钢管贝雷梁支架在大跨径现浇梁施工中的应用

宋健健  陕西省引汉济渭工程建设有限公司 西安 710032

摘  要：针对高净空、大跨径、跨越既有道路、河流地质状

况复杂的现浇梁施工现场，通过现浇梁施工方案的对比，总

结出钢管贝雷梁支架的使用不仅可以提高施工进度，保障施

工安全，并很好的节约现场施工成本。

关键词：贝雷梁  螺旋焊管  横梁  成本节约

引    言

传统的满堂支架法施工现浇梁，在对于净空高，跨越既有线、

河道汛期水位不定等地理环境中，已不能满足施工安全和经济的要求，对于南龙铁路永浆特大桥，桥梁净空高（22m），跨径大(跨径为32m)，地质情况复杂，为了施工的安全性和经济性，在制定施工方案时考虑到采用钢管贝雷梁支架承载主要施工荷载。此施工方案在施工过程中体现了它的优势，保证了军事专用线在施工期间的顺利通行，如期完成了既定的施工任务。

1.工程概况及施工方案

   1.1工程概况

永浆特大桥位于福建省永安市永浆村境内。桥址处较为平坦，

基本为农田和房屋，两侧桥台山坡较平缓且树木稀疏。桥位范围内跨越了三条水泥道路、三条小水沟和既有部队专用线铁路。本桥位于永安南站北侧，距永安南站中心约 600m。

本桥孔跨布置采用：（1-24m+13-32m）简支 T 梁+（32+40+32）

m 连续梁+（2-24m+3-32m）简支 T 梁+（6*32）m 连续梁+（1-24m）简支 T 梁。桥梁起始里程为：DK123+191，终点里程为：DK124+127.62，全长 936.62m。其中23-28孔为6*32m预应力混凝土连续箱梁。

1.2施工方案

6*32m预应力混凝土连续梁最大墩高高达22m，为保证既有地

方道路正常通行及施工安全，传统的满堂支架法已经不能满足施工需要。故在进行施工方案制定时确立了梁柱式施工方案，其中支架端支点基础利用已浇筑完成的桥墩承台基础，中支点基础采用钻孔灌注桩基础，钢管采用直径63cm，壁厚1cm的螺旋焊管，横梁采用I40工字钢，纵梁采用高度为1.5m的贝雷梁。

1.3支架布设

1.3.1跨径布置

6*32m现浇梁单孔跨径32.7m，每孔支架按照两跨连续布置，

第一跨跨径15m，第二跨跨径12m，两侧悬臂端长度都为1m。详见下图。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

支架纵向布置图

1.3.2中支点支架布置

中支点处设置六根直径D=1.25m，长度L=10m的钻孔灌注桩。

桩基上设置宽度1.65m，长度14.86m，高度1.2m系梁。系梁上预埋厚度2cm钢板与6根螺旋焊管连接，螺旋焊管顶部设置长度1.45m的活接头以便于支架的拆除，活接头可调高度在20cm之内，螺旋焊管之间用20槽钢交叉连接，增强支架的稳定性。活接头顶并排设置3根I40工字钢作为横梁，横梁上设置23根贝雷梁作为纵梁，纵梁之间用花窗连接。纵梁之上铺设I12.6工字钢作为分配梁，间距40cm。分配梁之上设置10*10cm方木，间距30cm，最后铺设底模（具体布置见下图）。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                         中支点支架横向布置图

 

 

    1.3.3边支点支架布置

两侧边支点基础利用既有桥墩承台基础，在桥墩承台浇筑时预埋2cm厚钢板与螺旋焊管连接。边支点处设置5根螺旋焊管，螺旋焊管之上横梁与纵梁设置与中支点处相同（具体布置见下图）。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

边支点支架横向布置图

 

 

2.施工工艺及现浇梁施工方案

    2.1施工前准备

    2.1.1施工测量

正式施工前，对业主提供的坐标及水准进行校对，包括导线、水准点的复测与增设等，并将测量结果汇编报监理工程师核查。

预应力混凝土连续箱梁的测设：本工程的箱梁的施工放样采用坐标法测定。为了确保箱梁的测设精度直接从控制点测设箱梁安装位置，减少需要转点来测设桥墩位置的出错频率。在开始施工现浇箱梁前仔细核对墩身的坐标、高程，把支座位置、支架位置等进行放样。

    2.1.2技术准备

熟悉设计图纸，明白设计意图，图纸有疑问的及时与设计单位取得联系。认真贯彻三级交底制度，技术总负责人向现场技术负责人交底，现场技术负责人向各工班交底，保证现场操作者能按设计规范要求施工。做好职工上岗前各种质量、安全意识教育，保证工程开工的顺利进行。

    2.1.3材料准备

施工前除了对现浇梁主体所用材料准备之外，还需对贝雷梁支架材料及附属支架材料进行准备。

2.2施工技术方案

2.2.1施工工艺

施工准备→测量放样→钻孔桩施工→临时系梁施工→螺旋焊管安装→横梁安装→贝雷梁安装→分配梁铺设→安装底模→预压→卸载→绑扎底板及腹板钢筋→安装内模→绑扎顶板钢筋→浇筑砼→砼体养护→张拉压浆→卸落支架→下一节段施工。

2.2.2贝雷梁支架方案及其结构的内力检算

1、外荷载

1）混凝土重量按2.65T/m³计：

则每延米重量Q1=2194.8/(6*32.6)*2.65=29.735（t/m）

2）模板重按100kg/m²计。

则每延米重量Q2=30.65*100/1000=3.065（t/m）

3）支架重按混凝土20％

则每延米重量Q3=29.735*0.2=5.947（t/m）

4）施工人员、机械及堆放材料等重按100kg/m²计

则每延米重量Q4=13.1*100/1000=1.31（t/m）

5）混凝土捣固及混凝土冲击力重按600kg/m²计。

则每延米重量Q5=13.1*600/1000=7.86（t/m）

所以总荷载q=Q1+Q2+Q3+Q4+Q5=47.92(t/m)

2、纵梁计算

1）纵梁受力图

由侧面图可知纵梁受力图如下：

 

 

 

 

2）纵梁均布荷载q

q=Q1+Q2+Q3+Q4+Q5=47.92(t/m)

用迈达斯软件解此超静定结构得：

①反力：F1=2440KN，F2=8108KN，F3=3344.9KN

 

 

 

 

 

②弯矩：Mmax=-11164.6（KN*m）

 

 

 

 

 

③剪力：Fzmax=-4322.34KN

 

 

 

 

 

 

3）纵梁数量

①查表知贝雷片的容许弯矩为788.2（KN*m）

故由弯矩控制的贝雷片数量为n1=11164.6/788.2=14.16片

考虑到贝雷片为不均匀受力，故取安全系数1.2。

所以n1=14.16*1.2=16.992≈17片

②查表知贝雷片的容许剪力为245.2KN

故由剪力控制的贝雷片数量为n2=4322.34/245.2=17.63片

考虑到贝雷片为不均匀受力，故取安全系数1.2。

所以n2=17.63*1.2=21.156≈22片

综上所述可知n=22片，由横断面图知实际布置的贝雷片的数量为23片，所以纵梁数目满足要求。

3、横梁计算

由于中支点处反力最大，所以采用中支点处荷载F2=8108KN为计算荷载

1）横梁受力图

由横断面图可知横梁受力图如下：

 

 

 

 

 

 

2）均布荷载q1、q2、q3的确定

上图中均布荷载q1、q2、q3依次为翼板、腹板、顶底板的自重传给横梁，所以翼板、腹板、顶底板的面积比即为q1、q2、q3的力值比。

梁体横断面如下图所示：

 

 

 

 

 

 

 

 

 

所以总面积S=1.1938+3.0267+1.1633=5.3838m2

所以:q1*3.23/4054=1.1938/5.3838⇒q1=278.31(KN/m)

     q2*1.57/4054=3.0267/5.3838⇒q2=1451.66(KN/m)

     q3*1.63/4054=1.1633/5.3838⇒q3=537.4(KN/m)

3）受力计算

采用迈达斯软件，可知：

     R1=R6=504.03KN R2=R5=1868.26KN　R3=R4=1681.72KN

 

 

 

 

 

     Mmax=419.155（KN*m）

 

 

 

 

 

4）横梁数量

由横断面图可知，横梁采用40工字钢，且数量为n=3根。查表知40工字钢的抗弯模量W=1090（cm3）

故横梁最大正应力：

σmax=Mmax/(n*W)=4191.55/(3*1090)=1.28(t/cm2)

<[σ]=1.4(t/cm2)

所以3根40工字钢满足要求。

4、立柱计算

在横梁计算中可知最大反力R2=R5=1868.26KN，由设计图可知，立柱采用外径D=63cm，壁厚t=10mm的螺旋焊管。

此立柱惯性矩J=              =93615.53（cm4）

有效刚面积A=194.78（cm2）

所以回转半径r=    =21.923cm

螺旋焊管立柱采用两端铰接的约束形式，则μ值取1，L取立柱最大高度19m。

所以λ=（μ*L）/r=1900/21.923=86.67

查表知对应λ=86.67的折减系数为0.7

所以此螺旋焊管的最大容许正应力[σ]=1.4*0.7=0.98（t/cm2）

而螺旋焊管所受的最大正应力σmax=186.826/194.78=0.96<[σ]=0.98

故外径D=63cm，壁厚t=10mm的螺旋焊管满足要求。

桩基承载力计算

桩基承载力主要由两部分提供，其中第一部分为桩底地基反力，第二部分为桩身周边与土之间的摩擦力。

1）桩底承载力

根据桥梁地质文件，现浇梁处桩底承载力σ=400KPa，故桩底承载力F1=400*1000*3.14*0.625*0.625=490.6KN。

桩身周边摩擦力

由设计文件可知，桩周每平方桩身所受摩擦力为40KN/m2。故桩周摩擦力F2=3.14*1.25*10*40=1570KN

综合F1、F2可知桩基所能提供的反力F=F1+F2=2060.6>1681.72。所以桩基长度满足要求。

2.2.3支架连接安装

1.工字钢与贝雷片的连接

带木下工字钢与其底下的贝雷片采用U型螺栓连接，每条工字钢设置3个U型螺栓。工字钢与贝雷片之间严禁采用焊接。

2.贝雷片之间的连接

贝雷片之间采用花窗连接。

3.贝雷片与横梁之间的连接

在贝雷片与横梁交点的两侧焊接两根环形钢筋，待贝雷片就位后，用铁锤将环向钢筋向该贝雷片的方向砸倒，起到固定贝雷片的作用。贝雷片与横梁之间严禁采用焊接。

4.横梁之间的连接

横梁由三根40工字钢横向拼接而成，其横向连接方式采用焊接。在横梁上下两侧用电焊点焊，点焊长度为5cm，每隔1m焊接1处。

5.横梁与立柱的连接

横梁立于螺旋焊管顶端的活接头上，两者之间用电焊焊接。

6.螺旋焊管之间的连接

螺旋焊管之间采用20槽钢连接，其连接方式见横断面图。

7.螺旋焊管与预埋锚板之间的连接

在承台浇筑时预埋锚板，锚板尺寸比螺旋焊管尺寸每侧大3cm，且厚度为2cm。并在锚板上焊接L形Φ20钢筋6根，长度伸入系梁80cm。螺旋焊管中心与锚板中心对齐，并用螺栓连接。

    2.2.4预压

在底板安装完成后做预压实验，以确保其安全性。预压重量采用1.1倍的重量系数进行计算。采用预制块进行预压，预压之前在底模四周用水准仪测量6点，预压3d后，测量点位的变化情况，如果所测数据趋于稳定即可卸载，说明预压完成。在立模时将观测到的弹性变形与非弹性变形的数据反馈与立模时的线形控制中。

2.2.5模板、钢筋、钢绞线设置、混凝土浇筑、张拉压浆、桥面系施工等

对于立模、钢筋制安、砼浇筑、张拉压浆及桥面系等施工均采用常规化施工方法，在此不作赘述。

2.2.6贝雷梁的拆卸

考虑到此桥地形的特点，拆卸的贝雷梁不宜卸落在地面上。在通过活接头落梁后，将拆除横向连接的贝雷梁利用倒链和固定在活接头上的横梁将单片贝雷梁平移至翼缘板以外的位置，通过塔吊吊装至桥面上，以此来完成贝雷梁的拆卸工作。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

结    语

贝雷梁施工大跨径现浇梁的前景通过实践是可以看到的，对于现浇梁施工的场地地基承载力及平整度的要求不高，能在常遇河水冲刷，洪期水位不定、跨既有道路等恶劣施工环境中发挥它的优势。可操作性强，安全性高，灵活性大，可根据不同的现场在保证安全检查的情况下灵活的完成施工。不需要大面积的地基处理和场地砼硬化，不用考虑在洪水季节因为洪水水位不定而造成的安全隐患和反工造成的经济损失，不受季节限制，能在合同期内顺利完成工程，保证工期。

参考软件及文献:

1.《madis结构分析软件》

2. 人民交通出版社《路桥施工计算手册》

3.《钢结构设计原理》