市政连续箱梁跨河组合支架设计及安全检算

易奇

摘要：为保证南宁市亭洪路延长线上跨铁路立交工程跨河连续预应力箱梁施工，通过现场调查，考虑施工现场实际跨径和桥型的基础上，设计了一种由钻孔灌注桩、钢管支墩、加强型贝雷梁组成的跨河形式支架结构，并对其刚度、强度及稳定性进行检算。结果表明： 在最不利工况的基础上，贝雷片、工字钢和鋼管支墩等的最大挠度和应力等均小于容许值，跨河支架结构设计总体上合理，应用于现场施工。

Abstract： In order to ensure the construction of cross-river continuous prestressed box girder of the railway interchange project across the extension line of Tinghong Road in Nanning City， through the on-site investigation， considering the actual span and bridge type of the construction site， a borehole perfusion design was designed. The cross-river support structure consisting of piles， steel pipe piers and reinforced Bailey beams is used to check the stiffness， strength and stability. The results show that： on the basis of the most unfavorable working conditions， the maximum deflection and stress of Bailey piece， I-beam and steel pipe pier are less than the allowable value， and the design of the structure of the bridge across the river is generally reasonable and applied to the site construction.

关键词： 大跨径;跨河支架;钻孔灌注桩;钢管支墩;贝雷梁;安全性检算

Key words： long span;cross-river bracket;bored pile;steel pipe butt;Bailey beam;safety check

中图分类号：U442                                         文献标识码：A                                  文章编号：1006-4311（2019）35-0194-05

0  引言

南宁市亭洪路延长线（规划七路～南建路）工程上跨铁路立交工程，位于南宁市江南区铁路南化站附近，桥上布置双向六车道，按两幅设计。

引桥上部结构采用连续箱梁，底板宽14.6m、桥面宽18.6m、梁高2.0m、顶板厚25cm，底板厚22cm，边、中腹板宽度均为45cm，悬臂长2m。

引桥左右两幅11#、12#墩桥跨长30m、跨越亭子冲河，无法采用落地式支架施工。

1  方案设计

桩基+便梁+贝雷架+碗扣架的支撑体系方案设计：

①基础：采用桩基础，桩选取直径1.2m、长15m。每排4根，设置在箱梁腹板底部。

②立柱：钢管柱采用Φ800壁厚10mm的钢板制成。每排4根，设置在钻孔灌注桩上部、箱梁腹板底部。钢管立柱采用14#槽钢剪力撑固结钢管柱，增加支架稳定性。

③分配横梁：D20便梁。

④贝雷架：贝雷梁结构形式采用321型单排单层贝雷片。

⑤碗扣架：碗扣架搭设在16b工字钢，铺设情况按本方案。

2  荷载分析及计算

2.1 支架设计考虑下列的各项荷载

（根据《公路桥涵施工技术规范》（JTG/T F50-2011）中第5.2.6条）

①模板、支架的自重（荷载代号Q1）;

②新浇混凝土、钢筋、预应力或其他圬工结构物的重力（荷载代号Q2）;

③施工人员及施工设备、施工材料等荷载（荷载代号Q3）;

④振捣混凝土时产生的振动荷载（荷载代号Q4）;

⑤新浇筑混凝土对模板侧面的压力（荷载代号Q5）;

⑥混凝土入模时产生的水平方向的冲击荷载（荷载代号Q6）;

⑦设于水中的支架所承受的水流压力、波浪力、流水压力、船只及其他漂浮物的撞击力（荷载代号Q7）;

⑧其他可能产生的荷载，如风荷载、雪荷载、冬季保温设施荷载等（荷载代号Q8）（表1）。

2.2 荷载标准值的取值（见表2）

2.3 荷载计算

根据《建筑施工碗扣脚手架安全技术规范》，支架承载最不利情况为砼浇注完毕尚未初凝前底板范围内的杆件承载。（表3）

2.4 材料性能指标（表4）

3  碗口支架立杆轴力安全性检算

立杆的轴力设计值根据由可变荷载控制的组合和由永久荷载控制的组合来计算，两者取较大值。

可变荷载控制的组合的公式是：

N=1.2（∑NGk1+∑NGk2）+1.4NQk

永久荷載控制的组合的公式是：

N=1.35（∑NGk1+∑NGk2）+1.4*0.7NQk

式中：∑NGk1 ——立杆由架体结构及附件自重产生的轴力标准值总和;

∑NGk2——模板支撑架立杆由模板及支撑梁自重和混凝土及钢筋自重产生的轴力标准值总和;

NQk ——立杆由施工荷载产生的轴力标准值;

《建筑施工碗扣式钢管脚手架安全技术规范》（JGJ 166-2016）第5.3.7条“模板支撑架单根立杆轴力设计值应满足立杆稳定性计算要求，且当立杆采用Q235级材质钢管时，单根立杆轴力设计值不应大于30kN”。

3.1 对于桥墩侧实心区的轴力计算

可变荷载控制组合：N=（1.2*（2.6+52）+1.4*（4+2））*0.6*0.6=26.61kN

永久荷载控制组合： N=（1.35*（2.6+52）+1.4*0.7*（4+2））*0.6*0.6=28.65kN

无风荷载时，桥墩侧实心区的轴力取28.65kN≤[30kN]，满足。

3.2 对于腹板区的轴力计算

可变荷载控制组合：N=（1.2*（2.6+52）+1.4*（4+2））*0.6*0.6=26.61kN

永久荷载控制组合：N=（1.35*（2.6+52）+1.4*0.7*（4+2））*0.6*0.6=28.65kN

无风荷载时，腹板区的轴力取28.65kN≤[30kN]，满足。

3.3 对于顶（底）板轴力计算

可变荷载控制组合：N=（1.2*（0.8+16.9）+1.4*（4+2））*0.9*0.6=16.01kN

永久荷载控制组合：N=（1.35*（0.8+16.9）+1.4*0.7*（4+2））*0.9*0.6=16.08kN

无风荷载时，顶（底）板区的轴力取16.08kN≤[30kN]，满足。

3.4 对于翼缘板区轴力计算

可变荷载控制组合：N=（1.2*（0.6+11.7）+1.4*（4+2））*0.9*0.9=18.76kN

永久荷载控制组合：N=（1.35*（0.6+11.7）+1.4*0.7*（4+2））*0.9*0.9=18.21kN

无风荷载时，顶（底）板区的轴力取18.76kN≤[30kN]，满足。

3.5 结论

桥墩侧实心区、箱梁腹板碗口支架间距采取0.6m×0.6m;顶（底）板碗口支架间距采取0.6m×0.9m;翼缘板碗口支架间距采取0.9m×0.9m。

4  贝雷梁安全性检算

4.1 腹板贝雷梁安全性检算

4.1.1 荷载计算

腹板宽0.45m、厚度2m，桥跨长30m，桥跨中间15m处设立钢柱筒临时支墩，则总线形荷载：

永久荷载：Q1=26×0.45×2×15=351kN;Q2=26×0.05×0.45×2×15=17.6kN;

可变荷载：Q3=4×0.45×15=27kN;Q4=2×0.45×15=13.5kN;

考虑永久荷载取值1.35，可变荷载取值1.4;

则总荷载Q=1.35×（351+17.6）+1.4×（27+13.5）=497.6+56.7=554.3kN;

总线形荷载q=554.3÷15=36.95kN/m。

4.1.2 安全性检算（按照两等跨连续梁）

①弯矩计算

M=0.125×q×L2=0.125×36.95×15×15=1039.22（kN·m）;

M/（【M】）=1039.22÷788=1.319<2。

②剪力计算

σ=0.625×q×L=0.625×36.95×15=346.41;

σ/（【σ】）=346.41÷（245.2）=1.413<2。

③扰度计算

f=0.521ql4/（100EI）=0.521×36.95×15004/（100×2.1×105×250497×104）=2mm<【f】=37.5mm（【f】=L/400）。

箱梁腹板下布置2排贝雷片，间距60cm。

4.2 底板及翼缘板贝雷梁安全性检算

同理计算，箱梁腹板+底板下宽14.6m，共布置26排贝雷片，间距60cm。翼缘板宽2m，布置单层3排贝雷片，间距90cm。

5  钢柱筒支墩及横向分配梁安全性检算

钢柱筒设置在腹板底部，每排安放4个、共设置12个，钢柱筒间距分别为4.75m、4.65m、4.75m。钢柱筒采用Φ800壁厚10mm、高5m、钢管立柱之间采用15#槽钢剪力撑固结钢管柱，增加支架稳定性。

横向分配梁采用D20便梁。

5.1 钢柱筒支墩安全性检算

①荷载计算。

单跨30m箱梁腹板及箱室混凝土484.4m3（含翼

缘板）。

永久荷载：Q1=26×484.4=12594.4kN;

模板及碗口支架：Q2-1=26×0.05×484.4=629.72kN;

贝雷梁荷载Q2-2=（26+6）×30×1=960kN（贝雷片100kg/m）;

D20m便梁Q2-3=3×112.29=336.87kN

可变荷载：Q3=4×18.6×30=2232kN;Q4=2×18.6×30=1116kN;

考虑永久荷载取值1.35，可变荷载取值1.4;

则总荷载Q=1.35×（12594.4+629.72+960+336.87）+1.4×（2232+1116）=19603.3+4687.2=24290.5kN;

橋跨中间？准800mm支墩最大受力N=24290.5÷2÷4=3036.3kN。

②立柱抗压强度计算。

钢柱筒净截面面积A=π（8002-7802）=99224mm2;

σ压=N÷A=3036300÷99224=30.6（MPa）<【σ】=140MPa，满足要求;

③立柱稳定性计算。

σ稳= N÷（？准A）

回转半径i=（（8002+7802）/4）1/2=558.6，长细比？姿=L/i=5000÷558.6=8.9。

查《路桥施工计算手册》附录三：？准=0.976

σ稳= N÷（？准A）=3036.3×103/（99224×0.976）=31.3<【σ】=140MPa，满足要求;

钢柱筒满足要求！

5.2 横向分配梁安全性检算

①箱室及腹板荷载计算。

单跨30m箱梁腹板及箱室混凝土442.4m3。

永久荷载：Q1=26×442.4=11502.4kN;

模板及碗口支架：Q2-1=26×0.05×442.4=575.12kN;

贝雷梁荷载Q2-2=26×30×1=780kN（贝雷片100kg/m）;

D20m便梁Q2-3=3×112.29=336.87kN

可变荷载：Q3=4×14.6×30=1752kN;Q4=2×14.6×30=876kN;

考虑永久荷载取值1.35，可变荷载取值1.4;

则总荷载Q=1.35×（11502.4+575.12+780+336.87）+1.4×（1752+876）=17812.4+3676.4=21489kN;

箱梁及腹板D20m便梁横向分配梁线荷载N=21489÷2÷14.6=736kN/m。

②D20m便梁性能指标。

Ix=1584140cm4;Wx=25970cm3;

③安全性检算。

由于支墩间距4.75m、4.65m、4.75m，间距差较小，按三等跨连续梁内力和扰度系数计算：

1）弯矩计算

Mmax=0.1×q×L2=0.1×736×4.75×4.75=1660（kN·m）;

σmax= Mmax /（Wx）=1660×106÷（25970×103）=63.9<【σ】=145MPa。

2）扰度计算

f=0.677ql4/（100EI）=0.677×736×47504/（100×2.1×105×1584140×104）=0.7mm<【f】=11.8mm（【f】=L/400）。

D20m便梁满足要求！

5.3 翼缘板2m悬挑安全性检算

同理计算，翼缘板2m悬挑安全。

6  钻孔灌注桩安全性检算

6.1 钻孔灌注桩单桩承载力检算

荷载计算：

单跨30m箱梁腹板及箱室混凝土484.4m3（含翼

缘板）。

永久荷载：Q1=26×484.4=12594.4kN;

模板及碗口支架：Q2-1=26×0.05×484.4=629.72kN;

贝雷梁荷载Q2-2=（26+6）×30×1=960kN（贝雷片100kg/m）;

D20m便梁Q2-3=3×112.29=336.87kN

可变荷载：Q3=4×18.6×30=2232kN;Q4=2×18.6×30=1116kN;

考虑永久荷载取值1.35，可变荷载取值1.4;

则总荷载Q=1.35×（12594.4+629.72+960+336.87）+1.4×（2232+1116）=19603.3+4687.2=24290.5kN;

桥跨中间？准800mm支墩最大受力N=24290.5÷2÷4=3036.3kN。

？准800mm钢柱筒、壁厚10mm每延米重量200kg/m，钢柱筒高5m、重1t、10kN。

单桩承载力取3046.3kN。

6.2 主要岩土层概况

杂填土①3（Q4ml）、圆砾②1（Q3al）、黏土③1、全风化泥岩④1（E3n）、强风化泥岩④2（E3n）。

6.3 土层参数及桩长选定

根据《建筑桩基技术规范》JGJ94-2008桩极限侧阻力、端阻力标准值，进行计算。（表5）

6.4 工程地质条件下的单桩承载力计算

Quk=μΣqsik li + qpk Αp

其中Quk——单桩竖向极限承载力标准值，kN;

μ——桩的周长，m;

qsik——桩周土的侧阻力特征值，kPa;

li —— 第i层土厚度，m;

Αp——桩截面积，m2

qpk——桩端端阻力特征值，kPa。

6.5 桩长安全检算（表6）

7  跨河连续现浇箱梁施工工艺及流程

①按施工专项方案进行钻孔灌注桩施工。

②组合支架施工。按批准的专项施工方案安装钢柱筒、搭设横向D便梁、纵向贝雷梁、碗口脚手架组合支架。

③底模安装。利用可调顶托调整底模高程，先铺设横向大方木，再铺设纵向小方木，分块铺设底模。

④支架预压。支架和底模搭设完毕验收合格后，采用砂袋进行预压。预压荷载按混凝土实体重力荷载的1.2倍考虑，分三级加载（60%、80%和100%），预压完成后精确调整底模高程和按要求设置预拱度。

⑤模板制安。箱梁外模、内模采用涂塑竹胶板，模板拼装成型，确保模板平整不挠曲、接缝严密。

⑥钢筋制安。钢筋在加工场内加工成型，主筋采用机械接头接长，其他部位钢筋焊接接长应满足相关施工规范的要求。箱梁钢筋分底腹板、顶翼板两次安装。施工时先绑扎底板及腹板钢筋，待内模安装固定完成后，再绑扎顶板、翼板等其他部位钢筋。

⑦波纹管施工。波纹管固定采用“井”字型结构的定位筋，安装过程避免反复弯曲，波纹管接头套管用医用胶布在接口处缠绕严实。

⑧混凝土施工。箱梁混凝土采用分层浇筑，浇筑顺序按底板、腹板，顶板顺序进行。顺桥向从低处到高处浇筑，横桥向对称进行浇筑。梁体混凝土灌注完成后，及时覆盖做好养护工作。

⑨预应力施工。箱梁混凝土必须达到100%设计强度，龄期7天后方可施加预应力。钢绞线的下料长度根据张拉千斤顶和设计下料长度确定，张拉作业前，必须对千斤顶、油表进行配套匹配标定，并按规范规定的时间进行定期校验。梁体预应力的张拉采用双控，即以张拉力控制为主，以钢束的实际伸长量进行校核。

⑩封锚压浆。孔道在张拉完成后48小时内进行真空压浆。压浆泵输浆压力保持在0.5～0.7MPa，以保证压入孔道内的水泥浆密实为准。出浆孔在流出浓浆后即关闭出浆管，继续压注水泥浆，并应有适当稳压时间（一般为2min）。压浆完成后將锚具周围冲洗干净并凿毛，设置钢筋网，浇注封锚混凝土。

{11}支架拆除。当梁体预应力束张拉、压浆且满足设计要求后，进行模板拆除。模板拆除对称、均匀、有序地进行，先拆翼缘板、腹板、后拆底板，从跨中对称往两端缓慢松开扣件，落梁应遵循全孔多点、对称、缓慢、均匀和分级的原则。

8  施工总结

①纵向贝雷梁上部沿桥横向设置I16b工字钢分配梁，相邻分配梁间用钢筋焊接，在横向工字钢分配梁上安装底托搭设外径48mm，壁厚3.5mm碗扣式满堂式支架，碗扣式钢管支架底部保持同一水面面，利用碗扣支架高度调整标高，严格控制掌握可调底托和顶托的可调范围≤30cm。

②每排钢管柱由4根？准800mm，壁厚10mm的钢管组成，钢管柱与桩基础间采用预埋钢筋连接，再在钢柱内浇筑C30混凝土至钢柱筒顶面形成统一整体。钢管柱安装严格控制柱顶面标高，确保再同一水平面。相邻钢管柱之间分别采用[14槽钢作为横联，加强钢管柱的稳定性。钢柱筒横联间设剪刀撑槽钢连接，剪刀撑按45°的角设置。槽钢与钢管柱进行焊接，焊缝要饱满。连接槽钢在下料时要根据每2根柱间的实量尺寸进行下料，连接槽钢为确保与钢管桩间密贴较好端头按角度切割成斜面。

③跨河桥跨贝雷梁布设形式为腹板处贝雷梁间距为60cm，翼缘板、底板处贝雷梁间距为90cm。贝雷梁连接时的贝雷销必须打紧，每个销子上均上卡扣，支撑架螺栓必须拧紧。相邻两组贝雷梁间采用[14槽钢连接，沿上下弦杆各设一道采用螺栓与贝雷片连接，设置间距为3m/道。贝雷梁安设时应在工字钢顶部标出每组的定位线，按间距进行排列，对安设完的贝雷梁为防止其移位，在最外两侧的贝雷梁与横向工字钢接触处在工字钢顶面焊接短钢筋。贝雷片安装完成后，采用普通钢管与贝雷片的上下表面进行连接，每隔 3m 设置1根普通钢管，并用扣件进行加固，确保贝雷片能够连接成为一个整体。

9  结语

①钻孔灌注桩钢管柱贝雷梁组合支架是梁体跨越道路和河流时常采用的一种支架方式，具有强度高、跨度大、施工快捷等优点。

②现场通过合理的支架设计，周密的计算，现场严格施工，跨河连续箱梁按时按质完成施工，外观质量、线形满足设计及规范要求，可为类似市政连续箱梁跨河施工提供借鉴意见。

参考文献：

[1]浙江省交通运输厅编著.桥梁支架安全施工手册.人民交通出版社，2011，6.

[2]周水兴，何兆益，邹益松等编著.路桥施工计算手册[M].人民交通出版社，2001.

[3]周琰.平潭海峡公铁两用大桥移动模架整体安装施工技术[J].价值工程，2017，36（09）：176-178.