乌兰木伦河3号桥超高钢管支架体系加工探讨

林仁 蒋逸谦 王凯

作者简介：

林 仁（1989—），工程师，主要从事高速公路、市政基础设施项目管理工作;

蒋逸谦（1996—），助理工程师，主要从事桥梁施工安全管理工作;

王 凯（1997—），助理工程师，主要从事桥梁施工测量管理工作。

文章以乌兰木伦河3号桥工程为例，介绍了超高钢管支架在双飞翼拱桥施工过程中的应用工艺。通过支架基础、设计加工、制造安装、质量控制等方面对超高钢管支架体系的加工制造进行分析，制作出安全性能高、结构简单、受力稳定、实用性强的钢管支架，减少了高空作业，提高了施工的质量和效率，节省了施工成本，可为大型桥梁中的超高钢管支架体系的加工制造提供经验借鉴。

桥梁;超高;钢管支架体系;加工制造

U443A260883

0 引言

钢管支架在公路桥梁的施工中发挥着重要的作用，具有变形量小、刚度和强度大、结构简单、可反复利用等优点，是确保工程顺利完成的重要条件[1]。

由于施工的地形、难度、成本等因素的不同，施工单位会结合具体情况选择不同类型的钢管支架[2-3]。但已有的钢管支架施工工艺在焊接质量、垂直度控制、吊装安全等方面存在众多质量安全隐患，极大阻碍了钢管支架法在大型、超高桥梁架设中的应用。本文以乌兰木伦河3号桥为例，详细介绍了超高钢管支架的加工制造，为同类型桥梁钢管支架施工提供宝贵经验。

1 工程概况

乌兰木伦河3号桥是国内首座双飞翼景观特大桥梁，跨径布置为（5+74+200+64+5） m，属于中承式复式钢箱拱桥，桥面变截面宽度为42～65 m。桥梁上部主拱结构为飞翼式钢箱拱，横桥向向道路中心线外倾斜17 ℃，顺桥向最大角度为57°，副拱结构为内倾式钢箱拱，横桥向向道路中心线内倾45 ℃，顺桥向最大角度为18°，采用超高空间异形支架体系作为临建结构，辅助完成钢箱梁、钢箱拱的吊装。本文从相贯线切割、胎架制作、支架安装等方面介绍钢管支架的加工制造。

2 材料选取

钢管支架作为桥梁支撑的临建结构，要求具有良好的塑性和焊接性能，成型能力好，并具有一定的强度。而Q235B有一定的伸长率、强度，良好的韧性和铸造性，易于冲压和焊接[4]，广泛用于一般机械零件的制造，主要用于建筑、桥梁工程上对质量要求较高的焊接结构件，且价格相对便宜，实用性高。从性价比的角度出发，采用Q235B钢材作为钢管支架材质。

钢管立柱根据本项目实际情况选用529 mm钢管，为壁厚9 mm、长12 m的直缝钢管;主梁支架横联与斜撑选用152 mm，壁厚6 mm的直缝钢管;主副拱支架横联与斜撑选用180 mm，壁厚5 mm的直缝钢管。

3 支架基础

（1）支架基础采用直径为1.3 m的桩基础，并采用C30混凝土浇筑，桩基需埋入持力层。以全部主拱自重、全部副拱自重、支架自重以及百年一遇风荷载的共同作用下为最不利工况，由地质勘探报告可知现场不同类别地下土的地质情况，再由Midas Civil软件计算得出拱肋支架的支座反力，对支架基础分别进行相应的抗压及抗拉承载力验算，综合以上因素得出各桩基长度。

（2）桩基混凝土施工时，在桩基口计算好位置，然后呈十字形架设好两道槽钢，在混凝土未凝结时将预埋钢管用吊车吊住垂直插入混凝土中，钢管与两道槽钢牢牢卡住，使钢管管口中心点与桩基口中心点重合，并在钢管顶放置水平尺，在预埋过程中进行微调，始终让钢管保持水平状态。钢管预埋深度为1.5 m，缓慢下落达到预埋标高，在钢管与槽钢之间点焊进行临时固定，待混凝土凝结之后，割下槽钢，取下吊钩，钢管预埋完成。

4 相贯线切割

钢管支架的安装搭设采用相贯线工艺，利用模具对钢管进行下料，为后续两个构件进行紧密连接做前序加工。支架斜撑与主副拱立架角度为45°，横联与立架呈90°。针对这两种情况，根据横联与斜撑的钢管管径大小、角度等计算出两种模具的形状。施工时，模具与钢管之间紧密贴合，由作业人员沿着模具在钢管上进行划线，根据划线进行氧割，至此完成钢管支架的相贯线切割。

5 胎架制作

5.1 單片支架胎架

对单片钢管支架进行预制，首先进行相应胎架的制造。胎架采用16#工字钢进行制作，采用C20混凝土对场地进行硬化，直至满足荷载要求。硬化时根据设计图纸的距离尺寸预埋钢板，地面预埋钢板与胎架支腿进行焊接，每道胎架共4道支腿，支撑上方的胎架平台。平台距离地面30 cm，两侧设置挡板防止钢管左右位移滑落，胎架之间的间隔为1.5 m。胎架制作过程中，由测量人员进行测量标高，使胎架支撑平台始终处于同一水平面。胎架制作完成后，对胎架的水平度进行复核，确保胎架始终处于整体受力中，如图1所示。

5.2 整节段支架胎架

搭设好下部钢管支架时，为了接高需要，采用预制整节段钢管支架的方法进行安装接高。利用相邻两个钢管支架间隙位置，制作胎架，将预制好的整节段钢管支架平放在此胎架上进行存放。胎架采用25#工字钢进行制作，在相邻两个钢管支架的立架上各焊接一道1.5 m长的工字钢，下方设置45°牛腿进行斜撑，上方焊接两道工钢对此相邻的钢管支架进行连接，以此保证同时均匀受力，顶面设置6 mm厚的防滑钢板进行满铺，另一侧以同样的方法设置胎架。胎架制作完成后，由测量人员进行测量标高，使胎架顶面都处于同一水平面。

6 支架安装

支架安装分为整片安装和整节段安装两个步骤，整片安装结束后组合成整节段钢管支架，再预制安装整节段钢管进行接高。

6.1 单片支架安装

（1）安装下部钢管支架时，在胎架上完成两根钢管之间横联、斜撑的焊接固定工作。根据设计图纸切割截取两根钢管的长度并在胎架上对齐，横向间隔为3.5 m，两根钢管之间每竖向间隔4 m焊接一道横联，两道横联之间焊接一道斜撑，斜撑从下至上呈之字形。至此，单片支架的预制工作完成。

（2）安装单片支架时，先由吊车垂直抬起单片支架20～30 cm，使支架移动至桩基处，再缓慢下降，将支架的两根钢管底部与桩基预埋钢板吻合，在预埋钢板与支架之间焊接码板进行暂时固定，再用二保焊对钢管底部进行满焊，另一片支架采取同样的方式固定，最后在两片支架之间焊接横联、斜撑，行成一个矩形，下部钢管支架安装完成。

6.2 整节段支架安装

（1）安装完下部支架后，为了减少高空作业，预制好单片支架后，将单片支架放在整节段支架胎架的一侧上，支架底部用码板、加劲板连接至胎架顶面固定，另一侧以同样方式固定，存放在胎架上的两片支架中间用横联斜撑焊接，完成上部支架的预制工作。

（2）安装整节段支架时，将整节段支架吊装至下部支架顶面，对齐上下支架的四根钢管，作业人员通过上下楼梯与作业平台移动至下部支架顶面，先用码板暂时固定上下支架，最后焊接上下钢管支架的接触面。

7 钢管支架操作平台

7.1 平台设计

钢管支架每隔3.5 m设置安全操作平台。按照标准化进行制作，平台为规则矩形，底部采用3 mm花纹板进行满铺，临边按规范设置防护栏杆与挡脚板。上下平台之间设置人员楼梯，焊接角钢作为楼梯扶手，楼梯口进行三面防护。所有的安全设施均喷涂红白警示色，使施工重要部位一目了然。

7.2 实施效果

钢管支架操作平台规范、标准，警示效果强，有效提高了作业人员在搭设过程中的安全性，同时也为检查人员上下支架提供便利。

8 支架验收

8.1 质量验收

因钢管支架立管与桩基预埋钢板、上部钢管支架与下部钢管支架、立管与横联斜撑之间的接触部分需要进行焊接，焊接过程须严格控制焊接质量，焊缝长度应≤3 mm，且不得出现裂纹、焊瘤、气孔、咬边、夹渣、电弧擦伤等问题。所以每次支架搭设完成后，应由技术部牵头，组织质检部、工程部、安全部联合进行验收，并如实填写验收表，发现问题及时整改完成，待各部门签字确认后，方允许进行下一步工序。

8.2 垂直度验收

支架预制过程中，通过测量标高保证钢管支架立管处于同一水平面，并在预制完成后、吊装作业前再进行测量标高，确保单片支架未因自重关系而造成弯曲现象。因支架高度过高，采用垂直检测尺测量垂直度准确性不高，故采用铅垂法进行测量。单片支架架设时，在未完全固定时，从顶部放线，下方悬挂重物，线与支架顶部距离为20 cm，再量出底部支架与线的距离，以此方法测量对角两根立管的垂直度，并在垂直度满足要求时进行焊接固定工作。

9 支架预压

（1）为验证临时墩柱的稳定性，在吊装钢箱拱前进行支架预压试验。支架预压采用混凝土预制块进行预压。预制块采用（0.6×0.6×1.2）  m的规格，并在预压块顶部设置吊环，方便吊装。

（2）考虑到支架可能发生变形最大位置为格构柱桩顶横梁，所以对于横梁跨中位置和端头，各设置1个观测点。项目测量工程师采用电子水准仪，基于国家高程系统一站式观测，采用后-前-后的观测顺序，测3次取平均值，读数精确至0.1 mm进行记录。预压分4次加载。为尽可能符合实际，预压将模拟梁体重量分布情况进行加载，如图2所示。预压主要采集以下数据：①临时墩柱沉降;②桩顶横梁挠度情况;③临时墩侧向變形;④临时墩整体变形。详见图2。

10 结语

本文以乌兰木伦河3号桥超高钢管支架的支架基础、相贯线切割、胎架制作、支架安装、质量控制为例，通过对整个体系的加工制造过程的分析得知：

（1）利用模具提高钢管下料的质量和效率，确保了钢管支架的相贯线施工质量，利用胎架制造提高钢管支架的垂直度。

（2）钢管支架单片加工制作及吊装，相对于单根钢管吊装，提高了施工的质量和效率;钢管支架整节段加高，减少了高空作业，提高了施工安全性和工效，节省了施工成本。

（3）钢管支架验收制度，能有效控制钢管搭设质量，从根本上确保体系结构安全。

[1]李 伟.钢管支架在公路桥梁施工中的应用[J].管理观察，2011（14）：166.

[2]吕敬钱.钢管柱+贝雷梁支架在艰险地形站台梁及救援通道施工中的应用[J].城市建筑，2019，16（21）：160-162.

[3]管 涛.复杂地形条件下T型刚构现浇支架设计与施工[J].交通世界：建养，2012（1）：142-143.

[4]李雨森，杨跃辉，李 敬，等.冷却工艺对Q235低碳钢组织及性能的影响[J].铸造设备与工艺，2017（3）：48-50.

[5]赵凌云.浅谈焊接结构件加工制造的质量控制[J].门窗，2014（7）：261.