钢管柱贝雷架模板支撑体系在抚顺甲邦大桥施工中的应用

文/李猛 中国电建市政建设集团有限公司 天津 300384

1、工程概况

甲邦大桥位于抚顺市东洲区石化新城境内的浑河城市段上游，是大伙房水库下游的第2座跨河大桥，是抚顺石化新城基础设施项目的控制性工程。桥梁全长510m（跨度组成为（北引桥）4＊35m+（主桥）150m+80m+（南引桥）4＊35m），桥面宽40m，设计标准为城市主干路I级，设计行车速度60km/h，桥梁建筑面积2.04万㎡。

河岸与河漫滩呈缓坡状，高差在4～5m，地貌由河床、河漫滩和两侧的一级沉积阶地组成，主河道位于拟建桥的中部，现水面宽度约230m，水深0.5～1.5m。

根据项目总体要求，结合施工环境和当地资源情况，本项目桥梁施工时采用了钢管柱贝雷架作为模板支撑体系进行梁体现浇并取得了较好的工程效益。本文对主要工序设计进行阐述和总结。

2、支撑体系设计验算

根据设计图纸及相关规程、规范，对整个支撑体系进行设计及验算，主要进行翼缘板、底板、腹板下贝雷梁上I14工字钢验算、翼缘板、腹板、底板下部贝雷梁检算、贝雷梁下横梁验算及钢管柱受力计算等主要受力结构进行验算。本文主要对贝雷梁、钢管柱受力情况进行分析。

2.1 腹板、底板下部贝雷梁检算

（1）荷载计算

③每米荷载重量：

④施工材料具运输、堆放荷载

⑤倾倒混时产生的冲击荷载取2KN/m2：

⑥振捣砼产生的荷载取2KN/ m2：

取最不利组合计：恒载取1.2倍安全系数，活载取1.4倍安全系数，考虑最不利情况为混凝土全部浇筑完毕的情况：

腹板底板下设置7组贝雷梁（双排单层）承重，则每组贝雷梁承受线荷载：

（2）强度计算

①跨中的贝雷梁受力最大，最大弯矩为：

经查，单层双排珩片的几何特性：

单层双排珩片容许内力：

符合要求

②最大剪力为：

符合要求。

如果考虑各片贝雷梁不均匀受力及梁体变截面处受力情况，也具有较大的安全度。因此，贝雷梁满足强度要求。

（3）挠度计算

满足要求

2.2 钢管立柱受力检算

立柱采用Ф630mm×8mm的钢管柱，立柱布置为4×4.5m+3×5.0m，按最大高度为6m，钢管立柱按两端铰接的受压构件计算，计算按照横联长度l=6m计算；

（1）轴心受压单根立柱稳定性验算

单根钢管柱受力最大轴力为：

φ630×8mm的普通焊管钢管支墩的容许荷载计算

φ630×8mm的普通焊管立杆截面几何特性

钢管的回转半径为：

式中：D—钢管外径，d—钢管内径

钢管支架立杆按轴心受压进行强度计算

支架系统取1.5倍的安全系数，所以钢管支架立杆按轴心受压容许承载力：

（2）组合风荷载时单根立柱稳定性验算

①风荷载对立柱产生弯矩按下式计算

式中： Mw单根立柱弯矩(KN·m)； α立柱跨距（m）； l0立柱计算长度（m）； Wk风荷载标准值（KN/m2）；

式中： μz风压高度变化系数，按现行国家标准《建筑结构荷载规范》，查表为2.09；μs风荷载体型系数，取0.8；Wo基本风压（KN/m2），查表得0.45 KN/m2。则：

②单根立柱轴向力按下式计算

式中：NG1——结构+模板支架自重标准值产生的轴向力（kN/m2）；

NG2——工字钢横梁自重标准值产生的轴向力（kN/m2）；

③立柱压弯强度按下式计算

式中：β ——有效弯矩系数，采用1.0；

W——立柱截面模量；

NE——欧拉临界力，

(E为弹性模量， 为压杆长细比)。

满足要求。

3、主要项目施工方案

3.1 支架基础处理施工

钢管柱基础采用7.0×2.0×0.5m的C25钢筋砼基础，基础底部铺设一层Φ16钢筋网，间距布置为20×20cm。基础顶预埋厚10mm的环形钢板，与钢管柱连接。

施工时，先把原地面的软泥和粘土清理干净，然后采用机械开挖使得基础嵌入中风化岩内。

3.2 支架安装

（1）钢管柱安装

钢管立柱采用直径Φ630mm钢管，壁厚8mm，装配式结构。钢管立柱顶设置可调高度的砂箱，便于支架和模板的拆除。为了确保钢管立柱的稳定，相邻钢管立柱间用12#槽钢两端铰接连接。立柱顶部支承分配梁，下部支承在钢筋砼基础上。为减小砂箱底部钢板变形，在钢管立柱端部内设井字型支撑。

钢管柱布置设计纵桥向钢管柱中心间距最大为8.32m，墩两侧各设置1排钢管柱（钢管柱中心距离墩身中心线为1.7m），每排有8根钢管立柱，横向间距为2×4.5m+3×5.0m+2×4.5m。钢管柱安装过程中必须保证垂直度，以免使钢管柱形成偏心弯矩。

（2）分配横梁安装

分配梁起着将结构荷载、支架荷载和施工荷载分配到钢管立柱上同时受力的作用。分配梁采用2根I45b工字钢并排布置在支柱顶部，并在两工字钢拼缝处点焊连接，支点及梁体变截面处采用12mm厚钢板进行加肋，同时在型钢上焊接挡块防止贝雷梁移动。

（3）砂箱安装

砂箱高300mm，采用直径为φ300mm、壁厚为10mm的钢管制作，在砂箱内装上充足干燥、清洁无异物的砂子，放置壁厚10mm的φ260mm、内浇筑30cm C30钢筋砼钢管，砂箱可调高度不超过20cm。落模时，松掉靠近钢管砂箱底部的螺栓掏出砂子，使工字钢及贝雷梁下落，拆除梁模。在安装砂箱时注意防雨水进入砂箱内。

（4）贝雷梁结构布置与安装

采用当地较为常见的军用321型贝雷架，此种拱架是由标准阶段、拱顶段、拱脚段和连接杆等以钢销或螺栓连接而成。

①主梁由单层双排贝雷梁组成，用于承受制梁时的荷载，完成连续梁的浇筑。每组贝雷梁间采用90cm支撑架连接，加强自身抗扭能力；钢管立柱支撑处的贝雷梁竖杆用［10槽钢加强贝雷梁抗剪力；为了加强贝雷架整体刚度，纵向布设横桥向贝雷梁每隔3m采用［10槽钢上下横联，U形卡卡紧槽钢与贝雷片杆件，使各组贝雷梁连成一体。

②现浇连续梁贝雷支架采用13组双排单层不加强贝雷片，贝雷梁横向布置间距为：

③单片贝雷片长3m、高1.5m，贝雷片之间用贝雷销连接。翼缘下布置6组，底板、腹板下布置7组。

现浇梁端头为变截面，重量渐增，为保证端头贝雷梁具有足够的强度，在端头每片贝雷片的立杆左右绑焊［10槽钢。

为防止贝雷架从分配梁上滑下，进而方便后续施工，故在每排贝雷架端头多加长一节贝雷片。

（5）墩身处纵梁设置

墩顶采用10×10cm方木支撑底模。由于横桥向墩柱之间板肋属于圆弧结构，因此紧靠墩柱的一组贝雷梁需由此断开，为加强贝雷架整体刚度，先采用2根I45b工字钢分别焊接固定在墩身两侧钢管柱上的分配横梁上，然后焊接40#槽钢充作支撑纵梁。

（6）梁底横梁安装

贝雷梁上铺设I14工字钢作横梁，梁端头渐变段中到中间距为40cm，其余部位为75cm，横梁上直接铺设底模。

3.3 支架预压

为保证箱梁砼结构的质量，钢管柱、贝雷架搭设完毕铺设底模板后必须进行预压处理，以消除钢管柱、贝雷架和模板的非弹性变形，同时取得支架弹性变形的实际数值，作为梁体立模的预拱值数据设置的参考。

预压方法依据箱梁砼重量分布情况，在搭好的贝雷支架上堆放与梁跨荷载等重的预压袋，预压荷载系数取1.3倍。

支架上部贝雷梁共布置88个变形观测点，用水准仪进行观测：在支架上布设11排，每排布设8个点，按规范进行监测。

3.4 支座安装

（1）在安装支架前，对墩台的中心线、高程进行复测，检查螺栓孔的位置，对有问题的及时处理。

（2）安装支座前先对混凝土垫石凿毛湿润，然后将支座吊装就位，再用钢楔调整支座标高。调整好标高后，用支座专用灌浆剂填满捣实，锚固螺栓孔内的灌浆剂也同样捣固密实。

（3）梁内支座钢板与支座同时安装，并将四角的紧固螺栓拧紧，确保底模与支座不漏浆。

（4）为确保支座的正确安装就位，制梁前，采用全站仪在支承垫石上放出每个支座纵、横向支承中心线。

3.5 模板工程

（1）箱梁底模

为保证箱梁外观及施工质量，决定箱梁底模采用定做的钢模板，钢板厚度6mm。定做模板二套（2×50m）进行周转使用。

（2）箱梁端模

端模采用18mm厚光面竹胶板拼装，上面根据每块节段处钢筋及预应力管道打孔，设竖向方木固定。施工过程中，对每个预应力预留孔位进行编号，便于下节段现浇施工中快速准确定位。

（3）箱梁内模

内模采用18mm厚的木工板和10＊10cm方木在模板加工厂分节段制作，通过吊车拼装完成。内模制作时，内楞方木间距要求控制在30cm以内，确保内模具有足够的强度。

（4）箱梁侧模

箱梁侧模板及翼缘板采用定型钢模板，安装前由测量组每隔2m放出安装边线，然后由操作工人在现场技术员的指导下弹出安装墨线，将制作的定型钢模板按照设计安装方式安装就位，并采用成型支架进行加固。

（5）模板拆除

梁体砼强度达到设计强度60%后开始对箱梁侧模、内模进行拆除，梁体砼强度达到设计强度90%后开始进行张拉作业，预应力体系张拉完成后，再进行底模板及支架拆除作业。

模板拆除作业时应注意混凝土芯部与表层、箱内与箱外、表层温度与环境温度之差均不大于15℃，且能保证构件棱角完整时方可拆除模板，气温急剧变化时不宜进行拆模作业。

模板拆卸次序如下：

1）堵头板拆卸：混凝土强度达到2.5MPa后方可拆除，在拆卸过程中要注意保护不损坏钢绞线。拆除后，将混凝土表面凿毛。

2）外侧模拆卸：松开模板间连接螺栓，采用吊车分块进行拆除；在脱模过程中严格防止损坏混凝土。

3）内模拆卸：内模变截面模板均由木工板拼合而成，面板和脚手架拆散后从洞口抽出。

4）底模拆卸：整联连续梁施工完成后，砂箱放砂，靠模板自重脱模。

3.6 钢筋加工及安装施工

所有钢筋的加工、安装和质量验收等均严格按照施工设计图纸以及《公路桥涵施工技术规范》（JTG/TF50-2011）的有关规定进行。

钢筋在加工厂加工成半成品后由载重汽车运至施工现场，然后由汽车吊吊至施工作业面，按操作规程进行钢筋制安。

3.7 预应力筋制作、安装、张拉和灌浆封锚施工

纵向预应力钢束采用抗拉强度标准值为1860MPa 的高强低松弛钢绞线，公称直径15.24mm，其技术条件应符合ASTM A416-97的规定。管道形成采用塑料波纹管。锚具采用OVM圆塔形锚具及其它同类产品，张拉设备采用与锚具配套的机具设备。

横向预应力钢束管道形成采用72×23mm扁形塑料波纹管。锚具体系采用BM15-4扁形锚具。

钢绞线、钢筋、锚具（含连接器）、波纹管及张拉用千斤顶、电动油泵及压力表等需委托有相应资质的检查单位定期进行检验及校验，检验合格后方可使用。

张拉钢束在梁体混凝土强度达到设计值的90%后进行。预应力张拉设备使用前应先委托外单位校定，测定千斤顶、油表线性回归方程，根据千斤顶的张拉力计算出压力表读数。各节段先张拉横向束再纵向束，预施应力采用双控措施，预施应力值以油压表读数为主，以预应力筋伸长值进行校核。

压浆结束后，应及时对需封锚的锚具进行封闭。应先将锚具清洗干净并对梁体混凝土凿毛。利用锚垫板上安装螺栓孔，拧入带弯钩螺栓，封锚钢筋应与之绑扎形成钢筋骨架。

3.8 箱梁砼浇筑和养护

梁部主体采用C50砼，各种原材料水泥、粉煤灰、外加剂、砂子、石子均为当地出产，经过检验都满足要求。

混凝土的浇筑采用连续整体浇筑。浇筑时采用水平分层的方法。水平分层厚度不大于30cm，先后两层混凝土得间隔时间不超过混凝土初凝时间。浇筑的总原则为：先底板两侧，底板中间、再腹板、最后顶板，从两端到中间，分层浇筑混凝土。

结语：

在桥梁施工中，采用钢管柱和贝雷片做模板支撑体系，施工速度快、节省投资，经济效益明显。