鋼管貝雷梁支撐體系現(xiàn)澆箱梁施工實(shí)踐

房衛(wèi)祥

摘要：城市化的發(fā)展，城市高架橋梁建設(shè)需求也不斷增多。傳統(tǒng)建筑工程中多采用滿堂支架，但此支架布置形式占地面積大、影響嚴(yán)重交通，無(wú)法滿足城市高架橋梁施工的需要。相比于傳統(tǒng)方法，鋼管貝雷梁支撐體系很好地解決上述問題，對(duì)由于地基不均勻沉降導(dǎo)致的施工線型影響也有很好的改善。本文以實(shí)際工程為昆山中環(huán)快速化改造工程為背景，研究了鋼管貝雷梁支撐體系在現(xiàn)澆箱梁施工中的應(yīng)用，給出了經(jīng)濟(jì)適用的體系布置方案及施工質(zhì)量控制措施。

Abstract： With the development of urbanization， the demand for urban viaduct construction is also increasing. Most of the brackets are used in traditional construction projects， but the layout of this bracket covers a large area and affects severe traffic， which cannot meet the needs of urban viaduct construction. Compared with the traditional method， the steel pipe beret beam support system solves the above problems well， and also improves the influence of the construction linearity caused by the uneven settlement of the foundation. This article takes the actual project as the background of Kunshan Central Ring rapid transformation project， studies the application of the steel pipe beret beam support system in the construction of cast-in-situ box girder， and gives the economically applicable system layout plan and construction quality control measures.

關(guān)鍵詞：鋼管;貝雷梁;支撐體系;現(xiàn)澆箱梁

1? 工程概況

實(shí)際背景工程為昆山市中環(huán)快速化改造工程南線S-1標(biāo)段，對(duì)象為高新區(qū)立交橋南線（G312）。工程各部分的主要結(jié)構(gòu)類型及尺寸如下：主線為高架中置形式，主線箱梁寬度25.5m，主線橋高約9m，共27聯(lián)，其中梁高1.8m等高箱梁共20聯(lián)，變截面箱梁共7聯(lián)，全長(zhǎng)2622m;高架交織段（錦淞路～南淞路段），為整體式高架道路無(wú)匝道路段橫斷面設(shè)計(jì)，橋高約10～14m，共計(jì)4聯(lián)，全部為梁高1.8m等高箱梁;高架分幅式（江浦路滬寧高速～元豐路）為分幅式高架路段橫斷面設(shè)計(jì)，橋高約12m，分幅共計(jì)28聯(lián)，其中梁高1.8m等高箱梁共20聯(lián)，梁高1.6m等高箱梁3聯(lián)，變截面箱梁共5聯(lián)，全長(zhǎng)2505.752m;匝道段，匝道橫斷面寬度為8.5m、9m、10.1m不等，梁高1.6m、1.8m不等。

高新區(qū)立交采用苜蓿葉+半定向匝道的樞紐型式，立交層數(shù)4層，共設(shè)8條（A～H）匝道，共計(jì)73聯(lián)，其中梁高1.8m等高箱梁共42聯(lián)，梁高1.6m等高箱梁15聯(lián)，梁高1.4m等高梁7聯(lián)。變截面箱梁共9聯(lián)，共長(zhǎng)約5948m。

2? 工藝原理

貝雷架體系作為一種可拼接組裝的鋼桁架結(jié)構(gòu)，因此結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單，構(gòu)件較少，重量輕，在施工過程中更易于組裝、架設(shè)、拆解。而本文中的貝雷支架其主要的組成分別是下半部分的鋼管支墩，支墩下基礎(chǔ)及上方的貝雷片桁架，桁架槽鋼，工字鋼，鏈接和螺栓，夾具，支護(hù)模板等。此外需要臨時(shí)支撐時(shí)，多采用直徑較大的無(wú)縫鋼管作為臨時(shí)支墩。

貝雷支架的結(jié)構(gòu)受力設(shè)計(jì)方面，主要是建立針對(duì)貝雷支架本身的簡(jiǎn)支結(jié)構(gòu)有限元模型，從而進(jìn)行結(jié)構(gòu)的受力變形驗(yàn)算。建模過程中要合理考慮實(shí)際結(jié)構(gòu)所受的不同荷載以及工況組合，重點(diǎn)關(guān)注最不利荷載作用下不同斷面的最不利位置，保證結(jié)構(gòu)體系滿足工程所需的受力以及變形的標(biāo)準(zhǔn)要求。

貝雷支架的主要施工過程是已經(jīng)完成的穩(wěn)定基礎(chǔ)上合理對(duì)貝雷支架結(jié)構(gòu)進(jìn)行安裝布置。安裝好相應(yīng)的支架和模板后，對(duì)其進(jìn)行超重預(yù)壓。在此預(yù)壓過程中需要對(duì)整個(gè)支架體系的結(jié)構(gòu)變形進(jìn)行精準(zhǔn)的監(jiān)測(cè)，要得到貝雷支架的彈性變形值，對(duì)產(chǎn)生的非彈性變形要引起重視并及時(shí)處理，處理完畢后進(jìn)行下一步的梁?jiǎn)卧炷翝仓┕ぁ５攘簡(jiǎn)卧炷聊坛尚停瑯?gòu)件張拉到設(shè)定目標(biāo)后對(duì)其進(jìn)行脫模拆架的工作。

3? 施工方案設(shè)計(jì)

在橋梁建設(shè)中，會(huì)根據(jù)橋梁本身的設(shè)計(jì)長(zhǎng)度、凈空、基礎(chǔ)類型以及對(duì)于施工過程中對(duì)周邊交通的影響等因素來決定梁體單元的施工采用的方案。其中，支架法是一種被廣泛使用的施工方法適用于地基承載條件好，有跨越需求，橋墩高度不高的一系列橋梁建設(shè)工程。

實(shí)際工程中，多種現(xiàn)澆梁支架的施工方案可供選擇，如：移動(dòng)模塊架施工，滿堂腳手架施工以及本文中所提到的鋼管樁-貝雷架施工等。表1對(duì)不同方案的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行了相應(yīng)的總結(jié)。

本文工程中所涉及到的等截面箱梁均使用了鋼管貝雷架作為梁支架的方案。支架體系的地基基礎(chǔ)選用了條形混凝土承臺(tái)，在承臺(tái)上選用了Ф630mm鋼管樁作為整個(gè)支架體系的支撐，在上部則采用貝雷梁作為主要支架構(gòu)件。除了主梁采用貝雷梁外，還考慮了利用I40a工字鋼安置在立柱上，每排2根，作為橫向分配梁，與主梁共同形成現(xiàn)澆梁底模基座，共同作用保證整體的受力性能。此外，為了方便于箱梁梁底高程的調(diào)整以及后續(xù)拆模工序的實(shí)施，在工字鋼下還安置了沙箱作為調(diào)節(jié)裝置。具體的橫向布置圖和縱向布置圖如圖1和圖2所示。

采用的貝雷支架方案所涉及到的結(jié)構(gòu)受力變形驗(yàn)算主要包含以下幾個(gè)方面：

①對(duì)貝雷支架相關(guān)構(gòu)件的驗(yàn)算，對(duì)象包括工字鋼、橫縱梁、槽鋼等。主要是對(duì)其在不同荷載組合工況下的強(qiáng)度、剛度、變形以及構(gòu)件的穩(wěn)定性進(jìn)行驗(yàn)算;

②對(duì)模板和模架等構(gòu)件單元的強(qiáng)度、剛度以及變形的驗(yàn)算;

③對(duì)整個(gè)模板體系以及整個(gè)貝雷支架體系的整體穩(wěn)定性的驗(yàn)算;

④對(duì)地基基礎(chǔ)承載力的驗(yàn)算。

以上設(shè)計(jì)驗(yàn)算，若發(fā)現(xiàn)問題，要及時(shí)進(jìn)行處理。尤其是涉及到地基基礎(chǔ)方面的問題，在初始地基承載力試驗(yàn)時(shí)，就應(yīng)該對(duì)軟弱地基或其他不良地基條件采取換填地基土或加強(qiáng)地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的方法來改良地基承載力。

4? 施工流程及操作要點(diǎn)

貝雷梁支架體系的主要施工流程內(nèi)容由以下幾個(gè)步驟組成：地基處理及基礎(chǔ)的澆筑;鋼管立柱的架設(shè)安裝;貝雷梁構(gòu)件的連接拼裝;箱梁模板的鋪設(shè);超載預(yù)壓實(shí)施;模板以及支架的拆除。各個(gè)流程步驟的具體內(nèi)容如下：

4.1 地基處理及基礎(chǔ)澆筑

對(duì)工程地質(zhì)勘察報(bào)告中的不良地質(zhì)條件要進(jìn)行施工前的地基土處理。可以采用換填土的方法對(duì)地基土進(jìn)行換填，換填后的土要進(jìn)行逐層的壓實(shí)并將其地基進(jìn)行整平。上述步驟結(jié)束后要進(jìn)一步進(jìn)行地基土的承載力試驗(yàn)，以保證換填處理后的地基土已然滿足設(shè)計(jì)承載力的要求。

處理好的地基土，滿足設(shè)計(jì)承載力要求后即可澆筑鋼筋混凝土條形地基基礎(chǔ)。澆筑時(shí)要控制地基基礎(chǔ)的平整度，提前設(shè)置好用來固定鋼管立柱的螺栓，保證預(yù)埋件的質(zhì)量。

4.2 鋼管立柱的架設(shè)安裝

立柱所采用的材料是29×8mm的Q235直焊鋼管。鋼管柱的兩端均使用法蘭法進(jìn)行連接，故在柱端需提前焊接法蘭盤。為了增加鋼管立柱之間的橫向整體穩(wěn)定性，故選用了[18型鋼作為立柱之間的橫向連接。除此以外，在橫向連接之間還設(shè)置了斜向45°角的槽鋼作為剪刀撐，保證立柱受剪切的承載力。在立柱的安裝過程中所涉及到的焊接（如剪刀撐和立柱的連接）要保證焊接飽滿，滿足質(zhì)量需求。

4.3 貝雷梁構(gòu)件的連接拼裝

砂箱設(shè)置于立柱頂部，材料選用Φ630mm與Φ530mm，10mm厚的組合鋼管，箱內(nèi)填充選用干燥細(xì)砂。并填充微膨脹性混凝土于砂箱上部支撐鋼管內(nèi)，箱底設(shè)置卸沙孔。

將沙箱提前安置于鋼管柱的上端，主要是為了用來進(jìn)行標(biāo)高的微調(diào)以及最終支架的拆卸做準(zhǔn)備。在沙箱的頂部橫橋向來放置橫梁。橫梁由2根I40a工字鋼并焊而成。在焊接過程中，要保證工字鋼的上下表面齊平，焊接位置要牢固可靠。此外，在靠近工字鋼邊緣兩側(cè)各焊制擋板以用來限制工字鋼的滑移。

在橫向工字鋼和立柱連接時(shí)，要始終保證工字鋼所組成的橫梁的重心與立柱的重力垂線重合，從而保證了不會(huì)因?yàn)闄M梁布置的不均勻而導(dǎo)致荷載傳遞的不均勻進(jìn)一步引起的偏壓失穩(wěn)破壞。在實(shí)際的施工過程中，可以事先在沙箱上進(jìn)行明確的定位標(biāo)注來避免上述問題。

對(duì)要安裝的貝雷片，需提前在地面上按設(shè)計(jì)要求進(jìn)行分組拼裝。拼裝完后要詳細(xì)檢查各個(gè)貝雷片之間的連接是否牢靠。提前在上一步驟中的橫梁上設(shè)計(jì)好要安裝的間距并用油漆將其明顯標(biāo)注出來，從而確保安裝位置的準(zhǔn)確性。利用吊車進(jìn)行施工，施工的順序按照先中間后兩邊進(jìn)行吊裝。并用U型卡將貝雷架和橫梁進(jìn)行固定。

貝雷梁安裝完畢后，要在其上方安裝I14型工字鋼進(jìn)一步作為分配梁，其布置需按照箱梁中心對(duì)稱，并在兩端留出50cm的懸挑端做為支架搭設(shè)可用的施工平臺(tái)。組合模板分配梁與側(cè)模連接采用連接鋼片。

4.4 超載預(yù)壓實(shí)施

超載預(yù)壓的實(shí)施目的主要是用來測(cè)試得到支架的彈性變形值，測(cè)試其彈性變形的能力，此外也可以通過此步驟來消除體系中存在的非彈性變形。這一步驟在底模鋪設(shè)完畢后就可進(jìn)行。采用分級(jí)加載的模式，將提前準(zhǔn)備好的預(yù)制混凝土塊按照計(jì)劃逐批次堆放在地膜上。加載質(zhì)量的級(jí)別分別按照箱梁設(shè)計(jì)總重的40%、80%和120%進(jìn)行劃分。40%和80%的加載持續(xù)時(shí)間為3h，120%的加載持續(xù)時(shí)間則需要延長(zhǎng)到48h。

在加載過程中要實(shí)時(shí)嚴(yán)格觀測(cè)支架的變形和地基沉降的情況。對(duì)底模標(biāo)高的數(shù)值變化要進(jìn)行記錄。卸載后，要對(duì)加卸載前后的底模標(biāo)高進(jìn)行對(duì)比，計(jì)算其標(biāo)高差值，支架體系的彈性變形數(shù)值以及撓度大小，進(jìn)一步地計(jì)算得到底模的預(yù)拱度。從而根據(jù)計(jì)算出的結(jié)果來調(diào)節(jié)支架的預(yù)拱度。

4.5 模板以及支架的拆除

當(dāng)箱梁的澆筑混凝土養(yǎng)護(hù)凝固達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后，需要對(duì)模板和支架進(jìn)行拆除。整個(gè)的拆除所要遵循的基本順序原則是：自上而下，由中間向兩端進(jìn)行操作施工。在空間上，拆除過程要保證縱向的拆除程度要均衡，橫向的施工進(jìn)展要保持基本的一致。具體的拆除流程主要步驟如下：先放掉沙箱內(nèi)的沙子，使得貝雷支架逐漸下落;拆除模板;吊卸分配梁和貝雷梁;拆除并焊的橫梁并吊卸;吊卸沙箱;拆除鋼管立柱以及相應(yīng)的連接件和斜撐件。

在拆除吊卸貝雷梁的過程中要注意保持兩端均衡勻速下降，從而保證兩端進(jìn)度的一致性。

5? 施工質(zhì)量控制

①整個(gè)貝雷支架安裝以及后續(xù)現(xiàn)澆梁的施工過程需嚴(yán)格遵循相關(guān)的法律法規(guī)，嚴(yán)格按照相關(guān)的規(guī)范，標(biāo)準(zhǔn)來進(jìn)行施工操作;

②地基基礎(chǔ)是整個(gè)工作的初始關(guān)鍵環(huán)節(jié)。所以必須保證地基承載力滿足工程的目標(biāo)要求。對(duì)于不良地質(zhì)條件下的地基土要進(jìn)行針對(duì)性的地基處理。澆筑地基時(shí)要控制好基礎(chǔ)頂面的平整度，保證頂面標(biāo)高并提前預(yù)埋好用來連接鋼管樁的錨固螺栓;

③鋼管樁的施工中，要密切關(guān)注樁體的垂直度控制，以保證樁體的垂直精準(zhǔn)度。這一項(xiàng)是影響結(jié)構(gòu)上部貝雷支架體系是否順利進(jìn)行的重要先決條件;

④貝雷梁支架的施工中，主要關(guān)注各個(gè)貝雷片之間的連接情況，所以必須要求對(duì)構(gòu)件之間的焊接質(zhì)量有所保證，從而確保整個(gè)貝雷梁支架體系能達(dá)到設(shè)計(jì)所需的承載能力需求。

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