挑梁、钢管桩和军用梁支架在一次性整体现浇梁施工中的应用

张军

（中铁隧道一处有限公司，重庆 401321）

引言

铁路桥梁施工中现浇梁施工比较普遍，支架现浇施工已成为桥梁施工中不可或缺的重要施工方法之一[1]。支架结构形式多样，需要对具体场地具体分析，因地制宜，选择合适的施工方案。支架体系的受力验算，遵循自上而下的原则，保证安全系数，以确保现浇梁的施工安全和梁体的线性控制[2]。

1 工程概况

新建铁路重庆至利川线坛子洞双线中桥为变截面T型实体梁板，与墩柱钢构连接，一次性整体现浇。桥型跨径布置为15.5m+18m+15.5m，曲线曲作。桥梁位于大梁隧道出口和胡家坡隧道进口之间，地形狭窄，横跨V形沟谷，两岸地势陡峭，自然坡度超过45o。

2 支架方案选择

由于河沟两岸坡度大，河流上游建一水库不定时调节库容，最大流量为522.1m3/s，不宜采用传统的满堂支架。拟用桥台预埋I45工字钢作挑梁和桥墩处架立钢管桩配军用梁施工，以充分适应山区地形条件。该方案能很好地发挥复杂地形条件下挑梁及钢管桩的“支”[3]和军用梁的跨越能力。

3 支架体系设计

中跨采用墩梁式结构[2]即钢管桩配军用梁支架体系，钢管桩基础为混凝土并预埋高强螺栓将钢管底部锚固，边跨采用军用梁一端置于桥台处承台预埋I45工字钢挑梁处、另一端桥墩侧置于钢管桩顶部形成支架体系。钢管桩采用Φ609×14mm钢管，军用梁采用国产“321”型贝雷片组装成双排单层。支架体系具体结构如图1所示。

图1 支架体系布置图

临时钢管桩为主要承担纵横向分配梁、纵向军用梁、底模系统、混凝土和施工荷载的重要受力结构。结构受力按照荷载的平均分配、以最不利荷载组合进行计算。临时钢管桩设置于墩身两侧，每排设置4根钢管，墩身单侧设置两排钢管。钢管横向中心间距最大为1.89m，纵向中心间距1.121m，钢管高17.771m。钢管用10#槽钢进行水平、竖向进行加固焊接。

用Φ560钢管作为桩帽以方便控制桩顶标高和支架拆卸。桩顶沿纵向每根钢管顶固定三根箱型I28a工字钢，工字钢计算跨径[4]为56.1cm。在纵向工字钢上部横向设5根箱型I20a工字钢作为横梁，工字钢的计算跨径为152cm。横梁上采用20#槽钢对接焊成的钢箱梁支撑军用梁的端头。

在桥台部位的承台预埋10根I45a工字钢以支撑横梁。每根工字钢长度为4m，混凝土里埋设长度2.8m，挑出长度为1.2m，横向间距为77.8cm。

中跨军用梁纵向长度15m，端头距墩身外侧75cm，超出钢箱梁横向中线37.5cm。军用梁采用双排单层为一跨布置，中间跨设12跨，跨与跨之间紧挨无间距。军用梁横向用10#槽钢与U型卡进行横向加固成整体。

军用梁上每隔1.5m横向铺设I28工字钢横梁，在其上沿着纵向铺设15cm×15cm的方木，方木横向中对中间距为30cm，方木上满铺4cm厚的木板，木板上根据预压的弹性变形量设置预拱度。

4 荷载计算

4.1 现浇钢筋混凝土自重F1

钢筋混凝土自重26kN/m3，中间一跨体积为192.3577m3，F1=192.3577×26=5001.30kN

4.2 底模自重F2、F3

15mm厚竹胶板0.098kN/m2，底模面积116.76m2，则自重为：116.76×0.098=11.44kN

木板为7.35kN/m3计，4cm厚木板自重为：116.76×0.04×7.35=34.33kN

15×15 cm方木9.018m3，方木为7.35kN/m3，则方木自重为：9.018×7.35=66.28kN

底模系统自重：F2=11.44+34.33+66.28=112.05kN

I28工字钢为0.4253kN/m， 横梁自重：F3=0.4253×11×9=42.10kN

4.3 侧模自重F4

侧模采用自制钢模板，自重为F4=60kN。

4.4 其它荷载F5

施工人员及机具荷载按2.5kPa计算，由施工情况取计算宽度为1.5m，则荷载为：2.5×9.4×1.5=35.25kN，振捣混凝土产生荷载按2.0kN/m2计算2×1.5×9.4=28.2kN，则其它荷载F5=35.25+28.2=63.45kN。

5 方木和贝雷片受力验算

5.1 方木受力验算

根据以上计算，方木的强度、刚度满足施工要求。

5.2 贝雷片受力验算

中间跨共设12跨贝雷梁，由《装配式公路刚桥——多用途使用手册》知双排单层加强型贝雷梁每跨重量为37.24kN，[Q]=490.5kN，[M]=3375.0kN·m。

贝雷片自重：F6=37.24×12=446.88kN，贝雷梁承受总荷载：N=F+F3+F6=5725.79kN。

（1）抗剪验算

单排贝雷梁均荷载为：q=5725.79/(12×15)=31.81kN/m

（2）抗弯验算

跨中弯矩最大：

（3）刚度验算

贝雷梁的跨度l=15m，贝雷片的弹性模量E=2.1×105MPa，贝雷片截面的惯性矩I=573300cm4。

根据以上计算贝雷片受力满足要求。

6 纵梁和横梁受力验算

6.1 横梁受力验算

钢箱梁自重F7=6kN，横梁为I20a工字钢，自重F8=8.52×5×27.9×9.8/1000=11.65kN，每根横梁的均布荷载为：q=（5725.79/2+6+11.65）/(5×8.52)=67.62 kN/m。

I20a工字钢抗弯截面模量：W=237cm3，截面惯性矩：I=2370cm4

（1）抗弯验算

（2）抗剪验算

6.2 纵梁受力验算

纵向长度2m，跨度为56.1cm。共计12根。其质量43.4kg/m，单根自重为0.85kN，总重F9=10.2kN。I28a工字钢，W=508.15cm3。

（1）抗弯验算

每根工字钢承受集中荷载G1=(5725.79/2+6+11.65+10.2)/(4×3)=240.90kN。

则单根工字钢承受最大弯曲应力为：

7 钢管桩受力验算

钢管自重:205.5×17.771×9.8/1000=35.79kN，由横梁的分配作用，单根钢管承受的最大压力为：N=2890.75/8+35.79=397.13kN，Φ609×14mm钢管受力截面积A=261.69cm2。

（1）强度验算

（2）钢管桩的稳定性验算

8 挑梁受力验算

边跨挑梁承受总荷载：G=2248.82kN，I45a工字钢W=1430cm3，I/S=38.6cm，d=1.15cm。

（1）挑梁抗弯受力验算

承台侧面预埋10根I45a工字钢作为挑梁承载贝雷梁，横向间距0.78m。

挑梁受力：G=2248.82/10+0.95=225.83kN

受力点距离固定点距离0.55m，固定端处承受弯矩：Mmax=225.83×0.55=124.21 kN·m

单根I45a工字钢承受最大弯曲应力为：

由计算可知，挑梁的强度和刚度满足要求。

9 支架预压和数据分析

9.1 支架体系预压及变形观测

支架预压的目的，一是检验支架强度、刚度及稳定性，确保支架在施工过程中的安全可靠[5]；二是减小和消除支架及地基的非弹性变形，得到支架的弹性变形值作为设置预拱度的依据[6]。中跨试压设计荷载为470t，试压的最大加载为设计荷载的1.2倍。预压材料采用砂袋模拟梁体荷载进行预压，加载时按规范要求分级进行，加载顺序与混凝土施工顺序一致，预压期不小于7d。

为了准确测出支架的变形情况，在靠近军用梁端头处、军用梁的1/4和3/4处、跨中各布置一排观测点，每跨合计5排观测点，每排横向布置5个观测点，每跨梁布设观测点共25个。

加载分三次进行，分别为设计荷载的50%、100%和120%。加载前对标高进行观测一次，加载至50%、100%、120%时，每级加载完毕1h后进行支架的变形观测，加载完毕后每4h测量一次变形值，每级持荷时间以结构沉降不大于2mm为止。

9.2 预压数据及预拱度的设置

沉降稳定后，测出观测点的标高，根据测得的数值进行列表，分别列出各级荷载下的数值并进行分析，找出其规律，然后进行卸载。卸载顺序自上而下，分层对称卸载，全部卸载完后测出各点的标高，计算出非弹性变形和弹性变形量，通过预压数据分析确定梁体底模预拱度，预压数据见表1。预拱度设置为底模高程=设计梁底高程+设计预留拱度+支架弹性变形值[7]，跨中取最大值，梁的两端为零，按二次抛物线进行分配。

表1 预压变形量统计表

10 结论

对于中小跨径的现浇梁施工，挑梁、钢管桩和军用梁的支架搭设，其结构形式可以依据地形灵活设计、充分优化施工方案。在结构受力验算时，需考虑各项指标的安全系数不小于1.5[8]。由于钢结构形式的多样性和良好的技术经济指标，可以充分发挥山区复杂地形条件下快速施工的特长。

[1]张立青.铁路桥梁现浇支架设计技术研究及应用[J].铁道标准设计，2010(12):40.

[2]郎建平[l2]，王泽国，贾卫华.武广高铁整体箱梁支架现浇施工支架体系设计[J].铁道科学与工程学报，2010，7(2):5.

[3]崔醒灵，郑峰，陈典华，等.现浇箱梁支架技术[J].铁道标准设计，2001，21(5):19.

[4]刘俊峰.支架现浇箱梁施工设计计算实例[J].建设科技，2010(2):42.

[5]韩西岭，张振伟，樊庆竹.连续梁桥现浇箱梁支架施工技术[J].黑龙江交通科技，2011(10):198.

[6]朱英华.钢管桩和贝雷梁组合支架在跨河现浇梁施工中的应用[J].天津建设科技，2010(2):50.

[7]王金明.石武客运专线驻马店特大桥(32+48+32)m连续梁支架现浇施工技术[J].铁道标准设计，2010(9):102.

[8]中铁十局集团有限公司.TB 10303--2009铁路桥涵工程施工安全技术规程[S].北京：中国铁道出版社，2009：81.