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摘 要：滨州市主城区新立河黄河一路桥为上承式钢结构拱桥，主要结构为钢结构。本文从现场施工实际出发，综合多角度对比，跨河钢结构构件吊装采用钢管桩组合支架支撑体系，并对施工工艺进行优化，在满足现场施工需求的情况下，充分节约成本，并达到绿色环保、提高施工效率的目的。
关键词：跨河钢拱桥;钢结构;钢管桩组合支架
中图分类号：U445.4 文献标识码：A
0 引言
钢结构拱桥作为城市建设中的靓丽名片，在跨河施工中，钢结构支撑体系成为钢拱桥施工的重要一环，选择合适的支撑体系，不仅能节约工期，节约成本，同时也为安全、质量控制提供有力保障。做好钢结构吊装支撑体系的建设，对施工进度，施工质量和安全保障有着直接影响。
滨州市主城区新立河黄河一路桥主体结构为钢结构，共27个拱肋，单个拱肋重最大约21吨。经方案比选，为了防止土石围堰对河道造成污染，综合考虑工期、成本，采用钢管桩组合支架作为钢结构的支撑体系。由于新立河河道地质条件较差，钢管桩入土深度较深，平均入土深度8 m，桩长13 m河面到梁底最大距离为5 m，作业空间狭窄，常规工艺钢管桩无法全部拔出，经过仔细分析和设计，巧妙的将桩位设置在两个拱肋之间，桩顶采用双拼工字钢横梁进行连接，便于施工完成后钢管桩的拔出，同时增加了钢管桩连接的稳定性，提高安全性。
1 工艺特点
采用钢管桩组合支架，与传统土石围堰相比，避免了填河围堰造成的河道阻塞和污染，不受降雨、汛期河道水位上涨的影响，不影响通航。钢管桩、工字钢、槽钢等施工材料可回收利用，做到了节能减排。具有施工简便、工期短、环保、成本低等优点。
2 工艺原理
跨河钢拱桥钢管桩组合支架施工工法，主要阐述了钢结构拱桥在跨河施工中，采用单排钢管桩与工字钢、槽钢焊接一起的组合支架作为临时支撑体系，通过受力验算，确定桩长、桩径、入土深度，满足现场施工安全、质量前提下，达到快速施工、不污染河道、缩短施工工期、节约施工成本的目的。
3 施工工艺流程及操作要点
3.1 施工前准备
（1）首先进行初步受力验算，对各个钢梁节段进行受力分析，结合现场施工条件，选择合理的支架组合方式。（2）根据确定的支架方式，出具设计图纸。（3）根据设计图，对所需材料、机械设备，在市场上进行询价、考察和采购。（4）组织施工人员、机械设备及材料进场，对施工人员进行安全技术交底。
3.2 施工操作要点
3.2.1 基本思路
（1）支架的基础采用在河道内打入钢管桩，采用桩径529 mm，壁厚10 mm的钢管桩。支架采用双排钢管桩支墩，每排钢管桩由10根钢管组成，间距3 m～4 m。桩顶设双拼32b工字钢横梁支撑拱肋，钢管桩之间采用14#槽钢斜撑进行连接。支架必须满足构件施工时的强度、刚度及稳定性，满足构件施工所需要的工作面，需通过受力验算。（2）钢管桩的布置：根据拱肋所在位置，横桥向布置在两拱肋的中间，纵向在相邻节段相接处，在保证构件的几何尺寸和构件外不小于500 mm的作业面的前提下进行布桩。
3.2.2 受力验算
（1）荷载计算。1）支架受力荷载取值。根据《公路工程施工安全技术规范》（JTG F90-2015），钢梁支架设计的有关规定和本桥钢梁的结构特点，在施工过程中涉及到的支架设计及验算时主要荷载形式为：
长度9.73米钢拱自重：q1=120 kN;长度14.94米钢梁自重：q2=200 kN。
2）组合荷载计算。根据《公路工程施工安全技术规范》（JTG F90-2015），验算支架钢梁强度时荷载组合为q1=120 kN，q2=200 kN。
3）桩梁32b工字钢受力分析。桩梁为2根32b工字钢组合焊接而成，上部为纵向钢结构主梁，下部两头为10根钢管桩基础。单孔最大跨度14.94 m，两侧跨度9.73 m;其中桩梁分布跨度两头，长度30 m*2根，中心最大跨径为3.375 m。弯矩最不利情况下，当单根钢梁位于支点端部时，结构梁同时受力在桩梁上，间距3 m、3.188 m和3.375 m。计算桩梁荷载为上部自重+结构重量，单根钢梁受力荷载：
P=（120/2+200/2）=160 kN
4）桩梁截面参数。分配梁采用I32b工字钢，单根梁截面参数：截面面积A=72.45 cm2，抗拉截面系数W=726.33 cm3。
5）桩梁受力计算。经过检算：双拼32b焊接工字钢桩梁，满足要求。（材质为Q235，容许抗弯应力f=215 MPa，容许抗剪应力fy=125 MPa）。
结论：经过检算，桩梁2根32b工字钢，单根结构主梁3.375米跨度，可以满足单根14.94 m跨钢梁受力要求。
（2）部基础结构计算。两头桥台设置为Φ529*10 mm单排钢管桩，呈1*10排列，横向最大间距3.375 m;钢管桩间用14#槽钢横向连接。按照单根钢梁计算。
1）钢管桩桩长计算。钢管桩采用Q235螺旋钢管桩，规格为φ529 mm，壁厚10 mm。考虑到集中力与荷载布置的差异偏荷载及沖击，系数采用1.3。按照简支梁计算，单根钢管桩最大反力：
单根钢管桩自身承载力为：
3.14×529×8×215/1 000=2 857 kN>[P]
计算单桩承载力为：
208=1/2×0.529×3.14×1.0×（1.73×30+2.65×32+32×L）
解得：L=3.55 m
根据上式反推钢管桩最少桩基入土深度为：
1.73 m+2.65 m+3.55 m=7.93 m
安全考虑取8 m。 根据地质勘测情况，水深2 m，水面向上3 m，入土深度8 m，设计钢桩长=2 m+3 m+8 m=13 m。
经验算，桥墩地基承载力满足要求。施工时打桩采用60 t振动锤，激振力485 kN。
2）钢管桩稳定性验算。钢管稳定承载力容许最大值f=210 MPa。
Nmax=φ×A×f=0.893×0.016 296×210×103=3 056 kN >f
经验算大于钢管工作应力，钢管稳定性满足要求。
故，长度14.93 m*宽度30 m钢梁支架，上部桩梁结构和下部基础结构可以满足14.93 m跨钢梁荷载要求。
3.2.3 钢管桩组合支架施工
（1）施工流程。测量放样→插打钢管桩→柱帽焊接→横桥向工字钢安装及焊接→钢管桩间槽钢焊接。
（2）各工序主要施工要点。立柱采用采用φ529 mm钢管，壁厚10 mm，每根长13 m，其中地表以下9 m，外露部分4 m。
1）插打钢管桩。①钢管桩打设。便道填土压实，130T汽车吊开到桥台位置处，停车支腿起臂，在岸边上将130T汽车吊吊起60 t振动锤，用钓鱼式打法打设。
首先将长度14 m的钢管桩桩头上割出可供吊具钩吊的三角小孔，并在钢管桩上设置牵引线，用 130T汽车吊将其竖直吊起，对准桩位放下。振动锤液压夹头夹住钢管桩，初步检验桩体纵横方向垂直度，确保桩体在锤击过程中始终保持垂直。符合要求后，开动锤将桩打入河床土中。打桩过程中利用吊臂及牵引使得钢管桩保持垂直方向振入河床。
②钢管桩接长。a接口清理：钢管桩对接前接口两侧30 mm内的铁锈、氧化铁皮、油污清除干净。b焊接：两钢管接头采用对接平焊，焊接为手工焊，按焊接工艺要求，焊接应控制走向顺序、焊接电流、焊缝尺寸。接头处采用4道500 mm*100 mm*10 mm加劲板（采用钢管切割，保证椭圆度相似），加劲板必须保证焊缝密贴;每一焊道熔敷金属的深度或熔敷的最大宽度不应超过焊道表面的宽度，同一焊缝应连续施焊，一次完成。c焊缝清理及处理：焊缝焊接完成后，清理焊缝表面的熔碴和金属飞溅物，焊工自行检查焊缝的外观质量;如不符合要求，应补焊或打磨，修补后的焊缝应光滑圆顺，不影响原焊缝的外观质量要求。d焊接环境：湿度不宜高于80%;温度不得低于-10℃。
③终沉确定。施工前先测出水深，根据理论控制值入土深度计算钢桩出水高度，在桩身相应位置作出标记，打到水面标记处即可停止打设，此时桩的入土深度即可满足设计要求。如果桩己达到计算入土深度，而贯入度较大，说明该处承载能力不满足要求，需要继续打入，直至贯入度满足要求。当桩尖遇到硬物时，桩位易打偏或不垂直，应及时清理后再施打。
2）双拼I32b工字钢支撑横梁安装。双拼I32b工字钢与柱帽焊接固定在一起，柱帽与钢管立柱顶固定在一起。工字钢安装过程中应保证水平，各排高度应统一，保证拱肋与其接触各点不悬空，受力均匀。
3.2.4 钢管桩组合支架拆除
（1）组合支架拆除。工字钢及槽钢，当需要拆除时，采用吊机配合，人工割断与钢管的连接，拆除连接系;将钢管桩顶气割5 cm～10 cm左右，使支架整体落下，再抽除顶部的工字钢，采用130T吊机分节吊出横梁，并移至岸边。落架气割钢管桩时应对称进行。
（2）钢管桩拆除。钢管桩拆除时采用130T吊车配合60 t振动锤振拔。先割除钢板桩桩帽，用振动锤液压钳夹紧钢管桩，启动振动锤，钢管桩周边土质在振动力作用下开始液化，土质对钢管桩的摩阻力将大大减少，此时吊车可缓慢将振动锤及钢管桩往上提动，逐渐将整根钢管桩拔除，并利用平板车通过栈桥转运到岸上。如钢管桩太长，可多次气割，直至水下钢管桩全部拔出水面。支架拆除时应将水下障碍全部清除干净，不得堵塞航道。
4 总结
钢管桩组合支架施工技术成功应用于新立河黄河一路桥，工艺工法经滨州市住建局专家评审，获滨州市级工法。钢管桩组合支架作为临时支撑体系，保证施工安全和施工质量的同时，缩短了工期，节约了成本，钢管桩巧妙的设计位置，保证了鋼拱主架完成后能顺利拔出，做到了节能减排，为类似跨河桥梁工程提供了有价值的参考。
参考文献：
[1]李廉锟.结构力学[M].北京：高等教育出版社，1996.
[2]阮长青.钢管桩设计中的若干问题探讨[J].地下空间，2003，23（10）：87-89+99-100.
[3]胡金光.高速铁路现浇梁支架及钢管桩基础施工控制技术研究[D].天津大学，2014.
关键词：跨河钢拱桥;钢结构;钢管桩组合支架
中图分类号：U445.4 文献标识码：A
0 引言
钢结构拱桥作为城市建设中的靓丽名片，在跨河施工中，钢结构支撑体系成为钢拱桥施工的重要一环，选择合适的支撑体系，不仅能节约工期，节约成本，同时也为安全、质量控制提供有力保障。做好钢结构吊装支撑体系的建设，对施工进度，施工质量和安全保障有着直接影响。
滨州市主城区新立河黄河一路桥主体结构为钢结构，共27个拱肋，单个拱肋重最大约21吨。经方案比选，为了防止土石围堰对河道造成污染，综合考虑工期、成本，采用钢管桩组合支架作为钢结构的支撑体系。由于新立河河道地质条件较差，钢管桩入土深度较深，平均入土深度8 m，桩长13 m河面到梁底最大距离为5 m，作业空间狭窄，常规工艺钢管桩无法全部拔出，经过仔细分析和设计，巧妙的将桩位设置在两个拱肋之间，桩顶采用双拼工字钢横梁进行连接，便于施工完成后钢管桩的拔出，同时增加了钢管桩连接的稳定性，提高安全性。
1 工艺特点
采用钢管桩组合支架，与传统土石围堰相比，避免了填河围堰造成的河道阻塞和污染，不受降雨、汛期河道水位上涨的影响，不影响通航。钢管桩、工字钢、槽钢等施工材料可回收利用，做到了节能减排。具有施工简便、工期短、环保、成本低等优点。
2 工艺原理
跨河钢拱桥钢管桩组合支架施工工法，主要阐述了钢结构拱桥在跨河施工中，采用单排钢管桩与工字钢、槽钢焊接一起的组合支架作为临时支撑体系，通过受力验算，确定桩长、桩径、入土深度，满足现场施工安全、质量前提下，达到快速施工、不污染河道、缩短施工工期、节约施工成本的目的。
3 施工工艺流程及操作要点
3.1 施工前准备
（1）首先进行初步受力验算，对各个钢梁节段进行受力分析，结合现场施工条件，选择合理的支架组合方式。（2）根据确定的支架方式，出具设计图纸。（3）根据设计图，对所需材料、机械设备，在市场上进行询价、考察和采购。（4）组织施工人员、机械设备及材料进场，对施工人员进行安全技术交底。
3.2 施工操作要点
3.2.1 基本思路
（1）支架的基础采用在河道内打入钢管桩，采用桩径529 mm，壁厚10 mm的钢管桩。支架采用双排钢管桩支墩，每排钢管桩由10根钢管组成，间距3 m～4 m。桩顶设双拼32b工字钢横梁支撑拱肋，钢管桩之间采用14#槽钢斜撑进行连接。支架必须满足构件施工时的强度、刚度及稳定性，满足构件施工所需要的工作面，需通过受力验算。（2）钢管桩的布置：根据拱肋所在位置，横桥向布置在两拱肋的中间，纵向在相邻节段相接处，在保证构件的几何尺寸和构件外不小于500 mm的作业面的前提下进行布桩。
3.2.2 受力验算
（1）荷载计算。1）支架受力荷载取值。根据《公路工程施工安全技术规范》（JTG F90-2015），钢梁支架设计的有关规定和本桥钢梁的结构特点，在施工过程中涉及到的支架设计及验算时主要荷载形式为：
长度9.73米钢拱自重：q1=120 kN;长度14.94米钢梁自重：q2=200 kN。
2）组合荷载计算。根据《公路工程施工安全技术规范》（JTG F90-2015），验算支架钢梁强度时荷载组合为q1=120 kN，q2=200 kN。
3）桩梁32b工字钢受力分析。桩梁为2根32b工字钢组合焊接而成，上部为纵向钢结构主梁，下部两头为10根钢管桩基础。单孔最大跨度14.94 m，两侧跨度9.73 m;其中桩梁分布跨度两头，长度30 m*2根，中心最大跨径为3.375 m。弯矩最不利情况下，当单根钢梁位于支点端部时，结构梁同时受力在桩梁上，间距3 m、3.188 m和3.375 m。计算桩梁荷载为上部自重+结构重量，单根钢梁受力荷载：
P=（120/2+200/2）=160 kN
4）桩梁截面参数。分配梁采用I32b工字钢，单根梁截面参数：截面面积A=72.45 cm2，抗拉截面系数W=726.33 cm3。
5）桩梁受力计算。经过检算：双拼32b焊接工字钢桩梁，满足要求。（材质为Q235，容许抗弯应力f=215 MPa，容许抗剪应力fy=125 MPa）。
结论：经过检算，桩梁2根32b工字钢，单根结构主梁3.375米跨度，可以满足单根14.94 m跨钢梁受力要求。
（2）部基础结构计算。两头桥台设置为Φ529*10 mm单排钢管桩，呈1*10排列，横向最大间距3.375 m;钢管桩间用14#槽钢横向连接。按照单根钢梁计算。
1）钢管桩桩长计算。钢管桩采用Q235螺旋钢管桩，规格为φ529 mm，壁厚10 mm。考虑到集中力与荷载布置的差异偏荷载及沖击，系数采用1.3。按照简支梁计算，单根钢管桩最大反力：
单根钢管桩自身承载力为：
3.14×529×8×215/1 000=2 857 kN>[P]
计算单桩承载力为：
208=1/2×0.529×3.14×1.0×（1.73×30+2.65×32+32×L）
解得：L=3.55 m
根据上式反推钢管桩最少桩基入土深度为：
1.73 m+2.65 m+3.55 m=7.93 m
安全考虑取8 m。 根据地质勘测情况，水深2 m，水面向上3 m，入土深度8 m，设计钢桩长=2 m+3 m+8 m=13 m。
经验算，桥墩地基承载力满足要求。施工时打桩采用60 t振动锤，激振力485 kN。
2）钢管桩稳定性验算。钢管稳定承载力容许最大值f=210 MPa。
Nmax=φ×A×f=0.893×0.016 296×210×103=3 056 kN >f
经验算大于钢管工作应力，钢管稳定性满足要求。
故，长度14.93 m*宽度30 m钢梁支架，上部桩梁结构和下部基础结构可以满足14.93 m跨钢梁荷载要求。
3.2.3 钢管桩组合支架施工
（1）施工流程。测量放样→插打钢管桩→柱帽焊接→横桥向工字钢安装及焊接→钢管桩间槽钢焊接。
（2）各工序主要施工要点。立柱采用采用φ529 mm钢管，壁厚10 mm，每根长13 m，其中地表以下9 m，外露部分4 m。
1）插打钢管桩。①钢管桩打设。便道填土压实，130T汽车吊开到桥台位置处，停车支腿起臂，在岸边上将130T汽车吊吊起60 t振动锤，用钓鱼式打法打设。
首先将长度14 m的钢管桩桩头上割出可供吊具钩吊的三角小孔，并在钢管桩上设置牵引线，用 130T汽车吊将其竖直吊起，对准桩位放下。振动锤液压夹头夹住钢管桩，初步检验桩体纵横方向垂直度，确保桩体在锤击过程中始终保持垂直。符合要求后，开动锤将桩打入河床土中。打桩过程中利用吊臂及牵引使得钢管桩保持垂直方向振入河床。
②钢管桩接长。a接口清理：钢管桩对接前接口两侧30 mm内的铁锈、氧化铁皮、油污清除干净。b焊接：两钢管接头采用对接平焊，焊接为手工焊，按焊接工艺要求，焊接应控制走向顺序、焊接电流、焊缝尺寸。接头处采用4道500 mm*100 mm*10 mm加劲板（采用钢管切割，保证椭圆度相似），加劲板必须保证焊缝密贴;每一焊道熔敷金属的深度或熔敷的最大宽度不应超过焊道表面的宽度，同一焊缝应连续施焊，一次完成。c焊缝清理及处理：焊缝焊接完成后，清理焊缝表面的熔碴和金属飞溅物，焊工自行检查焊缝的外观质量;如不符合要求，应补焊或打磨，修补后的焊缝应光滑圆顺，不影响原焊缝的外观质量要求。d焊接环境：湿度不宜高于80%;温度不得低于-10℃。
③终沉确定。施工前先测出水深，根据理论控制值入土深度计算钢桩出水高度，在桩身相应位置作出标记，打到水面标记处即可停止打设，此时桩的入土深度即可满足设计要求。如果桩己达到计算入土深度，而贯入度较大，说明该处承载能力不满足要求，需要继续打入，直至贯入度满足要求。当桩尖遇到硬物时，桩位易打偏或不垂直，应及时清理后再施打。
2）双拼I32b工字钢支撑横梁安装。双拼I32b工字钢与柱帽焊接固定在一起，柱帽与钢管立柱顶固定在一起。工字钢安装过程中应保证水平，各排高度应统一，保证拱肋与其接触各点不悬空，受力均匀。
3.2.4 钢管桩组合支架拆除
（1）组合支架拆除。工字钢及槽钢，当需要拆除时，采用吊机配合，人工割断与钢管的连接，拆除连接系;将钢管桩顶气割5 cm～10 cm左右，使支架整体落下，再抽除顶部的工字钢，采用130T吊机分节吊出横梁，并移至岸边。落架气割钢管桩时应对称进行。
（2）钢管桩拆除。钢管桩拆除时采用130T吊车配合60 t振动锤振拔。先割除钢板桩桩帽，用振动锤液压钳夹紧钢管桩，启动振动锤，钢管桩周边土质在振动力作用下开始液化，土质对钢管桩的摩阻力将大大减少，此时吊车可缓慢将振动锤及钢管桩往上提动，逐渐将整根钢管桩拔除，并利用平板车通过栈桥转运到岸上。如钢管桩太长，可多次气割，直至水下钢管桩全部拔出水面。支架拆除时应将水下障碍全部清除干净，不得堵塞航道。
4 总结
钢管桩组合支架施工技术成功应用于新立河黄河一路桥，工艺工法经滨州市住建局专家评审，获滨州市级工法。钢管桩组合支架作为临时支撑体系，保证施工安全和施工质量的同时，缩短了工期，节约了成本，钢管桩巧妙的设计位置，保证了鋼拱主架完成后能顺利拔出，做到了节能减排，为类似跨河桥梁工程提供了有价值的参考。
参考文献：
[1]李廉锟.结构力学[M].北京：高等教育出版社，1996.
[2]阮长青.钢管桩设计中的若干问题探讨[J].地下空间，2003，23（10）：87-89+99-100.
[3]胡金光.高速铁路现浇梁支架及钢管桩基础施工控制技术研究[D].天津大学，2014.