貝雷梁在大跨徑雙柱墩跨既有城市道路蓋梁施工中的應(yīng)用

摘要 文章采用鋼管+貝雷梁支架，對(duì)中川機(jī)場(chǎng)T3樞紐立交F匝道橋F10蓋梁進(jìn)行施工，通過(guò)與傳統(tǒng)抱箍+型鋼縱梁的應(yīng)用效果在安全性、經(jīng)濟(jì)性和實(shí)用性方面進(jìn)行對(duì)比分析，并結(jié)合可移動(dòng)安全棚架的配套應(yīng)用，詳細(xì)闡述了鋼管+貝雷梁在大跨徑雙柱墩跨既有城市道路蓋梁施工中的優(yōu)勢(shì)及其應(yīng)用前景，研究成果對(duì)類似施工場(chǎng)地有限、交通環(huán)境復(fù)雜的橋梁蓋梁施工具有廣泛的適用性。

關(guān)鍵詞 大跨徑蓋梁；跨既有城市道路；鋼管+貝雷梁；安全棚架；應(yīng)用效果

中圖分類號(hào) U445 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 2096-8949（2025）05-0140-03

0 引言

通常進(jìn)行雙柱墩蓋梁施工時(shí)，一般采用抱箍+型鋼作為支撐的方法進(jìn)行施工。但對(duì)于兩個(gè)墩柱距離較大且跨越既有道路的情況，采用抱箍+型鋼的施工方法無(wú)法滿足彎矩和受力要求。鋼管+貝雷梁支架配合移動(dòng)安全棚架的施工形式，對(duì)于施工場(chǎng)地有限、交通環(huán)境復(fù)雜的橋梁蓋梁施工，更具有可行性、安全性和經(jīng)濟(jì)性。

1 工程概況

中川機(jī)場(chǎng)T3樞紐立交F匝道橋F10蓋梁為大跨徑雙柱墩跨既有城市道路蓋梁。蓋梁跨越的既有城市道路寬度為8 m，蓋梁長(zhǎng)16.35 m，寬2.2 m，高3.0 m，設(shè)計(jì)混凝土方量為67.5 m3，墩柱為1.5 m的方柱墩，墩柱高度分別為9.17 m和8.83 m，墩柱之間凈距為10.1 m。由于蓋梁跨度較大，且施工時(shí)需要保證通車，擬采用貝雷梁鋼管柱支架+安全棚架的結(jié)構(gòu)體系進(jìn)行混凝土蓋梁的施工。

2 施工工藝流程

F10蓋梁施工工藝流程如下：搭設(shè)安全棚架—水平測(cè)量放樣—搭設(shè)支架—底模鋪設(shè)—軸線和邊線放樣—綁扎鋼筋、布設(shè)波紋管、錨具和預(yù)埋件安裝—標(biāo)高復(fù)測(cè)—側(cè)模安裝—混凝土澆筑—混凝土養(yǎng)護(hù)—第一次預(yù)應(yīng)力張拉和孔道壓漿—拆除支架和底模—第二次預(yù)應(yīng)力張拉和孔道壓漿—封錨。

2.1 搭設(shè)安全棚架

由于F10蓋梁上跨既有城市道路，為保證既有城市道路暢通，同時(shí)又不影響蓋梁施工，在F10蓋梁施工前需先搭設(shè)安全棚架。安全棚架從上到下依次由12.5張1.2 m×2.4 m×1 cm的竹膠板頂棚+6根6 m長(zhǎng)I12型鋼橫梁+2根6 m長(zhǎng)I16型鋼縱梁+6根6 m長(zhǎng)Φ200鋼管柱支撐+10根6 m長(zhǎng)5#角鋼加強(qiáng)支撐+2根6 m長(zhǎng)200槽鋼托底+6個(gè)萬(wàn)能轉(zhuǎn)向輪等組成。為方便移動(dòng)，每個(gè)棚架的加工長(zhǎng)度為6～8 m，一般為6 m，并可根據(jù)需要加工多個(gè)進(jìn)行拼接。棚架凈空高度不小于4.5 m，寬度為5.0 m[1]。

2.2 貝雷梁鋼管柱支架的搭設(shè)

貝雷梁鋼管柱支架從上到下依次由I20型鋼+貝雷梁+50 t機(jī)械千斤頂+鋼管柱等組成，貝雷梁由標(biāo)件貝雷梁組成，每個(gè)貝雷梁長(zhǎng)度為3 m，高度為1.5 m，貝雷梁之間由插銷連接。施工前應(yīng)根據(jù)蓋梁長(zhǎng)度，首先在地面上將貝雷梁拼裝完成，貝雷梁拼接長(zhǎng)度應(yīng)考慮操作平臺(tái)位置。F10蓋梁長(zhǎng)16.35 m，采用6片貝雷梁拼接成18 m長(zhǎng)的貝雷梁作為縱梁。鋼管柱之間用5#角鋼連接，以保證鋼管支架的整體穩(wěn)定性[2]。鋼管柱坐落于承臺(tái)上，故不用再施工鋼管柱基礎(chǔ)，只需將鋼管柱與承臺(tái)臨時(shí)固定完成即可。

施工前在鋼管柱兩端各焊接一塊40 cm×40 cm× 1cm的鋼板，以便于鋼管柱與其他部件的連接固定。施工時(shí)首先將4根Φ426×8 mm鋼管柱按照放樣位置安裝在承臺(tái)的四個(gè)角，然后用5#角鋼將鋼管柱焊接成整體。鋼管柱頂部鋼板上各放置1個(gè)機(jī)械千斤頂（此處強(qiáng)調(diào)千斤頂必須為機(jī)械千斤頂，以保證施工安全），千斤頂上部橫向放置兩片貝雷梁作為縱梁，千斤頂與貝雷梁之間放置鋼板進(jìn)行過(guò)渡，且千斤頂支點(diǎn)最好在貝雷梁的結(jié)點(diǎn)位置，以保證貝雷梁更好地受力。貝雷梁之間采用精軋螺紋鋼對(duì)拉連接，以保證貝雷梁的整體穩(wěn)定性[3]。

縱梁上按照50 cm間距放置I20型鋼分布梁，分布梁長(zhǎng)度應(yīng)考慮工作平臺(tái)位置，一般應(yīng)保證蓋梁每側(cè)有1 m的工作平臺(tái)。分布梁上放置蓋梁底模即可。由于蓋梁上跨既有城市道路，既要保證車輛的暢通又不影響蓋梁的施工，所以在施工之前需先搭設(shè)簡(jiǎn)易可移動(dòng)的安全棚架，棚架凈空高度不低于4.5 m，寬度為5 m。

2.3 蓋梁底模安裝

貝雷梁鋼管柱支架安裝完成后，開(kāi)始鋪設(shè)底模。底模鋪設(shè)時(shí)需進(jìn)行蓋梁底模位置及標(biāo)高的測(cè)量。此道工序直接影響后續(xù)混凝土蓋梁的施工，甚至鋼箱梁的架設(shè)。蓋梁底模的標(biāo)高可通過(guò)支架體系機(jī)械千斤頂進(jìn)行微調(diào)，以保證蓋梁標(biāo)高的精確度。

3 鋼管+貝雷梁縱梁與抱箍+型鋼縱梁受力分析

通過(guò)受力分析可得出，型鋼縱梁應(yīng)力和撓度變形均不滿足相關(guān)要求。以下重點(diǎn)對(duì)鋼管+貝雷梁縱梁體系各部位的受力情況進(jìn)行計(jì)算分析。

3.1 型鋼適用性分析

常規(guī)混凝土蓋梁施工，無(wú)論采用抱箍法還是鋼管支架法，上部支撐縱梁常采用I40、I56等型鋼，施工時(shí)直接吊裝就位即可。在施工F10蓋梁時(shí)，首先考慮的方案也是使用I56型鋼作為縱梁，但是由于跨度太大，經(jīng)過(guò)受力驗(yàn)算后應(yīng)力σ=M/W=339.62 Mpagt;[σ]=205 MPa（不滿足要求），跨中撓度f(wàn)=5q14/384 EI=53.16 mmgt;[ f ]=

9.4×100/400=23.5 mm（不滿足要求），故I56型鋼作為縱梁無(wú)法滿足要求。

3.2 貝雷梁適用性分析

采用貝雷梁作為支撐縱梁，其計(jì)算過(guò)程如下：

（1）設(shè)計(jì)荷載

1）混凝土自重

蓋梁尺寸為16.35 m×2.2 m×2 m。

混凝土方量：V=67.5 m3，按25 kN/m3計(jì)算，蓋梁鋼筋為7.749 t，鋼絞線為2.670 t。

鋼筋混凝土自重：G1=67.5×25+（7.749+2.670）×9.8=1 789.606 kN。

蓋梁長(zhǎng)度L=16.35m。

均布延米荷載為q1=G1/L2=1 789.606/16.35=109.456 kN/m。

2）模板自重

組合鋼模板及連接件為0.2 t/m2，模板面積為S=（16.35×2+2.2×2）×1.4+[（16.35+11.6）×0.6+（2.2+1.5）×2.5×2]=87.21 m2。

重量G2=87.21×0.2×9.8=170.932 kN。

均布每延米荷載：q2=170.932/16.35 m=10.455 kN/m。

3）I20工字鋼

分配梁選用I20工字鋼，按照50 cm間距布設(shè)，共需4.2 m長(zhǎng)的I20工字鋼27根。I20工字鋼每延米重量為27.9 kg/m。

I20工字鋼自重：G3=（4.2×27）×27.9×9.8/1 000=31.006 kN。

均布每延米荷載：q3=31.006/16.35 m=1.896 kN/m。

4）貝雷片

321型貝雷片單側(cè)主梁配置6片，共計(jì)18 m，每片重量為270 kg。G4=2×6×270×9.8/1 000=31.752 kN。

均布每延米荷載：q4=31.752/16.35=1.942 kN/m。

5）施工荷載

人員、小型機(jī)具、堆放按1 000 kg計(jì)算，G5=1 000×9.8/1 000=9.8 kN。

均布每延米荷載：q5=9.8/10.374 m=0.945 kN/m。

振搗混凝土產(chǎn)生的荷載：q6=0.45 kN/m。

（2）荷載組合及施工階段

蓋梁自重及支架自重均按恒載考慮組合系數(shù)1.2，施工荷載按活載考慮組合系數(shù)1.4。

（3）受力模型

1）I20工字鋼

I20工字鋼分布梁直接承受底模以上的自重，I20工字鋼分布在蓋梁兩側(cè)的貝雷片上，I20工字鋼分布梁計(jì)算跨徑為220 cm。分布梁兩側(cè)各懸臂100 cm，懸臂有利于跨中受力，不計(jì)懸臂部分，按照簡(jiǎn)支梁計(jì)算，其計(jì)算模型如圖1所示。

2）貝雷片

貝雷片主梁承受由每根I20工字鋼分布梁傳來(lái)的重力，按均布荷載考慮，兩側(cè)貝雷片各承受一半的力。貝雷片搭在鋼管立柱上，貝雷片的最不利計(jì)算跨徑為9.4 m，兩端外伸按懸臂考慮。

（4）貝雷片計(jì)算結(jié)果

主要承受荷載Q1=1.2×（q1+q2+q3+q4）+1.4×（q5+q6）

=1.2×（109.456+10.455+1.896+1.942）+1.4×（0.945+0.45）

=150.452 kN/m。

貝雷片設(shè)兩側(cè)，單側(cè)承受q=0.5×150.452=75.226 kN/M，鋼材采用Q235鋼，抗拉、抗壓、抗彎強(qiáng)度設(shè)計(jì)值[σ]=205 MPa。

計(jì)算跨徑為9.4 m，按照最大彎矩進(jìn)行考慮。

跨中彎矩：M=qL2/8=75.226×9.42/8=830.871 kN·m。

321型貝雷片截面抵抗矩：Wx=3 578.5。

σ=M/W=830.871/3 578.5×103 mm2=232.184 MPalt;[σ]=273 MPa（滿足要求）。

跨中撓度：f=q14×（5-24 a2/l2）/384 EI=75.226×9 4004×（5-24×2 8002/9 4002）/（384×2.1×100 000×250 497.2×10 000）=8.346 mm。

[ f ]=L/400=9.4×100/400=23.5 mm（滿足要求）。

經(jīng)受力驗(yàn)算后，應(yīng)力σ=M/W=232.184 MPalt;[σ]=273 MPa（滿足要求），撓度f(wàn)=q14×（5-24 a2/l2）/384 EI=8.346 mmlt;[ f ]=9.4×100/400=23.5 mm（滿足要求）。貝雷梁作為縱梁能夠滿足受力要求，且在具體施工中通過(guò)對(duì)其進(jìn)行監(jiān)測(cè)，發(fā)現(xiàn)其位移基本無(wú)變化，也無(wú)變形，安全性較高[4]。

綜上所述，貝雷梁在大跨徑蓋梁施工存在很大優(yōu)勢(shì)，可用于跨度較大的橋梁蓋梁及其他結(jié)構(gòu)物的施工。相比較型鋼而言，具有更強(qiáng)的適用性。

4 貝雷梁縱梁經(jīng)濟(jì)效果分析

貝雷梁縱梁與型鋼縱梁在施工工藝上基本相同，施工成本差距不大?，F(xiàn)從購(gòu)買形式的經(jīng)濟(jì)性上進(jìn)行分析，具體詳如表1所示。

5 貝雷梁縱梁使用效果分析

為驗(yàn)證貝雷梁使用的安全性及結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，針對(duì)彎矩及撓度變形最大的跨中位置，在貝雷片縱梁安裝完成后、澆筑混凝土前及澆筑混凝土后，分別對(duì)貝雷梁底部跨中位置進(jìn)行了高程測(cè)量，其測(cè)量結(jié)構(gòu)如表2所示。

6 貝雷梁的優(yōu)缺點(diǎn)

從T3樞紐立交F10蓋梁應(yīng)用的效果來(lái)看，貝雷梁具有以下優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)。

6.1 優(yōu)點(diǎn)

（1）適用范圍廣。尤其適用于跨度較大的蓋梁施工。

（2）經(jīng)濟(jì)性好。相同使用條件下，貝雷梁租賃使用成本遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于型鋼使用成本。

（3）安全性高。尤其是撓度變形允許范圍較大，安全系數(shù)較高。

（4）拼裝方便。貝雷梁由貝雷片組成，且每個(gè)貝雷片都是標(biāo)件，結(jié)構(gòu)尺寸完全一樣，貝雷片之間通過(guò)插銷進(jìn)行連接，可任意拼裝，拼裝方便。

（5）可循環(huán)利用。一個(gè)蓋梁施工完成后，可以循環(huán)利用到下一個(gè)蓋梁上，提高材料的利用率。

（6）拆除方便。支架上部縱梁、橫梁型鋼之間沒(méi)有焊接，拆除較快。

6.2 缺點(diǎn)

（1）貝雷片一般需要租賃使用，如果施工時(shí)間較長(zhǎng)，施工成本將增加。

（2）千斤頂頂點(diǎn)位置需在貝雷梁上焊接鋼板，以便于貝雷梁的整體受力。

7 應(yīng)用前景

貝雷梁租賃成本低、拼裝速度快、施工操作方便、可循環(huán)利用、安全性高、適用性廣，尤其針對(duì)跨度較大的蓋梁施工中適用性較強(qiáng)。具體施工時(shí)，應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，通過(guò)受力驗(yàn)算分析，決定貝雷梁是否適用。如果單片無(wú)法滿足要求時(shí)，可采用雙拼、三拼等，增加貝雷梁的整體受力。該技術(shù)可在類似工程施工中進(jìn)行一定程度的推廣。

8 結(jié)論

F10蓋梁為大跨度雙柱墩跨既有城市道路蓋梁，具體施工時(shí)采用貝雷梁鋼管柱支架+安全棚架的結(jié)構(gòu)體系。此結(jié)構(gòu)體系施工成本低，操作方便，施工速度快，安全系數(shù)高，既保證了既有城市道路的車輛暢通，又不影響蓋梁施工。尤其是貝雷梁的應(yīng)用，更是提高了此結(jié)構(gòu)體系的安全性，保證了大跨徑蓋梁的施工質(zhì)量和施工速度，同時(shí)對(duì)小跨徑的蓋梁施工同樣適用，具有廣泛的適用性，可在今后的蓋梁施工中推廣使用。

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