刘鹏
北京市政路桥股份有限公司 北京市 100045
摘要：近年来，随着桥梁跨度的增大及设计安全性的提高致使桥梁上部结构截面高度增加，支架上部荷载增大，加之需跨越的障碍物越来越复杂，尤其在城市范围内跨越高等级公路、桥梁及河流时，支架“门洞”的跨度也日渐增大。
在寻求高荷载、大跨度的“门洞”过程中，大跨度贝雷梁平台支架体系以其跨越及支撑能力强、施工速度快、可重复利用等优点，应用前景逐渐显现。
通过京新高速公路（北京五环-六环）工程1标项目中的一个新建桥梁跨越既有桥梁的实例，通过满堂红支架法、工字钢门洞法和贝雷梁平台支架法几种方案比选，确定采用贝雷梁平台支架体系进行大跨度“门洞”的搭设，并通过对大跨度贝雷梁平台支架体系的设计与力学性能进行分析，同时对施工关键技术等相关问题展开专项研究，细化设计方案，总结施工要点，特别是针对预拱度的设置等问题进行专项研究，最终成功运用贝雷梁平台体系解决施工中的跨越问题。为今后贝雷梁平台支架体系在施工中广泛运用积累了经验。
关键词：贝雷梁；支架；门洞
引言
现浇预应力箱梁因设计灵活、施工简便、施工周期短及在结构安全性、耐久性等方面具有显著的优势，在城市桥梁中，特别是城市互通式立交中得到了广泛的应用。而城市桥梁中往往桥梁高度较低，施工场地较平整，因此在施工中经常采用最为常见的满堂红支架法搭设模板支架。在跨越道路、河流、管线、既有桥梁时经常采用搭设“门洞”的方式跨越障碍物。
随着桥梁跨度的增大，箱梁安全性的提高致使桥梁上部结构截面高度增加，支架上部荷载增大，加之需跨越的障碍物越来越复杂，尤其在城市范围内跨越高等级公路、桥梁、河流时，支架“门洞”的跨度也日渐增大。因此，如何在高荷载、大跨度情况下搭设强度、刚度、稳定性满足要求且兼具施工方便、绿色环保、节约成本等特点的支架“门洞”结构，减少“门洞”结构弹性和非弹性变形对箱梁纵断的影响，一直是桥梁上部结构施工中的热点问题。
在寻求高荷载、大跨度的“门洞”过程中，大跨度贝雷梁平台支架体系以其跨越及支撑能力强、施工速度快、可重复利用等优点，应用前景逐渐显现。本文通过一个项目中跨越既有桥梁的实例，对满堂红支架法、工字钢跨越法和贝雷梁平台支架法等方案进行比选，确定采用贝雷梁平台支架体系进行大跨度“门洞”的搭设，并对大跨度贝雷梁平台支架体系的设计与力学性能进行分析，同时对施工关键技术等相关问题展开专项研究，细化设计方案，总结施工要点，尤其是针对预拱度的设置等问题进行专项研究，最终成功运用贝雷梁平台体系解决施工中的跨越问题，为今后贝雷梁平台支架体系在施工中广泛运用积累经验。
1、工程概况
1.1工程背景
京新高速公路（北京五环-六环）工程1标（原京包高速公路）是京新高速公路与五环路在原五环路箭亭桥处设置的一座互通式立交桥。
本工程中H匝道桥上跨主线桥的情况，项目初期通过合理的施工组织计划和部署，安排上层匝道桥先行施工，再进行下层跨河主线桥施工。后由于工期调整，为避开汛期河道施工，决定先进行下层主线桥施工，再进行上层匝道桥施工。
图1-1 平面位置示意图
1.2工程结构形式
上层匝道桥上部结构为现浇预应力钢筋混凝土连续箱梁，梁高1.8m，箱梁顶面宽10.22m，悬臂宽度为2.0m，箱梁采用C50砼现浇。下层主线桥上部结构同样为现浇预应力钢筋混凝土连续箱梁，梁高1.6m，分为进出京两幅桥分离式设计，进京侧箱梁顶面宽16.76m，出京侧箱梁顶面宽20.72m，两幅桥间距6.5m，悬臂板宽度均为2m，箱梁采用C50混凝土现浇。两桥中线夹角为87°，上层匝道桥一桥墩位于清河主线桥两幅之间，平面位置如图1-1所示。
2、方案比选
通过对本工程特点进行分析，制定了满堂红支架法、工字钢门洞法和贝雷梁平台支架法三种实施方案，对方案进行比选。
2.1满堂红支架法
满堂红支架法是箱梁施工中比较常见的支架施工方法，项目部首先提出采用传统的满堂红支架法进行模板支架搭设。
（1）方案设计
具体方案是待下层主线桥箱梁浇筑完毕并进行预应力张拉后，在桥上铺设大板，然后搭设满堂红支架，满堂红支架按常规方法搭设。
图2-1 
满堂红支架法立面图
（2）方案分析
采用满堂红支架法搭设时，上层匝道桥施工荷载由支架传至下层主线桥，经与设计部门沟通并经验算，下层主线桥不具备承载上层匝道桥施工荷载的能力，所以此方案不可行。
2.2工字钢门洞法
由于工字钢门洞搭设快捷、成本较低，在施工中经常被采用。
（1）方案设计
具体方案为：浇筑条形混凝土基础，在基础上设置钢管柱支墩，支墩顶面采用常规的最大型号63型工字钢搭设门洞，进京侧门洞净跨度22m，出京侧门洞净跨度18m，两侧工字钢间距均为0.2m。在工字钢上方根据碗扣支架搭设间距铺设10×10方钢，方钢与工字钢之间采用8#铅丝绑扎牢固，然后在方钢上搭设满堂红支架。
图2-3 贝雷梁平台支架法立面图
（2）方案分析
现浇支架施工采用在贝雷梁平台上搭设碗扣支架方案，施工荷载由碗扣支架直接传递至贝雷梁平台，然后由贝雷梁平台经贝雷支墩传递至地基基础。按照在腹板下采用五排双层加强型，其余位置采用三排双层加强型贝雷梁布置。受力计算按最不利的腹板位置计算，简化结构简支梁上受均布线荷载，经验算，弯矩、剪力及跨中挠度均满足规范要求，方案可行。
3、深化设计方案
贝雷梁平台支架方案确定后，针对此方案，结合现场施工条件，对设计方案进行优化。
3.1钢筋混凝土条形基础设计
贝雷架支墩基础采用混凝土扩大基础，基础采用0.4米厚C25现浇混凝土基础，基础长13米，宽3米。
基础上预埋排架式贝雷架支墩连接件，用于连接排架式贝雷架支墩。
图3-1 基础平面图
3.2贝雷梁桁架组合设计
上层匝道桥现浇预应力连续箱梁为单箱双室形式，箱梁高1.8m，顶面宽度10.22m，底面宽6.22m，桥梁中线与清河主线桥中线夹角为87°。考虑现浇箱梁上部荷载及梁桥夹角均较大，因此采用贝雷梁与清河主线桥垂直布置。进京侧贝雷梁跨度18.6m，采用3×7=21m贝雷梁搭设，出京侧贝雷梁跨度22.6m，采用采用3×8=24m贝雷梁搭设。
根据荷载统计及贝雷梁承载力验算，确定两幅均采用6榀三排双层加强型和3榀五排双层加强型贝雷梁。三排双层加强型贝雷梁排间距0.45m，五排双层贝雷梁排间距0.225m。9榀贝雷梁每榀宽度0.9m，榀与榀间距0.45m，如图3-2所示。
图3-2 贝雷梁布置断面图
3.3贝雷梁支架平台支墩设计
贝雷支墩采用贝雷片拼装而成，贝雷梁平台每侧设置5个支墩，各支墩间距2.725m。支墩由5片贝雷片间距0.225m拼装而成，横向采用90支撑片连接，支墩高度4.5m，外形尺寸0.9m×1.5m。
贝雷支墩上方设置5跟25b工字钢上顶梁，顶梁上方铺设3根45b工字钢并排焊接而成的托梁，顶梁及托梁上方均设置挡块防止滑动。
贝雷梁支墩基础采用钢筋混凝土条形基础，基础尺寸4m×13m，厚度0.4m，采用C25混凝土现浇，基础内预埋贝雷支墩连接件。贝雷支墩如图3-3所示。
图3-3贝雷梁支墩
3.4上部碗扣支架设计
贝雷梁平台上方根据碗扣支架搭设间距铺设10×10方钢，方钢与贝雷梁之间采用8#铅丝或U型螺栓固定牢固，方钢上方安放碗扣支架底托。
贝雷梁上方模板支架采用Φ48×3.0规格的碗扣支架作为箱梁的支撑体系，满堂矩阵型支法，顺桥向间距为90cm，横桥向间距为60cm，中隔梁、横隔梁处为60×60，横杆竖向步距1.2m，在底层与上层各设步距0.6m的四排。纵横每5～7根立杆布置剪刀撑一道，横杆6根设一道，与地面的夹角为45°，剪刀撑与水平杆或立杆交叉点均应用旋转扣件扣牢，钢管长度不够时可用双扣件搭接。
3.5预拱度设置
由于贝雷梁平台支架体系是一个组合体系，施工中可能造成变形的因素较多。因此施工前准确的通过计算贝雷梁变形值并根据变形值调整碗扣支架的搭设预拱度，是保证箱梁纵断高程满足设计要求的重要保证。贝雷梁的变形包括贝雷梁弹性变形和非弹性变形。
（1）贝雷梁弹性变形计算
贝雷梁的弹性变形是指贝雷梁受压弯曲挠度产生的变形。
计算时首先计算上部荷载，上部荷载考虑砼荷载q1、模板荷载q2、施工荷载q3、砼振捣q4、支架自重q5，按照的荷载组合进行计算。
计算出上部荷载后，计算贝雷梁挠度；
挠度计算公式：
（I由《装配式公路钢桥多用途使用手册》查得）
（2）贝雷梁非弹性变形计算
贝雷片间的连接采用销接，由于销与孔间存在着设计间隙Δ，桁架受载后两者之间的相对位移会引起结构的非弹性挠度，该项挠度又称为错孔挠度。国产贝雷片孔与销间的设计间隙为0.5mm。
单层贝雷销接处因错孔而产生的斜面转角
根据《装配式公路钢桥多用途使用手册》提供的公式，简支贝雷梁非弹性挠度计算公式如下：
（1）当贝雷片节数为奇数时：
（2）当贝雷片节数为偶数时：
式中：n为贝雷片节数，d为常数，对单层贝雷梁d = 0.3556cm，对双层贝雷梁d =0.1717cm。
（3）、确定预拱度
根据上述贝雷梁弹性变形、非弹性变形计算结果，结合地基及上部满堂红支架的经验沉降值，最终确定合理的支架预拱度。
4、施工及质量控制要点
4.1施工工艺流程
图4-1 贝雷梁平台施工工艺流程图
贝雷梁平台支架施工工艺流程主要有：地基处理及承载力测试、钢筋混凝土基础施工、贝雷梁支墩拼装及支墩吊装、贝雷梁单榀拼装及吊装、方钢铺设及模板支架搭设、贝雷梁平台拆除等内容，具体施工工艺流程见图4-1所示。
4.2贝雷梁平台施工要点
（1）由于贝雷梁平台上部荷载和跨度均较大，因此传至地基基础的荷载值较大，因此地基处理是贝雷梁平台施工的重点。施工时先清除地表腐殖土及挖出不适宜材料，分层换填砂砾或二灰并分层压实，压路机压不到的部位采用冲击夯夯实，以保证回填质量。地基处理后，进行承载力测试，要求承载力必须大于设计值，否则需根据测试结果重新处理。
（2）贝雷梁支墩预埋件埋设位置精确度要求高，支墩位置需采用经纬仪放线，放线后栓桩牢固，混凝土浇筑完毕后立刻进行复测以保证拼装支墩的顺利安装。
（3）贝雷梁组件搭设均为铰接，销子用量大，贝雷片之间连接销子是否齐全、是否上保险销、端头顶梁安装是否牢固是质量控制重点。
（4）贝雷梁平台上碗扣支架调整时，先安装碗扣支架底托和底层支架，经测量准确后方可继续往上搭设碗扣支架。
（5）箱梁浇筑期间为保证施工安全，需在预压观测点继续进行持续监测，发现非正常位移时应立即停止箱梁浇筑施工，查明原因后并妥善处理后方可继续施工。
贝雷梁平台搭设完毕后的现场照片如图4-2。
图4-2 搭设完成后的现场照片
5、实际施工效果
根据上述贝雷梁平台支架体系的设计及施工控制，施工完成后箱梁各项技术指标均满足设计及相关规范、标准的要求，取得了满意的效果。该贝雷梁平台支架体系的运用，为今后更好的运用贝雷梁进行支架搭设积累了宝贵经验。
结语
通过贝雷梁平台支架体系在本工程中的应用，得出了贝雷梁平台支架可以解决大跨度、高荷载支架施工问题。在此基础上，详细分析了贝雷梁平台受力特点、搭设形式及预拱度设置、施工工艺及要点等关键问题。通过研究得到以下主要结论：
1、贝雷梁平台能够应用在支架跨越公路、桥梁、河流、管线等障碍物的施工中，实现更大跨度、更大荷载的箱梁模架施工。
2、贝雷梁平台跨度和上部荷载均较大，贝雷梁跨中将产生较大的变形。因此必须预先计算贝雷梁变形值并根据变形值调整碗扣支架的搭设。贝雷梁弹性变形和非弹性变形叠加后可以得到箱梁浇筑时贝雷梁的计算变形量，把计算变形曲线和箱梁普通预拱度叠加可以获得箱梁预拱度实际设置量，据此可以亦可调整贝雷梁平台上部碗扣支架搭设，保证箱梁浇筑时支架稳定。
3、贝雷梁平台地基处理、基础预埋件、贝雷梁组件拼装是贝雷梁平台施工中的重点，也是施工质量控制的关键点。
参考文献：
[1]黄绍金，刘陌生.装配式公路钢桥多用途使用手册[M].北京，人民交通出版社，2001.6
[2]吴文迪，尹玉林，曲任权.现浇箱梁跨206 国道支架门洞设计与施工[J]. 公路交通科技应用技术版，2009（02）.
[3]石治峰.抱箍+贝雷梁现浇箱梁支架施工技术及受力计算[J].山西交通科技，2010（03）.
论文作者:刘鹏
论文发表刊物:《防护工程》2018年第24期
论文发表时间:2018/12/10
标签：支架论文; 荷载论文; 门洞论文; 满堂红论文; 工字钢论文; 桥梁论文; 挠度论文; 《防护工程》2018年第24期论文;