談貝雷梁支架在橋梁工程中的應(yīng)用

王 偉

0 引言

在進行現(xiàn)澆箱梁施工時，一般的施工方法是對地基進行加固處理，然后搭設(shè)滿堂支架。但對于地基承載力較差的現(xiàn)澆預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁而言，采用滿堂支架施工不僅地基處理難度較大，安全性降低，而且材料、人員投入也較大。鋼管貝雷梁柱式支架是現(xiàn)澆箱梁施工中常用的一種支架形式，尤其對于地質(zhì)條件差的地段，并且隨著我國高鐵的快速發(fā)展，高架車站的普遍運用，對于道岔、渡線等梁型較復(fù)雜箱梁的增多以及鐵路跨高等級公路，采用鋼管貝雷梁柱式支架更是經(jīng)濟、科學(xué)、可行。

1 工程概況

中建四局承建的新建武漢至黃石城際鐵路二標(biāo)段葛店特大橋，橋址198號～204號墩處有一高架車站葛店南站。高架車站的進站道岔區(qū)在183號～191號墩處，所以在183號～191號墩之間設(shè)計了三聯(lián)道岔連續(xù)梁，即:183號墩～187號墩為1-(31.9+2×32.7+31.9)m雙線變四線道岔連續(xù)梁(DK24+018.75～DK24+149.5);187 號墩～191 號墩為二聯(lián) 1-(31.9+2×32.7+31.9)m并行的雙線變?nèi)€道岔連續(xù)梁(DK24+149.5～DK24+280.1)。其梁的結(jié)構(gòu)為單箱單室、單箱雙室和單箱三室，箱梁高均為2.59 m，混凝土標(biāo)號為C50高性能混凝土。

2 鋼管貝雷梁支架設(shè)計、計算及預(yù)拱度設(shè)置

2.1 支架設(shè)計

全橋的箱梁采用貝雷架施工平臺式結(jié)構(gòu)進行承重，在已有承臺做牢固支撐點并于每跨中間設(shè)置臨時支墩。支墩基礎(chǔ)采用φ100 cm樁基礎(chǔ)，采用C25混凝土澆筑，樁基礎(chǔ)上部采用100 cm×150 cm×1200 cm條形鋼筋混凝土基礎(chǔ)進行連接，在條形基礎(chǔ)上立φ609的鋼管。鋼管柱高平均約12 m，支柱頂橫梁采用Ⅰ40b工字鋼連接?？v向主承重梁采用貝雷梁拼裝搭設(shè)，橫向采用Ⅰ20b工字鋼進行加固，間距0.5 m/道(工字鋼長度為12 m和9 m，呈交錯布置)。上部支架縱橫向均采用10 cm×10 cm方木進行搭接?？v向間距，翼板部分為0.3 m，底板部分0.2 m。底模板、側(cè)模板及芯模均采用δ=12 mm光面竹膠合板，倒角處采用鋁塑板處理，另外考慮貝雷片縱梁底下通行安全，可以在緊貼貝雷片縱梁下增設(shè)一層安全防護網(wǎng)，以防止上部雜物砸到下面通行人員。

渡線、道岔連續(xù)梁貝雷梁支架圖見圖1。

2.2 支架計算及預(yù)拱度設(shè)置

箱梁承重渡線連續(xù)梁采用等跨布置，道岔梁采用加寬布置，貝雷梁支架一般采用27排～63排單層布置，分9組～21組，每組3排，間距45 cm;每排為9片3 m標(biāo)準貝雷片加一片非標(biāo)準2.0 m貝雷片，總長度29.115 m。計算取寬度12.2 m的176號～177號墩的貝雷梁支架體系縱向受力驗算。

跨中加支點，計算跨度以簡支梁形式取1/2墩間距29.3/2=14.65 m。

圖1 渡線、道岔連續(xù)梁貝雷梁支架圖

圖2 鐵砂箱圖

2.2.1 設(shè)計荷載

1)鋼筋混凝土自重取26 kN/m3，則混凝土箱梁自重:G1=2.6×340=884 t;

2)桁架單榀自重為160 kg，則桁架總重:G2=160×110=17.6 t;

3)竹膠板、方木自重:G3=3 t(經(jīng)驗值);

4)施工中產(chǎn)生的自重:G4=3 t(經(jīng)驗值);

5)Ⅰ20b工字鋼自重:g=31.1 kg/m，則工字鋼的自重:31.1×12.4×29=11.18 t。

2.2.2 貝雷梁檢算

1)支架結(jié)構(gòu)特性。

三排單層貝雷梁(9組)慣性矩 I=751491.6×9=6763424.4 cm4，截面抵抗彎矩 W=10735.6×9=96620.4 cm3，最大彎矩 M=2246.4×7=15724.8 kN·m，最大剪力 T=698.9×9=6290.1 kN。

2)荷載計算。

a.模板及支架自重:G=34.78 t=347.8 kN。

b.新澆混凝土重量:G=780 t=8840 kN。

c.貝雷梁自重:2.87 kN/m。

每米荷載重量:q=(347.8+8840)/32.7+2.87×9=306.81 kN/m。

3)計算結(jié)果。

最大彎矩產(chǎn)生在跨中:

Mmax=1/8ql2=0.125×306.81×14.652=8231.04 kN·m ＜[Mmax]=20217.6 kN·m。

最大剪力產(chǎn)生在支點上。

Tmax=1/2ql=0.5×306.81×14.65=2247.38 kN ＜[Tmax]=6290.1 kN。

撓度 f=5ql4/(384EI)=5×306810×14.654/(384×2.1×1011×6763424.4×10-8)× 103=12.96 mm ＜ f=L/1000=14.65 mm。

由上檢算，貝雷梁處于安全狀態(tài)，此次計算為考慮安全系數(shù)。

4)貝雷梁對支點壓力:

2.2.3 貝雷梁撓度

由貝雷梁計算撓度可知，貝雷梁最大撓度Δf=27.85 mm，該撓度值未包含貝雷梁因安裝誤差及使用過程中連接部位存在縫隙等因素引起的自然撓度。自然撓度用下面的公式計算:

對奇數(shù)跨:

對偶數(shù)跨:

其中，Δ為連接件間間隙，根據(jù)規(guī)定取0.5 mm;n為貝雷梁的跨數(shù)。

32.7m梁貝雷梁支架單排每跨10片(含2 m貝雷1片)之間加支點，故自然撓度為v=(0.5/2)×(52-1)=6 mm。因此，貝雷梁的理論計算最大撓度應(yīng)為以上兩撓度值的疊加，即14.65+6=20.65 mm，在1/4跨度處，箱梁反拱設(shè)置理論為20 mm，故底模預(yù)拱度設(shè)置為0.65 mm。實際情況根據(jù)預(yù)壓后結(jié)果進行調(diào)整。

3 支架施工

1)支架體系施工的順序。

鋼管樁位置的定位放線→拼裝鋼管柱(做基礎(chǔ))→安裝橫向、斜向支撐(包括與承臺的連接)→吊裝鐵砂箱(調(diào)整標(biāo)高)→安裝橫梁→拼裝、吊裝貝雷梁→安裝縱梁→鋪設(shè)方木立模。

2)鋼管柱的檢驗、吊裝、堆放。

對鋼管，一般有材質(zhì)檢驗和外觀檢驗，以便對不合要求的鋼管進行清退，以保證施工質(zhì)量。裝卸鋼管宜采用兩點吊。吊運時，每次起吊的根數(shù)不宜過多，并應(yīng)注意保護鋼管免受損傷。

鋼管堆放的地點，要選擇在不會因壓重而發(fā)生較大沉陷變形的平坦而堅固的場地上，盡量堆放于連續(xù)梁墩之間，以方便施工。

3)支架的安裝。

在鋼管柱施工中，按設(shè)計的柱長進行合理配管，配管后進行吊裝，吊裝時應(yīng)盡量垂直，垂直度不大于1%(采用吊垂球的方法)。底部與預(yù)埋鋼板焊接，焊縫必須飽滿、密實。鋼管與鋼管連接處、鋼管柱與橫向角鋼連接處設(shè)抱箍，進行加固(以3 m一道為宜)。

各鋼管柱之間橫向采用∠100 mm×100 mm×10 mm，斜向用∠75 mm×75 mm×7 mm連接。焊接質(zhì)量必須合格。

貝雷梁在指定的施工場地進行拼裝，經(jīng)驗收合格后方可進行吊裝。一榀貝雷梁拼裝為7 m接標(biāo)準節(jié)加一節(jié)非標(biāo)2 m(現(xiàn)場可根據(jù)情況調(diào)整)，貝雷片架設(shè)時，節(jié)與節(jié)的接頭宜處在中支墩處。

鐵砂箱為集中預(yù)制，鐵砂箱尺寸見圖2。

墩身與鋼管柱必須進行有效連接，連接采用Ⅰ20的槽鋼，墩身面墊鋼板(或預(yù)埋鋼板、預(yù)埋螺栓)，用膨脹螺絲加固鋼板，或根據(jù)墩身拆模后預(yù)留的對拉螺栓孔，用槽鋼作為背楞(見圖3)。

圖3 槽鋼對拉圖

因道岔連續(xù)梁特殊的結(jié)構(gòu)，部分墩的承臺外圍須進行補樁處理。當(dāng)采用擴大基礎(chǔ)施工時，擴大基礎(chǔ)底面承載力不小于200 kPa，擴大基礎(chǔ)采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，混凝土標(biāo)號為C25，混凝土結(jié)構(gòu)上下層鋪設(shè)鋼筋網(wǎng)片，網(wǎng)片間距25 cm，采用φ16鋼筋進行綁扎。保護層厚度底層8 cm，頂層4 cm。

為保證支架的穩(wěn)定，在每跨1/4，3/4處的貝雷梁下部，加設(shè)一道通長的Ⅰ10的槽鋼，將整個支架體系的貝雷梁有效的連接，采用U形螺栓將槽鋼和貝雷桁架緊固。

4 支架預(yù)壓方案

在支架拼裝好安裝底模后，對支架進行預(yù)壓試驗。卸載后，及時觀測支架沉降量和回彈值，計算出支架的彈性變形與非彈性變形值，非彈性變形值可在預(yù)壓結(jié)束后予以消除，而彈性變形則作為支箱梁施工預(yù)留沉降量的依據(jù)。

底模標(biāo)高控制為:

其中，H為底模立模標(biāo)高;h為設(shè)計梁底標(biāo)高;r為梁跨各斷面的設(shè)計預(yù)拱度;Δ為預(yù)壓后各相應(yīng)斷面的彈性變形沉降量。

5 結(jié)語

鑒于高速鐵路的質(zhì)量、安全和美觀的需要，以及道岔梁型的復(fù)雜性，同時針對橋梁工程在竣工線形的要求，所以根據(jù)設(shè)計圖紙及現(xiàn)場實際，進行詳細的支架設(shè)計、驗算是十分必要的。為確保方案的科學(xué)、經(jīng)濟、可行，應(yīng)對方案實施前，必須組織各方進行方案的專題論證，并且在施工過程中嚴格按照批準的方案組織實施。該橋的支架設(shè)計、實施，在確保梁體的標(biāo)高、線形及安全質(zhì)量方面，取得了較好的成果，希望能對類似工程起到一定的借鑒作用。

[1]TZ 213-2005，客運專線橋涵工程施工技術(shù)指南[S].

[2]鐵建設(shè)[2005]160號，客運專線橋涵工程施工質(zhì)量驗收暫行標(biāo)準[S].

[3]TB 10303-2009，鐵路橋涵工程施工安全技術(shù)規(guī)程[S].

[4]路橋施工計算手冊編寫組.路橋施工計算手冊[M].北京:人民交通出版社，2001.

[5]TZ 210-2005，鐵路混凝土工程施工技術(shù)指南[S].

[6]杜永昌.高速與客運專線鐵路施工工藝手冊[M].北京:科學(xué)技術(shù)文獻出版社，2006.