支架整體是緊密貼合的狀態。把橫托梁到箱梁底部的整體與橫托梁的連接螺栓拆除后，可通過卷揚機設備將橫托梁頂部到箱梁結構提升約15～20cm 的間距，然后應用精軋螺紋鋼實施固定處理。整體拆除跨中和靠墩立柱之后，將精軋螺紋鋼拆除掉，利用卷揚機按照1.0m/min 的速度將橫托梁直接移動到橋底位置上，每次下放0.5m 的高度，之后暫停作業，進行整個結構的傾斜度檢查，了解鋼絲繩的工作狀態，無任何問題即可進行下放作業。所有的構件拆除施工都是在橋底地面上進行，且從兩側到中心的順序逐步下放。所有支架的結構部分都是在橋底地面上進行，且從兩側到中間依次拆除；貝雷梁結構應用臨時支撐固定之后從一側到另外一側進行拆除作業。連接部件拆除工作結束后，固定吊車將臨時支撐拆除掉，不會對結構性能造成影響[5]。

4 施工質量控制要點及結果驗算

從此次的橋梁工程實際情況分析發現，設計為互通立交匝道的超高鋼管樁，其鋼架結構設置的高度達到75m，在鋼管樁的焊接作業環節，需要應用2 臺經緯儀進行加強鋼管立柱的垂直性檢測，保證偏差限定在5.0cm 以內。根據規范和設計標準要求，有效控制鋼管樁焊接質量，且每一次焊接完畢后，都應進行質量檢測。混凝土澆筑施工開始前，要做好各個部分的全面檢查，符合受力條件要求，如果存在問題應立即糾正。結合現場施工地形地貌條件，做好鋼管樁支架基礎結構形式的選擇，保證結構的性能合格，且確保下臥巖石結構達到完整性標準，基礎結構的安全性達標。為了使得超高鋼管樁的支架結構完整性滿足要求，應適當增加縱橋向鋼管樁的間距。此次橋梁工程中，支架驗算結果如表1所示。經過數據分析，發現該橋梁的總體性能合格，完全符合工程的施工標準要求。

表1 支架驗算結果

5 結語

在橋梁施工中，超高鋼管樁支架形式已經廣泛應用，但是仍然有很多因素會影響結構的性能和質量，施工難度也較高。因此，按照項目要求，做好施工方案的合理選擇和施工質量控制，對于橋梁運行總體效果的提升起到一定的促進作用，也會保障交通運行的安全性與穩定性。