林仁 蔣逸謙 王凱

作者簡(jiǎn)介：

林 仁（1989—），工程師，主要從事高速公路、市政基礎(chǔ)設(shè)施項(xiàng)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(cè)量管理工作。

文章以烏蘭木倫河3號(hào)橋工程為例，介紹了超高鋼管支架在雙飛翼拱橋施工過(guò)程中的應(yīng)用工藝。通過(guò)支架基礎(chǔ)、設(shè)計(jì)加工、制造安裝、質(zhì)量控制等方面對(duì)超高鋼管支架體系的加工制造進(jìn)行分析，制作出安全性能高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、受力穩(wěn)定、實(shí)用性強(qiáng)的鋼管支架，減少了高空作業(yè)，提高了施工的質(zhì)量和效率，節(jié)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(jīng)驗(yàn)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(fā)揮著重要的作用，具有變形量小、剛度和強(qiáng)度大、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可反復(fù)利用等優(yōu)點(diǎn)，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(huì)結(jié)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(zhì)量、垂直度控制、吊裝安全等方面存在眾多質(zhì)量安全隱患，極大阻礙了鋼管支架法在大型、超高橋梁架設(shè)中的應(yīng)用。本文以烏蘭木倫河3號(hào)橋?yàn)槔?，詳?xì)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(jīng)驗(yàn)。

1 工程概況

烏蘭木倫河3號(hào)橋是國(guó)內(nèi)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(fù)式鋼箱拱橋，橋面變截面寬度為42～65 m。橋梁上部主拱結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)為內(nèi)傾式鋼箱拱，橫橋向向道路中心線內(nèi)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(jié)構(gòu)，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(jié)構(gòu)，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(qiáng)度。而Q235B有一定的伸長(zhǎng)率、強(qiáng)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(jī)械零件的制造，主要用于建筑、橋梁工程上對(duì)質(zhì)量要求較高的焊接結(jié)構(gòu)件，且價(jià)格相對(duì)便宜，實(shí)用性高。從性價(jià)比的角度出發(fā)，采用Q235B鋼材作為鋼管支架材質(zhì)。

鋼管立柱根據(jù)本項(xiàng)目實(shí)際情況選用529 mm鋼管，為壁厚9 mm、長(zhǎng)12 m的直縫鋼管;主梁支架橫聯(lián)與斜撐選用152 mm，壁厚6 mm的直縫鋼管;主副拱支架橫聯(lián)與斜撐選用180 mm，壁厚5 mm的直縫鋼管。

3 支架基礎(chǔ)

（1）支架基礎(chǔ)采用直徑為1.3 m的樁基礎(chǔ)，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(fēng)荷載的共同作用下為最不利工況，由地質(zhì)勘探報(bào)告可知現(xiàn)場(chǎng)不同類別地下土的地質(zhì)情況，再由Midas Civil軟件計(jì)算得出拱肋支架的支座反力，對(duì)支架基礎(chǔ)分別進(jìn)行相應(yīng)的抗壓及抗拉承載力驗(yàn)算，綜合以上因素得出各樁基長(zhǎng)度。

（2）樁基混凝土施工時(shí)，在樁基口計(jì)算好位置，然后呈十字形架設(shè)好兩道槽鋼，在混凝土未凝結(jié)時(shí)將預(yù)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(diǎn)與樁基口中心點(diǎn)重合，并在鋼管頂放置水平尺，在預(yù)埋過(guò)程中進(jìn)行微調(diào)，始終讓鋼管保持水平狀態(tài)。鋼管預(yù)埋深度為1.5 m，緩慢下落達(dá)到預(yù)埋標(biāo)高，在鋼管與槽鋼之間點(diǎn)焊進(jìn)行臨時(shí)固定，待混凝土凝結(jié)之后，割下槽鋼，取下吊鉤，鋼管預(yù)埋完成。

4 相貫線切割

鋼管支架的安裝搭設(shè)采用相貫線工藝，利用模具對(duì)鋼管進(jìn)行下料，為后續(xù)兩個(gè)構(gòu)件進(jìn)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(lián)與立架呈90°。針對(duì)這兩種情況，根據(jù)橫聯(lián)與斜撐的鋼管管徑大小、角度等計(jì)算出兩種模具的形狀。施工時(shí)，模具與鋼管之間緊密貼合，由作業(yè)人員沿著模具在鋼管上進(jìn)行劃線，根據(jù)劃線進(jìn)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(duì)單片鋼管支架進(jìn)行預(yù)制，首先進(jìn)行相應(yīng)胎架的制造。胎架采用16#工字鋼進(jìn)行制作，采用C20混凝土對(duì)場(chǎng)地進(jìn)行硬化，直至滿足荷載要求。硬化時(shí)根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙的距離尺寸預(yù)埋鋼板，地面預(yù)埋鋼板與胎架支腿進(jìn)行焊接，每道胎架共4道支腿，支撐上方的胎架平臺(tái)。平臺(tái)距離地面30 cm，兩側(cè)設(shè)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(guò)程中，由測(cè)量人員進(jìn)行測(cè)量標(biāo)高，使胎架支撐平臺(tái)始終處于同一水平面。胎架制作完成后，對(duì)胎架的水平度進(jìn)行復(fù)核，確保胎架始終處于整體受力中，如圖1所示。

5.2 整節(jié)段支架胎架

搭設(shè)好下部鋼管支架時(shí)，為了接高需要，采用預(yù)制整節(jié)段鋼管支架的方法進(jìn)行安裝接高。利用相鄰兩個(gè)鋼管支架間隙位置，制作胎架，將預(yù)制好的整節(jié)段鋼管支架平放在此胎架上進(jìn)行存放。胎架采用25#工字鋼進(jìn)行制作，在相鄰兩個(gè)鋼管支架的立架上各焊接一道1.5 m長(zhǎng)的工字鋼，下方設(shè)置45°牛腿進(jìn)行斜撐，上方焊接兩道工鋼對(duì)此相鄰的鋼管支架進(jìn)行連接，以此保證同時(shí)均勻受力，頂面設(shè)置6 mm厚的防滑鋼板進(jìn)行滿鋪，另一側(cè)以同樣的方法設(shè)置胎架。胎架制作完成后，由測(cè)量人員進(jìn)行測(cè)量標(biāo)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(jié)段安裝兩個(gè)步驟，整片安裝結(jié)束后組合成整節(jié)段鋼管支架，再預(yù)制安裝整節(jié)段鋼管進(jìn)行接高。

6.1 單片支架安裝

（1）安裝下部鋼管支架時(shí)，在胎架上完成兩根鋼管之間橫聯(lián)、斜撐的焊接固定工作。根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙切割截取兩根鋼管的長(zhǎng)度并在胎架上對(duì)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(lián)，兩道橫聯(lián)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(yù)制工作完成。

（2）安裝單片支架時(shí)，先由吊車垂直抬起單片支架20～30 cm，使支架移動(dòng)至樁基處，再緩慢下降，將支架的兩根鋼管底部與樁基預(yù)埋鋼板吻合，在預(yù)埋鋼板與支架之間焊接碼板進(jìn)行暫時(shí)固定，再用二保焊對(duì)鋼管底部進(jìn)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(lián)、斜撐，行成一個(gè)矩形，下部鋼管支架安裝完成。

6.2 整節(jié)段支架安裝

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

（2）安裝整節(jié)段支架時(shí)，將整節(jié)段支架吊裝至下部支架頂面，對(duì)齊上下支架的四根鋼管，作業(yè)人員通過(guò)上下樓梯與作業(yè)平臺(tái)移動(dòng)至下部支架頂面，先用碼板暫時(shí)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(tái)

7.1 平臺(tái)設(shè)計(jì)

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

7.2 實(shí)施效果

鋼管支架操作平臺(tái)規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)，警示效果強(qiáng)，有效提高了作業(yè)人員在搭設(shè)過(guò)程中的安全性，同時(shí)也為檢查人員上下支架提供便利。

8 支架驗(yàn)收

8.1 質(zhì)量驗(yàn)收

因鋼管支架立管與樁基預(yù)埋鋼板、上部鋼管支架與下部鋼管支架、立管與橫聯(lián)斜撐之間的接觸部分需要進(jìn)行焊接，焊接過(guò)程須嚴(yán)格控制焊接質(zhì)量，焊縫長(zhǎng)度應(yīng)≤3 mm，且不得出現(xiàn)裂紋、焊瘤、氣孔、咬邊、夾渣、電弧擦傷等問(wèn)題。所以每次支架搭設(shè)完成后，應(yīng)由技術(shù)部牽頭，組織質(zhì)檢部、工程部、安全部聯(lián)合進(jìn)行驗(yàn)收，并如實(shí)填寫驗(yàn)收表，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)整改完成，待各部門簽字確認(rèn)后，方允許進(jìn)行下一步工序。

8.2 垂直度驗(yàn)收

支架預(yù)制過(guò)程中，通過(guò)測(cè)量標(biāo)高保證鋼管支架立管處于同一水平面，并在預(yù)制完成后、吊裝作業(yè)前再進(jìn)行測(cè)量標(biāo)高，確保單片支架未因自重關(guān)系而造成彎曲現(xiàn)象。因支架高度過(guò)高，采用垂直檢測(cè)尺測(cè)量垂直度準(zhǔn)確性不高，故采用鉛垂法進(jìn)行測(cè)量。單片支架架設(shè)時(shí)，在未完全固定時(shí)，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(cè)量對(duì)角兩根立管的垂直度，并在垂直度滿足要求時(shí)進(jìn)行焊接固定工作。

9 支架預(yù)壓

（1）為驗(yàn)證臨時(shí)墩柱的穩(wěn)定性，在吊裝鋼箱拱前進(jìn)行支架預(yù)壓試驗(yàn)。支架預(yù)壓采用混凝土預(yù)制塊進(jìn)行預(yù)壓。預(yù)制塊采用（0.6×0.6×1.2）? m的規(guī)格，并在預(yù)壓塊頂部設(shè)置吊環(huán)，方便吊裝。

（2）考慮到支架可能發(fā)生變形最大位置為格構(gòu)柱樁頂橫梁，所以對(duì)于橫梁跨中位置和端頭，各設(shè)置1個(gè)觀測(cè)點(diǎn)。項(xiàng)目測(cè)量工程師采用電子水準(zhǔn)儀，基于國(guó)家高程系統(tǒng)一站式觀測(cè)，采用后-前-后的觀測(cè)順序，測(cè)3次取平均值，讀數(shù)精確至0.1 mm進(jìn)行記錄。預(yù)壓分4次加載。為盡可能符合實(shí)際，預(yù)壓將模擬梁體重量分布情況進(jìn)行加載，如圖2所示。預(yù)壓主要采集以下數(shù)據(jù)：①臨時(shí)墩柱沉降;②樁頂橫梁撓度情況;③臨時(shí)墩側(cè)向變形;④臨時(shí)墩整體變形。詳見(jiàn)圖2。

10 結(jié)語(yǔ)

本文以烏蘭木倫河3號(hào)橋超高鋼管支架的支架基礎(chǔ)、相貫線切割、胎架制作、支架安裝、質(zhì)量控制為例，通過(guò)對(duì)整個(gè)體系的加工制造過(guò)程的分析得知：

（1）利用模具提高鋼管下料的質(zhì)量和效率，確保了鋼管支架的相貫線施工質(zhì)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(duì)于單根鋼管吊裝，提高了施工的質(zhì)量和效率;鋼管支架整節(jié)段加高，減少了高空作業(yè)，提高了施工安全性和工效，節(jié)省了施工成本。

（3）鋼管支架驗(yàn)收制度，能有效控制鋼管搭設(shè)質(zhì)量，從根本上確保體系結(jié)構(gòu)安全。

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