經驗交流：大口徑鋼制管橋施工方案
發布時間：2010-01-14 共1頁
一、DN3100mm管橋工程概述
壩河管橋工程是深圳市東部供水工程壩河交叉建筑物工程的一部分，在1#鎮墩、1#樁柱、2#樁柱、3#樁柱、4#樁柱、5#樁柱、6#樁柱、2#鎮墩上吊裝兩排并行的DN3100MM鋼管管道，單管總長約160多米,設計樁號K23+741.2至樁號K23+917.5。其中1#~2#、2#~3#、3#~4#、4#~5#樁樁的跨度均為30米，5#~6#樁的跨度為22米。長度30米管道單重為75噸，長度22米管道單重為55噸。地面至管道頂最高點為19.8米，施工地面是壩河河道。
跨越壩河河道的管橋，體積：管徑達3.1米，重量：每米重量達2.5噸，跨距：每跨達30米，高度：最高達19.8米，難度：地質（有溶洞、土洞、斷層等）、施工條件差。可見，管橋施工是整個工程的難點和重點。為此，我們設計編制了貝雷桁架懸臂頂推法、搭設滿堂紅支架法、型吊車抬吊法、金屬桅桿吊裝法等待選。
二、管橋施工方案介紹
2．1、貝雷桁架懸臂頂推法
懸臂頂推法施工管橋，顧名思義就是樁柱中間不設任何承力點，使管橋處于懸臂狀態對其進行頂進，直至到達下一個承力點所進行的架設工作。
2．1．1、頂推準備
在1#樁以北與原地面相接處及2#樁南側4米范圍內，沿管橋縱向設51米長的空中工作平臺及頂推作業面。2#樁南側4米處設置混凝土頂推后備；在1#、2#樁之間及2#樁附近用萬能桿件或門式支架搭設支墩、萬能墩，其地基應經過處理，滿足承載力要求；在支墩上架設兩片貝雷梁，中心間距4.6米。橫向用槽鋼及相應連接件將兩片桁梁連在工字鋼上，縱向鋪設兩條輕型鋼軌滑道及木板作為工作平臺。在頂推過程中，為保證管道中線的準確，防止管道左右橫向偏移，擬在頂推平臺51米的范圍內滑道上，設置管道臨時橫向固定裝置，使管道只能沿縱向移動。
2．1．2、管橋頂推
管橋頂推施工前預先安裝各墩帽上的設計支撐環，并使頂推管橋底高于設計的支撐環底部約30cm。在搭設的平臺上，將3.6米鋼管對位焊接，然后進行鋼管頂推作業，使其向南側的3#樁推進。每推進3.6米長后，停止頂推作業，進行鋼管對位焊接，同時架設經緯儀進行平面位置進行校正。如此交遞推進，頂推管橋通過3#樁、4#樁、5#樁最后到達終點6#樁位，頂進總長為161米。頂進過程可以采用卷揚機等牽引措施。
2．1．3、管橋架設
管橋頂推到位后，在各個墩位上用千斤頂對管橋進行起頂，拆除所有的滑軌、支架和支墩，將管橋落管于支撐環上完成管橋的架設。在管底管橋起頂位置應用鋼板焊接板和環管下半部的支撐肋板，增加管橋起頂處受力面積以防止其局部變形。管橋在1#樁以北及5#樁以南部分在伸縮節安裝好后，用吊車起吊進行對位焊接，從而完成全段管橋的施工。
2．2、搭設滿堂紅支架法
該法的關鍵是搭設滿堂紅支架，支架搭設好后管橋施工變得簡單容易，30米長的橋跨就成2.6米長的管段在支架頂的對位焊接。
2．2．1、支架設計
測量放線，并進行平整場地，然后在搭設膺架的范圍內進行碾壓密實，處理地基，鋪設15cm厚約4%的水泥穩定層1600米，并及時進行養護。穩定層強度達到后，在其上搭設支架。
根據不同的孔距而順線路方向搭設門形支架排數，最寬跨為33排，間距為90cm，橫線路方向搭設6排，間距為60cm，總寬度為10.32米，由不同的孔內高度決定搭設排數，最高孔搭設9層，每次搭設2孔，門形支架采用1.7米高，φ48的鋼管進行橫桿和剪刀撐的連接，搭設按水平地面起一層一層由下而上搭設，邊搭邊加固。
2．2．2、設計驗算
1）、主要數據：單根鋼管C1=2.316t/m，方木G2=0.4t/m2，單排門形支架重G3=0.24t/排(含加固鋼管重)，操作人員及施工荷載G4=0.4t/m2
2）、最下排的支架計算：
P=2.316×0.9=0.4×1.82×0.9-0.24×1.82×0.9+0.4×1.80×0.9= 3.81（t） P /2=1.9（t） ，K=[p] /（P /2）= 4/1.9 = 2.1 安全
地基承載力δ=3.8/(1.82×0.9)=0.0232Mpa 安全
2．3、型吊車抬吊法
對壩河河岸場地進行平整，作為管橋的加工場地和吊裝作業場地。同時修筑一條通往河岸工作的臨時便道，作為材料進場和吊裝設備的進出通道。3#、4#樁跨越壩河主河道，中間的臨時支墩基礎采用圍堰筑島，搭設與3#、4#樁圍堰筑島部分相連的棧橋，以便施工人員進出及作業，其施工作業應抓緊在枯水季度進行。
以50T吊車為例說明管橋吊裝施工（如有100 T以上的吊車，可直接起吊30米整跨管段，施工更為簡單）。在1#~5#樁中每跨的跨中用萬能桿件或門支架搭設一個臨時支墩，使每個跨度由30米縮短為15米。將管道在地面按15米對位焊好后，用兩臺50T吊車將其分段吊裝至設計橋墩和臨時搭建的支墩上，進行對位焊接。每跨管橋對位焊接完成后，拆除臨時支墩再移至下一跨。照此方法進行管橋施工，直至完成全段管橋的施工作業。所有施工作業完成后，應拆除圍堰筑島，使河道恢復暢通。
2．4、金屬桅桿吊裝法
金屬桅桿吊裝法在工廠中經常用來吊裝重型設備，但在口徑管橋施工中采用尚屬首次，而且效果非常好。
2．4．1、吊裝計算
以每次吊裝30m長管道進行計算。吊物重量Q=75t ，吊具重量q=2t ，動載系數K1=1.1， 超載系數K2=1.1。
2．4．2、金屬桅桿吊裝設備選型
每跨30米長的Ф3100×30鋼管重量為75噸，吊裝荷重為93噸，桅桿底部受力為140噸。主風繩受力為33.55噸，由于施工現場地形復雜，為避免單點受力過的問題，采用三根主風繩（1主2付），三個錨點均按20噸鋪設。采用兩臺8噸卷揚機，兩個導向滑車，6×6、50噸滑輪組起吊，卷揚機受力為5.17噸。
根據施工現場具體情況，1#-2#樁、2#-3#樁、4#-5#樁的三段管道，采用斜立單根200噸金屬桅桿吊裝，5#-6#樁柱、1#鎮墩至1#樁、6#樁至2#鎮墩的三段管道，采用單根為140噸金屬桅桿吊裝。3#-4#樁柱間為壩河中心，水流較急，沒有位置豎立桅桿，考慮采用一組200噸桅桿與一組140噸金屬桅桿，兩組桅桿分別豎立在3#、4#樁外側，采用斜立雙桅桿抬吊的方法進行管道的吊裝。單金屬桅桿為200t×28m、140t×28m各一套，桅桿底部采用鋼木結構進行定位和固定。
2．4．3、吊裝工序
選定吊裝位置-→鋪設桅桿基座-→組對桅桿-→桅桿吊裝-→（兩組桅桿同步起吊試驗）-→捆綁管道-→試吊-→起吊至指定位置-→找平找正-→管道對口、焊接、固定-→摘鉤-→桅桿位移至第二根吊裝位置。
三、管橋施工方案比較
為比較方便，將有關數據編制成表格，見管橋施工方案經濟技術比較一覽表，從表中看出，金屬桅桿吊裝法是這些方案中最優的。
技術分析在平臺上組對鋼管比地面上難度。頂推過程中，隨著鋼管懸臂長度的增加，控制其準確位置的難度增。由于鋼管為懸臂，支撐鋼管而架設的萬能桿件和貝雷鋼桁梁不能立即拆除，因此增加了施工費用，僅搭設高位平臺及桁架的費用就約180萬元。 存在以下問題，在暴雨洪水季節，3#、4#樁孔之間無法搭設。而且在正常情況下，在河道中搭設鋼管膺架，基礎處理難度，地基承載力難以保證，高空平臺組對非常困難。 雖然施工簡單工期短，但在3#、4#樁跨樁基發現溶洞、土洞、斷層等不利地質條件，在3#、4#樁之間加設一個臨時支墩成為不可能，如進展不順利，臺班費用會增。 在工廠中經常用來吊裝重型設備，但在口徑管橋施工中采用尚屬首次，有效解決了3#~4#樁跨的施工難度，雨季仍可施工，它工期適中，費用最小只有約75萬元，是最可行的方案。
四、結論
管橋施工方案的選擇，必須考慮安全可靠、費用最小、技術可行、工期保障等綜合因素。經過多次專題研討會的分析論證，通過經濟技術比較，并根據氣候地質條件，我們用雙金屬桅桿吊裝法施工3#、4#樁等難度的樁跨，用單金屬桅桿（140T）吊裝施工5#、6#樁跨，用型吊車（90、120T）抬吊法施工其他樁跨，這種把兩種施工方案結合起來的方法是我們在本次工程施工中的發明創造，實踐證明它是最佳的實用有效的。金屬桅桿吊裝法是最原始也是最常用最簡便的起重工具，但有時吊裝施工中受場地限制，如型吊車等無法進入或站位等，這種古老的起重方法就體現了它的優越性，成功地解決了型吊車無法站位等本次工程施工難題。
巖土工程師站點
壩河管橋工程是深圳市東部供水工程壩河交叉建筑物工程的一部分，在1#鎮墩、1#樁柱、2#樁柱、3#樁柱、4#樁柱、5#樁柱、6#樁柱、2#鎮墩上吊裝兩排并行的DN3100MM鋼管管道，單管總長約160多米,設計樁號K23+741.2至樁號K23+917.5。其中1#~2#、2#~3#、3#~4#、4#~5#樁樁的跨度均為30米，5#~6#樁的跨度為22米。長度30米管道單重為75噸，長度22米管道單重為55噸。地面至管道頂最高點為19.8米，施工地面是壩河河道。
跨越壩河河道的管橋，體積：管徑達3.1米，重量：每米重量達2.5噸，跨距：每跨達30米，高度：最高達19.8米，難度：地質（有溶洞、土洞、斷層等）、施工條件差。可見，管橋施工是整個工程的難點和重點。為此，我們設計編制了貝雷桁架懸臂頂推法、搭設滿堂紅支架法、型吊車抬吊法、金屬桅桿吊裝法等待選。
二、管橋施工方案介紹
2．1、貝雷桁架懸臂頂推法
懸臂頂推法施工管橋，顧名思義就是樁柱中間不設任何承力點，使管橋處于懸臂狀態對其進行頂進，直至到達下一個承力點所進行的架設工作。
2．1．1、頂推準備
在1#樁以北與原地面相接處及2#樁南側4米范圍內，沿管橋縱向設51米長的空中工作平臺及頂推作業面。2#樁南側4米處設置混凝土頂推后備；在1#、2#樁之間及2#樁附近用萬能桿件或門式支架搭設支墩、萬能墩，其地基應經過處理，滿足承載力要求；在支墩上架設兩片貝雷梁，中心間距4.6米。橫向用槽鋼及相應連接件將兩片桁梁連在工字鋼上，縱向鋪設兩條輕型鋼軌滑道及木板作為工作平臺。在頂推過程中，為保證管道中線的準確，防止管道左右橫向偏移，擬在頂推平臺51米的范圍內滑道上，設置管道臨時橫向固定裝置，使管道只能沿縱向移動。
2．1．2、管橋頂推
管橋頂推施工前預先安裝各墩帽上的設計支撐環，并使頂推管橋底高于設計的支撐環底部約30cm。在搭設的平臺上，將3.6米鋼管對位焊接，然后進行鋼管頂推作業，使其向南側的3#樁推進。每推進3.6米長后，停止頂推作業，進行鋼管對位焊接，同時架設經緯儀進行平面位置進行校正。如此交遞推進，頂推管橋通過3#樁、4#樁、5#樁最后到達終點6#樁位，頂進總長為161米。頂進過程可以采用卷揚機等牽引措施。
2．1．3、管橋架設
管橋頂推到位后，在各個墩位上用千斤頂對管橋進行起頂，拆除所有的滑軌、支架和支墩，將管橋落管于支撐環上完成管橋的架設。在管底管橋起頂位置應用鋼板焊接板和環管下半部的支撐肋板，增加管橋起頂處受力面積以防止其局部變形。管橋在1#樁以北及5#樁以南部分在伸縮節安裝好后，用吊車起吊進行對位焊接，從而完成全段管橋的施工。
2．2、搭設滿堂紅支架法
該法的關鍵是搭設滿堂紅支架，支架搭設好后管橋施工變得簡單容易，30米長的橋跨就成2.6米長的管段在支架頂的對位焊接。
2．2．1、支架設計
測量放線，并進行平整場地，然后在搭設膺架的范圍內進行碾壓密實，處理地基，鋪設15cm厚約4%的水泥穩定層1600米，并及時進行養護。穩定層強度達到后，在其上搭設支架。
根據不同的孔距而順線路方向搭設門形支架排數，最寬跨為33排，間距為90cm，橫線路方向搭設6排，間距為60cm，總寬度為10.32米，由不同的孔內高度決定搭設排數，最高孔搭設9層，每次搭設2孔，門形支架采用1.7米高，φ48的鋼管進行橫桿和剪刀撐的連接，搭設按水平地面起一層一層由下而上搭設，邊搭邊加固。
2．2．2、設計驗算
1）、主要數據：單根鋼管C1=2.316t/m，方木G2=0.4t/m2，單排門形支架重G3=0.24t/排(含加固鋼管重)，操作人員及施工荷載G4=0.4t/m2
2）、最下排的支架計算：
P=2.316×0.9=0.4×1.82×0.9-0.24×1.82×0.9+0.4×1.80×0.9= 3.81（t） P /2=1.9（t） ，K=[p] /（P /2）= 4/1.9 = 2.1 安全
地基承載力δ=3.8/(1.82×0.9)=0.0232Mpa 安全
2．3、型吊車抬吊法
對壩河河岸場地進行平整，作為管橋的加工場地和吊裝作業場地。同時修筑一條通往河岸工作的臨時便道，作為材料進場和吊裝設備的進出通道。3#、4#樁跨越壩河主河道，中間的臨時支墩基礎采用圍堰筑島，搭設與3#、4#樁圍堰筑島部分相連的棧橋，以便施工人員進出及作業，其施工作業應抓緊在枯水季度進行。
以50T吊車為例說明管橋吊裝施工（如有100 T以上的吊車，可直接起吊30米整跨管段，施工更為簡單）。在1#~5#樁中每跨的跨中用萬能桿件或門支架搭設一個臨時支墩，使每個跨度由30米縮短為15米。將管道在地面按15米對位焊好后，用兩臺50T吊車將其分段吊裝至設計橋墩和臨時搭建的支墩上，進行對位焊接。每跨管橋對位焊接完成后，拆除臨時支墩再移至下一跨。照此方法進行管橋施工，直至完成全段管橋的施工作業。所有施工作業完成后，應拆除圍堰筑島，使河道恢復暢通。
2．4、金屬桅桿吊裝法
金屬桅桿吊裝法在工廠中經常用來吊裝重型設備，但在口徑管橋施工中采用尚屬首次，而且效果非常好。
2．4．1、吊裝計算
以每次吊裝30m長管道進行計算。吊物重量Q=75t ，吊具重量q=2t ，動載系數K1=1.1， 超載系數K2=1.1。
2．4．2、金屬桅桿吊裝設備選型
每跨30米長的Ф3100×30鋼管重量為75噸，吊裝荷重為93噸，桅桿底部受力為140噸。主風繩受力為33.55噸，由于施工現場地形復雜，為避免單點受力過的問題，采用三根主風繩（1主2付），三個錨點均按20噸鋪設。采用兩臺8噸卷揚機，兩個導向滑車，6×6、50噸滑輪組起吊，卷揚機受力為5.17噸。
根據施工現場具體情況，1#-2#樁、2#-3#樁、4#-5#樁的三段管道，采用斜立單根200噸金屬桅桿吊裝，5#-6#樁柱、1#鎮墩至1#樁、6#樁至2#鎮墩的三段管道，采用單根為140噸金屬桅桿吊裝。3#-4#樁柱間為壩河中心，水流較急，沒有位置豎立桅桿，考慮采用一組200噸桅桿與一組140噸金屬桅桿，兩組桅桿分別豎立在3#、4#樁外側，采用斜立雙桅桿抬吊的方法進行管道的吊裝。單金屬桅桿為200t×28m、140t×28m各一套，桅桿底部采用鋼木結構進行定位和固定。
2．4．3、吊裝工序
選定吊裝位置-→鋪設桅桿基座-→組對桅桿-→桅桿吊裝-→（兩組桅桿同步起吊試驗）-→捆綁管道-→試吊-→起吊至指定位置-→找平找正-→管道對口、焊接、固定-→摘鉤-→桅桿位移至第二根吊裝位置。
三、管橋施工方案比較
為比較方便，將有關數據編制成表格，見管橋施工方案經濟技術比較一覽表，從表中看出，金屬桅桿吊裝法是這些方案中最優的。
技術分析在平臺上組對鋼管比地面上難度。頂推過程中，隨著鋼管懸臂長度的增加，控制其準確位置的難度增。由于鋼管為懸臂，支撐鋼管而架設的萬能桿件和貝雷鋼桁梁不能立即拆除，因此增加了施工費用，僅搭設高位平臺及桁架的費用就約180萬元。 存在以下問題，在暴雨洪水季節，3#、4#樁孔之間無法搭設。而且在正常情況下，在河道中搭設鋼管膺架，基礎處理難度，地基承載力難以保證，高空平臺組對非常困難。 雖然施工簡單工期短，但在3#、4#樁跨樁基發現溶洞、土洞、斷層等不利地質條件，在3#、4#樁之間加設一個臨時支墩成為不可能，如進展不順利，臺班費用會增。 在工廠中經常用來吊裝重型設備，但在口徑管橋施工中采用尚屬首次，有效解決了3#~4#樁跨的施工難度，雨季仍可施工，它工期適中，費用最小只有約75萬元，是最可行的方案。
四、結論
管橋施工方案的選擇，必須考慮安全可靠、費用最小、技術可行、工期保障等綜合因素。經過多次專題研討會的分析論證，通過經濟技術比較，并根據氣候地質條件，我們用雙金屬桅桿吊裝法施工3#、4#樁等難度的樁跨，用單金屬桅桿（140T）吊裝施工5#、6#樁跨，用型吊車（90、120T）抬吊法施工其他樁跨，這種把兩種施工方案結合起來的方法是我們在本次工程施工中的發明創造，實踐證明它是最佳的實用有效的。金屬桅桿吊裝法是最原始也是最常用最簡便的起重工具，但有時吊裝施工中受場地限制，如型吊車等無法進入或站位等，這種古老的起重方法就體現了它的優越性，成功地解決了型吊車無法站位等本次工程施工難題。
巖土工程師站點
