鋼管貝雷梁支架在復(fù)雜地形中的應(yīng)用

趙娟娟

（中鐵二十局集團(tuán)第二工程有限公司，北京 100142）

在高速公路現(xiàn)澆梁施工中，一般采用滿堂式支架進(jìn)行梁體施工，但在山區(qū)時(shí)由于部分地段地勢陡峭，若采用滿堂式支架則需對(duì)都陡峭地形進(jìn)行整修，不但工程量巨大，安全風(fēng)險(xiǎn)高，而且對(duì)原有生態(tài)破壞嚴(yán)重，整修后的地質(zhì)承載力也無法確保支架受力穩(wěn)定。在仁壽至屏山新市公路LJ19標(biāo)段平樂互通匝道龍洞田左幅大橋現(xiàn)澆梁施工中，針對(duì)上述情況，項(xiàng)目部采用鋼管貝雷梁支架進(jìn)行梁體施工，避免了橋址區(qū)域大范圍的地勢地形改造，大大減少了施工措施費(fèi)用，保護(hù)了周邊的生態(tài)環(huán)境。通過現(xiàn)場實(shí)際使用，該類型支架在地勢陡峭區(qū)域現(xiàn)澆梁施工中取得很好的效果。

1.工程概況

四川省仁壽至屏山新市公路LJ19標(biāo)段平樂互通匝道龍洞田左幅大橋?yàn)樯峡缧逼侣范渭皼_溝并下穿主線而設(shè)，橋梁寬度20m。上部結(jié)構(gòu)第3～13孔采用鋼筋砼現(xiàn)澆連續(xù)箱梁，其余采用預(yù)應(yīng)力砼現(xiàn)澆連續(xù)箱梁，全橋共分8聯(lián)：2m×20m+(12m+13m)+3m×13m+2m×(3m×16m)+2m×20m+3m×20m+2m×20m，兩岸橋臺(tái)及2#、4#、7#、10#、13#、15#、17#橋墩墩頂處設(shè)80型伸縮縫。結(jié)合橋位處地形和地質(zhì)情況，下部結(jié)構(gòu)采用柱式墩、樁柱式橋臺(tái)，墩臺(tái)均采用樁基礎(chǔ)。

2.貝雷梁支架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

支架立柱為530mm～10mm的鋼管立柱，其中順橋向布置3排，每排3根，間距為5.72m，橫橋向鋼管間距3.72m。鋼管立柱基礎(chǔ)為C30混凝土樁基礎(chǔ)，樁基為1.5m。鋼管立柱之間采用∠75mm×75mm×6mm角鋼和10#槽鋼作為聯(lián)結(jié)系連接。立柱頂部安置56a雙拼工字鋼做為底分配梁，支架主梁采用單層321型貝雷梁，貝雷梁桁架橫向?qū)挾?2.0m，橫向間距為1.35m+9m×0.9m+1.35m。貝雷梁頂部設(shè)置14#工字鋼，工字鋼上設(shè)置B型盤扣架以便對(duì)梁底坡度進(jìn)行調(diào)節(jié)。B型盤扣架規(guī)格為φ48mm×3.25mm，支架橫橋向和順橋向間距均為1.2m，盤扣架頂部設(shè)置10mm×10mm木方和15mm厚竹膠板做為梁體底模板。詳見圖1和圖2。

圖1 貝雷梁支架縱向結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖

圖2 貝雷梁支架橫向結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖

3.貝雷梁支架受力計(jì)算

3.1 鋼管立柱受力計(jì)算

支架立柱最大支撐高度約h=16.5m。長細(xì)比λ=1650/21=78.6（小于容許值150），其對(duì)應(yīng)穩(wěn)定系數(shù)ψ=0.7（[4]《結(jié)構(gòu)靜力計(jì)算手冊》附錄3）。

每根鋼管柱的工作能力：{N}=ψAf=0.725×297.9×2100=4379kN!

按最不利條件假定荷載，排架承受跨度為16m的箱梁鋼筋混凝土重量，并按簡支梁模型計(jì)算支反力。作用在排架上的荷載構(gòu)成如下：

鋼筋混凝土的重力Q1=13×16×26×1.2=6489.6kN；（按照最大橫截面積13m2計(jì)算）。

工字鋼、貝雷梁自重Q2：(162+76.5)×1.2=286.2kN;（貝雷梁每片重270kg，共12片；I56a工字鋼106.27kg/m，共6根，單根長12m）。

其他活荷載：6.5×1.4×（11.62+9.95）/2×16= 1570kN。

則每跨排架承受的總荷載為：

Q=8346kN，鋼管柱排架由9根鋼管柱組成，每根鋼管柱承受豎向荷載為：P=8346/9=927kN。

鋼管柱工作能力4379kN＞927kN，符合要求。

3.2 貝雷梁受力計(jì)算

3.2.1 荷載計(jì)

（1）砼自重：按照最大橫截面積13m3/m計(jì)算：13×26=338kN/m。

（2）施工人員：按照3kN/m2計(jì)算:3×11.62（頂板最寬）=34.86kN/m。

（3）模板、方木：按照2.5kN/m2計(jì)算:2.5×11.62（頂板最寬）=29.05kN/m。

（4）分配梁工字鋼（14#）盤口架上下橫向各1根：16.89×12×2=4.05kN/m。

（5）B型（Φ48.3mm×3.2mm）盤口架：2kN/m。

q=338+34.86+29.05+4.05+2=408kN/m

根據(jù)路橋計(jì)算手冊附表二按照兩等跨連續(xù)梁計(jì)算：

（1）最大剪力Q=0.625×q×l=0.625×408×7.1=1806kN。

（2）最大彎矩：M=0.07×q×l2=0.07×408×7.12=1440kN。

（3）跨中撓度：f=0.521×q×l4/100EI=0.521×408×7.14/(100×2.1×250497)=1.03cm。

3.2.2 貝雷桁架梁的物理幾何指標(biāo)（表1）

表1 貝雷桁架物理幾何指標(biāo)（根據(jù)交計(jì)發(fā)[1998]23號(hào)文）

3.2.3 確定貝雷桁架梁數(shù)量

各孔跨貝雷桁架梁需要數(shù)量見表2。

表2 各跨貝雷桁架梁需要量計(jì)算匯總表

按抗剪和抗彎強(qiáng)度檢算比對(duì)，均以抗剪控制為主。

3.2.4 貝雷桁架梁的最大下彎撓度

孔跨貝雷桁架梁的最大下彎撓度計(jì)算結(jié)果見表3。

表3 各孔跨貝雷桁架梁 的最大下彎撓度驗(yàn)算匯總表

3.3 底分配梁2I56a工字鋼力學(xué)計(jì)算（簡支梁模型）

橫橋向每排鋼管柱上鋪設(shè)2I56a工字鋼，鋪設(shè)最大間距7.1m（曲線外側(cè)）；根據(jù)橫向每根鋼管柱間距，2I56a字鋼最大跨度4.25m。

I56a工字鋼參數(shù)：

Wx=2342cm，Ix=66576cm4，Sm=1368.8cm3，G=106.27kg/m。

根據(jù)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范（GB50017-2003）第13章支架計(jì)算[2]：

g2=（g1+gr）l1=（1.4×26+3）×7.1=279.7kN/m（以腹板位置最大處計(jì)算）。

（其中：g1為單位面積結(jié)構(gòu)自重；gr為施工人員荷載；l1為相鄰兩縱梁之間的距離）

彎矩M1/2=g2l22/8=279.7×4.252/8=631.5kN·m。

（1）抗彎強(qiáng)度=M1/2/2W=631.5kN·m/（2×2342）cm=134.8＜174MPa=1.2[σw]=1.2×145MPa，強(qiáng)度滿足要求。

（2）剛度f=5g2l24/384EI=5×279.7×42504/(384×2.1×105×66576×104×2)=4.25mm＜l2/400=10.6mm，剛度滿足要求。

4.支架施工工藝及注意事項(xiàng)

4.1 支架施工工藝流程

混凝土樁基礎(chǔ)施工→安裝地腳螺栓→安裝鋼管立柱→安裝鋼管間聯(lián)結(jié)系→安裝底分配梁→安裝貝雷梁→安裝頂分配梁→安裝盤扣式支架→安裝底模。

4.2 主要施工工藝

4.2.1 樁基礎(chǔ)施工

鋼管柱基礎(chǔ)采用C30混凝土樁基礎(chǔ)，樁長6m，樁徑1.5m。樁基采用人工挖孔樁進(jìn)行成孔，成孔過程中需定時(shí)校核其中心位置，樁基中心與鋼管立柱中心偏差不得超過50mm。挖孔到位后對(duì)孔深孔徑孔底檢查合格后方可進(jìn)行下一步施工。

4.2.2 鋼管立柱安裝

（1）鋼管立柱安裝嚴(yán)格安裝構(gòu)件設(shè)計(jì)圖施工，嚴(yán)格安裝設(shè)計(jì)圖組裝順序施工。

（2）構(gòu)件制作應(yīng)由鋼結(jié)構(gòu)專業(yè)人員施工、專業(yè)電焊工焊接，熔透焊和坡口焊接應(yīng)達(dá)到焊接質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，嚴(yán)禁現(xiàn)場普通員工制作，確保桿件制作質(zhì)量。

（3）鋼管柱接長時(shí)，采用法蘭對(duì)接接頭。每根立柱設(shè)置8個(gè)地腳螺栓；調(diào)正位置后加固擰緊螺栓，固定鋼管柱；然后焊接桁撐，桁撐在鋼管柱之間橫向、縱向均進(jìn)行牢固連接，靠近墩身位置桁撐與墩柱進(jìn)行固結(jié)，利用桁撐穩(wěn)固N(yùn)1鋼管柱[3]。

（4）鋼管立柱安裝時(shí)至少要在2個(gè)方向采用經(jīng)緯儀或全站儀對(duì)其垂直度進(jìn)行校核，其垂直度偏差不得超過1%，偏差值不得超過10mm。

4.2.3 底分配梁安裝

（1）鋼管立柱安裝完畢后在柱頂安裝底分配梁，分配梁中心位置必須與立柱中心對(duì)其，保證其受力時(shí)不產(chǎn)生側(cè)向水平力。

（2）分配梁接頭必須在立柱頂部范圍內(nèi)，梁節(jié)分配梁采用2cm厚鋼板作為加強(qiáng)板進(jìn)行焊接，其腹板、底板和頂板焊接均需滿焊。

（3）分配梁安裝就位后在柱頂兩側(cè)焊接限位擋板進(jìn)行固定，防止其產(chǎn)生水平位移。

4.2.4 貝雷梁安裝

（1）貝雷片可在施工區(qū)域地面進(jìn)行拼裝，每兩榀采用支撐架拼裝為一組貝雷梁。吊裝時(shí)在貝雷梁兩側(cè)各設(shè)置一處吊點(diǎn)進(jìn)行吊裝。詳見圖3。

圖3 貝雷梁吊裝示意圖

（2）在底分配梁上標(biāo)記出貝雷梁安裝位置，吊裝時(shí)需嚴(yán)格按照標(biāo)記的位置進(jìn)行擺放。

（3）貝雷梁之間的支撐架螺栓必須全部上滿并擰緊，支撐架不同型號(hào)的需錯(cuò)開使用，避免接頭位于相同位置處。

（4）使用特制U形螺栓，將L2主梁與L1主梁捆扎牢固。U形螺栓使用直徑φ20mm鋼筋制作。

4.2.5 盤扣式支架安裝

（1）盤扣式支架進(jìn)場后需對(duì)其材質(zhì)規(guī)格進(jìn)行抽樣檢查，符合要求后方可使用。

（2）盤口式支架立桿應(yīng)采用不同長度規(guī)格進(jìn)行搭設(shè)，相鄰2個(gè)立桿接頭不得在同一水平位置上[4]。

（3）盤扣式支架底部掃地桿距離底部距離不得大于30cm，頂部水平桿距離頂托距離不得大于40cm。

5.質(zhì)量保證措施

（1）支撐架所用材料規(guī)格嚴(yán)格把控。特別是N1支撐柱所用鋼管，其鋼管直徑、壁厚不得小于設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。鋼管管壁不得有塌陷、開焊、彎曲、銹蝕等缺陷。如有質(zhì)量缺陷，應(yīng)先進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)修復(fù)，經(jīng)過修復(fù)后，仍達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)的，嚴(yán)禁使用。

（2）由于箱梁寬度不一致，臨時(shí)樁基礎(chǔ)間距、支撐柱的支撐位置、貝雷桁架梁的安裝空間位置不一致、不對(duì)稱，施工應(yīng)準(zhǔn)確測量定位、逐一核實(shí)，嚴(yán)防定位錯(cuò)誤。

（3）底分配梁工字鋼組拼梁及支撐架桿件、組裝的焊接焊縫厚度、熔透質(zhì)量、焊縫長度不得小于設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，接長的鋼管支撐柱，應(yīng)采用內(nèi)襯管+外包箍拼接結(jié)構(gòu)，確保接頭同軸及等強(qiáng)度焊接重量。

（4）每孔支撐架安全高度、支撐柱長度，應(yīng)根據(jù)每孔梁底標(biāo)高、地面樁基高度情況，應(yīng)根據(jù)每孔的具體結(jié)構(gòu)尺寸逐一量測計(jì)算，避免施工發(fā)生錯(cuò)誤。

（5）支架預(yù)留拱度，應(yīng)根據(jù)支架預(yù)壓沉落值和箱梁設(shè)計(jì)預(yù)應(yīng)力預(yù)留拱度預(yù)留，現(xiàn)場技術(shù)人員應(yīng)取得主體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)者的相關(guān)資料，酌情考慮，支架的調(diào)節(jié)高度可根據(jù)卸落支座調(diào)整。

6.結(jié)語

通過使用鋼管貝雷梁支架使得在地勢陡峭地區(qū)的現(xiàn)澆梁施工更加安全，避免了陡峭地勢對(duì)支架所產(chǎn)生的安全隱患。減少了支架地基處理的范圍，降低了施工措施費(fèi)用，也減少了對(duì)周邊地區(qū)的環(huán)境影響，保護(hù)了橋址周邊的生態(tài)環(huán)境，此方法為后續(xù)類似施工提供了借鑒和參考。