中铁六局集团路桥建设有限公司
摘要：根据新建大同至西安客运专线铁路皇后园跨原太高速公路特大桥双层加强型贝雷梁支架施工经验,通过计算荷载及受力，分析施工流程，介绍了加强型贝雷梁支架现浇箱梁施工技术,以供参考。
关键词：箱梁；双层加强型贝雷梁支架；钢管立柱
1工程概述
新建大同至西安客运专线铁路皇后园跨原太高速公路特大桥起止里程DIIK253+857.77～DK259+964.24，桥梁全长6106.47m，孔跨为（21-24m）+ （157-32m）简支梁及2-（60+100+60）m连续梁。其中153#-162#、164#-165#共10孔，墩身高度在10至15m，地势不平坦且跨路和障碍物，因此本段32.7m简支箱梁采用钢管立柱+贝雷梁的现浇支架法施工。
现浇简支梁梁长32.6m，计算跨度31.5m，梁宽12.0m，截面类型为单箱单室等高度简支箱梁，箱梁底宽5.5m，梁部中心高3.05m。顶板厚度300～610mm，底板厚度280～700mm，均按折线变化。腹板厚450～1050mm，为斜腹板，腹板外侧上部圆弧半径750mm，下部圆弧半径300mm。支座中心纵向距梁端砼面550mm，同一端两支座横向中心距为4.5m，32m现浇简支梁采用5000KN支座。梁体混凝土强度等级为C50，箱梁砼设计标号C50，设计混凝土方量约：324.56m3。简支箱梁断面图如下图1：
2施工方案选定
皇后园特大桥现浇梁，采用钢管柱贝雷梁支架现浇进行施工。152#-160#、161#-162#、164#-165#为双层贝雷梁，按照承台结构尺寸，确定采用三种跨度结构形式，分别为29.5m、29m和28.5m。
双层贝雷梁支架现浇施工纵向设计2排钢管立柱，钢管立柱支撑与承台上；承台钢管柱直径为Φ609mm，壁厚16mm，立柱标准节配6m、4m、2m、1m、0.5m、0.3m、0.2m管节，根据梁高采用不同管节进行配备，立柱顶、底部采用法兰进行连接。每排4根，排柱中心间距为3m，各排钢管之间连接系采用20#槽钢连接；立柱顶部利用钢楔块来调整标高和落架。钢楔块顶面用三拼Ⅰ56a工字钢做分配梁；分配梁上布设双层贝雷梁20榀，贝雷梁全部增设加强弦杆，贝雷片横向采用标准支撑架及角钢进行连接；贝雷梁上部布设I20b工字钢做分配梁，工字钢上铺设10cm×10cm方木，其上部再安装模板，模板采用15mm厚竹胶板，上部进行现浇梁梁部施工。
3荷载计算
3.1竖向荷载
（1）现浇支架上主体结构自重荷载为830t；
（2）施工人员、施工料具运输、堆放荷载按2.0kN/m2计；
（3）模板按2.0kN/m2计；
（4）混凝土振捣荷载按2.0kN/m2计，混凝土倾倒冲击荷载2 kN/m2；
工况一（支架强度计算）：按1+2+3+4+5组合（总计1193t）进行计算；
工况二（支架刚度计算）：按1+3+5组合（总计1074t）进行计算。
3.2水平荷载
水平荷载主要为风荷载。参照当地气象条件，本桥施工过程中的验算基本风速按10年一遇取，10年一遇的基本风速为：V=25.6m/s。
按《铁路桥涵设计基本规范》（TB10002.1-2005）进行风荷载的计算，风压计算公式为：
式中，K1为风载体形系数，按矩形截面短边迎风，1.2取；
K2为风压高度系数，墩高均小于20m，按1.0取；
K3为地形、地理条件系数，按1.0取；
W0为基本风压：
计算风压：
经计算，现浇支架风荷载总合为54.5kN，外侧模板所受风荷载为48.2kN。
4结构设计受力计算
单跨（钢管立柱+双层贝雷梁）现浇施工支架，贝雷片与支撑架设计时，横桥向布置20榀，每榀之间采用0.45m、0.9m标准间距支撑架连接，梁端部采用2m、2.5m和3.0m的加强型贝雷片，中间采用标准3.0m贝雷片。贝雷梁支承在钢管桩顶部的横向分配梁上，钢管立柱则支承在承台上。
4.1贝雷片计算
贝雷片为桁架式结构，由弦杆、竖杆和斜杆组成，根据受力情况，在钢管立柱墩顶设置了加强竖杆贝雷片。腹板下贝雷梁最大间距为225mm，单片对应计算荷载为20kN/m，顶底板下贝雷梁最大间距为900mm，单片对应计算荷载为28.26 kN/m。
经计算，贝雷片弦杆最大内力为380kN，位于系杆下方处贝雷梁弦杆，小于560kN，贝雷片弦杆受力满足要求。
贝雷片斜杆最大内力值为137kN，位于支座处，斜杆内力小于171.5kN，贝雷片斜杆受力满足要求。
贝雷片加强竖杆最大轴力为379kN，小于510 kN，贝雷片加强竖杆受力满足要求。
加强竖杆上端的竖杆最大129kN，小于210kN，受力满足要求，不需加强。其余贝雷片竖杆最大轴力为70kN，小于210 kN，贝雷片竖杆受力满足要求。
5施工工艺流程
测设钢管柱轴线位置→吊装安装钢管立柱→安装钢楔块→安装主分配横梁→安装贝雷梁→安装小分配梁→安装10cm×10cm方木纵梁→安装模板→支架预压→现浇梁钢筋安装与浇筑→张拉压浆→拆除贝雷支架。
5.1双层贝雷梁施工
5.1.1钢管柱基础
钢管柱与基础连接采用两种方式，未施工承台在承台浇筑前预埋法兰钢板与Φ20钢筋端头套丝，通过双螺母固定连接，预埋钢板顶面低于承台顶面2cm，施工完毕后用水泥砂浆将钢板进行封堵；已施工承台采用在承台钻孔，埋入膨胀螺丝与钢管柱法兰盘连接。
5.1.2贝雷支架拼装
双层贝雷梁立柱采用Φ609螺旋钢管，壁厚为16mm，根据梁底高程推算立柱高度，立柱高度用标准管节为6m、4m、2m、1m、0.5m、0.3m、0.2m，采用25T汽车吊对钢管立柱进行吊装施工，施工过程中使用线坠和水平尺调整钢管垂直度，钢管与基础采用预埋的地脚螺栓相连，双螺母加固。钢管柱剖视见图6：
立柱钢管横向之间设置20b槽钢剪刀撑作为连接件，每道剪刀撑连接高2.5m，连接角度按45°进行布设。每排钢管柱两侧搭设一排脚手架，作为支撑焊接施工平台。每排脚手架设置剪刀撑间距不小于3m。
安装时把每根钢管立柱用吊车吊装就位，钢管底法兰与承台钢筋混凝土基础预埋螺栓连接牢固，每排4根钢管柱用槽钢栓接成一体，安装落模楔块与钢管上垫板焊接，吊装主分配梁与钢楔块焊接连接，再将贝雷梁安装到主分配梁上，上下两层各20榀贝雷片安装加强弦杆后用花窗连接后吊装就位，横向用20#槽钢间距3m将贝雷梁连接成整体，使各构件通过不同连接方式，装配成一套稳定支架。
防止支架纵向倾斜，利用浇筑好的墩台，墩身侧面预埋钢板，利用扶臂与钢管柱纵向进行连接。
（1）钢管柱安装校正
钢管柱柱脚板的位移调整以基面中线与柱身中线对齐为标准，如有偏差，可用千斤顶往反方向调整，钢管柱垂直度的校正采用两台全站仪分别位于相互垂直的的轴线控制线上，精确对中整平后，后视前方的同一轴线控制线，并固定照准部，照准钢管柱头上的标尺并读数，判断校正方向并指挥吊装人员对钢管柱进行校正，直到两个方向上都校到正确位置。
吊车将钢管按设计位置就位，用螺母与钢管柱法兰盘连接，采用双螺母。承台上的钢管安装好后，用20b槽钢通过焊接将钢管柱横向连接成整体。
（2）安装钢楔块
采用钢楔块作为脱模落架的手段，钢楔块设置于钢管立柱顶部和工字钢横梁之间，底部与钢管焊死。钢楔块采用工厂加工，现场焊接，钢楔块主要为落架使用，不作为调整标高的主要方法。
（3）工字钢横梁安装
钢管柱顶分配梁采用工厂加工，分配梁用3根Ⅰ56a工字钢并焊做为横梁分配梁，横桥向放在钢楔块顶部。钢楔块与分配梁连接处焊接，防止工字钢移动。
（4）贝雷架安装
先将贝雷片在地面上按设计片数拼装，并分两组联结好。在工字钢横梁上按设计间距，将各组贝雷架的位置用油漆标好。用70t吊车将已联结好的贝雷架按先中间后两边的顺序吊装到位，双层贝雷梁安装采取先安装下层，再安装上层的顺序进行，安装上层贝雷梁时吊车配合与下层贝雷梁进行对位连接，确保每个螺栓孔都有效连接。贝雷梁与主分配梁连接端部设置加强竖杆，加强竖杆由[8双拼加缀板焊接，竖杆顶进贝雷片上下横梁，保证共同受力。为提高贝雷架的整体受力及加强贝雷架的稳固性，采用[20cm的槽钢连杆横桥向将贝雷架联结成整体，贝雷梁上下两层设两道连杆，连杆和贝雷梁用U型卡连接固定。
（5）分配梁安装
贝雷梁上部铺设13m长I20b工字钢作为梁底分配横梁，根据贝雷梁结构的特点，横梁间距按照贝雷梁节点进行布设。为方便箱梁两侧翼缘板下部支架搭设，横梁上部翼缘板下方铺设I20b工字钢纵梁，纵梁横向间距600mm，与上部支架间距相同。
5.2 支架预压
5.2.1预压方法
预压采用混凝土块或砂袋进行压重的方式进行，预压材料直接吊放到支架底模板上进行预压。支架预压荷载为支架所承受最大施工荷载的110%。加载分级进行，加载过程分三级：0→60%→100%→110%，卸载反之。每级加载完成1h后进行支架的变形观测，加载完毕后间隔6h测量一次变形值。预压卸载时间以支架地基沉降变形稳定为原则确定，最后两次沉落量观测平均值之差不大于2mm时，即可终止预压卸载。荷载分布与箱梁施工荷载分布相同，并及时进行测量、观测，加载的顺序尽量接近于浇筑砼的顺序，不可随意堆放。
5.2.2预压前的检查
（1） 检查贝雷架各构件联接是否紧固，金属结构有无变形，各焊缝检测是否满足设计规范的要求。
（2）检查贝雷架的立柱与桥墩间的连接是否牢固。
（3）照明充足，警示明确。
5.2.3预压加载过程中应注意的问题
（1）对各个压重荷载必须认真称量、计算和记录，并由专人负责。
（2）所有压重荷载应提前倒运至方便起吊运输的地方。
（3）在加载过程中，要求详细记录加载时间、吨位及位置，要及时通知测量组做现场跟踪观测。未经观测不能进行下一级加载。每完成一级加载应暂停一段时间，进行观测，并对贝雷架进行检查，发现异常情况应及时停止加载，及时分析，采取相应措施。如果实测值与理论值相差太大应分析原因后再确定下一步方案。
（4）加载全过程中，要统一组织，统一指挥，要有专业技术人员及负责人现场协调。
5.2.4观测点布置及沉降观测
（1）观测点布置
顺桥向设置5个断面，横向每个断面设7个观测点，具体点位布置见观测点位布置示意图：
（2）变形观测
观测采用高精度水准仪和毫米塔尺进行观测沉降。为减小人为观测误差，应定人、定仪器观测，观测时间选择在早晨或傍晚，避免在强光、高温时进行。
加载前测量观测点原始标高，每级加载完成静载后分别测设支架和基础的沉降量、支架的变形量，做好记录。满载后，每隔6h时监测记录各监测点的位移量，当相邻两次监测位移平均值之差不大于2mm时，方可卸除预压荷载。
在梁体浇注的过程中，要对支架做变形控制观测。支架沉降观测数据一定要及时准确，从而来判定支架的安全稳定。一旦观测结果过大或出现不正常情况时，要立即停止预压，并让梁体上作业的人员全部离开现场，并继续进行沉降观测。根据结果分析原因，制定切实可行的办法后再进行施工。
5.2.5预拱度设置
考虑到在支架上浇筑混凝土、施工及拆架后，上部结构要发生一定的下沉，产生一定的挠度，施工时采取预留预拱度控制，预拱度主要考虑以下因素：
（1）由梁体自重、二期恒载、混凝土收缩徐变、预应力施加等引起的梁体竖向挠度δ1。
（2）支架在浇筑荷载作用下的弹性压缩δ2。（通过预压测量）
（3）支架在荷载作用下的非弹性压缩δ3。（通过预压消除）
（4）支架自重作用下的非弹性沉陷δ4。（通过预压消除）
预拱度根据上述计算之和确定最大值，设于跨中，其它各点按二次抛物线计算分配确定。
5.3 钢管柱贝雷梁支架拆除
5.3.1拆除方案
箱梁浇筑完毕，张拉压浆完成且在预应力管道注浆强度达到设计85%以上，并征得监理工程师同意后，方可拆除支架、底模板。
（1）混凝土梁预应力张拉后在设计位置安装贝雷梁下放系统，各下放点预拉15t；下放系统由连续千斤顶和钢绞线组成。
（2）将贝雷支架支承的各分配梁均与贝雷梁临时连接，拆除支架贝雷梁底垫梁；
（3）拆除钢管立柱及连接系，利用下放系统下放贝雷梁及模板系统，考虑线路纵坡影响，可先放松高处两点，待贝雷梁水平后，再四点下放；
5.3.2拆除注意事项
（1）拆除前应先清除杂物及地面障碍物；
（2）拆除作业必须由上而下逐层拆除，严禁上下同时作业；
（3）拆除过程中，凡已松开连接的杆件、配件应及时拆除运走，避免误扶、误靠；
（4）拆下的构件应以安全方式吊走或运出，严禁向下抛掷；
（5）为保证各点千斤顶同步性，四个千斤顶油泵并联供油；
（6）支架下放作业应在6级风以下天气进行。
6钢管柱贝雷梁支架安装质量保证措施
基础施工前，必须由测量人员放线，放线误差不得大于1cm。对基础上预埋件标高认真符合，保证准确。并对施工人员进行交底。
（1）支架钢管柱加工完成后，必须对钢管的直径、壁厚进行检查，不符合要求的，不得用于支架安装。
（2）支架钢管柱所采用的钢管在加工后，厂家必须提供合格证和材质报告。
（3）基础混凝土施工必须振捣密实。
（4）钢管立柱安装时必须接缆风绳，缆风绳所用的钢丝绳直径不得小于Φ12.5mm。
（5）钢管立柱安装时，采用全站仪并辅以线锤进行垂直度控制，其垂直度偏差不得大于L/1000。
（6）连接系采用与钢管之间必须满焊连接且焊接牢固。
（7）钢管支架在安装完成后必须全面检查验收。
结束语
施工实践证明， 以上支架现浇箱梁的设汁方法和施工控制措施是科学的、合理的，取得了良好的质量效益和经济效益，在类似现浇箱梁的施工中可以借鉴。
论文作者:黄志军
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2018年第6期
论文发表时间:2018/7/18
标签：钢管论文; 支架论文; 荷载论文; 预压论文; 立柱论文; 工字钢论文; 分配论文; 《建筑学研究前沿》2018年第6期论文;