南潯高架站連續(xù)箱梁橋貝雷梁施工方案比選

蘇奕霖 （中鐵十五局集團(tuán)路橋建設(shè)有限公司，江蘇 南京 210000）

連續(xù)梁施工中一般采用支架現(xiàn)澆法施工，現(xiàn)澆法施工的工藝較為成熟，常被用于中小跨度的橋梁施工，在結(jié)構(gòu)復(fù)雜的高架橋梁和岔道連續(xù)梁施工中也開始采用現(xiàn)澆支架法[1-3]。在軟土地基和大跨度連續(xù)梁施工中，常采用貝雷梁支架和鋼管組合支架，楊德福[4]結(jié)合萬家春路（西亭路-翔安北路段）工程實(shí)例，針對(duì)橋址位置存在大面積蝦池軟土地基進(jìn)行分析，最終采用鋼管樁柱式貝雷梁和扣件式鋼管組合支架方案，突破了軟土地基和河道的限制，為類似工程施工提供了實(shí)踐參考。許志常[5]以DUBAIR大橋工程為研究對(duì)象，從工程方案、施工質(zhì)量和施工技術(shù)入手，研究了鋼管貝雷梁組合支架法施工技術(shù)在現(xiàn)澆箱梁中的應(yīng)用，為類似施工提供借鑒。岳旭光[6]以新建銀川與吳忠客運(yùn)專線1標(biāo)的銀川機(jī)場(chǎng)黃河特大橋引橋?yàn)槔?，引橋支架施工采用貝雷梁和新型組合桁架2種方案進(jìn)行施工技術(shù)和工程成本進(jìn)行對(duì)比分析，研究結(jié)果表明，在土層較好的地區(qū)，貝雷梁成本較高，新型組合桁架梁施工比較節(jié)省成本。王云水[7]以楊梅院立交專項(xiàng)預(yù)應(yīng)力混凝土現(xiàn)澆梁為研究對(duì)象，跨公路預(yù)應(yīng)力混凝土現(xiàn)澆梁跨常采用貝雷梁支架施工技術(shù)，考慮工程基本特點(diǎn)，為施工安全創(chuàng)造了條件，提升了該工程的效率。舒大勇[8]以溫州甌江南口大橋30m現(xiàn)澆箱梁為研究對(duì)象，采用了一跨式雙層貝雷梁支架施工，節(jié)約了工程人工費(fèi)和材料費(fèi)，縮短了整個(gè)工程的工期。在貝雷梁支架施工前，需要計(jì)算貝雷梁支架的力學(xué)性能，對(duì)支架受力進(jìn)行驗(yàn)算，以保證整個(gè)支架的穩(wěn)定性符合規(guī)范要求[9-10]。

本文結(jié)合新建上海經(jīng)蘇州至湖州鐵路段，南潯高架站連續(xù)箱梁的支撐體系，對(duì)貝雷梁支架施工支撐體系的施工方案選擇進(jìn)行研究。

1 工程概況

新建上海經(jīng)蘇州至湖州鐵路，線路起自上海市虹橋站，途經(jīng)江蘇省蘇州市，終至浙江省湖州市湖州站，正線全長(zhǎng)163.8km。設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)為高速鐵路雙線，設(shè)計(jì)行車速度為360km/h。橋址位于南潯高架站138-142#墩、142-146#墩、168-172#墩、172-176#墩。

本線地處屬亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，線路所經(jīng)地區(qū)主要為湖積平原，地層成因主要為沖湖積、沖海積，局部為湖沼積，具有海陸相互交替沉積的特點(diǎn)。平原區(qū)地層主要為黏土、粉質(zhì)黏土、淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土、粉土、粉細(xì)砂層等，普遍發(fā)育深厚層軟土、松軟土，最厚處近30m，淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土，灰色，流塑，含腐殖質(zhì)，層厚約0.5m～20.7m，普遍分布。地基軟弱，工程地質(zhì)條件差，地基需深層處理。

2 施工難點(diǎn)

支架處水文地質(zhì)條件較差，軟土層較厚（高達(dá)20m），軟土層承載力不足。施工時(shí)打設(shè)鋼管或樁基工程過深，造成工程施工成本高，施工不經(jīng)濟(jì)。

貝雷梁支架施工方案的選擇。施工中支架體系選擇是關(guān)鍵，整體的支架體系如圖1所示。單層貝雷梁跨度小，但橋址位于湖積平原區(qū)，地層分布較厚淤泥質(zhì)土，土體抗剪強(qiáng)度低，承載力差，入土管樁沉降較大，費(fèi)時(shí)費(fèi)力。采用雙層貝雷梁支架方案需要20排雙層貝雷梁，用鋼量大，跨中變形較大，鋼管立柱受長(zhǎng)細(xì)比的影響。

圖1 支架體系示意圖（單位：mm）

3 貝雷梁施工技術(shù)的方案選擇

3.1 單層貝雷梁施工技術(shù)

滬蘇湖鐵路蘇湖特大橋南潯橋段131#～137#墩6×32m預(yù)應(yīng)力混凝土渡線連續(xù)梁采用了4支點(diǎn)支撐的單層貝雷梁支架方案，跨中設(shè)2排管樁、梁兩端承臺(tái)位置上各設(shè)1排管樁，貝雷梁跨度組合為10.5m+9m+9m。支架結(jié)構(gòu)自下而上依次為Ф630×8mm鋼管柱、砂筒、柱頂分配梁（2工40b/45b)、貝雷梁（321型）、橫梁工字鋼（工12.6@900）、縱向方木（10cm×10cm）、15mm厚竹膠板，如圖2所示。

圖2 單層貝雷梁設(shè)計(jì)示意圖

單層貝雷梁方案跨度小，形成四跨連續(xù)結(jié)構(gòu)，理論計(jì)算單跨貝雷梁變形小，橫斷面上僅需要14排單層貝雷梁就可以滿足需要，貝雷梁用鋼量少。但跨中兩排入土鋼管樁需使用履帶吊和振動(dòng)錘插打，打入深度不小于17m，需要分節(jié)焊接接長(zhǎng)管樁，設(shè)備、人員使用多，周期長(zhǎng)。該工程橋址位于湖積平原區(qū)，地層中分布較厚淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土層，土體抗剪強(qiáng)度低、承載力差，入土管樁沉降較大，需要在預(yù)壓后墊高貝雷梁底標(biāo)高，費(fèi)時(shí)費(fèi)力。

在施工中需要注意支架在預(yù)壓階段管樁沉降較大，過大的沉降將引起貝雷梁的附加應(yīng)力，需要密切關(guān)注變形速率和變形量，當(dāng)二者不能穩(wěn)定時(shí)，需要及時(shí)卸載。

3.2 雙層貝雷梁施工技術(shù)

南潯高架站預(yù)應(yīng)力混凝土道岔連續(xù)梁支架因跨中插打入土管樁深度較大，達(dá)到40m，采用兩排立于承臺(tái)上的鋼管立柱作為支撐的雙層貝雷梁支架方案，雙層貝雷梁結(jié)構(gòu)剛度大，經(jīng)過計(jì)算可實(shí)現(xiàn)一跨式支撐，貝雷梁跨度為28.5m，兩端支撐點(diǎn)處采用14a槽鋼豎桿加強(qiáng)、中間上下層貝雷梁采用加強(qiáng)弦桿加強(qiáng)，考慮到雙層貝雷梁計(jì)算撓度較大，在貝雷梁頂設(shè)置一層盤扣架用于調(diào)整預(yù)拱度和落架，其余支撐結(jié)構(gòu)與單層貝雷梁方案一致，如圖3所示。

圖3 雙層貝雷梁設(shè)計(jì)示意圖

雙層貝雷梁方案省去了管樁插打施工工序，設(shè)備使用、焊接作業(yè)少，施工較快。通過鋼管立柱作用在承臺(tái)上，承載可視為較穩(wěn)定支點(diǎn)，施工中變形可控，雙層貝雷梁方案相比單層貝雷梁方案具有實(shí)際施工工況與理論計(jì)算結(jié)果匹配度高、不可控風(fēng)險(xiǎn)源少、施工質(zhì)量易于控制的優(yōu)勢(shì)。

但雙層貝雷梁橫斷面上需要20排雙層貝雷梁，貝雷梁用鋼量大。雙層貝雷梁跨中變形較大，兩端鋼管立柱受長(zhǎng)細(xì)比的影響，高度不宜過大、鋼管立柱需要和墩柱牢固固結(jié)，在施工中不宜控制。

3.3 方案比選結(jié)論

雖然單層貝雷梁方案用鋼量較低，卻存在入土管樁沉降較大、打入樁在施工完成后存在拔出困難、施工安全風(fēng)險(xiǎn)高等問題，經(jīng)過最終測(cè)算，雙層貝雷梁方案與單層貝雷梁方案最終費(fèi)用相差不大，所以在軟土地區(qū)推薦采用一跨式雙層貝雷梁方案。

4 施工要點(diǎn)分析

4.1 貝雷片安裝

貝雷片間聯(lián)系布置對(duì)大、中跨徑箱型截面的穩(wěn)定性有重要影響[11]，在施工中要加強(qiáng)控制貝雷片安裝的質(zhì)量，分析施工荷載變化規(guī)律，本工程貝雷梁片采用逐節(jié)拼裝的方式，將擬安裝的桁架抬上，放在已裝好的桁架后面，并與其形成一條直線，兩人用木棍穿過節(jié)點(diǎn)板將桁架前端抬起，下弦銷孔對(duì)準(zhǔn)后，插入銷子，然后再抬起桁架后端，插上銷子。插銷子時(shí)要注意，保險(xiǎn)銷孔要橫放，方便插入保險(xiǎn)卡，如圖4所示。

圖4 桁架銷+保險(xiǎn)卡連接主梁示意圖

地面貝雷梁片拼裝完畢后，用兩輛25t吊車安裝縱梁（雙層貝雷片），安裝時(shí)采用2臺(tái)吊車同時(shí)平行起吊，吊裝至指定位置后，使用φ20mm的U型限位鋼筋將貝雷梁片與工字鋼帽梁固定連接在一起，防止傾覆。U型限位鋼筋開口端與工字鋼帽梁進(jìn)行雙面焊接，焊縫長(zhǎng)度120mm。吊裝跨中位置的貝雷片后，用連接桁架將所有貝雷片連接成為整體。

4.2 貝雷分配梁安裝

在貝雷梁橫橋向鋪墊工12.6a鋼作為分配橫梁，分配橫梁通過φ20mm的U型螺栓卡與貝雷梁進(jìn)行固定。貝雷梁上搭設(shè)盤扣式滿堂支架，搭設(shè)順序?yàn)榭烧{(diào)底座→立桿→橫向水平桿→縱向水平桿→水平斜桿→豎向斜桿→可調(diào)頂托。施工中以此順序搭設(shè)形成基本的架體單元，并擴(kuò)展搭設(shè)成整體支架體系。

由于箱梁的荷載分布比較復(fù)雜，有頂?shù)装鍏^(qū)域、腹板區(qū)域和翼緣區(qū)域，在施工前取腹板段和頂板段分別對(duì)工字鋼進(jìn)行計(jì)算，腹板工字鋼長(zhǎng)度0.45m，頂?shù)装宥喂ぷ咒撻L(zhǎng)度為0.9m，上部為作用一根支架立桿，工字鋼在該范圍內(nèi)按簡(jiǎn)支梁計(jì)算。按均布荷載取值，標(biāo)準(zhǔn)組合為13.1kN，基本荷載組合 0.17kN/m。經(jīng)過計(jì)算得出最大彎矩為2.14kN·m，最大剪力為6.64kN，抗彎計(jì)算強(qiáng)度f=16.85MPa＜215MPa，滿足規(guī)范要求。后期施工現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)表明，頂?shù)装遄畲髶隙戎禐?.34mm，施工效果較好。

4.3 支架預(yù)壓

貝雷梁支架采用雙層加強(qiáng)貝雷梁，其中每處腹板設(shè)置6片貝雷梁，頂?shù)装寮白笥覀?cè)均翼緣處均設(shè)置3片貝雷梁，支座位置設(shè)置加強(qiáng)豎桿。根據(jù)設(shè)計(jì)本道岔連續(xù)梁分澆筑L30(142#-146#右、168#-172#右)為1次澆筑，L31（138#-142#、172#-176#）分 2次澆筑，L32（142#-146#左、168#-172#左）分3次澆筑，每次澆筑前的支架預(yù)壓重量見下表所示。

支架預(yù)壓重量表

應(yīng)進(jìn)行預(yù)壓以檢驗(yàn)結(jié)構(gòu)的承載能力和穩(wěn)定性、消除其非彈性變形、觀測(cè)結(jié)構(gòu)彈性變形及基礎(chǔ)沉降情況。加載時(shí)采用分級(jí)加載方式，0→60%→100%→110%三級(jí)加載，預(yù)壓荷載分別為760.9t、801t、841t、882t、2583t、2720t、2122t、1340t、1890t。分級(jí)加載采用磅秤精確計(jì)量，模擬梁體的荷載布置進(jìn)行加載，采用人工配合吊車吊裝。在堆載過程中按照施工中混凝土澆筑順序進(jìn)行預(yù)壓塊的堆碼，在支架兩側(cè)縱梁下分段進(jìn)行布設(shè)監(jiān)控點(diǎn)，點(diǎn)位每跨布置5個(gè)觀測(cè)斷面，分別依次位于1/5跨、1/5跨、1/10跨、1/10跨、1/5跨處，每個(gè)斷面對(duì)稱布設(shè)5個(gè)觀測(cè)點(diǎn)，并用反光標(biāo)貼進(jìn)行標(biāo)記。在支架預(yù)壓前后，現(xiàn)澆梁混凝土澆筑前后進(jìn)行觀測(cè)，對(duì)比數(shù)據(jù)變化，監(jiān)測(cè)支架的沉降量。監(jiān)測(cè)點(diǎn)布設(shè)如圖5所示。

圖5 施工現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)點(diǎn)布設(shè)圖

在荷載預(yù)壓及混凝土澆筑過程中，必須進(jìn)行支架結(jié)構(gòu)的變形監(jiān)測(cè)，確保預(yù)壓與混凝土澆筑過程安全有序進(jìn)行，發(fā)現(xiàn)基礎(chǔ)下沉、桿件變形、防護(hù)不全、拉結(jié)松動(dòng)等立即停止?jié)仓?。由于箱室寬度縱向變化較大，當(dāng)橫向空間足夠時(shí)應(yīng)及時(shí)增加扣件式支架立桿的縱向列數(shù)，防止橫向方木邊跨受力過大。

5 結(jié)語

貝雷梁支架技術(shù)在橋梁連續(xù)箱梁現(xiàn)澆施工中廣泛被采用，但在實(shí)際施工中，不同地質(zhì)條件下如何進(jìn)行貝雷梁支撐體系的設(shè)計(jì)、驗(yàn)算和施工是最為關(guān)鍵的。在工程施工過程中，要避免因趕工期或方便施工等原因，人為改變施工方案或設(shè)計(jì)圖紙，給工程帶來不必要的風(fēng)險(xiǎn)。

通過對(duì)南潯高架站連續(xù)箱梁工程為研究對(duì)象，考慮施工的安全性和整體的穩(wěn)定性，最終選擇一跨式雙層貝雷梁方案，制定了施工安全應(yīng)急預(yù)案，施工中加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)線形與安全監(jiān)控，為項(xiàng)目施工提供了安全保障，滿足設(shè)計(jì)及規(guī)范要求。在施工中無任何安全事故發(fā)生，箱梁最終拆模后，滿足設(shè)計(jì)要求。