淺談現(xiàn)澆箱梁鋼管樁和貝雷梁支架的搭設(shè)方案及受力驗(yàn)算

劉開拓

（中交隧道工程局有限公司，北京100001）

1 工程概況。德州北高架橋橋梁長度2.68km（采用南北分離式雙線結(jié)構(gòu)）。該橋上部結(jié)構(gòu)全部采用預(yù)應(yīng)力鋼筋砼現(xiàn)澆箱梁，箱梁為單箱雙室結(jié)構(gòu)?，F(xiàn)澆箱梁共計(jì)225孔。其中，有12孔箱梁位于章衛(wèi)新河道范圍內(nèi)，河道中心水深約2m，墩柱平均在高度在18m左右。結(jié)合本工程現(xiàn)場實(shí)際情況，擬定該12孔箱梁采用鋼管樁和貝雷梁支架的施工方案。

2 支架設(shè)計(jì)

2.1 支架體系及構(gòu)造。箱梁梁體采用貝雷支架法原位現(xiàn)澆施工，單層貝雷梁作支架。支架體系結(jié)構(gòu)自下而上由鋼管立柱基礎(chǔ)、底橫梁、鋼管立柱、落模砂箱、分配梁、貝雷梁、橫梁及底模、側(cè)模及支撐等構(gòu)成。

2.2 支架搭設(shè)。搭設(shè)方法是首先將拼裝好的底橫梁安裝在梁體兩端承臺(tái)和跨中的臨時(shí)支墩承臺(tái)上，然后在底橫梁上安裝鋼管立柱，并在每根鋼管立柱上安裝砂箱，砂箱安裝完成后在每排立柱砂箱頂面安裝分配梁，最后將組拼好的貝雷梁搭設(shè)在分配梁上，從而完成了現(xiàn)澆箱梁支架的搭設(shè)。

2.2.1 鋼管立柱基礎(chǔ)。本工程梁體兩端鋼管立柱基礎(chǔ)支撐借助于墩柱下部的鉆孔灌注樁基礎(chǔ)；跨中的臨時(shí)支墩基礎(chǔ)采用Φ1000mm的鉆孔灌注樁基礎(chǔ)，樁基礎(chǔ)上接寬度和高度均為1m的承臺(tái)作為支撐。每跨跨中設(shè)2排臨時(shí)支墩，每排臨時(shí)支墩下設(shè)三根樁基，樁長15m，兩排臨時(shí)支墩中心間距為3m。

2.2.2 底橫梁。由于原設(shè)計(jì)承臺(tái)寬度不能滿足支架搭設(shè)需要，需要在承臺(tái)上設(shè)一道底橫梁將上部荷載傳遞到下部基礎(chǔ)。底橫梁采用由貝雷片拼裝而成的三排單層貝雷梁，底橫梁直接安在承臺(tái)上，并通過鋼板螺絲和預(yù)埋在承臺(tái)上的鋼板聯(lián)系在一起。底橫梁兩側(cè)各懸臂出承臺(tái)1m。

2.2.3 鋼管立柱。鋼管立柱采用直徑Φ406mm，壁厚100mm的螺旋管，按中心間距1.5m橫橋向布設(shè)。鋼管立柱下口通過鋼板及螺絲與底橫梁對接并共同支撐在承臺(tái)上，上口通過鋼板及法蘭與砂箱底部連接。為了確保鋼管立柱的穩(wěn)定，相臨鋼立柱間用Φ70mm鋼管連接，同時(shí)，在橋墩位置，加強(qiáng)橋墩與鋼管立柱之間的聯(lián)系。

2.2.4 落梁砂箱。砂箱采用外套筒為Φ406mm、內(nèi)套筒為Φ380mm的螺旋管制作，砂箱高度500mm。砂箱底部與鋼管立柱通過法蘭連接。為保證鋼管支撐處應(yīng)力均勻分布，在砂箱頂部及鋼管與砂箱底部接觸面焊接10mm厚鋼板。砂宜采用中細(xì)砂，并篩除2mm以上的顆粒，以保證能順利從底孔放砂，每箱的裝砂量需經(jīng)過壓實(shí)試驗(yàn)和仔細(xì)計(jì)算得出，確保承重后梁底在同一水平面上。

2.2.5 分配梁。分配梁起著將結(jié)構(gòu)荷載、支架荷載和施工荷載分配到鋼管立柱上同時(shí)受力的作用。分配梁采用2根36a工字鋼并排焊接，在支點(diǎn)處與貝雷梁用Ф20U型螺栓連接牢固，防止貝雷梁移動(dòng)。

2.2.6 貝雷梁。主梁由四組三排單層和二組二排單層貝雷梁組合而成，用于承受制梁時(shí)的荷載，完成梁體的澆注。貝雷梁是由規(guī)格為300cm×150cm×17.5cm的貝雷片采用貝雷銷和連接片連接而成，貝雷梁調(diào)整節(jié)根據(jù)現(xiàn)場需要自行加工制作。貝雷梁提前組拼，整體吊裝。

2.3 支架受力驗(yàn)算。以德州北高架橋25m現(xiàn)澆箱梁為例，對箱梁支架進(jìn)行受力計(jì)算,箱梁底板寬度9m，砼設(shè)計(jì)方量為225m3。

2.3.1 荷載計(jì)算

（1）箱梁荷載：每立方砼重量按26KN計(jì)算，取安全系數(shù)r=1.2，，以全部重量作用于9m寬底板上則：箱梁鋼筋砼自重：G1=225×26×1.2=7020KN

單位面積重量：F1=G1÷S=7020÷（9×25）=31.2KN/m2

（2）施工荷載：取 F2=2KN/m2，G2=2×9×25=450KN

（3）振搗混凝土產(chǎn)生荷載：取F3=1KN/m2,G3=1×9×25=225KN

（4）人行、機(jī)具荷載：取F4=1KN/m2,G4=1×9×25=225KN

（5）模板、方木重量：取F5=1KN/m2,G5=1×9×25=225KN

（6）貝雷片、連接片：每片重270kg，每孔需108片。45cm×120cm規(guī)格連接片20kg/片，每孔需18片，90cm×120cm規(guī)格連接片30kg/片，每孔需36片，則：G6=270×108+20×18+30×36=30633kg=306.33KN

F6=G6÷S=306.33÷（9×25）=1.36KN/m2

（7）36a工字鋼每延米重量為60.037kg,每孔需96m，則：

G7=60.037×96=5763kg=57.63KN

F7=G7÷S=57.63÷（9×25）=0.26KN/m2

（8）鋼管每延米重量為100kg,按15m計(jì)算，每根鋼管重量為15KN，每孔需28根鋼管，則鋼管總重量為,

G8=15×28=420KN

（9）每個(gè)跨中臨時(shí)支墩承臺(tái)基礎(chǔ)鋼筋砼重量為G9：承臺(tái)尺寸為長度1m，寬度12m，高度1m，則：

G9=1×1×12×26=312KN

2.3.2 基礎(chǔ)承載力驗(yàn)算。臨時(shí)支墩基礎(chǔ)為Ф1000鉆孔灌注樁。每排臨時(shí)支墩設(shè)3根鉆孔樁基礎(chǔ)，樁長為15m，其中位于液化層4m，不液化土層11m。

每根樁基實(shí)際承重為：

P=〔G9+(G1+G2+G3+G4+G5+G6+G7+G8)/4〕/3=848KN

由地質(zhì)資料查得，河道內(nèi)地質(zhì)以粉細(xì)砂及亞砂土為主，其摩阻力τ=3.5t/m2。液化土層τ按1.5t/m2來考慮。

每根樁基承載力：N=π×D×h×τ=3.14×1×11×3.5＋3.14×1×4×1.5=1397.3KN>P=848KN

鉆孔樁承載力滿足要求。

2.3.3 底橫梁懸臂段承載力驗(yàn)算

每根鋼管立柱承擔(dān)重量為：(G1+G2+G3+G4+G5+G6+G7)/28=304KN

每根鋼管自身重量為15KN

則每根鋼管承重連同其自身重量為319KN

由于底橫梁1m懸臂段支撐其上面一根鋼管傳遞下來的荷載，則懸臂段實(shí)際承受的彎矩為：

M=319×1=319KN.m

由于底橫梁采用的是三層單排不加強(qiáng)型貝雷梁，由貝雷梁桁架內(nèi)力表查得，三層單排不加強(qiáng)型貝雷梁允許彎矩[My]=2246.4KN.m，允許剪力[Fy]=698.9KN

所以，底橫梁懸臂段承載力能夠滿足施工要求。

2.3.4 鋼管立柱受力驗(yàn)算（1）鋼管立柱強(qiáng)度驗(yàn)算由建筑施工手冊查得，Ф406mm鋼管容許應(yīng)力［σ］=145MPa。

Ф406mm鋼管截面面積A：A=π(D2-d2)/4=3.14×(4062-3962)/4=6295.4mm2

鋼管容許抗壓強(qiáng)度N:N=［σ］×A=145×6295.4=912833N=912.83KN＞319KN鋼管立柱抗壓強(qiáng)度滿足要求。

（2）鋼管立柱穩(wěn)定性驗(yàn)算

鋼管排架采用Φ406×10mm鋼管：

回轉(zhuǎn)半徑：r=√(D2+d2)/4=√（4062+3962）/4=14.2cm,鋼管立桿長度按H=5m，立桿兩端按鉸接。

立桿長度系數(shù)取μ＝1.5

立桿長細(xì)比λ=Hμ/r=500×1.5/14.2=52.8由長細(xì)比可查得軸心受壓構(gòu)件的縱向彎曲系數(shù)φ=0.87

所以，立桿軸向荷載［N］=Am×φ×［σ］=6295.4×0.87×145=794.2KN＞319KN

鋼管立柱支架穩(wěn)定性滿足要求。

綜上，鋼管立柱強(qiáng)度和穩(wěn)定性均滿足施工要求。

2.3.5 貝雷梁受力驗(yàn)算

為便于驗(yàn)算，將貝雷梁從跨中臨時(shí)支墩位置分開，簡化成兩孔凈跨凈為12m、寬度為9m的均布荷載簡支梁。

（1）貝雷梁彎矩和剪力驗(yàn)算

則作用在貝雷梁上的均布荷載為：q=F×b=(F1+F2+F3+F4+F5+F6)×9=338KN/m

跨中最大彎矩：Mmax=qL2/8=338×122/8=6084KN.m

剪力：Fs=qL/2=338×12/2=2028KN

由貝雷梁桁架內(nèi)力表查表可知：三排單層貝雷架允許彎矩為[My]=2246.4KN.M、允許剪力為 [Fy]=698.9KN。二排單層貝雷架允許彎矩為[My]=1576.4KN.M、允許剪力為[Fy]=490.5KN。

由于主梁由四組三排單層和二組二排單層貝雷梁組合而成，故主梁的允許彎矩[M]=2246.4×4+1576.4×2=12138.4 KN.M，允許剪力[F]=698.9×4+490.5×2=3774.6 KN。

[M]=12138.4KN.M＞Mmax=6084KN.m，[F]=3774.6 KN＞Fs=2028KN，故而貝雷梁受力滿足要求。

結(jié)束語

目前，章衛(wèi)新河道范圍內(nèi)的12孔現(xiàn)澆箱梁已經(jīng)全部完成，實(shí)踐證明，鋼管樁和貝雷梁支架施工方案總體施工效果良好，既保證了施工安全和工程質(zhì)量，和滑模移架相比又節(jié)約了成本，而且，貝雷梁材料可多次周轉(zhuǎn)使用。該方案既能在淺水河道內(nèi)施工，也能在陸地上使用，方便靈活，可以在今后的橋梁施工中進(jìn)一步優(yōu)化和推廣使用。

[1]楊文淵,徐犇.《橋梁施工常用數(shù)據(jù)手冊》（人民交通出版社）.

[2]董軍,曹平周.《鋼結(jié)構(gòu)原理與設(shè)計(jì)》（中國建筑工業(yè)出版社）.

[3]《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》（JTJ041-2000）.

[4]張俊義.《橋梁施工工程師手冊》（人民交通出版社）.