鋼管貝雷架支撐結構在城市高架工程中的應用

姜 曄

上海市機械施工集團有限公司 上海 200072

前湖大道快速路工程西起江西省南昌市西外環高速，沿昌灣大道—前湖大道路徑布置，東止于朝陽大橋，向西與西外環連接，路線全長約10 km，其中學府大道—昌西大道為高架段，其余為地面、隧道段。高架段涉及在城市主干道上施工、上跨320國道、農田、河道區域、社區出入口等。工程高架橋梁高4～19 m，橋幅寬7.3～40.3 m（匝道7.3～9.3 m，主線標準段24.3 m），截面高度1.8～2.5 m。該工程為城市快速路工程，施工環境復雜，本工程共有14聯箱梁上跨各種路口、10聯箱梁上跨河道。結合現場情況，采取鋼管＋貝雷梁方式。本文以已完成的上跨烏沙河（墩號140#～144#）段箱梁為例來介紹。

1 工程概況

前湖大道快速路墩號140#～144#段箱梁為標準段，箱梁寬幅24.3 m，梁截面1.8 m等高，144#墩位于烏沙河河道內，箱梁施工時間段為3—6月，該時間段南昌地區多雨，烏沙河歷史最高水位標高為22 m，常水位標高為18.5 m，原地面標高為20 m。

該跨河段箱梁支架基礎擬采用貝雷架基礎，以確保烏沙河在雨季時，水面寬度的穩定，貝雷架頂面標高控制在23 m。

支架基礎結構采用φ530 mm鋼管樁＋700 mm×700 mm×20 mm鋼板＋雙拼40b#型鋼橫梁＋貝雷架縱梁＋10#工字鋼分配梁。鋼管樁要求入強風化巖10 cm以上且鋼管樁之間采用10#槽鋼做剪刀撐聯結。

143#墩以北15 m處設置1根長26.5 m的C30鋼筋混凝土地梁，地梁斷面為1.0 m×0.8 m。地梁下按臺階形式設置厚200 mm的C20鋼筋混凝土＋厚100 mm碎石＋厚700 mm宕渣基礎（圖1～圖5）。

圖1 鋼管樁平面布置

圖2 跨中箱梁支架基礎橫斷面

圖3 橫梁處箱梁支架基礎橫斷面

圖4 貝雷梁支點位置固定扣件示意

圖5 地梁及基礎結構示意

2 貝雷架基礎施工

2.1 施工步驟

1）施工準備：根據方案設計做好技術交底工作，并安排材料及機械進場。

2）放樣：根據平面布置圖計算出每根鋼管樁的中心坐標。用全站儀進行放線定位并請監理復核驗收，驗收合格后方可進行下一道工序施工。

3）鋼管樁沉放：鋼管樁沉放擬采用450打樁機進行，根據方案設計標高，鋼管樁進行逐排插打，插打過程孔注意控制鋼管樁高程。沉樁完畢后請監理復核驗收，驗收合格后方可進行下一道工序施工。

4）基礎平臺搭設：鋼管樁驗收合格后，根據方案設計要求進行基礎平臺搭設，用10#槽鋼將縱（橫）向每排鋼管樁樁頂進行水平連接，將相鄰兩根鋼管樁做剪刀撐連接使之形成整體結構。每根鋼管樁頂焊接一塊700 mm×700 mm×20 mm鋼板。

2.2 施工注意事項

1）振動錘中心和樁中心軸應盡量保持在同一直線上。

2）每根樁的下沉應連續，不可中途停頓過久，以免土的摩阻力恢復，導致繼續下沉困難。沉放過程加強觀測，鋼管樁偏位不得大于10 cm，垂直度不得低于0.1%。

3 貝雷架基礎驗算

3.1 鋼管樁承載力驗算

3.1.1 單根鋼管樁承載力計算

根據擬定方案，鋼管樁要求入強風化巖10 cm以上，根據地勘報告做單根鋼管樁承載力計算，得到φ530 mm的樁極限抗壓靜摩阻力為1 345.51 kN。

3.1.2 橫梁位置鋼管樁承載力驗算

根據JGJ 130—2011《建筑施工扣件式鋼管腳手架安全技術規范》規定，恒載（混凝土、支架、貝雷架自重之和）取安全系數1.2，活載取安全系數1.4，由方案設計可知橫梁位置鋼管樁排間距為4 m，故單排鋼管樁所受總重力為5 121.16 kN。

根據方案設計橫梁位置共計10根鋼管樁，則每根鋼管樁受力為512.1 kN＜1 345.51 kN，驗算通過。

3.1.3 跨中位置鋼管樁承載力驗算

根據方案設計可知單排鋼管樁縱向最大受力計算長度為8 m，其總重力為5 724.98 kN。

根據方案設計橫梁位置共計9根鋼管樁，則每根鋼管樁受力為636.11 kN＜1 345.51 kN，驗算通過。

3.2 10#工字鋼分配梁驗算

根據方案設計在貝雷架縱梁上設置10#工字鋼分配梁，其間距與支架立桿縱向間距相同，根據方案設計貝雷片橫向間距為0.9 m，在腹板處工字鋼的線荷載最大，故對該位置進行驗算。驗算結果顯示，該位置的最大彎曲應力、最大剪應力、最大撓度均滿足要求。

3.3 貝雷梁縱梁驗算

3.3.1 橫梁位置貝雷片驗算

貝雷片排布間距為0.9 m，經驗算，橫梁位置貝雷片的最大彎曲應力、最大剪力均滿足要求。

3.3.2 跨中位置貝雷片驗算

貝雷片排布間距為0.9 m，跨中腹板位置荷載標準值為最大，處于最不利位置，故對該位置進行荷載驗算。經驗算，該位置貝雷片最大彎曲應力、最大剪力均滿足要求。

3.4 雙拼40b#工字鋼驗算

根據方案設計，鋼管樁頂設置雙拼40b#工字鋼橫梁。

3.4.1 橫梁處工字鋼承載力驗算

橫梁位置單排鋼管樁上總重力為5 121.16 kN，則沿工字鋼方向的線荷載為210.75 kN/m，計算跨徑為3.06 m。經驗算，橫梁位置工字鋼的最大彎曲應力、最大剪應力、最大撓度均滿足要求。

3.4.2 跨中位置工字鋼承載力驗算

橫梁位置單排鋼管樁上總重力為5 724.98 kN，則沿工字鋼方向的線荷載為235.6 kN/m，計算跨徑為3.06 m，經驗算，跨中位置工字鋼的最大彎曲應力、最大剪應力、最大撓度均滿足要求。

4 實際應用效果

貝雷架搭設后先進行貝雷桁架基礎預壓，基礎預壓荷載為支架基礎承受的混凝土結構恒載與鋼管支架、模板重力之和的1.2倍，本工程預壓材料選用袋裝中粗砂。支架基礎預壓范圍為橋梁上部結構投影寬度加上兩側向外各擴大1 m的寬度。支架預壓進行分級加載，擬采用三級加載，依次為單元內預壓荷載值的60%、80%、100%進行加載及卸載，并測得各級荷載下的測點的變形值。預壓共3 d，在監測過程中，各監測點連續72 h的沉降量平均值為3 mm，小于JGJ/T 194—2009《鋼管滿堂支架預壓技術規程》規定的5 mm要求，貝雷架基礎滿足。箱梁施工過程中，陸續對其進行監測，貝雷架無明顯沉降及變形，箱梁完成后，梁底標高與設計圖紙無誤，梁底表面外觀平整。

5 鋼管貝雷架應用于城市高架工程的優勢

特殊環境下（河道、社區路口、主干路路口、構筑物等）鋼管貝雷架基礎與傳統的地坪硬化基礎可以從施工進度、安全、經濟等方面比較[1-4]。

1）進度方面：如河道內施工，傳統做法一般是圍堰回填硬化地坪，基礎下埋設管道保證通水狀態，箱梁施工時需考慮汛期對河道的影響，保證河道一定的過水斷面，汛期時無法施工，影響了后續的施工進度；鋼管貝雷架基礎則不需要考慮汛期內無法施工的情況，可以從技術上避免汛期水流沖擊對鋼管貝雷架體系的沖擊，對施工進度有一定的保障。如上跨路口，傳統做法需通過交通轉換的方式，箱梁無法同時施工，需完成一部分后，通過交通翻交的方式做另一部分，而鋼管貝雷架基礎通過搭設門洞方式，既可以保證箱梁進度，又可以保證交通導行，對社會環境影響較小。

2）安全方面：如河道內施工，傳統的硬化地坪基礎需考慮河水對基礎地坪的沖刷、硬地坪不能長期受雨水浸泡等方面；鋼管貝雷架基礎通過對鋼管、貝雷梁、分配梁等方面的計算，且施工過程中嚴格按照計算方案執行，可以保證箱梁基礎的穩定，不受雨季、汛期的影響。

3）經濟方面：如部分構筑物無法及時搬遷，構筑物搬遷需涉及大額資金，這時候通過鋼管貝雷架搭設門洞，上跨構筑物，可以避免大額資金的支出，且因搬遷構筑物需要時間，及時快速的施工可以減少施工的管理成本，節約資金。

綜上所述，在特殊地段，因為箱梁滿堂支架施工，需進行封閉道路、河道施工，對周圍環境影響較大，采用鋼管貝雷架基礎可以減少對其周圍環境的影響。

6 結語

隨著我國經濟持續穩定的發展，原有的城市道路滿足不了現有的交通流量需求，短時間內進行大規模的城市道路、橋梁施工，勢必會給河道、航道、道路交通等帶來不便，而傳統的滿堂支架無法滿足交通需要。因此通過科學合理的計算、設計，采用滿堂支架結合鋼管貝雷梁架支撐體系進行上部結構混凝土現澆[5-9]，可確保在滿足施工的前提下，把對交通出行的影響降低到最小。本文通過上跨河道介紹了鋼管貝雷架支撐結構在城市高架工程中的開發與應用，希望能對以后類似的工程起到一定的借鑒作用。