鋼管柱支撐與貝雷架在橋梁施工中的運用

曾濤

【摘 要】在橋梁施工中對支架體系的選擇尤為重要，它直接關(guān)系到施工的安全、質(zhì)量、進度、成本等多個方面。隨著我國鐵路事業(yè)的不斷快速發(fā)展，在保證施工安全和質(zhì)量的前提下，對工程進度有了更高的要求。以往，我們在低高度現(xiàn)澆梁施工中，幾乎全部采用滿堂支架法施工，物資設(shè)備投入非常大，施工工序繁瑣而且施工周期長；箱梁采用貝雷支架法現(xiàn)澆施工技術(shù)，大大加快了施工周期，成倍提高了物料、工裝等的周轉(zhuǎn)效率，節(jié)約了大量成本，并且在上跨鐵路、公路、河流等地勢條件下的橋梁，滿堂支架法無法滿足現(xiàn)場施工要求，采用鋼管貝雷架支撐體系能夠減少施工對交通的影響，且施工快捷安全。本文重點寫了貝雷架的施工要點與驗算，為類似工程提供了參考方案。

【關(guān)鍵詞】貝雷架；鋼管柱；上跨；驗算

引言

貝雷架也稱為“裝配式公路鋼橋”，原名叫“321”公路鋼橋。是我國的戰(zhàn)備公路鋼橋。貝雷架是形成一定單元的鋼架，可以用它拼接組裝成很多構(gòu)件、設(shè)備。

貝雷架由上、下弦桿、豎桿及斜桿焊接而成，上下弦桿的端部有陰陽接頭，接頭上有杵架連接銷孔。貝雷片的弦桿由兩根10號槽鋼（背靠背）組合而成，在下弦桿上，焊有多塊帶圓孔的鋼板，在上、下弦桿內(nèi)有供與加強弦桿和雙層桁架連接的螺栓孔，在上弦桿內(nèi)還有供連接支撐架用的四個螺栓孔，其中間的兩個孔是供雙排或多排桁架同節(jié)間連接用的?？績啥说膬蓚€孔是跨節(jié)間連接用的。多排貝雷片作梁或柱使用時，必須用支撐架加固上下兩節(jié)貝雷片的接合部。

一、工程概況

新建京張鐵路工程昌平高架特大橋起點位于北京市昌平區(qū)馬池口鎮(zhèn)奤夿屯村西北，終點位于南口鎮(zhèn)污水處理廠東南側(cè)。橋梁線位基本成西北走向，設(shè)計起止點里程為DK45+635～DK47+148，全長1513m，共46跨。本橋設(shè)計鉆孔樁450根、承臺47個、墩身45座、橋臺2座、簡支箱梁40孔，連續(xù)梁2聯(lián)。本橋基礎(chǔ)全部為鉆孔灌注樁和矩形鋼筋混凝土承臺；簡支梁橋墩采用圓端形實體橋墩，高度4.0m～14m，墩身型式一致，橋臺采用雙線矩形空心橋臺，臺頂斜置。橋跨統(tǒng)計：30-31.1m簡支梁箱梁、10-23.1m簡支梁箱梁+1聯(lián)跨規(guī)劃南環(huán)路西延路（40+56+40）m連續(xù)梁（33#-36#墩）+1聯(lián)跨規(guī)劃二道河北路（40+64+40）m連續(xù)梁（38#-41#墩）。本橋曲線半徑8000m，梁面最大縱坡17.8‰。

其中昌平高架特大橋27-28#墩32m現(xiàn)澆箱梁上跨京通京包聯(lián)絡(luò)線。簡支箱梁為等截面，梁高2.62m，梁寬12.2m。形式如圖1。

二、支架體系設(shè)計

貝雷架支撐體系承載力大、操作便捷、搭設(shè)速度快，跨度大，相對于傳統(tǒng)支撐體系操作簡單、經(jīng)濟合理，并在跨越地面障礙方面具有明顯優(yōu)勢。同時結(jié)合現(xiàn)場實際情況，為了不影響橋梁下方道路交通，經(jīng)過研究決定采用貝雷梁支架體系做為本工程現(xiàn)澆箱梁施工的支撐體系看，上跨京通京包聯(lián)絡(luò)線進行現(xiàn)澆箱梁施工。

鋼管柱支架組成從下至上依次是：承臺（條形）基礎(chǔ)、鋼管柱（φ630*10mm）、脫模砂箱、橫向分配梁（雙拼I45a）、縱向貝雷片、I20a工字鋼分配梁@90cm（可根據(jù)箱梁外模支腿間距相應(yīng)調(diào)整但不大于90cm，箱梁兩端變截面處加密@45cm。）和箱梁模板系統(tǒng)組成。立柱基礎(chǔ)設(shè)在承臺（條形基礎(chǔ)）結(jié)構(gòu)物，立柱與基礎(chǔ)預(yù)埋螺栓（φ26*700mm）連接或與預(yù)埋鋼板焊接（80*80*2cm鋼板）。

跨京通京包聯(lián)絡(luò)線32m梁單層加強型支架箱梁順橋向設(shè)置3排鋼管立柱，距相鄰兩墩柱中心位置：2.5m+20.45m+7.29m+2.5m，中間一排設(shè)置在京通京包聯(lián)絡(luò)線路基北側(cè)坡腳處，地基處理采用1.25m鉆孔樁，深度12m，共設(shè)置4根，樁頂上設(shè)置連梁寬2.25m*高0.5m*長11.5m，最大跨度20.45m。鋼管柱直徑為630mm壁厚10mm，每排布置4根，相鄰鋼管柱間距為2.75m+2.75m+2.75m，每排鋼管立柱之間采用[14號槽鋼焊接牢固。每根鋼管立柱上布設(shè)一個落梁砂箱，砂箱上放置雙拼I45a橫向工字鋼，工字鋼上布設(shè)8組20片單層加強型貝雷片（間距2*0.9m+6*0.45m+0.9m+0.3m+0.9m+6*0.45m+2*0.9m），貝雷架最上層和最下層弦桿采用加強弦桿加強，貝雷梁上再布設(shè)20號的橫向工字鋼，間距為900mm（可根據(jù)箱梁外模支腿間距相應(yīng)調(diào)整但不大于90cm，箱梁兩端變截面處加密@45cm。），橫向工字鋼上再擺放箱梁底模系統(tǒng)。

三、結(jié)構(gòu)驗算

（一）小橫梁計算

1.小橫梁計算模型。

取主梁縱向長度L=0.6m；混凝土容重：ρ=26kN/m3；模板荷載：q1=1kN/m2；

人群荷載：q2=2.5kN/m2；混凝土振搗沖擊荷載：q3=2kN/m2；

恒載組合系數(shù)：U1=1.2；活載組合系數(shù)：U2=1.4；

則小橫梁上計算模型如下：

彈性剛度K=1/0.167*1000=5988kN/m

2.小橫梁截面特性。

小橫梁為I20a工字鋼，其截面特性如下：

截面特性

3.結(jié)論。

（1）最大正應(yīng)力σ=18.1MPa

（2）梁體位移：w=3.35mm，滿足剛度要求。

（二）縱向貝雷梁計算

1.水平弦桿最大軸力N=509.3kN〈[N]=2*563=1126kN，滿足強度和壓桿穩(wěn)定性要求；

2.斜桿最大軸力N=165.7kN<[N]=171kN，滿足強度和壓桿穩(wěn)定性要求，需要局部加強處理；

3.豎桿最大軸力N=209.3kN<[N]=212kN，滿足強度和壓桿穩(wěn)定性要求；

4.剛度w=37/20450/1.2=1/663.2<[w]=1/400. 滿足剛度要求。

5.貝雷梁對橫向分配梁產(chǎn)生的最大作用力為F=387.7kN

局部加強處理：

在下圖所示位置的腹板區(qū)、箱室區(qū)設(shè)置加強網(wǎng)架。網(wǎng)架由豎向三根[10槽鋼及兩根上、下的[10槽鋼組成，嵌入并固定在在貝雷梁支座的豎桿的兩側(cè)，此時豎桿的承載力為：3*212=626kN>308Kn，滿足豎桿的壓桿穩(wěn)定性要求。

（三）跨中大橫向分配梁計算

1.最大正應(yīng)力σ=140MPa

2.梁體位移：w=0.624/1.2=0.7，滿足剛度要求。

3.最大剪應(yīng)力t=107.4

4.鋼管立柱的最大軸力為2011kN；

（四）跨中Φ630*10鋼管穩(wěn)定性計算

繞X軸的長細比< 【λ】=150， 剛度條件滿足要求！

繞Y軸的長細比 < 【λ】=150 剛度條件滿足要求！

繞X軸的穩(wěn)定性檢算：

結(jié)論：滿足壓桿穩(wěn)定性要求！

繞Y軸的穩(wěn)定性檢算：

結(jié)論：滿足壓桿穩(wěn)定性要求。

【總體結(jié)論】：滿足壓桿穩(wěn)定性要求。

（五）鉆孔樁基礎(chǔ)承載能力計算

采用C20鉆孔灌注樁基礎(chǔ)，直徑為1.25m，埋深長12米，樁基底承載力為q pk =160kPa，樁基礎(chǔ)側(cè)阻力標(biāo)準(zhǔn)值qsik =40kPa，則鉆孔樁承載力為：

N=u∑ qsik*li + q pk *Ap

=12*3.14*1.25*30+600*3.14*0.625*0.625=2149Kn>1995Kn，滿足承載力要求。

四、施工流程

（一）鋼管柱安裝

將鋼管按不同的長度連接好后，用吊車安裝就位，下口和預(yù)埋螺栓連成整體，每根鋼管支墩標(biāo)準(zhǔn)長為4m、5m、6m、7m、9m、12m，高度調(diào)整主要由0.2m～3m長的鋼管支墩調(diào)整，其兩端皆有法蘭結(jié)構(gòu)，以便連接。鋼管支墩上下安裝δ=10mm（80×80cm）的鋼板進行應(yīng)力擴散。

（二）鋼管柱加固

為加強鋼管支墩單肢強度和上部支承梁承受能力相匹配，以及鋼管支墩的整體穩(wěn)定性和抗傾覆能力，將鋼管樁頂部上砂箱與工字鋼焊接或栓接牢靠，底部與預(yù)埋螺栓栓接牢靠。第二、三排鋼管支柱之間用[14槽鋼焊接，每隔5m焊接一道縱向及斜向支撐（14m以下墩柱設(shè)置一道），增強鋼管的剛度；位于同一墩位兩側(cè)的兩排鋼管樁，頂部用[14連接形成上平聯(lián)，兩排間用[14做成人字支撐，根據(jù)高度每隔5m焊接一道連接（14m墩柱以下焊接一道）。鋼管柱的底部采用剛結(jié)形式，以減少鋼管柱壓桿自由計算長度，提高鋼管柱的整體穩(wěn)定性。使兩排鋼管形成一個受力整體。

（三）工字鋼橫梁架設(shè)

在安裝就緒的鋼管柱頂面布設(shè)2根I45a工字鋼，兩根工字鋼焊接成共同受力的整體，并與管頂鋼板聯(lián)結(jié)牢靠。在貝雷梁受力點處，采用δ=20mm鋼板加工成鋼翼板。同一墩位兩側(cè)的橫梁用∠10角鋼平聯(lián)聯(lián)結(jié)成整體，以防止單片貝雷架在橫梁上拖拉時發(fā)生工字鋼橫梁傾覆。為保證混凝土澆注完成后能夠順利卸落支架，在工字鋼頂面與貝雷梁支撐點處均設(shè)置特制的砂箱，以保證將砂箱中沙子放出后能順利下落支架，砂箱最大可調(diào)高度為10cm。

（四）貝雷梁拼接和安裝

為保證貝雷梁的相對穩(wěn)定，每兩排或三排貝類梁采用專用的支撐架連接為一個整體，間距均為45cm，就地拼接用吊車整體吊裝。貝雷梁安裝就位后，在下底面沿支架縱向每2.0m使用貝雷梁配套的 I10工字鋼橫聯(lián)設(shè)置橫向鋼結(jié)構(gòu)連接系一道，橫向在每個支點處貝雷梁組互相之間采用10#槽鋼成剪刀型聯(lián)結(jié)兩道，以保證貝雷梁整體受力。

（五）分配梁鋪設(shè)

在貝雷梁頂面橫向鋪設(shè)I20工字鋼作分配梁，最大間距90cm（梁端變截面處間距為@45cm），單根長度12m，分為整根或兩節(jié)在中心線處采用螺栓連接。分配梁頂面放置底模系統(tǒng)。

（六）鋼管柱與墩柱

把鋼管支柱按不同的長度連接好后，用25噸吊車安裝就位，下口和預(yù)埋鐵連成整體，然后做鋼管柱縱、橫向及斜支撐連接，墩旁支柱與墩身連接采用雙[16#槽鋼加工成橫梁，墩柱橫橋向兩側(cè)一邊一根采用3道φ25精軋螺紋鋼對拉抱住墩身，形成抱箍，每個墩旁鋼管柱從砂箱底1.0m處設(shè)置第一道，每隔5m設(shè)置1道，鋼管柱與橫梁間用2[20#槽鋼支撐及焊接牢固，并在鋼管柱頂安放砂箱以備落架，在砂箱上面放置分配梁，最后用吊車安裝縱橫梁并連接。

（七）落架

落架是現(xiàn)澆梁施工中的重要環(huán)節(jié)。落架順序的確定應(yīng)根據(jù)變形“從大到小”的原則來確定，即先卸落變形較大的位置，后卸落變形較小的位置，橫橋向應(yīng)同步進行。卸落支架時，跨中的變形較大，如果卸落量控制不當(dāng)，容易造成臨時墩支點處受力較大的情況，造成卸落困難，如果采用強拖硬拽的方法，容易對梁體產(chǎn)生沖擊荷載。單跨現(xiàn)澆梁支架落架時，采用從跨中向兩邊順序進行，首先將跨中支點處砂箱卸落，再卸落兩側(cè)，然后進行支架拆除，支架拆除前首先拆除橫向分配梁，由工人配合吊車將橫梁拖出后吊出放至地面。貝雷支架采用固定在鋼管柱上的倒鏈拉出梁底，吊車拖拉時設(shè)專人指揮，貝雷支架兩端同時均勻拖拉，嚴禁一端拖拉，防止掉落。拆除作業(yè)中有需要加固的部位，應(yīng)先加固再拆除，防止架體倒塌。拆除的零部件應(yīng)分批運至地面，嚴禁拋擲。

五、支架預(yù)壓

（一）預(yù)壓目的

支架預(yù)壓是為了消除地基的彈性及非彈性變形，確保支架的安全性。支架預(yù)壓采用與實際施工荷載1.1倍重物，在底模鋪設(shè)完成采用預(yù)制的1m×1m×1m混凝土預(yù)制塊進行預(yù)壓。32m簡支梁重719t，24m簡支梁重556.5，其余施工荷載按25t考慮，則實際施工荷載32m梁為744t，24m梁為581.5t。在底板的中心線及距離中心線兩側(cè)2.5m的位置共布置9個點，具體位置見下圖。

（二）加載方法

加載采用分級加載。預(yù)壓按總荷載的0→60%→100%→110%→100%→60%→0進行加載及卸載，檢查各桿件焊縫有無開裂情況，同時記錄加載施力和位移數(shù)據(jù)。

加載時注意控制加載速度，各點壓重要均勻?qū)ΨQ均衡進行。當(dāng)縱向加載時，應(yīng)從跨中向支點處對稱布置荷載；當(dāng)橫向加載時，應(yīng)從混凝土結(jié)構(gòu)中心向兩側(cè)對稱布置荷載。

（三）加載前的測量

預(yù)壓前測量原始標(biāo)高。

（四）加載過程中的測量

每級加載完成1h后進行支架的變形觀測，以后每隔6h監(jiān)測記錄各監(jiān)測點的位移量，當(dāng)相鄰兩次監(jiān)測位移平均值之差不大于2mm時，方可進行后續(xù)加載。

（五）持載時的觀測

全部預(yù)壓荷載施加完成后，應(yīng)間隔6h監(jiān)測記錄各監(jiān)測點的位移量；當(dāng)連續(xù)12h監(jiān)測位移平均值之差不大于2mm時，方可卸除預(yù)壓荷載。此時測量各沉降觀測點的標(biāo)高。

（六）卸載時的觀測

支架卸載6h后，應(yīng)監(jiān)測記錄各沉降觀測點的標(biāo)高。

六、施工注意事項

1.加強現(xiàn)場線形與安全監(jiān)控；在荷載預(yù)壓及混凝土澆筑過程中，必須進行托架的變形監(jiān)測，確保預(yù)壓與混凝土澆筑過程安全有序進行，發(fā)現(xiàn)異常能夠及時處理；

2.對于頂部橫向雙I45a工字鋼，在鋼管立柱處需要設(shè)置 三道1.0cm厚、間距4cm的肋板，以增加構(gòu)件局部抗失穩(wěn)能力；

3.所有焊縫高為10mm，且需要滿足規(guī)范要求；

4.貝雷組需要用型鋼限位處理，防止貝雷組側(cè)向傾覆；

5.中墩大橫梁（雙I45a工字鋼）與貝雷梁須用U型卡鎖定；

6.鋼管立柱需要用[20a槽鋼與橋墩剛性拉結(jié)，一道拉結(jié)在鋼管立柱的上端，一道拉結(jié)在鋼管立柱的中部；

7.中部鋼管與中部鋼管之間應(yīng)該設(shè)置兩層[20槽鋼支座的剪刀撐平聯(lián)。

七、實施效果

（一）進度效果情況

有效的解決受場地影響無法進行滿堂紅支架搭設(shè)的情況，并減少了地面硬化的時間，通過該支架體系的運用總體上提前了15天完成了此箱梁的施工任務(wù)。

（二）測量觀測情況

根據(jù)加載后的沉降量數(shù)據(jù)及卸載后的彈性變形數(shù)據(jù)，最終非彈性變形量均控制在4mm以內(nèi)，符合設(shè)計規(guī)范要求。

（三）質(zhì)量安全效果情況

箱梁施工中無任何安全質(zhì)量事故發(fā)生，安全質(zhì)量得到了有效的控制，達到了預(yù)期的目標(biāo)。

（四）經(jīng)濟效果情況

通過該支架體系減少了場地平整、硬化及人工，提高了周轉(zhuǎn)料的利用率，縮短施工工期，節(jié)省租賃費用，直接節(jié)約成本10%。

八、結(jié)束語

鋼管柱貝雷架應(yīng)用于橋梁施工中能夠?qū)崿F(xiàn)安全、快速、經(jīng)濟的目的，加快了支架體系的形成，同時也減少了型材的使用。其關(guān)鍵應(yīng)以其受力驗算為依據(jù)，形式結(jié)構(gòu)布置要合理、科學(xué)。通過鋼管柱貝雷架在本工程中的實際應(yīng)用，證明此施工工法安全實用，可在類似工程中進行推廣應(yīng)用。

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