鋼管貝雷梁支架在復雜地形中的應用

趙娟娟

（中鐵二十局集團第二工程有限公司，北京 100142）

在高速公路現澆梁施工中，一般采用滿堂式支架進行梁體施工，但在山區時由于部分地段地勢陡峭，若采用滿堂式支架則需對都陡峭地形進行整修，不但工程量巨大，安全風險高，而且對原有生態破壞嚴重，整修后的地質承載力也無法確保支架受力穩定。在仁壽至屏山新市公路LJ19標段平樂互通匝道龍洞田左幅大橋現澆梁施工中，針對上述情況，項目部采用鋼管貝雷梁支架進行梁體施工，避免了橋址區域大范圍的地勢地形改造，大大減少了施工措施費用，保護了周邊的生態環境。通過現場實際使用，該類型支架在地勢陡峭區域現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標段平樂互通匝道龍洞田左幅大橋為上跨斜坡路段及沖溝并下穿主線而設，橋梁寬度20m。上部結構第3～13孔采用鋼筋砼現澆連續箱梁，其余采用預應力砼現澆連續箱梁，全橋共分8聯：2m×20m+(12m+13m)+3m×13m+2m×(3m×16m)+2m×20m+3m×20m+2m×20m，兩岸橋臺及2#、4#、7#、10#、13#、15#、17#橋墩墩頂處設80型伸縮縫。結合橋位處地形和地質情況，下部結構采用柱式墩、樁柱式橋臺，墩臺均采用樁基礎。

2.貝雷梁支架結構設計

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。鋼管立柱基礎為C30混凝土樁基礎，樁基為1.5m。鋼管立柱之間采用∠75mm×75mm×6mm角鋼和10#槽鋼作為聯結系連接。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，貝雷梁桁架橫向寬度12.0m，橫向間距為1.35m+9m×0.9m+1.35m。貝雷梁頂部設置14#工字鋼，工字鋼上設置B型盤扣架以便對梁底坡度進行調節。B型盤扣架規格為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 貝雷梁支架縱向結構設計圖

圖2 貝雷梁支架橫向結構設計圖

3.貝雷梁支架受力計算

3.1 鋼管立柱受力計算

支架立柱最大支撐高度約h=16.5m。長細比λ=1650/21=78.6（小于容許值150），其對應穩定系數ψ=0.7（[4]《結構靜力計算手冊》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，并按簡支梁模型計算支反力。作用在排架上的荷載構成如下：

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 貝雷梁受力計算

3.2.1 荷載計

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

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

（3）模板、方木：按照2.5kN/m2計算: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

根據路橋計算手冊附表二按照兩等跨連續梁計算：

（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（表1）

表1 貝雷桁架物理幾何指標（根據交計發[1998]23號文）

3.2.3 確定貝雷桁架梁數量

各孔跨貝雷桁架梁需要數量見表2。

表2 各跨貝雷桁架梁需要量計算匯總表

按抗剪和抗彎強度檢算比對，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算結果見表3。

表3 各孔跨貝雷桁架梁 的最大下彎撓度驗算匯總表

3.3 底分配梁2I56a工字鋼力學計算（簡支梁模型）

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

I56a工字鋼參數：

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

根據鋼結構設計規范（GB50017-2003）第13章支架計算[2]：

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

（其中：g1為單位面積結構自重；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）抗彎強度=M1/2/2W=631.5kN·m/（2×2342）cm=134.8＜174MPa=1.2[σw]=1.2×145MPa，強度滿足要求。

（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

4.1 支架施工工藝流程

混凝土樁基礎施工→安裝地腳螺栓→安裝鋼管立柱→安裝鋼管間聯結系→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 樁基礎施工

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

4.2.2 鋼管立柱安裝

（1）鋼管立柱安裝嚴格安裝構件設計圖施工，嚴格安裝設計圖組裝順序施工。

（2）構件制作應由鋼結構專業人員施工、專業電焊工焊接，熔透焊和坡口焊接應達到焊接質量標準，嚴禁現場普通員工制作，確保桿件制作質量。

（3）鋼管柱接長時，采用法蘭對接接頭。每根立柱設置8個地腳螺栓；調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、縱向均進行牢固連接，靠近墩身位置桁撐與墩柱進行固結，利用桁撐穩固N1鋼管柱[3]。

（4）鋼管立柱安裝時至少要在2個方向采用經緯儀或全站儀對其垂直度進行校核，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其，保證其受力時不產生側向水平力。

（2）分配梁接頭必須在立柱頂部范圍內，梁節分配梁采用2cm厚鋼板作為加強板進行焊接，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焊接限位擋板進行固定，防止其產生水平位移。

4.2.4 貝雷梁安裝

（1）貝雷片可在施工區域地面進行拼裝，每兩榀采用支撐架拼裝為一組貝雷梁。吊裝時在貝雷梁兩側各設置一處吊點進行吊裝。詳見圖3。

圖3 貝雷梁吊裝示意圖

（2）在底分配梁上標記出貝雷梁安裝位置，吊裝時需嚴格按照標記的位置進行擺放。

（3）貝雷梁之間的支撐架螺栓必須全部上滿并擰緊，支撐架不同型號的需錯開使用，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）盤扣式支架進場后需對其材質規格進行抽樣檢查，符合要求后方可使用。

（2）盤口式支架立桿應采用不同長度規格進行搭設，相鄰2個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.質量保證措施

（1）支撐架所用材料規格嚴格把控。特別是N1支撐柱所用鋼管，其鋼管直徑、壁厚不得小于設計標準。鋼管管壁不得有塌陷、開焊、彎曲、銹蝕等缺陷。如有質量缺陷，應先進行補強修復，經過修復后，仍達不到標準的，嚴禁使用。

（2）由于箱梁寬度不一致，臨時樁基礎間距、支撐柱的支撐位置、貝雷桁架梁的安裝空間位置不一致、不對稱，施工應準確測量定位、逐一核實，嚴防定位錯誤。

（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、熔透質量、焊縫長度不得小于設計標準，接長的鋼管支撐柱，應采用內襯管+外包箍拼接結構，確保接頭同軸及等強度焊接重量。

（4）每孔支撐架安全高度、支撐柱長度，應根據每孔梁底標高、地面樁基高度情況，應根據每孔的具體結構尺寸逐一量測計算，避免施工發生錯誤。

（5）支架預留拱度，應根據支架預壓沉落值和箱梁設計預應力預留拱度預留，現場技術人員應取得主體結構設計者的相關資料，酌情考慮，支架的調節高度可根據卸落支座調整。

6.結語

通過使用鋼管貝雷梁支架使得在地勢陡峭地區的現澆梁施工更加安全，避免了陡峭地勢對支架所產生的安全隱患。減少了支架地基處理的范圍，降低了施工措施費用，也減少了對周邊地區的環境影響，保護了橋址周邊的生態環境，此方法為后續類似施工提供了借鑒和參考。