客運專線簡支箱梁貝雷制架施工技術的應用

胡京平

(中鐵十八局集團福建工程公司,福州 350001)

1 概述

近年來,高速客運專線鐵路快速發(fā)展,在人口、路網(wǎng)稠密地區(qū)，地質(zhì)不良地區(qū)多采用高架橋(以橋代路),橋梁在客運專線土建工程中占比例越來越大,新的工藝和施工技術也日趨多樣化。特別是客專首次使用的32 m簡支箱梁,體積大(混凝土315.2 m3)、梁體高(2.8 m)、質(zhì)量大(790 t),澆筑時間要求短,從而導致現(xiàn)澆施工技術難度大。無法在梁場預制而必須進行原位現(xiàn)澆的橋梁,為了節(jié)省時間和投資,采用貝雷制架現(xiàn)澆施工制梁就成為該領域內(nèi)一種新的施工技術。

2 工程概況

甬臺溫鐵路北起寧波,經(jīng)臺州至溫州,全長282.42 km,是國家鐵路網(wǎng)規(guī)劃“八縱八橫”中的沿海鐵路和“四縱四橫”客運快速大通道中的重要組成部分,按客運專線標準建設,設計時速200 km。

我公司承建的永寧江特大橋全長2 496.16 m,設計為77孔雙線梁,分別跨越永寧江、82省道和東官河,孔跨布置為：11跨24 m簡支梁、63跨32 m簡支梁和1聯(lián)3跨(40+64+40)m預應力混凝土連續(xù)梁。因受沿海地區(qū)地質(zhì)條件、征地等方面影響,本橋箱梁施工多采用移動模架、滿堂支架就地現(xiàn)澆。跨永寧江(5片)和跨東官河(1片)32 m簡支箱梁由于鋼圍堰施工周期較長,移動模架在此兩處必須跳跨施工,滿堂支架無法施工。為保證工期,確保此處箱梁的順利澆筑,這6片簡支箱梁決定采用貝雷制架現(xiàn)澆。

3 貝雷制架施工的特點

貝雷制架就是根據(jù)現(xiàn)澆構造物的高度,將鋼管樁制作成排架形式安裝在承臺基礎上,做為支架的支撐墩,上部用貝雷片拼裝成連續(xù)梁式桁架,用固定在貝雷片主弦桿上的工字鋼、方木等作為高程調(diào)整構件,由此組成箱梁施工的支撐、作業(yè)平臺,在貝雷架上完成箱梁模板安裝、預壓、鋼筋綁扎、混凝土澆筑、預應力張拉等施工工序。這種施工方法改變了傳統(tǒng)滿堂支架必須依靠地基承載力來完成箱梁及各種施工荷載承托的狀況,同時在特殊地理位置，如交通通道、水田、跨溝、跨河等處可以采用貝雷制架施工方法,可以幾個工點同時施工箱梁,避免施工不連續(xù)時架橋機不能通過,在工期緊張的情況下可加快進度,有效降低各種因素帶來的不利影響。

4 貝雷制架施工技術應用

4.1 貝雷制架組成

制架由鋼管樁基礎支撐、砂箱落架、貝雷架三大部分組成,從上到下依次為：箱梁外模架、底模、15 cm×10 cm縱向方木、I16型鋼、貝雷梁片、I32型鋼、砂箱落架和φ600 mm壁厚為8 mm的鋼管，如圖1～圖3所示。

鋼管樁基礎作為整個支撐體系的關鍵部位,它將支架所承受的荷載通過6根φ600 mm螺旋鋼管傳遞至承臺上；砂箱落架設備主要用于箱梁完成施工后支架的拆除。

圖1 貝雷制架橫斷面(單位：mm)

圖2 貝雷制架側面(單位：mm)

圖3 砂箱落架結構(單位：mm)

4.2 貝雷制架方案檢算

4.2.1 支架荷載

(1)梁的自重荷載：混凝土超灌系數(shù)取1.05,動載系數(shù)取1.1。箱梁計算自重8 526 kN。在中間23.6 m的范圍內(nèi),重為226 kN/m,在兩端1.5 m,重為364 kN/m,在其余兩側中間3 m長的范圍內(nèi),從279 kN/m變化到303 kN/m。計算時考慮混凝土的容重為25.5 kN/m3。

(2)模板荷載：初步定為1 000 kN,具體要根據(jù)32 m箱梁模板的圖紙選用。

在實際生產(chǎn)中，產(chǎn)品因各種原因存在著退貨與返工情況。上海誠達物流運輸有限公司提供售后服務運輸，承擔著市內(nèi)、市外配件與成品的售后運輸。

(3)支架荷載：貝雷梁的自重程序可自動考慮,其余部分按500 kN考慮。

(4)施工荷載：按施工規(guī)范取值。

4.2.2 計算過程中用到的各種力學參數(shù)

(1)Q235鋼：彈性模量E=2.1×105MPa；容許應力[σw]=170 MPa；容許剪應力[τ]=100 MPa。

(2)16Mn鋼:彈性模量E=2.1×105MPa；容許應力[σw]=210 MPa；容許剪應力[τ]=175 MPa。

(3)單排單層貝雷片:慣性矩I=250 497.2 cm4,截面面積A=50.94 cm2,截面模量W=3 578.5 cm3，容許彎矩[M]=788.2 kN·m,容許剪力[Q]=245.2 kN;貝雷片自重線荷載:2 989/3=996 kN/m。

(4)I36a型鋼：慣性矩I=15 796 cm4,截面面積A=76.44 cm2,截面模量W=877.556 cm3,均布線荷載標準q=588 kN/m。

4.2.3 貝雷片計算

為保證支架結構的安全,用大型有限元程序?qū)χЪ芙Y構進行計算。

通過計算最大應力為325 MPa,位于兩端的豎桿處,因此,施工時此處應加強(可采用橫向花窗)。檢算貝雷桁架強度,剛度滿足要求。

4.2.4 樁頂分配梁(2I36a)檢算

利用有限元軟件建立模型。樁頂分配梁支撐在鋼管樁上,按多跨連續(xù)梁計算,計算荷載為貝雷桁片傳來的集中荷載。通過檢算樁頂分配梁強度,剛度滿足要求。

4.2.5 鋼管樁

鋼管樁(φ=0.6 m,δ=8 mm,樁長取L=8 m)檢算

由樁頂分配梁計算可知單樁承受最大豎向力,計算最不利應力σmax=P/A<容許應力[σw]=170 MPa。經(jīng)檢算，鋼管樁強度,剛度和穩(wěn)定性滿足要求。

4.2.6 基礎檢算

基礎承臺頂面局部承壓能力檢算

每根鋼管柱底焊接750 mm×750 mm×12 mm鋼板一塊。從而鋼管柱底壓應力為：σ=N/A=16 MPa<[σ]=20.4 MPa,同時經(jīng)檢算基礎承臺頂面混凝土局部承壓能力滿足要求。

4.3 貝雷制架箱梁施工

貝雷制架施工現(xiàn)澆箱梁的工藝流程：鋼圍堰施工承臺、墩柱→預埋鋼管樁基礎→安裝砂箱→安裝工字鋼承重橫梁→拼裝、加固貝雷架→調(diào)整、檢查及預壓→支座安裝→箱梁底板、腹板鋼筋及預應力管道安裝→內(nèi)模安裝→箱梁頂板鋼筋安裝及預埋件安裝→端模安裝→檢查驗收→混凝土灌注→梁體養(yǎng)護→初張拉→終張拉→壓漿→脫模→拆除現(xiàn)澆支架系統(tǒng)。

(1)預埋鋼管樁支撐基礎

鋼管樁立柱起著將支架荷載和施工工作荷載傳到基礎的作用。承臺、墩柱施工完后對承臺頂面進行清理找平,根據(jù)設計間距定位出鋼管中心位置,在鋼管底部焊接12 mm厚鋼板以增加受力面積進行應力擴散,然后開始吊裝鋼管。吊裝前要根據(jù)圖紙設計的支撐體系的各部位高度尺寸對鋼管高度進行計算、切割下料。所有鋼管吊裝定位好后,鋼管樁之間設置[14型鋼聯(lián)結剪刀撐,以增加穩(wěn)定性,其數(shù)量根據(jù)橋墩高度確定。同時整個鋼管排架可與墩柱按抱箍方式連成整體,進一步增加穩(wěn)定性。

(2)砂箱落架的安裝

考慮整個支撐體系均為剛性結構,箱梁模板、貝雷梁拆除時需要一定的落架空間,所以采用砂箱作為落架設備。砂箱采用大管套小管形式,大管與支撐鋼管直徑相同,小管與大管直徑差控制在10 cm以內(nèi)，以防間隙太大失穩(wěn)。砂箱設置在鋼管支撐上,砂箱外套大管中心軸線要與支撐鋼管重合,砂箱底部鋼板與支撐鋼管頂鋼板采用焊接聯(lián)結。

砂箱內(nèi)用的砂子采用洗干凈并烘干的中細砂,根據(jù)高度調(diào)節(jié)需要控制裝砂量,盡量不超過40 cm；同時，為方便落架時卸砂,在砂箱底部設置一個長方形的帶推拉小門的卸砂窗。

(3)工字鋼承重橫梁鋪設

砂箱安裝好后,在砂箱頂面橫橋方向鋪設雙拼焊接的2根I36a型鋼作為承重橫分配梁共同受力,承重橫梁與砂箱頂面鋼板焊接或加焊擋板卡住橫梁以防跑位。

(4)貝雷架拼裝及加固

主梁由兩層疊合在一起的貝雷梁組成,兩層貝雷梁之間采用U形螺栓聯(lián)接,用于承受制梁時的工作載荷,完成簡支梁的澆筑。貝雷梁采用水平花窗及豎向花窗連接,加強自身抗扭能力。根據(jù)設計的組數(shù)在工字鋼橫梁上按設計間距進行定位,在地面上分組聯(lián)結拼裝好再往上吊裝,同時每一組吊裝上去后要及時加固。貝雷梁之間除標準斜撐外,還采用∟100×10角鋼,把每組梁間交叉聯(lián)結形成整體。

4.4 預壓施工工藝

箱梁澆筑前,對支架采用1.2倍的梁重荷載進行預壓,以消除非彈性變形,取得彈性變形值,指導預拱度的設置,同時檢驗支架的安全性能。支架預壓時,模擬1.2倍梁體重進行加載,橫向截面兩側翼緣板和底板設置3個觀測點,縱向在梁端、1/4跨和1/2跨處設置觀察點,以取得相應的變形量(彈性變形值、非彈性變形值)。支架預拱度采用木楔進行調(diào)整,32 m跨跨中應設置考慮因支架變形而引起的6.5 cm的反拱,其余項的預拱度值,根據(jù)設計圖紙要求進行累加,預拱度按二次拋物線設置。預壓及施工過程中,設專門人員監(jiān)測支架變形,若有異常,及時采取措施。

4.5 梁體施工工序

梁體模板的支立、鋼筋的綁扎、混凝土的灌注、預應力筋的張拉同“客運專線箱梁的預制”中的相應方法和規(guī)定。箱梁底模，內(nèi)、外側模板均采用整體鋼模板(按4 m為一節(jié)段加工,以利模板倒用,現(xiàn)場吊車拼裝),拆除時分段自梁體端部抽出。箱梁混凝土澆筑采用攪拌車配合混凝土輸送泵供應,利用布料機分點同時澆筑,以減少混凝土澆筑時間。

4.6 落架

落架與安裝過程基本相反,落架之前必須先對砂箱進行卸砂,卸砂時6個砂箱卸砂速度要保持一致。拆貝雷梁組時,要注意后拆的部分還要聯(lián)結好,以防發(fā)生局部傾覆。

5 貝雷制架施工的注意事項

貝雷梁拼裝要在平整場地連接牢固,經(jīng)現(xiàn)場技術人員檢查合格后方可起吊安裝,嚴格按照施工圖紙和施工方案進行安裝,安裝要穩(wěn)定牢固。現(xiàn)場吊裝作業(yè)時梁體上下必須有專人指揮協(xié)調(diào),經(jīng)確定安全后方可吊裝,梁下和吊車臂下嚴禁站人。貝雷梁安裝時要確保其位置正確,連接牢固、安全、穩(wěn)定,保證安全施工。支架、貝雷梁安好后,經(jīng)現(xiàn)場技術人員檢查其安全、穩(wěn)定后進行預壓。制梁完畢后,嚴格按照支架法的落架方案進行落架工作。拆卸工作嚴格按照操作程序施工,服從現(xiàn)場統(tǒng)一指揮。模板拆掉一塊吊裝一塊,不得在上面堆放。拆卸過程中貝雷梁不準強拉、強卸,梁體上下做好指揮、協(xié)調(diào),梁下禁止站人,梁上待貝雷梁安全橫移后,方可吊下。

6 結語

簡支箱梁貝雷制架現(xiàn)澆施工技術在永寧江特大橋工程中的應用,無論從適用性、工期質(zhì)量和經(jīng)濟效益等各方面均取得了較好的效果。貝雷制架施工箱梁較移動模架流水作業(yè)法施工,可實施平行作業(yè)法展開更多工作面；同時投入比移動模架少,經(jīng)濟、拆卸方便。支架設計合理,加上精心組織和管理,施工質(zhì)量得到了保證。特別是成型后的橋外表美觀,線形流暢；該工藝不需占用橋位處的地面,對于地形、地基較差的施工特殊地理情況下可靈活采用，具有廣泛應用價值。

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[2]黃紹金,劉陌生.裝配式公路鋼橋多用途使用手冊[M].北京：人民交通出版社,2004.

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