客运专线简支箱梁贝雷制架施工技术的应用

胡京平

(中铁十八局集团福建工程公司,福州 350001)

1 概述

近年来,高速客运专线铁路快速发展,在人口、路网稠密地区，地质不良地区多采用高架桥(以桥代路),桥梁在客运专线土建工程中占比例越来越大,新的工艺和施工技术也日趋多样化。特别是客专首次使用的32 m简支箱梁,体积大(混凝土315.2 m3)、梁体高(2.8 m)、质量大(790 t),浇筑时间要求短,从而导致现浇施工技术难度大。无法在梁场预制而必须进行原位现浇的桥梁,为了节省时间和投资,采用贝雷制架现浇施工制梁就成为该领域内一种新的施工技术。

2 工程概况

甬台温铁路北起宁波,经台州至温州,全长282.42 km,是国家铁路网规划“八纵八横”中的沿海铁路和“四纵四横”客运快速大通道中的重要组成部分,按客运专线标准建设,设计时速200 km。

我公司承建的永宁江特大桥全长2 496.16 m,设计为77孔双线梁,分别跨越永宁江、82省道和东官河,孔跨布置为：11跨24 m简支梁、63跨32 m简支梁和1联3跨(40+64+40)m预应力混凝土连续梁。因受沿海地区地质条件、征地等方面影响,本桥箱梁施工多采用移动模架、满堂支架就地现浇。跨永宁江(5片)和跨东官河(1片)32 m简支箱梁由于钢围堰施工周期较长,移动模架在此两处必须跳跨施工,满堂支架无法施工。为保证工期,确保此处箱梁的顺利浇筑,这6片简支箱梁决定采用贝雷制架现浇。

3 贝雷制架施工的特点

贝雷制架就是根据现浇构造物的高度,将钢管桩制作成排架形式安装在承台基础上,做为支架的支撑墩,上部用贝雷片拼装成连续梁式桁架,用固定在贝雷片主弦杆上的工字钢、方木等作为高程调整构件,由此组成箱梁施工的支撑、作业平台,在贝雷架上完成箱梁模板安装、预压、钢筋绑扎、混凝土浇筑、预应力张拉等施工工序。这种施工方法改变了传统满堂支架必须依靠地基承载力来完成箱梁及各种施工荷载承托的状况,同时在特殊地理位置，如交通通道、水田、跨沟、跨河等处可以采用贝雷制架施工方法,可以几个工点同时施工箱梁,避免施工不连续时架桥机不能通过,在工期紧张的情况下可加快进度,有效降低各种因素带来的不利影响。

4 贝雷制架施工技术应用

4.1 贝雷制架组成

制架由钢管桩基础支撑、砂箱落架、贝雷架三大部分组成,从上到下依次为：箱梁外模架、底模、15 cm×10 cm纵向方木、I16型钢、贝雷梁片、I32型钢、砂箱落架和φ600 mm壁厚为8 mm的钢管，如图1～图3所示。

钢管桩基础作为整个支撑体系的关键部位,它将支架所承受的荷载通过6根φ600 mm螺旋钢管传递至承台上；砂箱落架设备主要用于箱梁完成施工后支架的拆除。

图1 贝雷制架横断面(单位：mm)

图2 贝雷制架侧面(单位：mm)

图3 砂箱落架结构(单位：mm)

4.2 贝雷制架方案检算

4.2.1 支架荷载

(1)梁的自重荷载：混凝土超灌系数取1.05,动载系数取1.1。箱梁计算自重8 526 kN。在中间23.6 m的范围内,重为226 kN/m,在两端1.5 m,重为364 kN/m,在其余两侧中间3 m长的范围内,从279 kN/m变化到303 kN/m。计算时考虑混凝土的容重为25.5 kN/m3。

(2)模板荷载：初步定为1 000 kN,具体要根据32 m箱梁模板的图纸选用。

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(3)支架荷载：贝雷梁的自重程序可自动考虑,其余部分按500 kN考虑。

(4)施工荷载：按施工规范取值。

4.2.2 计算过程中用到的各种力学参数

(1)Q235钢：弹性模量E=2.1×105MPa；容许应力[σw]=170 MPa；容许剪应力[τ]=100 MPa。

(2)16Mn钢:弹性模量E=2.1×105MPa；容许应力[σw]=210 MPa；容许剪应力[τ]=175 MPa。

(3)单排单层贝雷片:惯性矩I=250 497.2 cm4,截面面积A=50.94 cm2,截面模量W=3 578.5 cm3，容许弯矩[M]=788.2 kN·m,容许剪力[Q]=245.2 kN;贝雷片自重线荷载:2 989/3=996 kN/m。

(4)I36a型钢：惯性矩I=15 796 cm4,截面面积A=76.44 cm2,截面模量W=877.556 cm3,均布线荷载标准q=588 kN/m。

4.2.3 贝雷片计算

为保证支架结构的安全,用大型有限元程序对支架结构进行计算。

通过计算最大应力为325 MPa,位于两端的竖杆处,因此,施工时此处应加强(可采用横向花窗)。检算贝雷桁架强度,刚度满足要求。

4.2.4 桩顶分配梁(2I36a)检算

利用有限元软件建立模型。桩顶分配梁支撑在钢管桩上,按多跨连续梁计算,计算荷载为贝雷桁片传来的集中荷载。通过检算桩顶分配梁强度,刚度满足要求。

4.2.5 钢管桩

钢管桩(φ=0.6 m,δ=8 mm,桩长取L=8 m)检算

由桩顶分配梁计算可知单桩承受最大竖向力,计算最不利应力σmax=P/A<容许应力[σw]=170 MPa。经检算，钢管桩强度,刚度和稳定性满足要求。

4.2.6 基础检算

基础承台顶面局部承压能力检算

每根钢管柱底焊接750 mm×750 mm×12 mm钢板一块。从而钢管柱底压应力为：σ=N/A=16 MPa<[σ]=20.4 MPa,同时经检算基础承台顶面混凝土局部承压能力满足要求。

4.3 贝雷制架箱梁施工

贝雷制架施工现浇箱梁的工艺流程：钢围堰施工承台、墩柱→预埋钢管桩基础→安装砂箱→安装工字钢承重横梁→拼装、加固贝雷架→调整、检查及预压→支座安装→箱梁底板、腹板钢筋及预应力管道安装→内模安装→箱梁顶板钢筋安装及预埋件安装→端模安装→检查验收→混凝土灌注→梁体养护→初张拉→终张拉→压浆→脱模→拆除现浇支架系统。

(1)预埋钢管桩支撑基础

钢管桩立柱起着将支架荷载和施工工作荷载传到基础的作用。承台、墩柱施工完后对承台顶面进行清理找平,根据设计间距定位出钢管中心位置,在钢管底部焊接12 mm厚钢板以增加受力面积进行应力扩散,然后开始吊装钢管。吊装前要根据图纸设计的支撑体系的各部位高度尺寸对钢管高度进行计算、切割下料。所有钢管吊装定位好后,钢管桩之间设置[14型钢联结剪刀撑,以增加稳定性,其数量根据桥墩高度确定。同时整个钢管排架可与墩柱按抱箍方式连成整体,进一步增加稳定性。

(2)砂箱落架的安装

考虑整个支撑体系均为刚性结构,箱梁模板、贝雷梁拆除时需要一定的落架空间,所以采用砂箱作为落架设备。砂箱采用大管套小管形式,大管与支撑钢管直径相同,小管与大管直径差控制在10 cm以内，以防间隙太大失稳。砂箱设置在钢管支撑上,砂箱外套大管中心轴线要与支撑钢管重合,砂箱底部钢板与支撑钢管顶钢板采用焊接联结。

砂箱内用的砂子采用洗干净并烘干的中细砂,根据高度调节需要控制装砂量,尽量不超过40 cm；同时，为方便落架时卸砂,在砂箱底部设置一个长方形的带推拉小门的卸砂窗。

(3)工字钢承重横梁铺设

砂箱安装好后,在砂箱顶面横桥方向铺设双拼焊接的2根I36a型钢作为承重横分配梁共同受力,承重横梁与砂箱顶面钢板焊接或加焊挡板卡住横梁以防跑位。

(4)贝雷架拼装及加固

主梁由两层叠合在一起的贝雷梁组成,两层贝雷梁之间采用U形螺栓联接,用于承受制梁时的工作载荷,完成简支梁的浇筑。贝雷梁采用水平花窗及竖向花窗连接,加强自身抗扭能力。根据设计的组数在工字钢横梁上按设计间距进行定位,在地面上分组联结拼装好再往上吊装,同时每一组吊装上去后要及时加固。贝雷梁之间除标准斜撑外,还采用∟100×10角钢,把每组梁间交叉联结形成整体。

4.4 预压施工工艺

箱梁浇筑前,对支架采用1.2倍的梁重荷载进行预压,以消除非弹性变形,取得弹性变形值,指导预拱度的设置,同时检验支架的安全性能。支架预压时,模拟1.2倍梁体重进行加载,横向截面两侧翼缘板和底板设置3个观测点,纵向在梁端、1/4跨和1/2跨处设置观察点,以取得相应的变形量(弹性变形值、非弹性变形值)。支架预拱度采用木楔进行调整,32 m跨跨中应设置考虑因支架变形而引起的6.5 cm的反拱,其余项的预拱度值,根据设计图纸要求进行累加,预拱度按二次抛物线设置。预压及施工过程中,设专门人员监测支架变形,若有异常,及时采取措施。

4.5 梁体施工工序

梁体模板的支立、钢筋的绑扎、混凝土的灌注、预应力筋的张拉同“客运专线箱梁的预制”中的相应方法和规定。箱梁底模，内、外侧模板均采用整体钢模板(按4 m为一节段加工,以利模板倒用,现场吊车拼装),拆除时分段自梁体端部抽出。箱梁混凝土浇筑采用搅拌车配合混凝土输送泵供应,利用布料机分点同时浇筑,以减少混凝土浇筑时间。

4.6 落架

落架与安装过程基本相反,落架之前必须先对砂箱进行卸砂,卸砂时6个砂箱卸砂速度要保持一致。拆贝雷梁组时,要注意后拆的部分还要联结好,以防发生局部倾覆。

5 贝雷制架施工的注意事项

贝雷梁拼装要在平整场地连接牢固,经现场技术人员检查合格后方可起吊安装,严格按照施工图纸和施工方案进行安装,安装要稳定牢固。现场吊装作业时梁体上下必须有专人指挥协调,经确定安全后方可吊装,梁下和吊车臂下严禁站人。贝雷梁安装时要确保其位置正确,连接牢固、安全、稳定,保证安全施工。支架、贝雷梁安好后,经现场技术人员检查其安全、稳定后进行预压。制梁完毕后,严格按照支架法的落架方案进行落架工作。拆卸工作严格按照操作程序施工,服从现场统一指挥。模板拆掉一块吊装一块,不得在上面堆放。拆卸过程中贝雷梁不准强拉、强卸,梁体上下做好指挥、协调,梁下禁止站人,梁上待贝雷梁安全横移后,方可吊下。

6 结语

简支箱梁贝雷制架现浇施工技术在永宁江特大桥工程中的应用,无论从适用性、工期质量和经济效益等各方面均取得了较好的效果。贝雷制架施工箱梁较移动模架流水作业法施工,可实施平行作业法展开更多工作面；同时投入比移动模架少,经济、拆卸方便。支架设计合理,加上精心组织和管理,施工质量得到了保证。特别是成型后的桥外表美观,线形流畅；该工艺不需占用桥位处的地面,对于地形、地基较差的施工特殊地理情况下可灵活采用，具有广泛应用价值。

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