大跨徑型鋼貝雷支架在跨箱涵溝渠現(xiàn)澆箱梁施工中的應(yīng)用及驗(yàn)算

張瀟搏

（中交廣州航道局有限公司，廣東 廣州 510290）

自貢市東部新城三期基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)項(xiàng)目新建李白河?xùn)|街北段道路的云溪大橋設(shè)計(jì)為一聯(lián)四跨的預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁，橋跨布置為（35+40+40+35）m，橋平面位于半徑800m 的圓曲線上，且第四跨現(xiàn)澆箱梁跨越現(xiàn)狀箱涵溝渠。擬建場區(qū)現(xiàn)狀表土多為人工雜填土，若采用傳統(tǒng)的滿堂盤扣支架施工，支架搭設(shè)施工面及地基承載力均不滿足施工要求，因此決定采用鋼管柱型鋼貝雷支架施工云溪大橋第四跨跨涵洞溝渠曲線現(xiàn)澆箱梁，同時(shí)為避免型鋼貝雷支架的樁基礎(chǔ)與箱涵“打架”，支架鋼管柱設(shè)計(jì)最大跨徑為12m。

在實(shí)際施工中，采用鋼管柱與型鋼貝雷相結(jié)合的模板支撐體系，具有承載力高、工藝簡單的優(yōu)點(diǎn)，可以提升施工功效，降低現(xiàn)澆箱梁的造價(jià)。同時(shí)，在支架設(shè)計(jì)時(shí)，通過Midas civil 有限元軟件對(duì)第四跨型鋼貝雷支架進(jìn)行應(yīng)力、變形進(jìn)行驗(yàn)算，以滿足實(shí)際施工要求，從而指導(dǎo)施工。

1 工程概況

云溪大橋現(xiàn)澆箱梁為等高單箱三室變截面橫斷面，箱梁頂板寬18m，底板寬12.9m，高2.2m，翼緣板長2m，翼緣板端部厚度20cm，根部厚50cm。箱梁頂板厚25～45cm，底板厚為22～62cm，腹板厚50～70cm。

云溪大橋現(xiàn)澆箱梁一至三跨采用滿堂盤扣支架施工，第四跨采用鋼管柱+型鋼貝雷梁落地式支架，支架設(shè)計(jì)跨徑為（7.5m+12m+6m+5.91m），鋼管柱采用Φ820×10mm 鋼管，立柱平聯(lián)采用φ426×6mm 鋼管，剪刀撐采用對(duì)扣[20 槽鋼。鋼管柱頂雙肢I(xiàn)63a 工字鋼作為承重橫梁，縱梁采用標(biāo)準(zhǔn)“321”型貝雷梁，斜腹板下貝雷梁為三排單層，直腹板下為雙排單層。貝雷片橫向連接采用Q235 鋼45 型花窗，貝雷片其桁節(jié)采用16 錳鋼，銷子采用鉻錳鈦鋼。貝雷梁上橫向橋間隔50cm 放置I16工字鋼，工字鋼上間隔20cm放置10×10cm 的方木。型鋼貝雷支架基礎(chǔ)采用直徑φ1m鉆孔灌注樁，根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際地質(zhì)情況，設(shè)計(jì)為摩擦樁，樁長15m，樁頂設(shè)置1m×1m 系梁。圖1 為型鋼貝雷支架標(biāo)準(zhǔn)斷面圖。

圖1 型鋼貝雷支架標(biāo)準(zhǔn)斷面圖

2 型鋼貝雷支架驗(yàn)算

型鋼貝雷支架采用極限狀態(tài)應(yīng)力法，計(jì)算軟件采用Midas Civil（2015 版）。

現(xiàn)澆箱梁混凝土豎向分兩次澆筑，第一次澆筑箱梁底板和腹板，第二次澆筑箱梁頂板和翼緣。在進(jìn)行箱梁第二次混凝土澆筑前，首次混凝土已形成強(qiáng)度，和支架共用承受第二次混凝土的重力，即采用混凝土兩次澆筑工藝，支架承受的新澆混凝土重量是小于混凝土的總重量，本次計(jì)算以全斷面混凝土重量進(jìn)行一次性澆筑進(jìn)行簡化，是偏安全的。同時(shí)為簡化計(jì)算，漸變段混凝土重量取斷面較大值偏安全計(jì)算。

2.1 荷載組合

2.1.1 強(qiáng)度驗(yàn)算組合：1.3×（支架自重+新澆砼自重+模板自重）+1.5×（施工人員和機(jī)械荷載+傾倒砼荷載）。

2.1.2 剛度驗(yàn)算組合：1.0×（支架自重+新澆砼自重+模板自重）。

2.2 整體建模驗(yàn)算

2.2.1 建模說明。根據(jù)支架總體布置，建立鋼管柱+型鋼貝雷支架模型。鋼管立柱外部邊界條件處理為固結(jié)；雙拼I63a 工字鋼、貝雷梁、I16 工字鋼和10×10 方木之間設(shè)置為彈性連接；貝雷連接處模擬為鉸接，設(shè)置釋放梁段約束。

2.2.2 計(jì)算結(jié)果。由于篇幅有限，本文重點(diǎn)對(duì)大跨徑的貝雷梁上下弦桿進(jìn)行了最大組合應(yīng)力、最大剪應(yīng)力及最大變形進(jìn)行了計(jì)算，其他構(gòu)件的計(jì)算結(jié)果均滿足規(guī)范要求。（圖2、3、4）

圖2 貝雷梁上下弦桿組合應(yīng)力云圖

圖3 貝雷梁上下弦桿剪應(yīng)力云圖

圖4 貝雷梁變形圖

貝雷上下弦桿最大組合應(yīng)力為194.2MPa＜310Mpa，最大剪應(yīng)力76.8Mpa＜180MPa。

貝 雷 梁 整 體 最 大 變 形 為 9.6mm ＜L/400=12000/400=30mm。

其余構(gòu)件計(jì)算結(jié)果如表1 所示。

表1

3 型鋼貝雷支架在跨涵洞溝渠現(xiàn)澆箱梁施工中的具體應(yīng)用

3.1 基礎(chǔ)施工

根據(jù)地勘報(bào)告，型鋼貝雷支架樁基礎(chǔ)選用旋挖鉆成孔、水下砼澆筑施工工藝。鋼筋籠在鋼筋場加工完畢后，由平板車運(yùn)至施工現(xiàn)場，用25T 汽車吊下放安裝鋼筋籠，最后澆筑C30 水下混凝土。為保證樁頭質(zhì)量，超灌70cm。待樁基齡期達(dá)到設(shè)計(jì)要求時(shí)，即可破除樁頭，安裝樁頂系梁鋼筋、模板，澆筑C30 系梁。系梁鋼筋安裝時(shí)，應(yīng)注意預(yù)埋2cm 厚連接鋼板，連接鋼板設(shè)置四根φ22鋼筋作為錨筋，錨入系梁鋼筋骨架內(nèi)。

3.2 型鋼貝雷支架安裝

型鋼貝雷支架的安裝主要包括鋼管柱安裝、砂筒安裝、雙拼I63a 工字鋼橫向承重梁安裝、貝雷縱梁吊裝等，施工過程中主要采用25T 汽車吊吊裝，吊裝支架各構(gòu)件前，應(yīng)檢車吊車機(jī)械狀態(tài)、吊車支腿支墊、鋼絲繩磨損等情況，以保證支架安裝施工的安全。

3.2.1 鋼管柱安裝。鋼管立柱在安裝前，應(yīng)嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)長度對(duì)鋼管進(jìn)行下料，以保證支架高度滿足施工要求。Φ820×10mm 螺旋鋼管的安裝通過與施工預(yù)埋在系梁中的2cm 厚連接鋼板滿焊連接，鋼管柱安裝時(shí)必須保證鋼管與系梁鉛垂，并在鋼管柱柱腳四周加焊加勁板，以增強(qiáng)立柱穩(wěn)定性。鋼管樁施工完畢后，即可施工柱間平聯(lián)及剪刀撐，φ426×6mm 鋼管平聯(lián)、對(duì)扣[20 槽鋼剪刀撐與鋼管柱之間滿焊，所有焊縫高度不得小于8mm。

3.2.2 砂筒。通過設(shè)置在鋼管柱頂?shù)匿撋巴?，以便后期支架拆除。底座底板、上蓋頂板鋼板尺寸為60cm×60cm×2cm，砂筒制作完成后，用壓力機(jī)加載至1000kN，將砂子壓實(shí)，壓實(shí)后的砂筒高度按30cm 控制。砂筒安裝時(shí)，其頂面高程偏差宜控制在（0，+20cm）內(nèi)。

3.2.3 橫向承重梁。橫向承重梁采用雙拼I63a 工字鋼，安放在砂筒頂中心線上。雙拼I63a 工字鋼與砂筒頂板接觸處點(diǎn)焊固定，為保證荷載均勻傳遞到鋼管柱上，必須保證橫向承重梁與砂筒之間沒有空隙。

3.2.4 貝雷縱梁。貝雷片先在地面上按設(shè)計(jì)跨徑拼裝，并分組連接好，用吊車進(jìn)行安裝。安裝貝雷片時(shí)，要將貝雷腹桿節(jié)點(diǎn)放置在承重梁上，盡量避免錯(cuò)位，若貝雷腹桿未位于承重梁軸線上，可在支點(diǎn)附近的貝雷片增設(shè)豎向腹桿以提高貝雷片的抗剪能力。待貝雷縱梁安裝完成且復(fù)測無誤后，即可用槽鋼制作的U 型卡將貝雷下弦桿與承重梁連接，以限制貝雷梁的水平位移。

3.2.5 分配梁及底模。貝雷縱梁沿縱橋向布設(shè)安裝完成后，在貝雷梁的上弦桿上按50cm 間距橫橋向布置I16工字鋼，然后再按20cm 間距在I16 工字鋼上布置10×10cm 方木，最后鋪設(shè)底模面板。

3.3 加載預(yù)壓與沉降觀測

為檢驗(yàn)型鋼貝雷支架的承載能力、消除支架內(nèi)部各構(gòu)件的非彈性變形，同時(shí)為后續(xù)預(yù)拱度的設(shè)置提供依據(jù)，待支架及底模安裝好后，進(jìn)行加載預(yù)壓與沉降觀測。

4 結(jié)論

本文以新建上跨箱涵溝渠且位于圓曲線上的一聯(lián)四跨（35m+40m+40m+35m）預(yù)應(yīng)力現(xiàn)澆連續(xù)箱梁的施工為例，重點(diǎn)介紹大跨徑型鋼貝雷支架的設(shè)計(jì)、驗(yàn)算及施工要點(diǎn)，為今后類似上跨結(jié)構(gòu)物、障礙物等橋梁施工提供參考。

通過以上分析可知，型鋼貝雷支架具有一定的跨越能力，且適用于地質(zhì)較差的場地，具有承載力高、工藝簡單、成本低、易拆除等優(yōu)點(diǎn)，在本項(xiàng)目實(shí)際應(yīng)用期間有效地保證了施工功效，提升了施工安全性，從而取得良好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。