水中临时支墩在跨通航河桥钢箱梁施工中的应用

刘保生

（中铁十五局集团第二工程有限公司，上海201713）

1 工程概况

126 省道南京段改扩建工程施工2 标跨秦淮新河桥采用三跨变高度钢-混凝土组合连续钢箱梁结构，总长200m，跨径组合为35m+130m+35m，主跨中间89m 范围为钢箱梁主梁，两端钢混结合段长度均为2m，共分左右两幅布置，单幅桥宽为20m，主梁主墩高7m。单幅钢箱梁为单箱双室断面，两侧为悬臂构造，钢箱梁横截面中心高为3.6m，顶宽20m，底宽12m，两侧悬臂宽均为4m；标准横断面顶板厚18mm，底板厚20mm，腹板厚20mm，顶板设U 型加劲肋，底板、腹板设一字加劲肋。采用在临时支墩上设置型钢及贝雷梁作为梁段拼装平台，平台上铺设滑移导轨和整体提升设备。秦淮新河通航等级为Ⅳ级航道，水面宽度最小为54m，临时支墩布设时需确保过往船只的正常通行。

2 临时支墩的布置

结合桥位处最小通航净宽、河道走向、水流速度等综合考虑，通航孔跨径设为44.5m，左右幅分别设置临时支墩，右幅设置4 组临时支墩，临时支墩中心间距为：20.4m+44.5m+24.4m，左幅设置5 组临时支墩，临时支墩中心间距为：14m+44.5m+13.5m+14m。支墩的设置已考虑航道通行要求，保留足够通航空间。

3 水中临时支墩的结构设计

水中临时支墩由水中混凝土柱和上部的钢管格构柱组成。水中混凝土柱采用直径为1m 的C30 钢筋混凝土柱，基础直径2m，座在基岩上，施工前采用冲击钻进行基岩凿平，基础埋入基岩80cm。钢管格构柱由φ450mm×16mm 的钢管立柱和HW150×150×7×10 的H 型钢缀条组成，φ450mm×16mm 钢管两端焊接厚度为16mm 的法兰，钢管底部通过预埋螺杆与钢管法兰盘连接。

4 格构柱受力计算

4.1 计算模型

为确保施工和结构安全，须对临时支墩在各项荷载作用下的结构进行力学检算。对支撑系统荷载分析得知，水中临时支墩承受的荷载为最大，现就水中临时支墩进行力学检算，水中临时支墩系格构形式，按4 根钢管组成格构计算，荷载取全部外力，立柱高8m，由φ450mm×16mm 的钢管立柱和HW150mm×150mm×7mm×10mm 的H 型钢缀条组成。

4.2 格构的截面特性

格构的截面积：A=4A1=872.16cm2；

格构的惯性矩：Iy=4（Iy1+l02A1）=1.98×107cm4；

式中，D为钢管外径；d为钢管内径；l0为构件的几何长度。

弯矩作用平面内较大受压杆件截面抵抗矩：

4.3 格构受力计算

格构受力计算过程为：

1）水平力（风荷载187kN+吊装偏心引发的水平力120kN）：W=307kN。

2）垂直力（按整体提升支架反力作用在格构上）F=6 000kN。

3）水平力风荷载产生的弯矩MYF=187×1.5=280.5kN·m；吊装偏心引发的水平力弯矩MYP=120×8=960kN·m；水平力产生的弯矩MY=MYF+MYP=1 240.5×106N·mm。

HW150mm×150mm×7mm×10mmH 型钢截面面积AH=40.56cm2，Ay为垂直y轴横截面的缀条截面积和；查表λ0=21.4时φ=0.979。

要求。

式中，φ 为轴心受力构件的稳定系数；E为弹性模量弹性模量；λy为整个构件对y轴的长细比。

4.4 缀条受力计算（HW150mm×150mm×7mm×10mm H 型钢AH=40.56cm2）

缀条受力计算包括：

1）缀条按轴心受力计算。传至缀条的水平力按W=307kN。

2）缀条强度σ=N/AH=75.69N/mm2＜205η=143.5N/mm2。

式中，N=W=307×103N；η 为折减系数，取η=0.73。

缀条刚度λ=L/γmin=632/6.4=98.8＜150。查表φ=0.643（L为缀条几何长度，γmin为截面的最小回转半径）

5 水中混凝土柱施工

水中混凝土柱施工过程为：（1）在100t 驳船上装置冲击钻机，将船锚定停泊在临时墩桩位处。利用冲击钻头将河床底不平整的基岩冲击平整，确保钢护筒与基岩密贴。（2）利用30t 的浮吊将事先制作好的直径为2m，壁厚为15mm 的钢护筒安装在河床上。钢护筒安装时需检查2 个方向的垂直度，垂直度检查符合要求后，采用缆风绳及时拉结固定。钢护筒安装就位后，潜水员下水检查结合面的密封情况。对结合面空隙较大的部位，采用速凝水泥进行水下封堵。钢护筒顶部应高出水面50cm。（3）利用泥浆泵将护筒内的泥浆钻渣等清理干净，确保封底混凝土落在新鲜岩面上。利用导管进行封底混凝土施工，导管底部距离河床底约30cm。封底混凝土采用C30 水下混凝土，首灌方量不小于4m3混凝土。混凝土浇筑高度应高于河床约3m。（4）待护筒内的混凝土终凝后，将护筒内的水抽干。利用30t 浮吊将直径450mm×16mm 的钢管桩吊入护筒内，通过底座法兰和护筒内的混凝土进行连接固定。（5）待钢箱梁结构施工完成后，水下基础部分利用水下切割技术进行拆除恢复。

6 钢管格构柱的安装

钢管格构柱的安装过程为：（1）格构架制作时，严格按照图纸加工，架体材质为Q235B，法兰盘为Q345B，节点板与钢管立柱采用6mm 双面角焊缝，除立杆外其他杆件采用螺栓连接，加劲板倒角距离为20mm。格构架的单节制作高度为4m，节与节之间通过法兰盘、螺栓连接。（2）格构柱及缀条选择1 台30t 小型浮吊配合吊装安装。通过预埋螺杆与揽风绳进行临时固定。临时固定后，采用2 台经纬仪或者全站仪进行垂直度校正，采用水准仪进行格构架顶部标高测量。检查合格后方可进行焊接固定。（3）为保证整体稳定性，相邻两钢管之间焊接剪力撑。焊接前，将焊接部位变形损坏部分修整，端部用角向磨光机磨光，并打焊接剖口，用经纬仪校正垂直度再进行电焊，施焊应对称进行。

7 拼装平台设置

在格构柱上设置型钢及贝雷梁作为梁段拼装的施工平台。由下向上依次为：钢筋混凝土柱→钢管格构柱→横桥向H型钢双拼→加强型贝雷梁→工字钢→滑道（工字钢双拼）→调整千斤顶→钢梁。

8 拼装平台的安拆

贝雷梁在驳船上分段拼装成型，然后用小型浮吊吊装就位后进行节段之间的连接。分配梁及滑道均采用小型浮吊吊装就位。钢箱梁安装完成后，由于桥下吊装空间受限，进行拼装平台的拆除时，需先用倒链将构件水平移至桥梁范围以外，然后采用小型浮吊将构件吊至驳船上运离施工现场。

9 方案对比

由水中混凝土柱和上部的钢管格构柱组成的水中临时支墩辅助施工方案与其他辅助施工方案对比情况如表1 所示。

其他如缆索吊装、大型浮吊、顶推施工等由于钢箱梁最大节段超重，需大型设备投入，且施工场地相对狭小，安全风险高，后期维护使用费高，不适用本项目施工。

10 结语

本项目采用由水中混凝土柱和上部的钢管格构柱组成的水中临时支墩的方法架设钢箱梁，不仅减少了混凝土等原材料的浪费，还发挥了钢结构安拆方便，节省工期，适应性强，经济环保的优势。施工过程中通过精心设计及优化临时支墩方案，并精心组织施工，施工监测表明，施工期间临时支墩整体稳定性好，施工安全性高、钢结构的焊接质量得到保证,确保了过往船只的正常通行。

表1 施工方案对比表