鋼管柱支撐與貝雷架在橋梁施工中的運用

曾濤

【摘 要】在橋梁施工中對支架體系的選擇尤為重要，它直接關系到施工的安全、質量、進度、成本等多個方面。隨著我國鐵路事業的不斷快速發展，在保證施工安全和質量的前提下，對工程進度有了更高的要求。以往，我們在低高度現澆梁施工中，幾乎全部采用滿堂支架法施工，物資設備投入非常大，施工工序繁瑣而且施工周期長；箱梁采用貝雷支架法現澆施工技術，大大加快了施工周期，成倍提高了物料、工裝等的周轉效率，節約了大量成本，并且在上跨鐵路、公路、河流等地勢條件下的橋梁，滿堂支架法無法滿足現場施工要求，采用鋼管貝雷架支撐體系能夠減少施工對交通的影響，且施工快捷安全。本文重點寫了貝雷架的施工要點與驗算，為類似工程提供了參考方案。

【關鍵詞】貝雷架；鋼管柱；上跨；驗算

引言

貝雷架也稱為“裝配式公路鋼橋”，原名叫“321”公路鋼橋。是我國的戰備公路鋼橋。貝雷架是形成一定單元的鋼架，可以用它拼接組裝成很多構件、設備。

貝雷架由上、下弦桿、豎桿及斜桿焊接而成，上下弦桿的端部有陰陽接頭，接頭上有杵架連接銷孔。貝雷片的弦桿由兩根10號槽鋼（背靠背）組合而成，在下弦桿上，焊有多塊帶圓孔的鋼板，在上、下弦桿內有供與加強弦桿和雙層桁架連接的螺栓孔，在上弦桿內還有供連接支撐架用的四個螺栓孔，其中間的兩個孔是供雙排或多排桁架同節間連接用的。靠兩端的兩個孔是跨節間連接用的。多排貝雷片作梁或柱使用時，必須用支撐架加固上下兩節貝雷片的接合部。

一、工程概況

新建京張鐵路工程昌平高架特大橋起點位于北京市昌平區馬池口鎮奤夿屯村西北，終點位于南口鎮污水處理廠東南側。橋梁線位基本成西北走向，設計起止點里程為DK45+635～DK47+148，全長1513m，共46跨。本橋設計鉆孔樁450根、承臺47個、墩身45座、橋臺2座、簡支箱梁40孔，連續梁2聯。本橋基礎全部為鉆孔灌注樁和矩形鋼筋混凝土承臺；簡支梁橋墩采用圓端形實體橋墩，高度4.0m～14m，墩身型式一致，橋臺采用雙線矩形空心橋臺，臺頂斜置。橋跨統計：30-31.1m簡支梁箱梁、10-23.1m簡支梁箱梁+1聯跨規劃南環路西延路（40+56+40）m連續梁（33#-36#墩）+1聯跨規劃二道河北路（40+64+40）m連續梁（38#-41#墩）。本橋曲線半徑8000m，梁面最大縱坡17.8‰。

其中昌平高架特大橋27-28#墩32m現澆箱梁上跨京通京包聯絡線。簡支箱梁為等截面，梁高2.62m，梁寬12.2m。形式如圖1。

二、支架體系設計

貝雷架支撐體系承載力大、操作便捷、搭設速度快，跨度大，相對于傳統支撐體系操作簡單、經濟合理，并在跨越地面障礙方面具有明顯優勢。同時結合現場實際情況，為了不影響橋梁下方道路交通，經過研究決定采用貝雷梁支架體系做為本工程現澆箱梁施工的支撐體系看，上跨京通京包聯絡線進行現澆箱梁施工。

鋼管柱支架組成從下至上依次是：承臺（條形）基礎、鋼管柱（φ630*10mm）、脫模砂箱、橫向分配梁（雙拼I45a）、縱向貝雷片、I20a工字鋼分配梁@90cm（可根據箱梁外模支腿間距相應調整但不大于90cm，箱梁兩端變截面處加密@45cm。）和箱梁模板系統組成。立柱基礎設在承臺（條形基礎）結構物，立柱與基礎預埋螺栓（φ26*700mm）連接或與預埋鋼板焊接（80*80*2cm鋼板）。

跨京通京包聯絡線32m梁單層加強型支架箱梁順橋向設置3排鋼管立柱，距相鄰兩墩柱中心位置：2.5m+20.45m+7.29m+2.5m，中間一排設置在京通京包聯絡線路基北側坡腳處，地基處理采用1.25m鉆孔樁，深度12m，共設置4根，樁頂上設置連梁寬2.25m*高0.5m*長11.5m，最大跨度20.45m。鋼管柱直徑為630mm壁厚10mm，每排布置4根，相鄰鋼管柱間距為2.75m+2.75m+2.75m，每排鋼管立柱之間采用[14號槽鋼焊接牢固。每根鋼管立柱上布設一個落梁砂箱，砂箱上放置雙拼I45a橫向工字鋼，工字鋼上布設8組20片單層加強型貝雷片（間距2*0.9m+6*0.45m+0.9m+0.3m+0.9m+6*0.45m+2*0.9m），貝雷架最上層和最下層弦桿采用加強弦桿加強，貝雷梁上再布設20號的橫向工字鋼，間距為900mm（可根據箱梁外模支腿間距相應調整但不大于90cm，箱梁兩端變截面處加密@45cm。），橫向工字鋼上再擺放箱梁底模系統。

三、結構驗算

（一）小橫梁計算

1.小橫梁計算模型。

取主梁縱向長度L=0.6m；混凝土容重：ρ=26kN/m3；模板荷載：q1=1kN/m2；

人群荷載：q2=2.5kN/m2；混凝土振搗沖擊荷載：q3=2kN/m2；

恒載組合系數：U1=1.2；活載組合系數：U2=1.4；

則小橫梁上計算模型如下：

彈性剛度K=1/0.167*1000=5988kN/m

2.小橫梁截面特性。

小橫梁為I20a工字鋼，其截面特性如下：

截面特性

3.結論。

（1）最大正應力σ=18.1MPa

（2）梁體位移：w=3.35mm，滿足剛度要求。

（二）縱向貝雷梁計算

1.水平弦桿最大軸力N=509.3kN〈[N]=2*563=1126kN，滿足強度和壓桿穩定性要求；

2.斜桿最大軸力N=165.7kN<[N]=171kN，滿足強度和壓桿穩定性要求，需要局部加強處理；

3.豎桿最大軸力N=209.3kN<[N]=212kN，滿足強度和壓桿穩定性要求；

4.剛度w=37/20450/1.2=1/663.2<[w]=1/400. 滿足剛度要求。

5.貝雷梁對橫向分配梁產生的最大作用力為F=387.7kN

局部加強處理：

在下圖所示位置的腹板區、箱室區設置加強網架。網架由豎向三根[10槽鋼及兩根上、下的[10槽鋼組成，嵌入并固定在在貝雷梁支座的豎桿的兩側，此時豎桿的承載力為：3*212=626kN>308Kn，滿足豎桿的壓桿穩定性要求。

（三）跨中大橫向分配梁計算

1.最大正應力σ=140MPa

2.梁體位移：w=0.624/1.2=0.7，滿足剛度要求。

3.最大剪應力t=107.4

4.鋼管立柱的最大軸力為2011kN；

（四）跨中Φ630*10鋼管穩定性計算

繞X軸的長細比< 【λ】=150， 剛度條件滿足要求！

繞Y軸的長細比 < 【λ】=150 剛度條件滿足要求！

繞X軸的穩定性檢算：

結論：滿足壓桿穩定性要求！

繞Y軸的穩定性檢算：

結論：滿足壓桿穩定性要求。

【總體結論】：滿足壓桿穩定性要求。

（五）鉆孔樁基礎承載能力計算

采用C20鉆孔灌注樁基礎，直徑為1.25m，埋深長12米，樁基底承載力為q pk =160kPa，樁基礎側阻力標準值qsik =40kPa，則鉆孔樁承載力為：

N=u∑ qsik*li + q pk *Ap

=12*3.14*1.25*30+600*3.14*0.625*0.625=2149Kn>1995Kn，滿足承載力要求。

四、施工流程

（一）鋼管柱安裝

將鋼管按不同的長度連接好后，用吊車安裝就位，下口和預埋螺栓連成整體，每根鋼管支墩標準長為4m、5m、6m、7m、9m、12m，高度調整主要由0.2m～3m長的鋼管支墩調整，其兩端皆有法蘭結構，以便連接。鋼管支墩上下安裝δ=10mm（80×80cm）的鋼板進行應力擴散。

（二）鋼管柱加固

為加強鋼管支墩單肢強度和上部支承梁承受能力相匹配，以及鋼管支墩的整體穩定性和抗傾覆能力，將鋼管樁頂部上砂箱與工字鋼焊接或栓接牢靠，底部與預埋螺栓栓接牢靠。第二、三排鋼管支柱之間用[14槽鋼焊接，每隔5m焊接一道縱向及斜向支撐（14m以下墩柱設置一道），增強鋼管的剛度；位于同一墩位兩側的兩排鋼管樁，頂部用[14連接形成上平聯，兩排間用[14做成人字支撐，根據高度每隔5m焊接一道連接（14m墩柱以下焊接一道）。鋼管柱的底部采用剛結形式，以減少鋼管柱壓桿自由計算長度，提高鋼管柱的整體穩定性。使兩排鋼管形成一個受力整體。

（三）工字鋼橫梁架設

在安裝就緒的鋼管柱頂面布設2根I45a工字鋼，兩根工字鋼焊接成共同受力的整體，并與管頂鋼板聯結牢靠。在貝雷梁受力點處，采用δ=20mm鋼板加工成鋼翼板。同一墩位兩側的橫梁用∠10角鋼平聯聯結成整體，以防止單片貝雷架在橫梁上拖拉時發生工字鋼橫梁傾覆。為保證混凝土澆注完成后能夠順利卸落支架，在工字鋼頂面與貝雷梁支撐點處均設置特制的砂箱，以保證將砂箱中沙子放出后能順利下落支架，砂箱最大可調高度為10cm。

（四）貝雷梁拼接和安裝

為保證貝雷梁的相對穩定，每兩排或三排貝類梁采用專用的支撐架連接為一個整體，間距均為45cm，就地拼接用吊車整體吊裝。貝雷梁安裝就位后，在下底面沿支架縱向每2.0m使用貝雷梁配套的 I10工字鋼橫聯設置橫向鋼結構連接系一道，橫向在每個支點處貝雷梁組互相之間采用10#槽鋼成剪刀型聯結兩道，以保證貝雷梁整體受力。

（五）分配梁鋪設

在貝雷梁頂面橫向鋪設I20工字鋼作分配梁，最大間距90cm（梁端變截面處間距為@45cm），單根長度12m，分為整根或兩節在中心線處采用螺栓連接。分配梁頂面放置底模系統。

（六）鋼管柱與墩柱

把鋼管支柱按不同的長度連接好后，用25噸吊車安裝就位，下口和預埋鐵連成整體，然后做鋼管柱縱、橫向及斜支撐連接，墩旁支柱與墩身連接采用雙[16#槽鋼加工成橫梁，墩柱橫橋向兩側一邊一根采用3道φ25精軋螺紋鋼對拉抱住墩身，形成抱箍，每個墩旁鋼管柱從砂箱底1.0m處設置第一道，每隔5m設置1道，鋼管柱與橫梁間用2[20#槽鋼支撐及焊接牢固，并在鋼管柱頂安放砂箱以備落架，在砂箱上面放置分配梁，最后用吊車安裝縱橫梁并連接。

（七）落架

落架是現澆梁施工中的重要環節。落架順序的確定應根據變形“從大到小”的原則來確定，即先卸落變形較大的位置，后卸落變形較小的位置，橫橋向應同步進行。卸落支架時，跨中的變形較大，如果卸落量控制不當，容易造成臨時墩支點處受力較大的情況，造成卸落困難，如果采用強拖硬拽的方法，容易對梁體產生沖擊荷載。單跨現澆梁支架落架時，采用從跨中向兩邊順序進行，首先將跨中支點處砂箱卸落，再卸落兩側，然后進行支架拆除，支架拆除前首先拆除橫向分配梁，由工人配合吊車將橫梁拖出后吊出放至地面。貝雷支架采用固定在鋼管柱上的倒鏈拉出梁底，吊車拖拉時設專人指揮，貝雷支架兩端同時均勻拖拉，嚴禁一端拖拉，防止掉落。拆除作業中有需要加固的部位，應先加固再拆除，防止架體倒塌。拆除的零部件應分批運至地面，嚴禁拋擲。

五、支架預壓

（一）預壓目的

支架預壓是為了消除地基的彈性及非彈性變形，確保支架的安全性。支架預壓采用與實際施工荷載1.1倍重物，在底模鋪設完成采用預制的1m×1m×1m混凝土預制塊進行預壓。32m簡支梁重719t，24m簡支梁重556.5，其余施工荷載按25t考慮，則實際施工荷載32m梁為744t，24m梁為581.5t。在底板的中心線及距離中心線兩側2.5m的位置共布置9個點，具體位置見下圖。

（二）加載方法

加載采用分級加載。預壓按總荷載的0→60%→100%→110%→100%→60%→0進行加載及卸載，檢查各桿件焊縫有無開裂情況，同時記錄加載施力和位移數據。

加載時注意控制加載速度，各點壓重要均勻對稱均衡進行。當縱向加載時，應從跨中向支點處對稱布置荷載；當橫向加載時，應從混凝土結構中心向兩側對稱布置荷載。

（三）加載前的測量

預壓前測量原始標高。

（四）加載過程中的測量

每級加載完成1h后進行支架的變形觀測，以后每隔6h監測記錄各監測點的位移量，當相鄰兩次監測位移平均值之差不大于2mm時，方可進行后續加載。

（五）持載時的觀測

全部預壓荷載施加完成后，應間隔6h監測記錄各監測點的位移量；當連續12h監測位移平均值之差不大于2mm時，方可卸除預壓荷載。此時測量各沉降觀測點的標高。

（六）卸載時的觀測

支架卸載6h后，應監測記錄各沉降觀測點的標高。

六、施工注意事項

1.加強現場線形與安全監控；在荷載預壓及混凝土澆筑過程中，必須進行托架的變形監測，確保預壓與混凝土澆筑過程安全有序進行，發現異常能夠及時處理；

2.對于頂部橫向雙I45a工字鋼，在鋼管立柱處需要設置 三道1.0cm厚、間距4cm的肋板，以增加構件局部抗失穩能力；

3.所有焊縫高為10mm，且需要滿足規范要求；

4.貝雷組需要用型鋼限位處理，防止貝雷組側向傾覆；

5.中墩大橫梁（雙I45a工字鋼）與貝雷梁須用U型卡鎖定；

6.鋼管立柱需要用[20a槽鋼與橋墩剛性拉結，一道拉結在鋼管立柱的上端，一道拉結在鋼管立柱的中部；

7.中部鋼管與中部鋼管之間應該設置兩層[20槽鋼支座的剪刀撐平聯。

七、實施效果

（一）進度效果情況

有效的解決受場地影響無法進行滿堂紅支架搭設的情況，并減少了地面硬化的時間，通過該支架體系的運用總體上提前了15天完成了此箱梁的施工任務。

（二）測量觀測情況

根據加載后的沉降量數據及卸載后的彈性變形數據，最終非彈性變形量均控制在4mm以內，符合設計規范要求。

（三）質量安全效果情況

箱梁施工中無任何安全質量事故發生，安全質量得到了有效的控制，達到了預期的目標。

（四）經濟效果情況

通過該支架體系減少了場地平整、硬化及人工，提高了周轉料的利用率，縮短施工工期，節省租賃費用，直接節約成本10%。

八、結束語

鋼管柱貝雷架應用于橋梁施工中能夠實現安全、快速、經濟的目的，加快了支架體系的形成，同時也減少了型材的使用。其關鍵應以其受力驗算為依據，形式結構布置要合理、科學。通過鋼管柱貝雷架在本工程中的實際應用，證明此施工工法安全實用，可在類似工程中進行推廣應用。

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