前坪水庫交通橋施工中貝雷架支撐現(xiàn)澆連續(xù)箱梁技術(shù)的應用

宋 歌，郝二峰，王慧賓，史新義，趙光輝

（河南省水利第二工程局，450016，鄭州）

一、工程概況

前坪水庫輸水洞進口交通橋為連接輸水洞豎井控制段至副壩交通道路的橋梁，上部結(jié)構(gòu)采用4 跨變高現(xiàn)澆連續(xù)箱梁，橋梁中心線跨徑布置為17.0 m +16.5 m +16.5 m +15.48 m，橋梁全長65.62 m，外立面為常規(guī)拱形，梁體混凝土共計860 m3。橋墩為空心墩， 墩身高度分別為34.5 m、20.5 m、6.5 m。 前坪水庫輸水洞交通橋所處位置地勢陡峭，#1、#2、#3 墩柱基礎(chǔ)位于邊坡開挖的馬道上，#1 墩柱高達34.5 m，由于基礎(chǔ)位于邊坡馬道上，如果采用滿堂腳手架或鋼筒柱支撐貝雷架梁施工， 基礎(chǔ)處理難度太大，容易對邊坡造成破壞。 材料人工投入大、施工不便、工期較長且施工安全風險大，綜合考慮，貝雷架連續(xù)梁支撐體系是現(xiàn)澆混凝土箱梁施工中比較經(jīng)濟安全的一種形式。 因此，前坪水庫輸水洞交通橋現(xiàn)澆箱梁施工中采取了在澆筑#1、#2、#3 橋墩頂層最后一倉時提前預埋貝雷架澆筑，形成連續(xù)的貝雷架梁支撐施工方案，較好地解決了施工難題。

二、支撐系統(tǒng)施工方案簡述

采用標準的321 貝雷架， 在#1、#2、#3 橋墩頂層最后一倉提前預埋貝雷架，每片貝雷架間距0.45 m(0.9 m)，空心墩左右岸兩側(cè)貝雷架梁底部設(shè)I40a 工字鋼左右側(cè)懸挑2.4 m，并用I20a 工字鋼搭設(shè)斜支撐； 交通橋共布置30 道貝雷架形成連續(xù)的貝雷架梁支撐系統(tǒng)， 貝雷架梁上部布置鋼管腳手架及模板。 每道支架采用場外分段拼接， 運到現(xiàn)場一次安裝完畢后再按設(shè)計荷載的120%進行超載預壓。 立模后，一次澆筑成型、一次落架。

三、現(xiàn)澆箱梁支架結(jié)構(gòu)計算

1.支架結(jié)構(gòu)計算方法簡述

因為交通橋第 1、2、3 跨的箱梁結(jié)構(gòu)型式和尺寸相同， 長16.5 m，寬14.9 m ， 截面最大高度在箱梁的兩個端部，高3.5 m；截面最小高度在箱梁的跨中部位，高度1 m。 為便于計算：①只選擇其中的第1 跨箱梁進行荷載分析和計算， 墩柱選擇高度最大、具有代表性的#1 墩柱，高34.5 m 進行荷載分析和計算。 ②荷載分析：計算單跨混凝土箱梁荷載（G1=6 492 kN），單跨模板荷載（G2=575.9 kN），單跨鋼管支撐架荷載（G3=105.06 kN），單跨工字鋼連接梁荷載（G4=95.63 kN），每道貝雷架荷載（G5=57.75 kN），每道橫枕梁工字鋼荷載(G6=33.02 kN) ，單跨箱梁施工人員、機械、堆放物品豎向的總活荷載（G7=216.05 kN），單跨箱梁混凝土振搗及傾倒的豎向活荷載（G8=432.1 kN），風荷載，單根肋梁線荷載組合值計算（qL=120.54 kN/m），單個空腔梁線荷載組合值計算（qk=217.49 kN/m）， 單個箱梁單側(cè)邊懸挑梁線荷載組合值計算（qx=63.24 kN/m）。 ③底板分配橫梁強度和剛度驗算，確定分配橫梁尺寸、間距布置。④貝雷片縱梁強度和剛度驗算，確定縱梁長度、數(shù)量、間距布置。 ⑤工字鋼橫梁強度和剛度驗算， 確定工字鋼橫梁尺寸。 ⑥貝雷梁桁架整體穩(wěn)定性驗算。 ⑦懸挑工字鋼驗算。

2.計算結(jié)果

考慮了充足的安全系數(shù)后按最不利情況進行計算， 采用標準的321貝雷架，雙排單層，在#1、#2、#3 橋墩頂層最后一倉提前預埋22 道貝雷架，每片貝雷架間距450 mm(900 mm)，貝雷架梁底部設(shè)I40a 工字鋼左右側(cè)懸挑2.4 m， 并用I20a 工字鋼搭設(shè)斜支撐， 共需布置30 道貝雷架梁方案滿足施工要求。

預埋貝雷架梁支撐系統(tǒng)斷面圖，見圖1。

預埋貝雷架梁布置圖，見圖2。

圖1 預埋貝雷架梁支撐系統(tǒng)斷面圖(單位：m)

圖2 預埋貝雷架梁布置圖(單位：mm)

四、貝雷架梁施工方法

貝雷架梁底部設(shè)I40a 工字鋼左右側(cè)懸挑2.4 m， 并用I20a 工字鋼搭設(shè)斜支撐，立模后一起澆筑。

貝雷架進場后先在地面組裝半幅橋面寬度， 組成框架進行地面預壓，根據(jù)計算，預壓總荷載為298 t(包含動荷載及靜荷載)，預壓無安全風險后進行貝雷架梁搭設(shè)。

貝雷片上部增設(shè)加強弦桿，并用I14a 工字鋼作橫向拉結(jié)，左右側(cè)貝雷片用450 mm(900 mm)支撐架連接，底部貝雷架梁用450 mm(900 mm)支撐架作水平連接，增加抗扭能力，使貝雷架梁形成一個整體，上部工字鋼間距0.6 m(便于模板支撐腳手架布置)，下部支撐架間距3 m。 貝雷架梁上部布置鋼管腳手架及模板。

在進水塔下游側(cè)預埋14 根I40a工字鋼懸挑梁， 作為貝雷架梁在進水塔處的支撐點。 在I40a 工字鋼上面設(shè)置3 根I40a 工字鋼焊為一組，作為貝雷架的枕梁。 工字鋼枕梁懸挑出橋側(cè)面1.5 m，以便于橋梁施工時搭設(shè)防護腳手架及貝雷架梁拆除使用。

貝雷架梁進場后先在現(xiàn)場進行組裝，每兩根貝雷架梁組裝成一個貝雷架梁單元 （14.5 m×0.45 m×1.5 m），其重量為 3.7 t。 上游側(cè)（第 1、2 跨）采用 250 t·m 塔吊吊裝，下游（第 3 跨）采用35 t 吊車吊裝。 每安裝一道貝雷架梁單元均采用斜撐固定或采用工字鋼拉結(jié)，防止傾倒。

貝雷架梁頂部滿堂支撐架搭設(shè)：貝雷架梁頂部敷設(shè)I14a 工字鋼作橫向拉結(jié)，排距0.6 m 形成支撐平臺。 支撐架立桿縱距及橫距對應I14a 工字鋼布置， 均按排距0.6 m、 步距0.9 m搭設(shè)。 立桿底部與工字鋼焊接，支撐架與I14a 工字鋼縱橫拉結(jié)成整體支撐系統(tǒng)。 立桿滿設(shè)縱橫掃地桿，立桿頂端滿設(shè)縱橫水平桿和水平剪刀撐。立桿頂端安裝可調(diào)式U 形支托，先在支托內(nèi)安裝橫向方木，再按設(shè)計間距和標高安裝縱向方木。 滿堂架搭設(shè)范圍超出箱梁有效面積0.6 m2， 為安全超寬，腳手架搭設(shè)符合施工工藝和拼裝技術(shù)要求。

橋墩頂部預埋貝雷架位置水平筋與主筋結(jié)點進行全部綁扎，如遇主筋與貝雷架沖突的位置，主筋在兩道貝雷架中間進行加密，加密鋼筋型號采用原圖紙中設(shè)計型號， 并進行錨固，錨固長度不小于40 d。 預埋貝雷架位置以下1 m 范圍內(nèi)橋墩水平筋、斜插筋采用C22 鋼筋進行替換，加強并確保預埋貝雷架底部鋼筋混凝土的支撐能力。

五、支撐架預壓

為檢驗支撐架變形及地基沉降對現(xiàn)澆箱梁線形的影響，在貝雷架梁組裝完畢后進行支撐架預壓。 貝雷架梁底部用臺車鋼梁作為支撐點，預壓采用噸包袋，預壓范圍為半幅橋面寬度，重量不小于箱梁總重的1.2 倍。在拌和站場內(nèi)備砂石料，人工（8 人）配合1 臺50 挖掘機裝料，采用 1 臺 35 t吊車均勻吊裝和拆卸噸包袋。 按照預計加載總重量分4 級累計加載，第一次60%，第二次80%，第三次100%，第四次120%。

觀測過程中每觀測一次均找監(jiān)理工程師抽檢，期間按照加載及卸載步驟分別測得各級荷載下的模板下沉量及地面下沉量。 在卸載后全面測得各測點的回彈，分別計算出支架彈性變形值和非彈性變形值，根據(jù)彈性變形值計算箱梁模板預拱量。

貝雷架及其附屬構(gòu)件進場后需進行聯(lián)合驗收，確保廠家提供的貝雷架結(jié)構(gòu)、材質(zhì)、規(guī)格、尺寸與預壓試驗所用貝雷架一致。

六、箱梁混凝土澆筑

混凝土經(jīng)拌和站集中拌制后用10 m3混凝土攪拌車運至澆筑現(xiàn)場，根據(jù)現(xiàn)場實際地形， 第1、2 跨箱梁采用地泵澆筑，第3、4 跨箱梁采用汽車泵。澆筑時從下游側(cè)往上游側(cè)進行澆筑，先用汽車泵對#4、#3 墩頂部箱梁兩端底板最低處進行分層澆筑， 再用地泵對#2、#1 墩及進水塔牛腿頂部箱梁兩端底板最低處進行分層澆筑。 箱梁澆筑時， 沿梁高方向水平分層攤鋪、振搗，分兩次澆筑。 分次澆筑時，先澆底板及腹板根部， 在腹板根部澆筑的混凝土初凝前澆筑腹板上部和頂板。 澆筑底板及腹板根部時單跨澆筑， 每跨兩端向中間頂拱推進， 每端均勻布設(shè)3 臺50 mm 振搗棒。 腹板上部及頂板澆筑同樣采用底板澆筑順序進行。

混凝土澆筑完畢 12～18 小時后開始遮蓋棉氈進行人工養(yǎng)護，養(yǎng)護不少于14 天。

七、支撐架系統(tǒng)、貝雷架、懸挑梁拆除

1.支撐架系統(tǒng)拆除

箱梁澆筑時， 現(xiàn)場制作混凝土標準試塊，現(xiàn)場同條件養(yǎng)護，待混凝土強度達到設(shè)計標準時方可拆除支撐架。

當現(xiàn)場同條件養(yǎng)護的混凝土試塊抗壓強度達到箱梁設(shè)計值時，方可進行模板及支撐系統(tǒng)的拆除。

支撐架拆除時周邊應設(shè)置隔離區(qū)并設(shè)置明顯標志， 配備專業(yè)人員，確保拆除工程順利進行。 做到有序有節(jié)，拆除材料堆碼整齊，便于調(diào)運。

2.貝雷架拆除

箱梁強度滿足設(shè)計要求，同時上部結(jié)構(gòu)附屬設(shè)施施工完畢后，方可拆除貝雷架。 拆除時從貝雷架梁一側(cè)向另一側(cè)依次拆除。 拆除第1 道貝雷架梁時先在第2 道貝雷架梁上利用橫向拉結(jié)的I14a 工字鋼作為支撐平臺，采用竹笆進行工作平臺的鋪設(shè)并固定牢固，兩側(cè)用鋼管（Φ48×3.0 mm）搭設(shè)不低于1.2 m 的安全護欄。

貝雷架拆除時利用箱梁底部預埋的鋼管（Φ48×3.0 mm）并在橋面安裝卷揚機(5 t)，用鋼絲繩穿過鋼管后將貝雷架固定 (鋼絲繩與預埋鋼管之間設(shè)置定滑輪，防止鋼絲繩與預埋鋼管之間的磨損)。 塔吊掛鉤一端同樣用鋼絲繩（Φ18 mm）對貝雷架進行固定。 采用手持式切割機對橋墩處預埋貝雷架進行切割。 切割后卷揚機吊起貝雷架后下落鋼絲繩，塔吊一端緩慢擺動掛鉤將貝雷架牽引出箱梁底部工作面后吊起貝雷架并解除卷揚機固定在貝雷架上的鋼絲繩， 利用塔吊將貝雷架吊裝至376 m 平臺后拆卸和運輸，按此方法依次拆除每組貝雷架。

最后一道貝雷架梁拆除時在橋面支35 t 吊車，操作人員利用吊籃進行貝雷架梁切割工作，切割前必須用卷揚機及塔吊對貝雷架梁固定后才能進行，切割后操作人員到達安全地方后方可進行貝雷架梁的拆卸。

3.懸挑梁拆除

在懸挑梁工字鋼安裝時，預先在端頭處開孔。 通過搭設(shè)的操作平臺先將懸挑工字鋼與墻體接合處割開，在橋梁兩側(cè)懸掛吊籃，人工在工字鋼梁端頭開孔處穿鋼絲繩， 一端采用250 t·m 的塔吊起吊， 另一端采用 35 t 吊車起吊，塔吊與吊車相互配合，將工字鋼整體吊至376 m 平臺。

八、結(jié) 語

前坪水庫輸水洞交通橋采用預埋貝雷架支撐方案進行交通橋箱梁混凝土澆筑，其主要優(yōu)點有：①僅在墩身頂部即可完成貝雷架支撐系統(tǒng)，不受下部地形和地質(zhì)條件的影響，滿足施工工況的要求。 ②支架強度高，結(jié)構(gòu)受力明確； 可在橋外進行組合，積木式拼裝，在橋墩原位完成現(xiàn)澆制梁，適合于超高、大跨徑現(xiàn)澆箱梁的施工。 ③施工簡單、安全風險低，加快了施工進度。 ④節(jié)約成本。 預埋貝雷架支撐方案估算投資57.17 萬元，設(shè)計鋼站柱支撐+貝雷架梁方案估算投資122.28 萬元，減少投資65.11 萬元。

連續(xù)的貝雷架梁支撐系統(tǒng)現(xiàn)澆箱梁施工工法，在重荷載、高墩柱、跨度大的情況下比較適用，可以省去地基處理時間和費用，避免鋼站柱吊裝和焊接過程中的安全風險。 采用桁架單元積木式拼裝和整體落架技術(shù)，簡便、快捷、安全，值得應用推廣。