钢管贝雷梁支架在复杂地形中的应用

赵娟娟

（中铁二十局集团第二工程有限公司，北京 100142）

在高速公路现浇梁施工中，一般采用满堂式支架进行梁体施工，但在山区时由于部分地段地势陡峭，若采用满堂式支架则需对都陡峭地形进行整修，不但工程量巨大，安全风险高，而且对原有生态破坏严重，整修后的地质承载力也无法确保支架受力稳定。在仁寿至屏山新市公路LJ19标段平乐互通匝道龙洞田左幅大桥现浇梁施工中，针对上述情况，项目部采用钢管贝雷梁支架进行梁体施工，避免了桥址区域大范围的地势地形改造，大大减少了施工措施费用，保护了周边的生态环境。通过现场实际使用，该类型支架在地势陡峭区域现浇梁施工中取得很好的效果。

1.工程概况

四川省仁寿至屏山新市公路LJ19标段平乐互通匝道龙洞田左幅大桥为上跨斜坡路段及冲沟并下穿主线而设，桥梁宽度20m。上部结构第3～13孔采用钢筋砼现浇连续箱梁，其余采用预应力砼现浇连续箱梁，全桥共分8联：2m×20m+(12m+13m)+3m×13m+2m×(3m×16m)+2m×20m+3m×20m+2m×20m，两岸桥台及2#、4#、7#、10#、13#、15#、17#桥墩墩顶处设80型伸缩缝。结合桥位处地形和地质情况，下部结构采用柱式墩、桩柱式桥台，墩台均采用桩基础。

2.贝雷梁支架结构设计

支架立柱为530mm～10mm的钢管立柱，其中顺桥向布置3排，每排3根，间距为5.72m，横桥向钢管间距3.72m。钢管立柱基础为C30混凝土桩基础，桩基为1.5m。钢管立柱之间采用∠75mm×75mm×6mm角钢和10#槽钢作为联结系连接。立柱顶部安置56a双拼工字钢做为底分配梁，支架主梁采用单层321型贝雷梁，贝雷梁桁架横向宽度12.0m，横向间距为1.35m+9m×0.9m+1.35m。贝雷梁顶部设置14#工字钢，工字钢上设置B型盘扣架以便对梁底坡度进行调节。B型盘扣架规格为φ48mm×3.25mm，支架横桥向和顺桥向间距均为1.2m，盘扣架顶部设置10mm×10mm木方和15mm厚竹胶板做为梁体底模板。详见图1和图2。

图1 贝雷梁支架纵向结构设计图

图2 贝雷梁支架横向结构设计图

3.贝雷梁支架受力计算

3.1 钢管立柱受力计算

支架立柱最大支撑高度约h=16.5m。长细比λ=1650/21=78.6（小于容许值150），其对应稳定系数ψ=0.7（[4]《结构静力计算手册》附录3）。

每根钢管柱的工作能力：{N}=ψAf=0.725×297.9×2100=4379kN!

按最不利条件假定荷载，排架承受跨度为16m的箱梁钢筋混凝土重量，并按简支梁模型计算支反力。作用在排架上的荷载构成如下：

钢筋混凝土的重力Q1=13×16×26×1.2=6489.6kN；（按照最大横截面积13m2计算）。

工字钢、贝雷梁自重Q2：(162+76.5)×1.2=286.2kN;（贝雷梁每片重270kg，共12片；I56a工字钢106.27kg/m，共6根，单根长12m）。

其他活荷载：6.5×1.4×（11.62+9.95）/2×16= 1570kN。

则每跨排架承受的总荷载为：

Q=8346kN，钢管柱排架由9根钢管柱组成，每根钢管柱承受竖向荷载为：P=8346/9=927kN。

钢管柱工作能力4379kN＞927kN，符合要求。

3.2 贝雷梁受力计算

3.2.1 荷载计

（1）砼自重：按照最大横截面积13m3/m计算：13×26=338kN/m。

（2）施工人员：按照3kN/m2计算:3×11.62（顶板最宽）=34.86kN/m。

（3）模板、方木：按照2.5kN/m2计算:2.5×11.62（顶板最宽）=29.05kN/m。

（4）分配梁工字钢（14#）盘口架上下横向各1根：16.89×12×2=4.05kN/m。

（5）B型（Φ48.3mm×3.2mm）盘口架：2kN/m。

q=338+34.86+29.05+4.05+2=408kN/m

根据路桥计算手册附表二按照两等跨连续梁计算：

（1）最大剪力Q=0.625×q×l=0.625×408×7.1=1806kN。

（2）最大弯矩：M=0.07×q×l2=0.07×408×7.12=1440kN。

（3）跨中挠度：f=0.521×q×l4/100EI=0.521×408×7.14/(100×2.1×250497)=1.03cm。

3.2.2 贝雷桁架梁的物理几何指标（表1）

表1 贝雷桁架物理几何指标（根据交计发[1998]23号文）

3.2.3 确定贝雷桁架梁数量

各孔跨贝雷桁架梁需要数量见表2。

表2 各跨贝雷桁架梁需要量计算汇总表

按抗剪和抗弯强度检算比对，均以抗剪控制为主。

3.2.4 贝雷桁架梁的最大下弯挠度

孔跨贝雷桁架梁的最大下弯挠度计算结果见表3。

表3 各孔跨贝雷桁架梁 的最大下弯挠度验算汇总表

3.3 底分配梁2I56a工字钢力学计算（简支梁模型）

横桥向每排钢管柱上铺设2I56a工字钢，铺设最大间距7.1m（曲线外侧）；根据横向每根钢管柱间距，2I56a字钢最大跨度4.25m。

I56a工字钢参数：

Wx=2342cm，Ix=66576cm4，Sm=1368.8cm3，G=106.27kg/m。

根据钢结构设计规范（GB50017-2003）第13章支架计算[2]：

g2=（g1+gr）l1=（1.4×26+3）×7.1=279.7kN/m（以腹板位置最大处计算）。

（其中：g1为单位面积结构自重；gr为施工人员荷载；l1为相邻两纵梁之间的距离）

弯矩M1/2=g2l22/8=279.7×4.252/8=631.5kN·m。

（1）抗弯强度=M1/2/2W=631.5kN·m/（2×2342）cm=134.8＜174MPa=1.2[σw]=1.2×145MPa，强度满足要求。

（2）刚度f=5g2l24/384EI=5×279.7×42504/(384×2.1×105×66576×104×2)=4.25mm＜l2/400=10.6mm，刚度满足要求。

4.支架施工工艺及注意事项

4.1 支架施工工艺流程

混凝土桩基础施工→安装地脚螺栓→安装钢管立柱→安装钢管间联结系→安装底分配梁→安装贝雷梁→安装顶分配梁→安装盘扣式支架→安装底模。

4.2 主要施工工艺

4.2.1 桩基础施工

钢管柱基础采用C30混凝土桩基础，桩长6m，桩径1.5m。桩基采用人工挖孔桩进行成孔，成孔过程中需定时校核其中心位置，桩基中心与钢管立柱中心偏差不得超过50mm。挖孔到位后对孔深孔径孔底检查合格后方可进行下一步施工。

4.2.2 钢管立柱安装

（1）钢管立柱安装严格安装构件设计图施工，严格安装设计图组装顺序施工。

（2）构件制作应由钢结构专业人员施工、专业电焊工焊接，熔透焊和坡口焊接应达到焊接质量标准，严禁现场普通员工制作，确保杆件制作质量。

（3）钢管柱接长时，采用法兰对接接头。每根立柱设置8个地脚螺栓；调正位置后加固拧紧螺栓，固定钢管柱；然后焊接桁撑，桁撑在钢管柱之间横向、纵向均进行牢固连接，靠近墩身位置桁撑与墩柱进行固结，利用桁撑稳固N1钢管柱[3]。

（4）钢管立柱安装时至少要在2个方向采用经纬仪或全站仪对其垂直度进行校核，其垂直度偏差不得超过1%，偏差值不得超过10mm。

4.2.3 底分配梁安装

（1）钢管立柱安装完毕后在柱顶安装底分配梁，分配梁中心位置必须与立柱中心对其，保证其受力时不产生侧向水平力。

（2）分配梁接头必须在立柱顶部范围内，梁节分配梁采用2cm厚钢板作为加强板进行焊接，其腹板、底板和顶板焊接均需满焊。

（3）分配梁安装就位后在柱顶两侧焊接限位挡板进行固定，防止其产生水平位移。

4.2.4 贝雷梁安装

（1）贝雷片可在施工区域地面进行拼装，每两榀采用支撑架拼装为一组贝雷梁。吊装时在贝雷梁两侧各设置一处吊点进行吊装。详见图3。

图3 贝雷梁吊装示意图

（2）在底分配梁上标记出贝雷梁安装位置，吊装时需严格按照标记的位置进行摆放。

（3）贝雷梁之间的支撑架螺栓必须全部上满并拧紧，支撑架不同型号的需错开使用，避免接头位于相同位置处。

（4）使用特制U形螺栓，将L2主梁与L1主梁捆扎牢固。U形螺栓使用直径φ20mm钢筋制作。

4.2.5 盘扣式支架安装

（1）盘扣式支架进场后需对其材质规格进行抽样检查，符合要求后方可使用。

（2）盘口式支架立杆应采用不同长度规格进行搭设，相邻2个立杆接头不得在同一水平位置上[4]。

（3）盘扣式支架底部扫地杆距离底部距离不得大于30cm，顶部水平杆距离顶托距离不得大于40cm。

5.质量保证措施

（1）支撑架所用材料规格严格把控。特别是N1支撑柱所用钢管，其钢管直径、壁厚不得小于设计标准。钢管管壁不得有塌陷、开焊、弯曲、锈蚀等缺陷。如有质量缺陷，应先进行补强修复，经过修复后，仍达不到标准的，严禁使用。

（2）由于箱梁宽度不一致，临时桩基础间距、支撑柱的支撑位置、贝雷桁架梁的安装空间位置不一致、不对称，施工应准确测量定位、逐一核实，严防定位错误。

（3）底分配梁工字钢组拼梁及支撑架杆件、组装的焊接焊缝厚度、熔透质量、焊缝长度不得小于设计标准，接长的钢管支撑柱，应采用内衬管+外包箍拼接结构，确保接头同轴及等强度焊接重量。

（4）每孔支撑架安全高度、支撑柱长度，应根据每孔梁底标高、地面桩基高度情况，应根据每孔的具体结构尺寸逐一量测计算，避免施工发生错误。

（5）支架预留拱度，应根据支架预压沉落值和箱梁设计预应力预留拱度预留，现场技术人员应取得主体结构设计者的相关资料，酌情考虑，支架的调节高度可根据卸落支座调整。

6.结语

通过使用钢管贝雷梁支架使得在地势陡峭地区的现浇梁施工更加安全，避免了陡峭地势对支架所产生的安全隐患。减少了支架地基处理的范围，降低了施工措施费用，也减少了对周边地区的环境影响，保护了桥址周边的生态环境，此方法为后续类似施工提供了借鉴和参考。