跨河箱梁的貝雷架支架工藝設(shè)計(jì)及施工*

上海建工二建集團(tuán)有限公司 上海 200080

1 工程概況

1.1 景王濱中橋貝雷架形式

昆山中環(huán)快速化改造工程E-Ⅱ標(biāo)段主線高架箱梁第16聯(lián)跨景王濱河，箱梁施工時(shí)碗扣支架不能直接搭設(shè)在此橋橋面板梁上，所以此聯(lián)箱梁支架形式需采用貝雷架過河，在貝雷架上搭設(shè)碗扣式滿堂支架進(jìn)行箱梁現(xiàn)澆施工。新建景王濱橋跨度20 m，分左右幅，分隔帶寬度6.5 m。

跨河支架采用貝雷片搭設(shè)，基礎(chǔ)利用新建中橋的橋臺(tái)，在橋臺(tái)上設(shè)置找平鋼筋混凝土墩，間距3 m，由于在分隔帶位置6.5 m范圍沒有橋臺(tái)，因此該處安裝1 道4 榀700 mm×300 mm H型鋼橫梁，其余鋼筋混凝土墩上安裝1 榀700 mm×300 mm H型鋼橫梁，然后在型鋼橫梁上設(shè)置貝雷片縱梁，貝雷片縱梁按照45 cm、90 cm間距布置，貝雷片上橫橋向設(shè)置通長12#工字鋼雙拼分配梁，支架立桿立于12#工字鋼上（圖1）。

圖1 箱梁16聯(lián)滿堂碗扣式支架立面

1.2 水文、氣象、地質(zhì)情況

本工程位于太湖沖湖積平原工程地質(zhì)區(qū)，地勢(shì)較平坦，地面高程為1.79～3.50 m，地表水體較發(fā)育，河渠較多。

1.3 主要施工技術(shù)難點(diǎn)[1]

1）跨河施工難度大。此聯(lián)箱梁在景王濱中橋上方施工，下方是景王濱河，跨河施工對(duì)工程的設(shè)計(jì)、施工均提出了較高的要求。

2）周邊管線復(fù)雜[2,3]。由于處于昆山市工廠密集的開發(fā)區(qū)，工程的地下管線的數(shù)量和種類非常多，管線改線工作對(duì)施工會(huì)有較大的影響。

3）節(jié)點(diǎn)工程工期緊。此聯(lián)箱梁為兩端梁端張拉，在施工組織上屬節(jié)點(diǎn)工程，需優(yōu)先施工，因此對(duì)工期提出了較高的要求。

4）屬于高空作業(yè)，施工期間安全風(fēng)險(xiǎn)大。高架箱梁施工屬于高空作業(yè)，兩側(cè)設(shè)有保通道路，施工空間狹小，兩側(cè)均有其他分部工程施工，存在很大的高空墜物的風(fēng)險(xiǎn)，因此施工期間的安全風(fēng)險(xiǎn)非常大[4,5]。

2 主要設(shè)計(jì)施工技術(shù)措施

2.1 貝雷架蓋梁支點(diǎn)布置形式

1）利用新建橋臺(tái)為貝雷架支點(diǎn)，由于新建橋臺(tái)存在橫坡，頂面高低不平，所以不宜直接作為貝雷架支點(diǎn)，需在其上澆筑找平鋼筋混凝土墩（長60 cm，寬90 cm，間距3 m），高度根據(jù)標(biāo)高進(jìn)行調(diào)整，枕梁頂面標(biāo)高為4.25 m，配置相應(yīng)的構(gòu)造筋。

2）找平鋼筋混凝土墩上安放1 道700 mm×300 mm H型鋼橫梁，新建橋臺(tái)處中央為寬6.5 m的中央分隔帶，該處鋼筋混凝土墩上安裝1 道4 榀700 mm×300 mmH型鋼橫梁，由于橋臺(tái)臺(tái)帽寬0.9 m，中央分隔帶第4道700 mm×300 mm H型鋼放置需設(shè)置高3 m的φ609 mm鋼管柱（南北共4 道），鋼管柱與中橋承臺(tái)上澆筑20 cm混凝土固定。

2.2 貝雷架布置形式

第16聯(lián)箱梁跨景王濱貝雷架單聯(lián)布置，跨度20 m ，貝雷架全長21 m。貝雷片布置為72 排，間距為45～90 cm相間布置，每排貝雷片組合形式為7 m×3 m，貝雷片均為上下弦桿加強(qiáng)型。上面分配梁采用12#雙拼工字鋼橫橋向布置，間距同支架立桿縱距，為90 cm。

圖2 箱梁第16聯(lián)滿堂碗扣式支架跨中橫斷面

3 貝雷架驗(yàn)算

3.1 貝雷架強(qiáng)度、撓度驗(yàn)算

經(jīng)驗(yàn)算，該結(jié)構(gòu)鋼橋所能承受的最大彎矩M總=121 500 kN·m＞Mmax=63 790.7 kN·m，最大剪力Q總=17 654.4 kN＞Qmax=12 150.6 kN，撓度f=27.6 mm＜L/400=52.5 mm，滿足要求。所以單跨21 m加強(qiáng)型貝雷架支撐滿足設(shè)計(jì)要求。

3.2 貝雷架上部分配橫梁驗(yàn)算

經(jīng)驗(yàn)算，貝雷架上部分配橫梁的最大彎矩Mmax=5.44 kN·m，彎曲應(yīng)力σ=70.3 MPa＜[σ]=205 MPa，滿足要求。撓度ω=0.46 mm＜ [ω]=2.3 mm，滿足要求。

3.3 貝雷架下部橫梁計(jì)算

在分隔帶位置6.5 m范圍沒有橋臺(tái)，因此該處安裝1 道4 榀700 mm×300 mm H型鋼橫梁，跨度8 m，其特性參數(shù)為：E=210 GPa，W=5 760 cm3，I=201 000 cm4。

單側(cè)橫梁承受的全部荷載Q=3 637.8 kN。為簡(jiǎn)化計(jì)算，將荷載轉(zhuǎn)化為3 637.8÷8=454.7 kN/m的線荷載。

強(qiáng)度σ=157 MPa＜[σ]=205 MPa，驗(yàn)算合格。

撓度ω=14.3 mm ＜L/400=20 mm，驗(yàn)算合格。

3.4 φ609 mm鋼管柱計(jì)算

鋼管立柱采用外徑609 mm，壁厚14 mm的鋼管，截面積A=261.695 cm2，跨度8 m，高度3 m。鋼管柱抗壓強(qiáng)度σ=179.84 MPa＜[σ] = 205.00 MPa，滿足要求。

3.5 混凝土方墩計(jì)算

在老橋蓋梁上間隔3 m設(shè)置1 根600 mm×900 mm的鋼筋混凝土方墩，其長度l0=2 100 mm，縱向鋼筋最小配筋率ρmin=0.5%，選用φ16 mm的HRB335級(jí)鋼筋，箍筋選用φ12 mm的HPB235級(jí)閉合式復(fù)合箍筋，間距200 mm。

4 實(shí)施過程

4.1 貝雷架施工流程

總體施工流程：施工放樣→下部基礎(chǔ)→立柱、板墻→型鋼蓋梁安裝→找平枕梁→貝雷桁架拼裝→中跨吊裝→兩邊邊跨吊裝→整體連接加固→分配梁布置。

4.2 橋臺(tái)上鋼筋混凝土設(shè)置

由于新建橋臺(tái)存在橫坡，頂面高低不平，所以不宜直接作為貝雷架支點(diǎn)，需在其上澆筑找平鋼筋混凝土墩（長60 cm、寬90 cm、間距3 m），高度根據(jù)標(biāo)高進(jìn)行調(diào)整。枕梁頂面標(biāo)高為4.26 m，配置相應(yīng)的構(gòu)造筋。

4.3 型鋼蓋梁安裝

由于在分隔帶位置6.5 m范圍沒有橋臺(tái)，因此該處安裝1 道3 榀700 mm×300 mm H型鋼橫梁，其余鋼筋混凝土墩上安裝1 榀700 mm×300 mm H型鋼橫梁。鋼結(jié)構(gòu)在施工焊接過程中注意事項(xiàng)如下：

1）當(dāng)焊接作業(yè)環(huán)境溫度在-10～0 ℃時(shí)，應(yīng)采取加熱或防護(hù)措施，應(yīng)將焊接接頭和焊接表面各方向大于或等于2倍鋼板厚且不小于100 mm范圍內(nèi)的母材，加熱到規(guī)定的最低預(yù)熱溫度且不低于20 ℃后再試焊。

2）定位焊焊縫的厚度不應(yīng)小于3 mm，不宜超過設(shè)計(jì)焊縫厚度的2/3且不超過8 mm；長度宜不小于40 mm和接頭中較薄部件厚度的4 倍；其間距宜為300～600 mm。

3）當(dāng)引弧板、引出板和襯墊板為鋼材時(shí)，應(yīng)選用屈服強(qiáng)度不大于被焊接鋼材標(biāo)稱強(qiáng)度的鋼材，且焊接性相近。

4）采用的焊接工藝和焊接順序應(yīng)使構(gòu)件的變形和收縮最小，根據(jù)構(gòu)件焊縫的布置，可采用下列控制變形的焊接順序：

（1） 對(duì)接接頭、T形接頭和十字接頭，在構(gòu)件放置條件允許或易于翻轉(zhuǎn)的情況下，宜雙面對(duì)稱焊接；有對(duì)稱截面的條件，宜對(duì)稱于構(gòu)件中性軸焊接；有對(duì)稱連接桿件的節(jié)點(diǎn)，宜對(duì)稱于節(jié)點(diǎn)軸線同時(shí)對(duì)稱焊接；

（2） 非對(duì)稱雙面坡口焊縫，宜先焊深坡口側(cè)、然后焊滿淺坡口側(cè)、最后完成深坡口側(cè)焊縫。特厚板宜增加輪流對(duì)稱焊接的循環(huán)次數(shù)；

（3）長焊縫宜采用分段退焊法或多人對(duì)稱焊接法；

（4）宜采用跳焊法，避免構(gòu)件局部熱量集中。

5）構(gòu)件裝配焊接時(shí)應(yīng)先焊收縮量較大的接頭，后焊收縮量較小的接頭，接頭應(yīng)在拘束較小的狀態(tài)下焊接。

4.4 貝雷主梁拼組

1）貝雷主梁在平整場(chǎng)地內(nèi)拼裝，下面墊枕木，用吊車將貝雷逐片吊起，用貝雷桁架銷子相互連接拼組。

2）根據(jù)每跨跨徑和組距確定每組貝雷片拼裝的長度和排數(shù)，用相應(yīng)的支撐架和支撐架螺栓將單排貝雷片連成整體，并將加強(qiáng)弦桿安裝于貝雷架上，形成貝雷片組。

3）為保證梁的剛度，貝雷片、支撐架之間采用接頭錯(cuò)位連接，這樣可減少由于貝雷片接頭變形產(chǎn)生的主梁位移。

4）連接貝雷片的所有螺栓、螺帽必須擰緊，涂上黃油的貝雷銷子穿到位后，必須插好保險(xiǎn)銷。

5）在蓋梁上測(cè)量出每組貝雷片的放置位置，用吊車將貝雷組吊裝就位，3 跨的每組在最終能通長連接成整體必須連成整體。

6）每組貝雷組之間采用φ48 mm×3.5 mm鋼管與扣件連接作剪刀撐，以加強(qiáng)組之間的穩(wěn)定性，避免在受壓時(shí)發(fā)生橫向位移，同時(shí)每組貝雷片在蓋梁處用8#槽鋼制成的小龍門作定位焊接。

4.5 貝雷主梁吊裝

4.5.1 吊裝布置

貝雷組分節(jié)制作和吊裝，經(jīng)驗(yàn)收合格后方能吊裝使用。貝雷組起吊采用兩點(diǎn)吊方式，兩點(diǎn)分別為距離端部3 m處，鋼絲繩固定在立桿的螺孔內(nèi)。采用1 臺(tái)750 kN汽車吊將鋼筋籠水平起吊，起吊時(shí)用吊車大鉤將兩點(diǎn)處的鋼絲繩控制在45°角垂直吊起，空中翻轉(zhuǎn)，吊裝至蓋梁上。

4.5.2 汽車吊停放點(diǎn)地基處理

在吊裝貝雷組時(shí)，汽車吊停放在北側(cè)15聯(lián)位置，支撐腿下設(shè)置枕木。

4.6 貝雷架預(yù)壓

4.6.1 貝雷架預(yù)壓目的

為確保箱梁現(xiàn)澆施工安全，需對(duì)搭設(shè)的貝雷架進(jìn)行重載試驗(yàn)預(yù)壓以檢驗(yàn)貝雷架的承載能力和撓度值。通過模擬貝雷架在箱梁施工時(shí)的加載過程來分析、驗(yàn)證貝雷架及其附屬結(jié)構(gòu)的彈性變形，消除其非彈性變形。通過其沉降數(shù)據(jù)結(jié)果及規(guī)律來指導(dǎo)貝雷架施工中的支架模板預(yù)拱度值、沉降控制要求及其箱梁混凝土分層澆筑的順序，并據(jù)此基本評(píng)判箱梁施工的安全性。

4.6.2 貝雷架預(yù)壓方法

貝雷支架預(yù)壓在其搭設(shè)完成、驗(yàn)收通過、分配梁鋪設(shè)好以后進(jìn)行。預(yù)壓材料擬采用砂袋或鋼筋等材料。根據(jù)事先計(jì)算的相應(yīng)部位的質(zhì)量來放置荷載壓重，預(yù)壓質(zhì)量為貝雷架所承受上部荷載，上部荷載包括箱梁自重恒載、鋼管支架、木方模板、施工活荷載及貝雷自重。

1）加載及卸載順序：支架預(yù)壓進(jìn)行分級(jí)加載，擬采用三級(jí)加載，依次為單元內(nèi)預(yù)壓荷載值的60%、80%、100%進(jìn)行加載及卸載，并測(cè)得各級(jí)荷載下的測(cè)點(diǎn)的變形值。

2）加載方法及預(yù)壓時(shí)間要求如下：

（1）預(yù)壓擬采用鋼筋預(yù)壓。

（2）預(yù)壓加載采用分級(jí)加載，按比例分配到貝雷架橫梁上，堆載所用的荷載采用250 kN汽車吊吊運(yùn)，運(yùn)輸過程須保證下放荷載輕放，不得沖撞貝雷架，且均勻擺放在貝雷架上。在吊車將荷載運(yùn)至貝雷架上時(shí)，不得在同一處出現(xiàn)集中堆載。做到每次運(yùn)至模板上的荷載均勻分布至貝雷架上，再上吊另一堆荷載。在加載過程中需要做到連續(xù)性，一次性加載完成。

（3）每級(jí)加載完成后，應(yīng)先停止下一級(jí)加載，并每間隔12 h對(duì)貝雷架沉降量進(jìn)行一次監(jiān)測(cè)。當(dāng)貝雷架頂部監(jiān)測(cè)點(diǎn)12 h的非彈性沉降量平均值小于2 mm時(shí)，可進(jìn)行下一級(jí)加載。在全部加載完成后的貝雷架預(yù)壓監(jiān)測(cè)過程中，滿足下列條件之一時(shí)，可判定貝雷架合格：各監(jiān)測(cè)點(diǎn)最初24 h的沉降量平均值小于1 mm；各監(jiān)測(cè)點(diǎn)最初72 h的沉降量平均值小于3 mm，且預(yù)壓時(shí)間不少于3 d。堆載時(shí)，要設(shè)有專人對(duì)貝雷架的變形及沉降進(jìn)行觀測(cè)，如出現(xiàn)貝雷架的較大沉降變形，立即停止加載，并查找原因，對(duì)存在問題進(jìn)行處理更換，整改后方可繼續(xù)進(jìn)行堆載。

（4）觀測(cè)點(diǎn)設(shè)置上下2 層，分別布設(shè)在貝雷架的蓋梁上和分配梁上，縱橋向設(shè)置在每跨貝雷架跨中、1/4跨處和兩側(cè)端部5 個(gè)斷面，每個(gè)斷面上下層各設(shè)置3 個(gè)點(diǎn)，共6 個(gè)點(diǎn)，每跨共30 個(gè)點(diǎn)。

（5）為了找出貝雷架和蓋梁在上部荷載作用下的塑性、彈性變形以及沉降，貝雷架的監(jiān)測(cè)內(nèi)容包括：加載之前監(jiān)測(cè)點(diǎn)標(biāo)高；每級(jí)加載后監(jiān)測(cè)點(diǎn)標(biāo)高；加載至120%后每間隔24 h監(jiān)測(cè)點(diǎn)標(biāo)高；卸載6 h后監(jiān)測(cè)點(diǎn)標(biāo)高。

（6）根據(jù)試驗(yàn)測(cè)得的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，對(duì)本工程所設(shè)計(jì)的預(yù)應(yīng)力現(xiàn)澆箱梁模板支架進(jìn)行混凝土澆筑時(shí)產(chǎn)生的變形進(jìn)行有效的控制?？梢罁?jù)變形量調(diào)整箱梁預(yù)拱度的底標(biāo)高，實(shí)現(xiàn)混凝土澆筑完成后能達(dá)到設(shè)計(jì)所要求的梁底標(biāo)高。

（7）支架預(yù)壓為一次性卸載，預(yù)壓荷載應(yīng)對(duì)稱、均衡、同步卸載。

4.7 支架拆除

4.7.1 施工工藝流程

卸落底模→支架拆除→貝雷架斜撐拆除→貝雷組桁架分離吊運(yùn)→蓋梁割除→貝雷片分離堆放→完成拆除

4.7.2 卸落底模支架

待箱梁張拉壓漿4 d后，將鋼管支架調(diào)節(jié)段高度降下來，拆除底模（包括竹膠板、木方等），然后拆除鋼管支架。

4.7.3 拆除貝雷桁架

首先將小龍門（貝雷梁和蓋梁連接）割除，拆除斜撐，貝雷桁架采用2 臺(tái)250 kN吊車將其橫向拖出來，然后用吊車將貝雷桁架吊到指定地點(diǎn)，逐節(jié)拆除貝雷桁架。

4.7.4 型鋼的拆除

1）將700 mm×300 mm H型鋼焊接連接處部位割除，用吊車將700 mm×300 mm H型鋼吊到指定地點(diǎn)。

2）鋼筋混凝土找平枕梁采用空壓機(jī)鑿除清理。

5 實(shí)施效果

1）測(cè)量檢測(cè)情況：貝雷片根據(jù)加載后72 h內(nèi)的沉降量監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)及卸載6 h后的彈性變形量監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，最終非彈性變形量均控制在4 mm以內(nèi)，符合設(shè)計(jì)規(guī)范要求。

2）經(jīng)濟(jì)效果：通過采取貝雷架取代傳統(tǒng)的地面硬化后搭設(shè)支架的形式。通過采用該種形式直接節(jié)約成本15%，間接減少了鋼材、電、油的能源損耗。

3）進(jìn)度效果：通過采取貝雷架取代傳統(tǒng)的地面硬化后搭設(shè)支架的形式，加快了支架的安裝拆卸流程。通過采用該模板體系，提前1 個(gè)月完成了此聯(lián)箱梁的施工。

4）質(zhì)量安全效果：達(dá)到預(yù)計(jì)的質(zhì)量目標(biāo)，并且在箱梁施工中無任何安全事故發(fā)生。

6 結(jié)語

在此工程中我們?cè)谟邢薜目臻g和時(shí)間里，通過合理的技術(shù)變更及選擇不同的施工方法，施工過程中切實(shí)落實(shí)設(shè)計(jì)和規(guī)范要求，加上人機(jī)料的合理搭配，最后工程得以保質(zhì)保量按時(shí)完成。

從現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施情況來看，本工程箱梁各項(xiàng)數(shù)據(jù)符合要求并通過驗(yàn)收，且周邊建筑物、管線保護(hù)完好，并通過合理的施工方案確定及施工組織安排節(jié)約了工期、節(jié)省了成本，得到了業(yè)主等單位的好評(píng)。