■孫可平

(福建開輝市政建設(shè)有限公司，福州　350000)

高速公路現(xiàn)澆鋼筋混凝土箱梁貝雷片支架設(shè)計與施工

■孫可平

(福建開輝市政建設(shè)有限公司，福州350000)

本文結(jié)合京臺高速公路JTA3標(biāo)東橋互通E匝道橋現(xiàn)澆箱梁施工，簡要介紹了貝雷支架現(xiàn)澆鋼筋混凝土箱梁的施工工藝，論述了現(xiàn)澆梁的支架設(shè)計、安全檢算等工序的施工要點(diǎn)。

現(xiàn)澆貝雷片支架設(shè)計與施工

1　工程概況

東橋互通E匝道橋位于福建省閩清縣境內(nèi)，為京臺高速公路（福州段）JTA3標(biāo)東橋互通工程，橋長302米，上部結(jié)構(gòu)采用（3×20+3×20）m連續(xù)現(xiàn)澆箱梁結(jié)構(gòu)+（4×25+3×25）m PC連續(xù)T梁結(jié)構(gòu)，其橫向布置為0.5m（防撞護(hù)欄）+8m（行車道）+0.5m（防撞護(hù)欄）。橋墩采用柱式墩，起點(diǎn)橋臺為肋板臺，終點(diǎn)橋臺采用板凳臺，基礎(chǔ)采用鉆孔灌注樁。

2　貝雷片支架方案設(shè)計

根據(jù)現(xiàn)場地形實際情況，本項目采用鋼管、貝雷梁作為現(xiàn)澆箱梁支架，利用已施工的承臺作為鋼管支撐點(diǎn)，架設(shè)鋼管貝雷支架。支架立柱采用Φ406mm×6mm鋼管每3m用［8槽鋼焊接成剪刀撐，立柱間距250cm，并且立柱高度大于9m的在立柱中部設(shè)置與墩柱間的抱柱箍 （抱箍間距不大于9m），鋼管接頭宜采用法蘭機(jī)械連接。1～6號墩每跨每墩承臺上設(shè)置4根，鋼管立柱的柱頂放置2I28a的工字鋼作為分配梁傳遞由貝雷梁直接承擔(dān)的橋梁施工全部荷載，每根鋼管立柱和工字鋼之間設(shè)置一個砂箱作為起落梁，如圖1。

貝雷梁沿縱橋向布置每跨布設(shè)10道，因跨度較大，貝雷梁設(shè)上下加強(qiáng)弦桿，每組貝雷梁內(nèi)貝雷梁間用支撐架連接，在工字鋼橫梁上要加焊防止貝雷梁橫移的限位器。貝雷梁上方采用I10工字鋼做橫向分配梁，每60cm一道。底模由8×10cm方木順橋向分配梁以及上鋪18mm厚竹膠板組成。側(cè)模板下布置8×10cm的順橋向方木，間距為20cm，其下布置型鋼骨架，縱向間距80cm，型鋼骨架上下弦桿采用［10槽鋼、立柱采用［8槽鋼制作。

支撐結(jié)構(gòu)的力學(xué)傳遞程序為：①現(xiàn)澆混凝土箱梁→②模板→③方木→④工字鋼→⑤貝雷桁架梁→⑥工字鋼→⑦鋼管支柱。

3　鋼管、貝雷梁支架驗算

鋼管支架體系主要組成部分所采用材料及相關(guān)參數(shù)如下：

Φ406mm×6mm鋼管：立柱間距為250cm，剪刀撐層距（即橫桿步距）為300cm，截面積A=75.398×10-4m2，慣性矩I=1.5083×10-4m4，抵抗矩W=1.86×10-3m3，回轉(zhuǎn)半徑i= 14.144×10-2m，每米重量γ=59.24kg。

I28a工字鋼：截面積A=55.37×10-4m2，慣性矩I= 0.7115×10-4m4，抵抗矩W=0.5082×10-3m3，每米重量γ= 43.47kg。

型鋼的材料力學(xué)性能：軸向應(yīng)力［σ］=215MPa，彎曲應(yīng)力［σw］=215MPa，剪應(yīng)力［τj］=125MPa，鋼材彈性模量為Eg=2.1×105MPa。

貝雷性質(zhì)：［M］=1687.5kN·m［Q］=245.2kN/m E=2.1×105MPa

I=577434.4cm4W=7699.1cm3G=435kg（3m每片）

根據(jù)《裝配式公路鋼橋多用途使用手冊》，貝雷梁的材料為16Mn鋼。加設(shè)上下加強(qiáng)弦桿的貝雷梁每片桁架重435kg，單排單層貝雷梁截面特性及最大彎矩和剪力值見表1。

表1　　單排單層貝雷梁截面特性及最大彎矩和剪力值表

3.1荷載標(biāo)準(zhǔn)值計算

分析相關(guān)荷載如下：

（1）計算鋼管、貝雷梁支架時，取均布荷載q33=1.0kN/m2（2）振搗混凝土?xí)r產(chǎn)生荷載：q4=2.0kN/m2

（3）荷載分項系數(shù)：永久荷載的分項系數(shù)取γ永=1.2，可變荷載的分項系數(shù)取γ變=1.4

3.2貝雷梁的強(qiáng)度剛度驗算

I10工字鋼橫向分配梁下方縱橋向設(shè)10道貝雷梁，貝雷梁長20m、凈跨徑17.8m。因跨度較大貝雷梁設(shè)上下加強(qiáng)弦桿，每道貝雷梁間用支撐架連接，貝雷梁按簡支梁進(jìn)行受力計算。箱體下方每90cm布設(shè)一道貝雷梁、翼緣板下方貝雷梁間距120cm，貝雷梁布置詳見圖2。

3.2.1荷載計算

（1）鋼筋混凝土自重：103.33×26.35=2722.746kN

（2）外模、支架自重：60×2=120kN

（3）底模自重：120×0.731=87.72kN

（4）內(nèi)模、支架自重：93×1.5=139.5kN

（5）貝雷梁自重：10×20×1.5=300kN

（6）施工荷載：180×1=180kN

（7）振搗混凝土?xí)r產(chǎn)生荷載：180×2.0=360kN

各項荷載總和：（2722.746+120+87.72+139.5+300）× 1.2+（180+360）×1.4=4799.959kN

均布荷載：q=4799.959/180=26.666kN/m2

貝雷梁荷載計算見圖3。

3.2.2強(qiáng)度剛度驗算

（1）跨中彎矩：M=qL2b/8n=26.666×18.72×9/（8×10）= 1049.044 kN·m＜［M］=1687.5 kN·m

（2）梁端剪力：Q=4799.959/2n=4799.959/20=239.998kN＜［Q］=245.2kN

（3）跨中撓度：f=5ql4b/384EIn

=5×26.666×103×18.74×9/（384×2.1×1011×57.74×10-4×10）=31.514mm＜18.7/400=46.75mm

從強(qiáng)度和剛度驗算結(jié)果可以看出，貝雷架強(qiáng)度和剛度均滿足要求。

3.3I28a工字鋼橫梁強(qiáng)度剛度驗算

貝雷梁與鋼管立柱間設(shè)2I28a工字鋼橫梁，橫梁采用2根I28a工字鋼對拼而成。工字鋼橫梁下鋼管立柱間距為2.5m。工字鋼橫梁示意圖見圖4。

為簡化計算貝雷梁傳遞下來的荷載按均布荷載計算，不均勻系數(shù)K=1.2，按三等跨連續(xù)梁計算。簡化計算圖見圖5。

貝雷梁梁端剪力均布荷載：q1=1.2×4799.959/（9×2）= 319.997kN/m

工字鋼大橫梁自重均布荷載：q2=2×0.435=0.869kN/m

工字鋼大橫梁最大負(fù)彎矩：Mmax=-0.1qL2=-0.1×（319.997+0.869）×2.52=-200.542kN·m

工字鋼大橫梁最大拉應(yīng)力：σw=Mmax/W=200.542×103/（0.5082×10-3×2）=197.306MPa＜［σw］=215MPa

工字鋼 大 橫 梁最大剪力 ：Qmax=-0.6qL=-0.6×（319.997+0.869）×2.5=481.299kN

工字鋼大橫梁最大剪應(yīng)力 τ=Qmax/A=481.299×103/（55.37×10-4×2）=43.462MPa＜［τj］=125MPa

工字鋼大橫梁最大變形：fmax=0.677×ql4/100EI=0.677×（319.997+0.869）×103×2.54/（100×2.1×1011×0.7115×10-4×2）= 2.84×10-3m＜2.5/250=10×10-3m

從強(qiáng)度和剛度驗算結(jié)果可以看出，工字鋼大橫梁強(qiáng)度和剛度均滿足要求。

3.4Φ406mm×6mm鋼管立柱穩(wěn)定性驗算

工字鋼橫梁下設(shè)4根鋼管立柱，立柱采用Φ406mm× 6mm鋼管制作。每3m用［8槽鋼焊接成剪刀撐將鋼管立柱橫向連成整體，并將橋墩另一側(cè)的鋼管立柱（相鄰跨）用剪刀撐將鋼管立柱焊接使縱向也連成整體。立柱最大高度16.65m，鋼管步距按9m計算，鋼管立柱間距2.5m。鋼管柱截面參數(shù)見表2。

表2　Φ406mm×6mm鋼管立柱截面參數(shù)表

回轉(zhuǎn)半徑λ=H/i=900/14.144=63.631

查《路橋施工計算手冊》λ=63.631時，立桿軸心受壓構(gòu)件縱向彎曲系數(shù)φ=0.751

容許軸力Nmax=φ ［σ］A=0.751×140×106×75.398×10-4= 792.734kN

每根鋼管立柱自重：N1=16.65×0.592×1.5=14.785kN

每根鋼管立柱承擔(dān)工字鋼大橫梁傳遞的荷載：N2=（319.997×9+0.869×10）/4=722.166kN

N=N1+N2=14.785+722.166=736.951kN＜Nmax=792.734kN

鋼管立柱穩(wěn)定性滿足要求。

4　支架預(yù)壓

為了消除支架在連續(xù)梁混凝土自重及施工荷載等作用下的非彈性變型和測量彈性變形量，對支架安裝完畢要對其進(jìn)行預(yù)壓。

預(yù)壓采用砂袋進(jìn)行預(yù)壓，預(yù)壓重量按現(xiàn)澆箱梁自重的1.2倍控制。預(yù)壓前應(yīng)在箱梁的底板、翼緣板等位置設(shè)置觀測點(diǎn)，在壓載后的不同時段內(nèi)定時觀測，以獲得加載后支架變形量。在箱梁底模上布置測點(diǎn)，在底板中間和兩側(cè)以及兩側(cè)翼緣板邊緣均要布設(shè)測點(diǎn)，順橋向每一跨共設(shè)9個斷面，位置分別為兩支點(diǎn)、1/8、2/8、3/8、4/8、5/8、6/ 8、7/8處，每個斷面設(shè)5個觀測點(diǎn)。預(yù)壓前測量模板頂面標(biāo)高，加載后每天由專人測量頂面標(biāo)高的變化，一天早晚各測量一次，并做好詳細(xì)記錄。支架預(yù)壓一般在七天左右，直到連續(xù)24小時沉降量為1～2mm視為穩(wěn)定，并開始卸載。支架預(yù)壓的加載順序與箱梁混凝土澆筑順序一致，卸載過程與加載正好相反。卸載過程同樣進(jìn)行后模板頂面標(biāo)高的測量，計算非彈性變型和彈性變形量。用以調(diào)節(jié)箱梁底模標(biāo)高。

5　箱梁混凝土澆筑

采用2臺汽車泵從兩個中間墩頂上中橫梁開始向兩端，水平分層縱向分段的灌注方法，每段斜度不大于5°，水平分層厚度不得大于30cm，混凝土下落距離不超過2m，灌注前模板溫度控制在5～35℃。

縱向混凝土先從前端墩柱中橫梁開始，兩邊均勻、對稱澆筑，完成對稱澆筑后，向已完成跨澆筑直至完成。腹板砼澆筑采用斜向分段、水平分層連續(xù)澆筑，水平分層厚度不得大于30cm，先后兩層混凝土的間隔時間不得超過初凝時間。

6　模板與支架拆除

現(xiàn)澆箱梁拆模時的混凝土強(qiáng)度應(yīng)符合設(shè)計要求。鋼管貝雷支架的拆除，應(yīng)在箱梁施加預(yù)應(yīng)力并完成孔道壓漿兩天后拆模。先將鋼管支墩上鋼管立柱和工字鋼之間的砂箱卸落，再拆除兩側(cè)的翼緣板處的底模和支架，后拆除貝雷梁和鋼管支墩。

7　結(jié)束語

通過鋼管柱貝雷片支架設(shè)計施工及現(xiàn)澆箱梁各個工序的有效控制，確保了整個施工過程順利完成，工程質(zhì)量滿足有關(guān)規(guī)范要求。梁體拆模后混凝土面外觀平整、棱角分明、線條圓順，撓度變形量符合規(guī)范要求。

［1］JGJ130-2001，建筑施工扣件式鋼管腳手架安全技術(shù)規(guī)范.

［2］路橋施工計算手冊.北京：人民交通出版社，2001.

［3］JTJ041-2000，公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范.