积水沟槽内管桥板梁临时支承结构设计

龚波

［贵州省水利投资（集团）有限责任公司，贵州贵阳 550000］

1 工程概述

1.1 项目情况

荒田沟倒虹管管桥为贵州省夹岩水利枢纽及黔西北供水工程管道引水简支桥，起讫里程为倒2+248.712—倒2+408.712，桥长160m，共计13 跨，每跨长12m。管桥主要由承台基础、排架、槽台、板梁及管道垫座组成，上部布置双管输水管管材为离心球墨铸铁管（K9 级）DN2200，其中板梁由主梁、次梁和面板3 个部分组成。

1.2 地质条件

桥址位于王家槽沟槽内，沟槽内地下水发育丰富，淤泥沉积较厚，淤泥厚度0~4m，下伏基岩为中厚层灰岩和白云岩夹泥岩，岩体强风化厚度为4~7m。

2 临时支承方案比选

2.1 方案优缺点

荒田沟倒虹管管桥施工的难点主要为板梁施工，类似工程常采用满堂支架法或横穿钢棒法[1]。两种方法的优缺点如下。

2.1.1 满堂支架法施工优、缺点

（1）满堂支架施工优点。①在进行板梁施工时，会将大部分荷载传递给支架，对排架产生的影响较小，有效地提高施工质量。②在施工过程中，可根据实际的施工需求来对作业平台进行加宽或变窄处理，具有较强的稳定性和安全性。

（2）满堂支架施工缺点。①对地基的稳定性要求较高，因该工程位于沟槽内淤泥厚度0~4m，需对地表淤泥进行开挖后进行硬化处理，这将会投入大量的人力、物力，增加工程成本。②需采用静载试验来消除支架的变形量。由于试验时间较长，需投入大量的人力、物力，增加工程成本，不适用于工程周期较紧的施工项目。

2.1.2 横穿钢棒法施工优、缺点

在进行横穿钢棒法施工时，首先需在排架内部预留出孔洞，在孔内穿入钢棒，并且板梁自身的重量和所有的施工荷载都会传递给钢棒和排架，然后将其传递给地基。采用此方法来进行施工，主要受力部件是钢棒和贝雷梁。

（1）横穿钢棒法施工优点。横穿钢棒法主要适用于高排架柱或桩基处于河流中的桥梁，施工过程便捷，效率高，能够有效地节省人力、物力和财力，确保工程进度，保证施工质量。

（2）横穿钢棒法施工缺点。在排架柱内埋设预留孔时，会给施工人员的工作带来一定难度。在板梁施工完成后，需对孔洞进行二次浇筑，这会直接影响排架柱的美观度和质量。

2.2 方案选择

荒田沟管桥板梁距原始地面高差仅有3~7m，施工时间为2018 年5—7 月。受所处地区汛期影响，沟槽内长期积水，最大可淹没至板梁下2.9m 处。满堂支架施工时，需要将沟槽内积水排干，耗时耗工，且地基将长期处于水中，承载力和稳定性受到较大影响，其在安全、工期、经济不可控。针对汛期特点、沟槽地势情况，通过现场调查研究和方案比选，决定采用横穿钢棒法进行板梁施工，能够有效地提高施工效率。结合现场实际情况，详细比较两种方案，如表1 所示。

表1 满堂支架与横穿钢棒法对比

3 临时支承结构设计

横穿钢棒法采用90 型贝雷梁支架，每跨（12m）由16 片标准节和4 片1m 长节段组合。在排架柱上设置牛腿，采用40Cr 调质材质φ36 销棒进行稳固，贝雷梁置于牛腿上。贝雷梁上采用I12 工字钢作为分配梁，每根长7.2m，间距：主梁对应部位为60cm，次梁对应部分为30cm。贝雷梁间设置φ48×3.5mm 钢管剪刀撑，每跨设置4 处；贝雷梁与分配梁间采用U 型卡连接，使之形成整体，作为横联，增强整体稳定性。

贝雷梁在施工场地拼装完成后由25t 吊运安装，贝雷梁及连接件螺栓在安装时要拧紧。

贝雷梁及分配梁安装完毕后，在分配梁上搭设φ48×3.5mm 脚手架钢管。所有杆件均采用3 扣件搭接，搭接长度不小于100cm，钢管立杆、大横杆的接头应相互错开。脚手架顶设置顶托，用以调整标高。顶托上铺设10cm×10cm 方木，然后再进行模板安装。

脚手架外侧设剪刀撑，剪刀撑与地面的倾斜角度控制在45°~60°，剪刀撑的两端除用回转扣件与脚手架的立杆扣紧之外，中间还要增加2~4 个扣结点，与相交的杆件扣紧。

脚手架的外侧、通道和作业平台均搭设1m 高防护栏，并且挂满密目安全防护网，安全网距离工作面的最大高度不得超过3m。操作平台上均满铺一层竹马道板，马道板采用铅丝绑扎牢固。

4 支架验算

4.1 物理力学参数及计算指标选取

根据相关规范及类似工程要求，选取支承结构中各部分材料的物理力学参数（支架参数、荷载参数、截面几何特性）及计算指标，如表2~表5 所示[2-4]。

表2 支架参数

表3 荷载参数

表4 截面几何特性

表5 计算指标

4.2 贝雷梁顶横梁计算

贝雷梁顶横梁采用I12，用来分配钢管支架立杆轴向力。纵向间距上，主梁对应部位为60cm，次梁对应部分为30cm。分别对两种间距的横梁进行计算。

4.2.1 贝雷梁顶横梁荷载组合

（1）60cm 间距。60cm 间距梁体截面如图1 所示。

图1 60cm 间距梁体截面（单位：cm）

G1K=25×0.6×0.2/1.2=3kN/m/18kN/m，G2K=0.5×φciQik，q=1.35×（G1K+G2K+G3K）+0.7×1.4×Q1K=5.71/27.82kN/m。

梁体两侧悬臂处按集中荷载进行加载，单侧悬臂0.9m，则P=0.9q=5.14kN。

在Midas civil 中建立横梁模型，60cm 间距横梁荷载分布如图2 所示。

图2 60cm 间距横梁荷载分布（单位：kN/m2）

（2）30cm 间距。30cm 间距梁体截面图如图3 所示。

图3 30cm 间距梁体截面（单位：cm）

G1K=（25×0.2×0.6+3÷0.6×0.25）/（25×0.2×1.2+18÷0.6×0.25）=4.25/13.5kN/m，G2K=0.5×0.45kN/m，G3K=5%G1K，Q1K=1.5×0.45kN/m，S（G1K+G2K+G3K）+0.7×1.4×Q1K=6.99/20.1kN/m。

梁体两侧悬臂处按集中荷载进行加载，单侧悬臂0.9m，则P=0.9q=6.29kN。

在Midas civil 中建立横梁模型，30cm 间距横梁荷载分布如图4 所示。

图4 30cm 间距横梁荷载分布（单位：kN/m2）

4.2.2 强度计算

（1）60cm 间距的横梁。σmax=65.0MPa<[σ]=205MPa，满足要求。

（2）30cm 间距的横梁。σmax=79.4MPa<[σ]=205MPa，满足要求。

4.2.3 挠度计算

fmax=1.62mm，<【f】=1400/400=3.5mm，贝雷梁顶横梁挠度满足要求。

4.3 贝雷梁计算

根据贝雷梁布置情况，用条分法进行荷载分配，由于各组分配梁体截面积近似相等，因此将整体荷载均分给各排贝雷梁，用Midas civil 2015 建立贝雷梁模型进行计算分析。

4.3.1 贝雷梁荷载组合

次梁部分：梁体截面积S=5.16m2。

无次梁部分：梁体截面积S=2.68m2。

4.3.2 单跨贝雷梁计算

经计算，贝雷梁最大应力值为181N/mm2<[σ]=273N/mm2，弦杆最大内力384kN<560kN，竖杆最大内力182kN<210kN，斜杆最大内力121kN<171.5kN，最大挠度20.95mm<12000/400=30mm，各项参数均满足要求。

4.3.3 双跨贝雷梁计算

经计算，最大应力值为151N/mm2<[σ]=273N/mm2，弦杆最大内力330kN<560kN，竖杆最大内力209kN<210kN，斜杆最大内力149kN<171.5kN，最大挠度12.1mm<12000/400=30mm，各项参数满足要求。

4.4 牛腿销棒计算

根据单双跨贝雷梁计算模型可得单个牛腿最大反力Rmax=211.9×2=423.8kN。

牛腿通过两根40Cr 调质钢棒穿过排架柱进行对拉。按轴心力作用下螺栓群的抗剪连接进行计算：Nbv=（牛腿钢板厚度取20mm），取1.92＞1.3，满足安全系数要求。

5 管桥板梁施工成果

荒田沟管桥板梁采用贝雷梁和钢棒作为临时支撑结构进行施工，在浇筑前进行了120%预压（水箱），从实践方面再次证明了该临时支架体系的强度、刚度、稳定性满足施工要求，同时消除了支架的非弹性变形，确保了板梁线型的有效控制[5]。

该管桥共计施工7 跨板梁，通过现场量测得出板梁线型偏差均不大于1cm。

6 结语

通过方案的对比优化、支撑结构设计和验算及预压，证明了该方案在汛期板梁施工的可行性。该临时支撑结构在本工程中得到成功应用，施工质量、安全、进度、成本等均得到有效保证，同时，为类似工程提供了一定的参考。