客運(yùn)專線簡(jiǎn)支箱梁貝雷制架施工技術(shù)的應(yīng)用

胡京平

(中鐵十八局集團(tuán)福建工程公司,福州 350001)

1 概述

近年來,高速客運(yùn)專線鐵路快速發(fā)展,在人口、路網(wǎng)稠密地區(qū)，地質(zhì)不良地區(qū)多采用高架橋(以橋代路),橋梁在客運(yùn)專線土建工程中占比例越來越大,新的工藝和施工技術(shù)也日趨多樣化。特別是客專首次使用的32 m簡(jiǎn)支箱梁,體積大(混凝土315.2 m3)、梁體高(2.8 m)、質(zhì)量大(790 t),澆筑時(shí)間要求短,從而導(dǎo)致現(xiàn)澆施工技術(shù)難度大。無法在梁場(chǎng)預(yù)制而必須進(jìn)行原位現(xiàn)澆的橋梁,為了節(jié)省時(shí)間和投資,采用貝雷制架現(xiàn)澆施工制梁就成為該領(lǐng)域內(nèi)一種新的施工技術(shù)。

2 工程概況

甬臺(tái)溫鐵路北起寧波,經(jīng)臺(tái)州至溫州,全長(zhǎng)282.42 km,是國(guó)家鐵路網(wǎng)規(guī)劃“八縱八橫”中的沿海鐵路和“四縱四橫”客運(yùn)快速大通道中的重要組成部分,按客運(yùn)專線標(biāo)準(zhǔn)建設(shè),設(shè)計(jì)時(shí)速200 km。

我公司承建的永寧江特大橋全長(zhǎng)2 496.16 m,設(shè)計(jì)為77孔雙線梁,分別跨越永寧江、82省道和東官河,孔跨布置為：11跨24 m簡(jiǎn)支梁、63跨32 m簡(jiǎn)支梁和1聯(lián)3跨(40+64+40)m預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁。因受沿海地區(qū)地質(zhì)條件、征地等方面影響,本橋箱梁施工多采用移動(dòng)模架、滿堂支架就地現(xiàn)澆。跨永寧江(5片)和跨東官河(1片)32 m簡(jiǎn)支箱梁由于鋼圍堰施工周期較長(zhǎng),移動(dòng)模架在此兩處必須跳跨施工,滿堂支架無法施工。為保證工期,確保此處箱梁的順利澆筑,這6片簡(jiǎn)支箱梁決定采用貝雷制架現(xiàn)澆。

3 貝雷制架施工的特點(diǎn)

貝雷制架就是根據(jù)現(xiàn)澆構(gòu)造物的高度,將鋼管樁制作成排架形式安裝在承臺(tái)基礎(chǔ)上,做為支架的支撐墩,上部用貝雷片拼裝成連續(xù)梁式桁架,用固定在貝雷片主弦桿上的工字鋼、方木等作為高程調(diào)整構(gòu)件,由此組成箱梁施工的支撐、作業(yè)平臺(tái),在貝雷架上完成箱梁模板安裝、預(yù)壓、鋼筋綁扎、混凝土澆筑、預(yù)應(yīng)力張拉等施工工序。這種施工方法改變了傳統(tǒng)滿堂支架必須依靠地基承載力來完成箱梁及各種施工荷載承托的狀況,同時(shí)在特殊地理位置，如交通通道、水田、跨溝、跨河等處可以采用貝雷制架施工方法,可以幾個(gè)工點(diǎn)同時(shí)施工箱梁,避免施工不連續(xù)時(shí)架橋機(jī)不能通過,在工期緊張的情況下可加快進(jìn)度,有效降低各種因素帶來的不利影響。

4 貝雷制架施工技術(shù)應(yīng)用

4.1 貝雷制架組成

制架由鋼管樁基礎(chǔ)支撐、砂箱落架、貝雷架三大部分組成,從上到下依次為：箱梁外模架、底模、15 cm×10 cm縱向方木、I16型鋼、貝雷梁片、I32型鋼、砂箱落架和φ600 mm壁厚為8 mm的鋼管，如圖1～圖3所示。

鋼管樁基礎(chǔ)作為整個(gè)支撐體系的關(guān)鍵部位,它將支架所承受的荷載通過6根φ600 mm螺旋鋼管傳遞至承臺(tái)上；砂箱落架設(shè)備主要用于箱梁完成施工后支架的拆除。

圖1 貝雷制架橫斷面(單位：mm)

圖2 貝雷制架側(cè)面(單位：mm)

圖3 砂箱落架結(jié)構(gòu)(單位：mm)

4.2 貝雷制架方案檢算

4.2.1 支架荷載

(1)梁的自重荷載：混凝土超灌系數(shù)取1.05,動(dòng)載系數(shù)取1.1。箱梁計(jì)算自重8 526 kN。在中間23.6 m的范圍內(nèi),重為226 kN/m,在兩端1.5 m,重為364 kN/m,在其余兩側(cè)中間3 m長(zhǎng)的范圍內(nèi),從279 kN/m變化到303 kN/m。計(jì)算時(shí)考慮混凝土的容重為25.5 kN/m3。

(2)模板荷載：初步定為1 000 kN,具體要根據(jù)32 m箱梁模板的圖紙選用。

在實(shí)際生產(chǎn)中，產(chǎn)品因各種原因存在著退貨與返工情況。上海誠(chéng)達(dá)物流運(yùn)輸有限公司提供售后服務(wù)運(yùn)輸，承擔(dān)著市內(nèi)、市外配件與成品的售后運(yùn)輸。

(3)支架荷載：貝雷梁的自重程序可自動(dòng)考慮,其余部分按500 kN考慮。

(4)施工荷載：按施工規(guī)范取值。

4.2.2 計(jì)算過程中用到的各種力學(xué)參數(shù)

(1)Q235鋼：彈性模量E=2.1×105MPa；容許應(yīng)力[σw]=170 MPa；容許剪應(yīng)力[τ]=100 MPa。

(2)16Mn鋼:彈性模量E=2.1×105MPa；容許應(yīng)力[σw]=210 MPa；容許剪應(yīng)力[τ]=175 MPa。

(3)單排單層貝雷片:慣性矩I=250 497.2 cm4,截面面積A=50.94 cm2,截面模量W=3 578.5 cm3，容許彎矩[M]=788.2 kN·m,容許剪力[Q]=245.2 kN;貝雷片自重線荷載:2 989/3=996 kN/m。

(4)I36a型鋼：慣性矩I=15 796 cm4,截面面積A=76.44 cm2,截面模量W=877.556 cm3,均布線荷載標(biāo)準(zhǔn)q=588 kN/m。

4.2.3 貝雷片計(jì)算

為保證支架結(jié)構(gòu)的安全,用大型有限元程序?qū)χЪ芙Y(jié)構(gòu)進(jìn)行計(jì)算。

通過計(jì)算最大應(yīng)力為325 MPa,位于兩端的豎桿處,因此,施工時(shí)此處應(yīng)加強(qiáng)(可采用橫向花窗)。檢算貝雷桁架強(qiáng)度,剛度滿足要求。

4.2.4 樁頂分配梁(2I36a)檢算

利用有限元軟件建立模型。樁頂分配梁支撐在鋼管樁上,按多跨連續(xù)梁計(jì)算,計(jì)算荷載為貝雷桁片傳來的集中荷載。通過檢算樁頂分配梁強(qiáng)度,剛度滿足要求。

4.2.5 鋼管樁

鋼管樁(φ=0.6 m,δ=8 mm,樁長(zhǎng)取L=8 m)檢算

由樁頂分配梁計(jì)算可知單樁承受最大豎向力,計(jì)算最不利應(yīng)力σmax=P/A<容許應(yīng)力[σw]=170 MPa。經(jīng)檢算，鋼管樁強(qiáng)度,剛度和穩(wěn)定性滿足要求。

4.2.6 基礎(chǔ)檢算

基礎(chǔ)承臺(tái)頂面局部承壓能力檢算

每根鋼管柱底焊接750 mm×750 mm×12 mm鋼板一塊。從而鋼管柱底壓應(yīng)力為：σ=N/A=16 MPa<[σ]=20.4 MPa,同時(shí)經(jīng)檢算基礎(chǔ)承臺(tái)頂面混凝土局部承壓能力滿足要求。

4.3 貝雷制架箱梁施工

貝雷制架施工現(xiàn)澆箱梁的工藝流程：鋼圍堰施工承臺(tái)、墩柱→預(yù)埋鋼管樁基礎(chǔ)→安裝砂箱→安裝工字鋼承重橫梁→拼裝、加固貝雷架→調(diào)整、檢查及預(yù)壓→支座安裝→箱梁底板、腹板鋼筋及預(yù)應(yīng)力管道安裝→內(nèi)模安裝→箱梁頂板鋼筋安裝及預(yù)埋件安裝→端模安裝→檢查驗(yàn)收→混凝土灌注→梁體養(yǎng)護(hù)→初張拉→終張拉→壓漿→脫模→拆除現(xiàn)澆支架系統(tǒng)。

(1)預(yù)埋鋼管樁支撐基礎(chǔ)

鋼管樁立柱起著將支架荷載和施工工作荷載傳到基礎(chǔ)的作用。承臺(tái)、墩柱施工完后對(duì)承臺(tái)頂面進(jìn)行清理找平,根據(jù)設(shè)計(jì)間距定位出鋼管中心位置,在鋼管底部焊接12 mm厚鋼板以增加受力面積進(jìn)行應(yīng)力擴(kuò)散,然后開始吊裝鋼管。吊裝前要根據(jù)圖紙?jiān)O(shè)計(jì)的支撐體系的各部位高度尺寸對(duì)鋼管高度進(jìn)行計(jì)算、切割下料。所有鋼管吊裝定位好后,鋼管樁之間設(shè)置[14型鋼聯(lián)結(jié)剪刀撐,以增加穩(wěn)定性,其數(shù)量根據(jù)橋墩高度確定。同時(shí)整個(gè)鋼管排架可與墩柱按抱箍方式連成整體,進(jìn)一步增加穩(wěn)定性。

(2)砂箱落架的安裝

考慮整個(gè)支撐體系均為剛性結(jié)構(gòu),箱梁模板、貝雷梁拆除時(shí)需要一定的落架空間,所以采用砂箱作為落架設(shè)備。砂箱采用大管套小管形式,大管與支撐鋼管直徑相同,小管與大管直徑差控制在10 cm以內(nèi)，以防間隙太大失穩(wěn)。砂箱設(shè)置在鋼管支撐上,砂箱外套大管中心軸線要與支撐鋼管重合,砂箱底部鋼板與支撐鋼管頂鋼板采用焊接聯(lián)結(jié)。

砂箱內(nèi)用的砂子采用洗干凈并烘干的中細(xì)砂,根據(jù)高度調(diào)節(jié)需要控制裝砂量,盡量不超過40 cm；同時(shí)，為方便落架時(shí)卸砂,在砂箱底部設(shè)置一個(gè)長(zhǎng)方形的帶推拉小門的卸砂窗。

(3)工字鋼承重橫梁鋪設(shè)

砂箱安裝好后,在砂箱頂面橫橋方向鋪設(shè)雙拼焊接的2根I36a型鋼作為承重橫分配梁共同受力,承重橫梁與砂箱頂面鋼板焊接或加焊擋板卡住橫梁以防跑位。

(4)貝雷架拼裝及加固

主梁由兩層疊合在一起的貝雷梁組成,兩層貝雷梁之間采用U形螺栓聯(lián)接,用于承受制梁時(shí)的工作載荷,完成簡(jiǎn)支梁的澆筑。貝雷梁采用水平花窗及豎向花窗連接,加強(qiáng)自身抗扭能力。根據(jù)設(shè)計(jì)的組數(shù)在工字鋼橫梁上按設(shè)計(jì)間距進(jìn)行定位,在地面上分組聯(lián)結(jié)拼裝好再往上吊裝,同時(shí)每一組吊裝上去后要及時(shí)加固。貝雷梁之間除標(biāo)準(zhǔn)斜撐外,還采用∟100×10角鋼,把每組梁間交叉聯(lián)結(jié)形成整體。

4.4 預(yù)壓施工工藝

箱梁澆筑前,對(duì)支架采用1.2倍的梁重荷載進(jìn)行預(yù)壓,以消除非彈性變形,取得彈性變形值,指導(dǎo)預(yù)拱度的設(shè)置,同時(shí)檢驗(yàn)支架的安全性能。支架預(yù)壓時(shí),模擬1.2倍梁體重進(jìn)行加載,橫向截面兩側(cè)翼緣板和底板設(shè)置3個(gè)觀測(cè)點(diǎn),縱向在梁端、1/4跨和1/2跨處設(shè)置觀察點(diǎn),以取得相應(yīng)的變形量(彈性變形值、非彈性變形值)。支架預(yù)拱度采用木楔進(jìn)行調(diào)整,32 m跨跨中應(yīng)設(shè)置考慮因支架變形而引起的6.5 cm的反拱,其余項(xiàng)的預(yù)拱度值,根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙要求進(jìn)行累加,預(yù)拱度按二次拋物線設(shè)置。預(yù)壓及施工過程中,設(shè)專門人員監(jiān)測(cè)支架變形,若有異常,及時(shí)采取措施。

4.5 梁體施工工序

梁體模板的支立、鋼筋的綁扎、混凝土的灌注、預(yù)應(yīng)力筋的張拉同“客運(yùn)專線箱梁的預(yù)制”中的相應(yīng)方法和規(guī)定。箱梁底模，內(nèi)、外側(cè)模板均采用整體鋼模板(按4 m為一節(jié)段加工,以利模板倒用,現(xiàn)場(chǎng)吊車拼裝),拆除時(shí)分段自梁體端部抽出。箱梁混凝土澆筑采用攪拌車配合混凝土輸送泵供應(yīng),利用布料機(jī)分點(diǎn)同時(shí)澆筑,以減少混凝土澆筑時(shí)間。

4.6 落架

落架與安裝過程基本相反,落架之前必須先對(duì)砂箱進(jìn)行卸砂,卸砂時(shí)6個(gè)砂箱卸砂速度要保持一致。拆貝雷梁組時(shí),要注意后拆的部分還要聯(lián)結(jié)好,以防發(fā)生局部?jī)A覆。

5 貝雷制架施工的注意事項(xiàng)

貝雷梁拼裝要在平整場(chǎng)地連接牢固,經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)人員檢查合格后方可起吊安裝,嚴(yán)格按照施工圖紙和施工方案進(jìn)行安裝,安裝要穩(wěn)定牢固?，F(xiàn)場(chǎng)吊裝作業(yè)時(shí)梁體上下必須有專人指揮協(xié)調(diào),經(jīng)確定安全后方可吊裝,梁下和吊車臂下嚴(yán)禁站人。貝雷梁安裝時(shí)要確保其位置正確,連接牢固、安全、穩(wěn)定,保證安全施工。支架、貝雷梁安好后,經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)人員檢查其安全、穩(wěn)定后進(jìn)行預(yù)壓。制梁完畢后,嚴(yán)格按照支架法的落架方案進(jìn)行落架工作。拆卸工作嚴(yán)格按照操作程序施工,服從現(xiàn)場(chǎng)統(tǒng)一指揮。模板拆掉一塊吊裝一塊,不得在上面堆放。拆卸過程中貝雷梁不準(zhǔn)強(qiáng)拉、強(qiáng)卸,梁體上下做好指揮、協(xié)調(diào),梁下禁止站人,梁上待貝雷梁安全橫移后,方可吊下。

6 結(jié)語(yǔ)

簡(jiǎn)支箱梁貝雷制架現(xiàn)澆施工技術(shù)在永寧江特大橋工程中的應(yīng)用,無論從適用性、工期質(zhì)量和經(jīng)濟(jì)效益等各方面均取得了較好的效果。貝雷制架施工箱梁較移動(dòng)模架流水作業(yè)法施工,可實(shí)施平行作業(yè)法展開更多工作面；同時(shí)投入比移動(dòng)模架少,經(jīng)濟(jì)、拆卸方便。支架設(shè)計(jì)合理,加上精心組織和管理,施工質(zhì)量得到了保證。特別是成型后的橋外表美觀,線形流暢；該工藝不需占用橋位處的地面,對(duì)于地形、地基較差的施工特殊地理情況下可靈活采用，具有廣泛應(yīng)用價(jià)值。

[1]交通部第一公路工程總公司.公路施工手冊(cè).橋涵[M].北京：人民交通出版社,2004.

[2]黃紹金,劉陌生.裝配式公路鋼橋多用途使用手冊(cè)[M].北京：人民交通出版社,2004.

[3]余定軍，任 軍.超高鋼管樁支架在山區(qū)橋梁施工中的應(yīng)用[J].鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，2008(6)：47-49.

[4]宋志洪.貝雷梁鋼管柱支架在同安灣大橋中的應(yīng)用[J].鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，2008(8)：67-68.

[5]JTJ041—2000,公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范[S].

[6]GB50017—2003,鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[7]GB50205—2001,鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范[S].