寧安高速軟土區(qū)現(xiàn)澆箱梁鋼管柱貝雷片施工技術(shù)

謝建民

中鐵十五局集團(tuán)第五工程有限公司 河南 471002

摘要：結(jié)合江西省寧都至安遠(yuǎn)高速公路A1標(biāo)段319國道跨線特大橋的施工情況，簡述如何利用鋼管樁、鋼管柱、貝雷片在軟土地區(qū)進(jìn)行現(xiàn)澆箱梁支架的搭設(shè)，為類似橋梁提供參考。

關(guān)鍵詞：現(xiàn)澆梁；鋼管柱；貝雷片

1 前言

現(xiàn)澆箱梁支架搭設(shè)的方法很多，在穿越軟土地基地區(qū)和跨越道路河流的施工中，鋼管樁貝雷梁法現(xiàn)澆箱梁支架搭設(shè)應(yīng)用較為普遍，受地形地基承載力限制較小，能快速展開施工，跨越能力比較強(qiáng)，在軟土地基高橋墩橋梁的施工中，優(yōu)越性比較顯著。

2 工程概況

寧安高速A1合同段賴村樞紐互通G319跨線橋是寧安高速公路經(jīng)賴村鎮(zhèn)為跨G319國道而設(shè)，長525.2m，該橋平面位于R=1500m圓曲線上，縱斷面位于R=12000m的豎曲線上，橋跨設(shè)計(jì)為：左幅3×20+3×20+（15+17+15）+4×21+（27.5+42+39）+4×20+4×20m，右幅3×20+4×20+3×16+3×21+（39+42+27.5）+4×20+4×20m，其中第一、五聯(lián)為橋面等寬34m，其余橋面均變寬，變寬橋面24.5m～34m，橋墩高度10～20m。全為現(xiàn)澆預(yù)應(yīng)力混凝土（后張）連續(xù)箱梁。

該跨線橋除第五聯(lián)現(xiàn)澆箱梁梁高2.2m外，其余各聯(lián)現(xiàn)澆箱梁梁高均為1.4m，橋面橫坡由箱梁頂、底板旋轉(zhuǎn)形成，腹板按垂直設(shè)計(jì)，腹板厚度為45～90cm，翼板長2.0m，跨中截面頂板厚25cm，底板厚22cm，為單箱多室結(jié)構(gòu)；各聯(lián)跨中有代表性跨中橫梁橫斷面圖如下圖所示：

3 20m跨支架方案

3.1方案比選

由于該橋橋址區(qū)位于水稻田中，地表水較發(fā)育，有厚度在7米左右的粉質(zhì)粘土。地基承載力在50kpa，經(jīng)過滿堂腳手架、條形基礎(chǔ)鋼管柱貝雷梁、鋼管樁鋼管柱貝雷梁等多種方案比選后，最后決定采用鋼管樁鋼管柱貝雷梁的施工方案。

3.2支架方案

20m跨徑鋼管柱采用Ф630×8mm鋼管，樁柱一體化，設(shè)3排鋼管樁柱，每排5根；考慮施工方便，也就是采用的樁接柱一體化施工，鋼管立柱直接焊接在鋼管樁上。鋼管柱上設(shè)雙排I56b工字鋼支撐梁，支撐梁上架設(shè)貝雷梁，貝雷梁間距按90cm布置。貝雷梁和雙拼56的工字鋼之間安放高強(qiáng)尼龍沙袋，經(jīng)壓力機(jī)檢測，每個(gè)沙袋承重32噸，可以滿足施工要求。安放沙袋的目的，主要是為了落架使用。梁模板采用1.5cm厚的竹膠板。鋼管樁采用震動(dòng)錘施工法，插打進(jìn)入強(qiáng)風(fēng)化巖層，按磨擦樁計(jì)算了打入深度。而在實(shí)際施工中，如果達(dá)到震動(dòng)錘額定電流，即可達(dá)到額定振動(dòng)力。經(jīng)過90錘、120錘、150錘比選后，最后采用的150（150kw）震動(dòng)錘，額定電流300A是的沖擊震動(dòng)力1080KN，實(shí)際需要800KN即可，為了方便后來拔樁，施工電流控制在260A，滿足800KN即可。鋼管立柱施工過程中要注意豎向垂直度的控制。

貝雷梁采用國產(chǎn)“321”公路鋼橋桁架（3×1.5m），縱向長度根據(jù)箱梁跨度來布置，20m跨的橋梁按兩跨貝雷片布置；橫橋向均按90cm間距布置單層貝雷梁（每兩片用90cm間距的花窗連接），橫向所有貝雷組之間用10#槽鋼和U型螺栓聯(lián)成整體，使貝雷梁受力均衡；避免橫向長細(xì)比超限引起撓曲失穩(wěn)。通過計(jì)算鋼管柱頂?shù)臉?biāo)高調(diào)節(jié)箱梁縱橫坡。

3.3荷載計(jì)算

根據(jù)《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》，均布荷載設(shè)計(jì)值=結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)×（恒載分項(xiàng)系數(shù)×恒載標(biāo)準(zhǔn)值+活載分項(xiàng)系數(shù)×活載標(biāo)準(zhǔn)值）。結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)取三級(jí)建筑：0.9，恒載分項(xiàng)系數(shù)為1.2，活載分項(xiàng)系數(shù)為1.4。人群及施工荷載取3KN/ m2，豎向振搗荷載取4KN m2，木方、分配工字鋼梁荷載取1.5KN/ m2，鋼模板荷載取1.5KN/ m2。

根據(jù)上述荷載，畫出橫向荷載分布圖，按照貝雷梁在翼板處、腹板處、箱室上下倒角位置、箱室位置分別計(jì)算荷載，考慮相互位置關(guān)系，也就是按照近似的橫向影響線的方法計(jì)算，用貝雷承擔(dān)荷載的橫向?qū)挾瘸撕奢d高度值，確定每一片貝雷梁的線荷載，求出位于最不利位置的貝雷梁，以此作為計(jì)算模型。

20米跨箱梁荷載分布計(jì)算表

從左到右，第一片橫向均布荷載：25×0.45=11.25KN/m

從左到右，第二片橫向均布荷載：25×（0.45+0.44）=22.25KN/m

從左到右，第三片橫向均布荷載：25×（0.44+0.23）+50×0.225=28KN/m

從左到右，第四片橫向均布荷載：50×0.225+29×0.225=17.775KN/m

從左到右，第五片橫向均布荷載：29×0.294+24×0.638=23.838 KN/m

從左到右，第六片橫向均布荷載：29×0.294+24×0.638=23.838 KN/m

從左到右，第七片橫向均布荷載：29×0.706+50×0.225=31.724KN/m

因?yàn)槭菍ΨQ結(jié)構(gòu)，第八片至第十四片受力對稱。

根據(jù)以上貝雷梁在不同的位置受力情況可以看出，中腹板處的兩片貝雷片受力最大，達(dá)到31.8 KN/m，受力模型按此計(jì)算。

3.4 20米跨貝雷片布置縱斷面圖

3.4 20米跨貝雷片現(xiàn)場施工照片

3.5 最不利位置貝雷梁受力模型圖

按照實(shí)際受力模式，利用結(jié)構(gòu)力求解決器建立受力模型如下。

3.6 最不利位置貝雷梁彎矩圖

不考慮兩側(cè)1米的懸臂，利用公式計(jì)算，中間點(diǎn)支座彎矩最大，M=-0.125×31.8×82=-254.4KN.M，模型考慮了兩側(cè)懸臂，結(jié)果為-236.13 KN.M。

3.7 最不利位置貝雷梁剪力圖

不考慮兩側(cè)1米的懸臂，利用公式計(jì)算，中間點(diǎn)支座彎矩最大，V=0.625×31.8×8=159KN，模型考慮了兩側(cè)懸臂，結(jié)果為154.73 KN。

3.7 最不利位置貝雷梁撓度計(jì)算

跨中撓度近似的按照兩胯連續(xù)連續(xù)梁計(jì)算，w=0.521×=0.521×=1.29mm

3.8 結(jié)果分析

查貝雷梁手冊，根據(jù)貝雷梁的力學(xué)參數(shù)，彎矩-236.13 KN.M<788.2KN.M，剪力154.73 KN<245.2KN，撓度1.29 mm<8000/400=20 mm。然后，建模查軟件，玄桿軸力159.3KN<563KN（允許值），豎桿軸力173.8KN<212KN（允許值），斜玄桿軸力116KN<171KN（允許值），根據(jù)結(jié)論，結(jié)構(gòu)是安全的，并且有一定的安全儲(chǔ)備。

3.9鋼管立柱穩(wěn)定性驗(yàn)算

按貝雷片在雙拼工字鋼中的位置，根據(jù)每米橫向線荷載，乘以長度8米，折算為集中荷載，例如，第一片貝雷11.25KN/m×8m=90KN，建立模型，加載計(jì)算，可以看出，從左向右第三根鋼管的荷載最大，為588KN。因?yàn)椴怀^鋼管樁的承載能力800KN（依據(jù)150KW的振動(dòng)錘的激振力定）。鋼管樁不再驗(yàn)算。

根據(jù)588KN的壓力，對鋼管立柱進(jìn)行驗(yàn)算，鋼管材料為Q235，容許正應(yīng)力【σ】=215Mpa，容許剪應(yīng)力【τ】=125Mpa，鋼管外徑D=630mm，內(nèi)徑d=614mm，壁厚8mm，截面面積

鋼管回轉(zhuǎn)半徑

鋼管計(jì)算長度L0=15m，長細(xì)比

<【λ】=115，滿足剛度要。

查B類截面軸心受壓穩(wěn)定系數(shù)表，φ=0.76，

<【σ】=215Mpa，滿足穩(wěn)定性要求。

4 貝雷梁鋼管柱施工注意事項(xiàng)

4.1貝雷梁容易發(fā)生的問題

（1）貝雷桁架橫向彎曲失穩(wěn)。

（2）桁架弦桿變形。

（3）梁撓度較大。

（4）支座滑移。

4.2貝雷梁發(fā)生問題的原因分析

（1）貝雷梁的縱向延伸較為便利，可拼成不同跨度的便梁或支架，并可上下疊裝拼成不同高度的桁梁。但該梁的構(gòu)造弱點(diǎn)是橫向連接較為薄弱和復(fù)雜。橫向彎曲失穩(wěn)是造成許多事故的重要原因。

（2）弦桿受到較大局部集中力導(dǎo)致變形。

（3）桁梁的組合或跨徑的選擇不合理或縱向連接間隙疊加使撓度變大。

（4）桁架的支點(diǎn)選擇不當(dāng)。使桁架受力不合理或?qū)е轮ё啤?/p>

4.3貝雷梁問題防治措施

（1）對跨度大、高度大的貝雷桁架結(jié)構(gòu)必須進(jìn)行穩(wěn)定性計(jì)算，特別是橫向穩(wěn)定計(jì)算。為加強(qiáng)橫向連接，可設(shè)計(jì)非標(biāo)的橫向連接桿件以適應(yīng)不同的跨度、寬度要求。

（2）不能因?yàn)槭桥R時(shí)結(jié)構(gòu)而在弦桿上任意施加額外的集中力，必須按貝雷梁的要求布置力的作用點(diǎn)和大小。

（3）桁架的組合及跨徑選擇和橫向連接必須進(jìn)行專門設(shè)計(jì)，并須經(jīng)技術(shù)論證。

（4）根據(jù)桁梁結(jié)構(gòu)設(shè)置合理的支點(diǎn)，選擇合適的支座，并應(yīng)有防滑措施。

4.4鋼管立柱施工要求

（1）鋼管立柱要求垂直。

（2）除了豎向受力分析外，尚需計(jì)算因縱向和橫向水平推力引起的格構(gòu)式支架失穩(wěn)。橫向剪刀撐容易施工。如縱向因間距大，不易施工縱向剪刀撐時(shí)，可考慮利用橋墩預(yù)埋鋼板或者安裝抱箍，然后和鋼管支架連接在一起，抵抗縱向水平推力。

5 分析與結(jié)論

鋼管樁貝雷梁格構(gòu)式支架，在軟土地區(qū)現(xiàn)澆箱梁的施工中應(yīng)用較為普遍，優(yōu)越性比較顯著，后期還可以使用振動(dòng)錘拔出鋼管樁。如果能夠合理安排貝雷跨徑，可以減少鋼管的使用量，共同發(fā)揮鋼管的抗壓和貝雷梁的抗彎性能，節(jié)約施工成本。

參考文獻(xiàn)：

[1]寧都至定南高速公路寧都至安遠(yuǎn)段新建工程《兩階段施工圖設(shè)計(jì)》。

[2]《貝雷梁手冊》。

[3]3D3S軟件

[4]結(jié)構(gòu)力學(xué)求解器2.5

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活，同時(shí)也是非常關(guān)鍵的一個(gè)步驟。所以，相關(guān)人員應(yīng)該注意輕拿輕放，不能將膜損壞。在膜的連接部位將首尾都連接成功之后，應(yīng)該通過縫合的方式將膜結(jié)合穩(wěn)固起來，而且針距應(yīng)該保持適中。鋪膜之后，應(yīng)該及時(shí)將膜頂和膜底輕填土體，并且將膜固定好。

4.5 振沖防滲板墻技術(shù)分析

在一些地質(zhì)比較疏松的土層中，可以采用振沖防滲板墻技術(shù)建設(shè)具有一定形狀的防滲性墻體。振沖防滲板墻技術(shù)可以在同一時(shí)間完成造槽、護(hù)堤以及成墻等3個(gè)不同環(huán)節(jié)，可以通過其振動(dòng)器的垂直往復(fù)高頻振動(dòng)功能對切頭進(jìn)行沖擊，使其下沉。在這個(gè)過程中，振動(dòng)力可以將切頭擠壓入土層里面，并且對周圍土層進(jìn)行擠壓密實(shí)，然后再通過高壓沖切水泥漿進(jìn)行連續(xù)振動(dòng)灌漿。因此，可以實(shí)現(xiàn)墻體的進(jìn)一步充實(shí)，并且形成比較連續(xù)而且緊密的一道防滲幕墻。

4.6 深層攪拌樁防滲墻技術(shù)分析

深層攪拌樁防滲墻技術(shù)主要有2種，即單頭深層攪拌樁技術(shù)與多頭深層攪拌樁技術(shù)。而在當(dāng)前深基坑的防滲處理中，一般都會(huì)采用單頭深層攪拌樁防滲墻技術(shù)。但是當(dāng)單頭深層攪拌樁防滲墻技術(shù)由于地質(zhì)條件與施工機(jī)械成樁能力等方面的限制而使得混凝土攪拌出現(xiàn)不均勻現(xiàn)象，降低了防滲墻體的強(qiáng)度，也難以保證樁體的垂直度。這種情況下，單頭深層攪拌樁防滲墻連續(xù)性能比較差，防滲效果大幅度降低。因此，基于單頭深層攪拌樁防滲墻技術(shù)，推廣了多頭深層攪拌樁防滲墻技術(shù)。而這種技術(shù)主要是通過雙動(dòng)力或者多動(dòng)力的多頭攪拌機(jī)來對混凝土進(jìn)行攪拌，與單頭深層攪拌樁防滲墻技術(shù)的攪拌效果相比更加充分。然后再進(jìn)行噴切灌漿，在混凝土形成連續(xù)墻體的過程中發(fā)揮著積極作用，為墻體質(zhì)量提供了保證，具有明顯的防滲效果。因此，多頭深層攪拌樁防滲墻技術(shù)是未來深坑防滲發(fā)展的方向之一。

5結(jié)束語

結(jié)合以上分析與研究，筆者認(rèn)為在水工建筑防滲堵漏的施工過程中，工程負(fù)責(zé)人應(yīng)在工程施工前就開始對施工環(huán)境、建筑材料選擇以及施工方式進(jìn)行嚴(yán)格把關(guān)，在根本上防范水工建筑中滲水漏水質(zhì)量問題的出現(xiàn)。只有完善施工管理體系、做好工程施工設(shè)計(jì)、把握建筑材料的選擇，才能更好的完成水工建筑工程建設(shè)，造福于社會(huì)大眾。

參考文獻(xiàn)：

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[2]羅繼輝.水工建筑物防滲堵漏施工技術(shù)探析[J].中國高新技術(shù)企業(yè)，2010（24）.

[3]王達(dá)劍.水工建筑的防滲透設(shè)計(jì)要點(diǎn)探析[J].中國科技博覽，2014，（14）：2829.