謝 軍

（中鐵十八局集團國際工程有限公司，天津 300222）

貝雷梁支架在橋梁工程施工中應(yīng)用廣泛。目前，對于預(yù)應(yīng)力現(xiàn)澆簡支箱梁支架的施工，多數(shù)采用滿堂支架和鋼管貝雷梁支架，其基礎(chǔ)類型均采用條形擴大基礎(chǔ)和支架底部滿打混凝土進行硬化，這是現(xiàn)澆梁施工所采用的常規(guī)方法［1］。但對于一些地基承載力極差的橋梁來說，該法地基處理難度較大，人員、材料投入大，且安全性降低，往往會給施工帶來不必要的麻煩和一些不可預(yù)料的安全隱患［2］。

本文結(jié)合京滬高速鐵路工程實際，探索一種新型的基礎(chǔ)和支架的施工技術(shù)——花式貝雷支架施工技術(shù)，即采用鉆孔灌注樁加系梁作為基礎(chǔ)，支架也不同于常規(guī)的拉壓桿，利用壓桿穩(wěn)定原理，將整個結(jié)構(gòu)連接成一個剛體，通過驗算使它能夠滿足承載力和穩(wěn)定性的要求。這樣不僅不影響橋下通車，同時也可節(jié)省空間和材料，確保施工的安全及穩(wěn)定。

1 工程概況

京滬高鐵某特大橋40m現(xiàn)澆箱梁位于DK369+580.82-DK369+620.820段，為某特大橋38#和39#墩之間的一孔簡支箱梁，其立面如圖1。本段橋梁設(shè)計基礎(chǔ)采用鉆孔樁，鉆孔樁為1.25m的柱樁；橋墩為圓端形實體墩；箱梁高度3.2m，截面為單箱單室，箱梁底寬5.65m，橋面板寬12.2m，頂板厚由跨中的0.34m變化至支點梁根部的0.75m，腹板厚由跨中的0.55m變化至支點根部的1.06m，底板厚由跨中的0.3m變化至支點根部的0.85m。

圖1 京滬高鐵某特大橋40m簡支箱梁支架立面

2 基礎(chǔ)設(shè)計

2.1 方案比選

由于該橋址處均為人工填筑和長期的淤積土，采用地基換填處理需要先施工圍堰進行止水，施工難度大，成本高；采用預(yù)應(yīng)力管樁在遇到人工填筑孤石的位置管樁無法深層進入淤泥層，承載力無法滿足要求；采用鉆孔樁技術(shù)則能夠解決以上問題，成本也大為減少，同時能夠解決交通運輸問題并減少擾民。

2.2 支架結(jié)構(gòu)的設(shè)計計算

2.2.1 支架縱梁（貝雷片）計算

由于箱梁除去墩身以內(nèi)部分，其余均作用在鋼管貝雷架上，通過底模與橫向分配量傳遞給貝雷梁的荷載可視為均勻分布在貝雷梁上，只要荷載由恒載荷施工荷載組成，縱梁總體考慮1.3倍安全系數(shù)，和中間部分與腹板部分的撓度基本相同的原則計算。采用容許應(yīng)力計算不考慮荷載分項系數(shù)，總體提高1.3倍進行計算。

根據(jù)《裝配式公路鋼橋多用途使用手冊》［3］查得

單層單排桁片的幾何特性：W0=3578cm3，I0=250497cm4；

單層單排桁片容許內(nèi)力：［M］=788kN·m，［Q］=245kN；

玄桿幾何特性：A=25.48cm2，W=79.4cm3，I=396.6cm4；

［σ］=273MPa，［τ］=208MPa；

桁架銷子的雙剪狀態(tài)的容許剪力［Qx］=550kN；

玄桿螺栓的容許剪力［Qx］=150kN。

按照多跨超靜定連續(xù)梁進行計算，根據(jù)《鐵路混凝土工程施工技術(shù)指南》和《路橋施工計算手冊》計算混凝土豎向荷載。

（1）模板荷載82.3kN/m。

底模和橫梁：q1=50kg/m2；

內(nèi)模及支架：q2=250kg/m2；

外側(cè)模：q3=30kg/m2，貝雷片自重取300kg/片，共使用貝雷片144片。

荷載分布如圖2，由荷載分布計算得彎矩如圖3。

圖2 模板荷載分布

圖3 模板彎矩分布

從圖3可以得出，最大剪力Qmax=435.108kN，最大彎矩Mmax=192.85kN·m，均位于靠近梁端5m的位置。

（2）混凝土線荷載。

由于腹板、頂板和底板在靠近梁端位置均為變截面，故混凝土荷載為不均勻分布，荷載分布如圖4，計算得彎矩分布如圖5。

圖4 混凝土線荷載分布

圖5 混凝土線荷載彎矩分布

從圖5可以得出：最大剪力與最大彎矩都位于靠近梁端5m處。Qmax=1675.68kN，Mmax=765.03kN·m。

（3）人群機具、傾倒和振搗荷載91.5kN/m。

荷載分布如圖6，計算得彎矩如圖7。

圖6 人群機具、傾倒和振搗荷載分布

圖7 人群機具、傾倒和振搗荷載彎矩分布

從圖7可以得出：最大剪力與最大彎矩都位于靠近梁端5m處，Qmax=483.74kN，Mmax=214.4kN·m。

綜上所述，結(jié)構(gòu)最不利位置在靠近梁端5m處，Qmax=435.108+675.68+483.74=2594.528kN，Mmax=192.85+765.03+214.4=1172.28kN·m。

對機構(gòu)進行強度核算

其中：Mmax代表最大彎矩值；W為截面抵抗矩；Qmax代表最大剪力值。

由計算可知，考慮彎矩荷載2片貝雷片可滿足強度要求，考慮剪力荷載10.59片貝雷片可滿足要求。綜合考慮安全儲備，共計使用12片貝雷片。

2.2.2 支墩計算

計算鋼管支墩容許荷載時，按鋼管支墩兩端鉸接的受壓構(gòu)件計算，取橫聯(lián)長度l=10.5m，φ630mm×8mm的普通焊管，立桿截面幾何特性為

面積A=πγ2=π（6302-6142）/4=15624.64mm2

回轉(zhuǎn)半徑

長細比λ=l/i=10500/219.928=47.7≤［λ］=100

鋼管支架立桿按軸心受壓進行強度計算，

由λ=40.6，查表得φ=0.871，

N=φAf=0.871×15624.64×210=2857.9kN（210為鋼材強度設(shè)計值，按照Q235鋼材的屈服強度進行取值）

根據(jù)《客運專線鐵路橋涵工程施工計算指南》規(guī)定，支架系統(tǒng)安全系數(shù)取1.5，故鋼管支架立桿按軸心受壓容許承載力為

查《鋼結(jié)構(gòu)手冊》計算可知，鋼管滿足承載力要求。

2.2.3 地基承載力計算

鉆孔樁基礎(chǔ)：（支墩底部墊0.75×0.75m的鋼板）不考慮荷載分項系數(shù)，整體考慮1.3倍的安全系數(shù)，橫橋向布置3根Φ1.0m鉆孔樁，單樁承載力不小于：N=5177.93×1.3/3=2243.77kN。

鉆孔樁樁底嵌入承載力為σ=1000kPa的巖石不小于1m，根據(jù)《橋梁樁基計算與檢測》單樁豎向承載力［3］

式中 P——計算的豎向承載力；

φ——縱向彎曲系數(shù)；

Ra——混凝土抗壓設(shè)計強度；

A——驗算截面處樁的截面面積；

Rg’——縱向鋼筋抗壓設(shè)計強度；

Ag’——縱向鋼筋截面面積；

γb——樁的工作條件系數(shù)；

γc——混凝土安全系數(shù)；

γs——鋼筋安全系數(shù)。

依據(jù)《公路橋涵地基與基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》嵌巖樁單樁軸向受壓承載力容許值計算：

式中 ［Ra］—— 單樁軸向受壓承載力容許值（kN），樁身自重與置換土重（當(dāng)自重計入浮力時，置換土重也計入浮力）的差值作為荷載考慮；

c1—— 根據(jù)清孔情況、巖石破碎程度等因素而定的端阻發(fā)揮系數(shù)，取c1=0.5（按照巖石較破碎進行取值0.5）；

Ap—— 樁端截面面積（m2），對于擴孔樁，取擴底截面面積；

?rk—— 樁端巖石飽和單軸抗壓強度標準值（kPa），黏土質(zhì)巖取天然濕度單軸抗壓強度標準值，當(dāng)?rk小于2MPa時按摩擦樁計算（?rki為第i層的?rk值）；

c2i—— 根據(jù)清孔情況、巖石破碎程度等因素

而定的第i層巖層的側(cè)阻發(fā)揮系數(shù)。

u—— 各土層或各巖層部分的樁身周長（m）；

hi—— 樁嵌入各巖層部分的厚度（m），不包括強風(fēng)化層和全風(fēng)化層；

m—— 巖層的層數(shù)，不包括強風(fēng)化層和全風(fēng)化層；

ζs—— 覆蓋層土的側(cè)阻力發(fā)揮系數(shù)，根據(jù)樁端frk確定：當(dāng)2MPa≤frk＜15MPa時，ζs=0.8；當(dāng)15MPa≤frk＜30MPa時，ζs=0.5；當(dāng)frk＞30MPa時，ζs=0.2；

Li——各土層的厚層（m）；

qik—— 樁側(cè)第i層土的側(cè)阻力標準值（kPa）n-土層的層數(shù)，強風(fēng)化和全風(fēng)化巖層按土層考慮。

由計算可知，樁端巖石10MPa，嵌巖1m，樁長12m滿足要求。

3 支架的構(gòu)造設(shè)計

3.1 基礎(chǔ)方案

鋼管支墩基礎(chǔ)采用6根φ1.0m的鉆孔樁基礎(chǔ)，C30混凝土，上部為10.5m×2m×0.5m蓋梁，頂面預(yù)埋6根直徑16mm圓鋼與支墩連接。施工時，鉆孔樁基礎(chǔ)嵌巖（［σ］=1000MPa）深度不小于0.4m，根據(jù)計算書考慮1.3倍的安全系數(shù)，基礎(chǔ)最大承受荷載不小于3013.8kN。

基礎(chǔ)施工完成后在支架兩側(cè)預(yù)留60cm開挖臨時排水溝?；A(chǔ)具體布置見平面圖8。

圖8 支架平面布置

3.2 支架構(gòu)造

根據(jù)梁身自重和貝雷片承載力，經(jīng)過計算，梁部采用（1.5+3+6+3+3+6+3+3+6+3+1.5）m的鋼管支墩和貝雷簡支梁作為箱梁預(yù)制支架。單跨縱向10排鋼管支墩，橫向5根鋼管支墩。每根鋼管支墩長為10～12m，高度主要由0.25～2m長的鋼管支墩調(diào)整。其兩端皆有法蘭結(jié)構(gòu)，以便連接。鋼樁縱、橫向采用鋼管剪刀撐連接，增強整體穩(wěn)定性。鋼管支墩上下安裝15mm的鋼板進行應(yīng)力擴散，鋼管支墩頂面安裝砂箱和橫向2I32分配梁，分配梁上按照計算安裝貝雷片縱梁。貝雷片每片下玄桿設(shè)置2根10號槽鋼橫帶，上部采用U形螺栓與10號槽鋼橫帶連成整體，作為橫梁，增強整體穩(wěn)定性。橫梁下橫梁上安裝模板，支架構(gòu)造側(cè)面如圖9。

圖9 支架構(gòu)造側(cè)面

4 支架的安裝施工

把支架按不同的長度連接后，用吊車安裝就位，下口和預(yù)埋螺栓連成整體，然后做縱、橫向斜支撐連接，上面放置分配梁并栓接，最后用吊車安裝縱橫梁并連接，橫梁安裝鐵楔塊以備落架［2］。

箱梁澆注完成后，待強度達到設(shè)計要求的80%時，開始初張拉。張拉完成后，拆除橫梁下鐵楔塊進行卸載。

4.1 支架預(yù)壓方案

為驗證支架的穩(wěn)定、剛度及強度，消除支架非彈性變形，確保梁體不因支架沉降而產(chǎn)生開裂，需采用支架預(yù)壓措施。

4.1.1 支架預(yù)壓荷載和范圍

支架預(yù)壓范圍主要為腹板和翼板交點間的正下方支架，翼板部分支架由于重量小，對支架沉降影響不大。支架預(yù)壓荷載按該部分箱梁自重的1.2倍計算（芯模、人群荷載及結(jié)構(gòu)物自重），即40m梁預(yù)壓荷載重量為1372.8t；采用沙袋堆載預(yù)壓，箱梁預(yù)壓荷載在支架沉降穩(wěn)定后拆除。

4.1.2 加載與卸載

采用分級均勻加載，按50%、80%、100%和120%的加載總重進行4級加載，每級加載后均靜載3h，再分別測量支架和地基的沉降量，做好記錄。加載全部完成且支架及地基沉降穩(wěn)定后，方可進行卸載。卸載應(yīng)按照加載總重的120%、100%、80%、50%、0分級進行，每級卸載后均靜載1h，再分別測試支架和地基的恢復(fù)量，做好記錄。

4.1.3 沉降監(jiān)測

（1）儀器配備。

萊卡TC1201全站儀，標稱精度2mm+2ppm；（ppm是精度單位，代表精度可以達到百萬分之2）；

DSZ2水準儀+測微器+銦鋼尺1套，DS2水準儀1臺；線錘1.5kg以上45只。

（2）測點布置。

每跨支架設(shè)3個觀測橫斷面，即跨中、支點附近3個斷面。每個斷面設(shè)10個測點，即基礎(chǔ)5個點，支架5個點（與基礎(chǔ)點位置相對應(yīng)底板位置），基礎(chǔ)點位用紅絲油漆標識，最好埋鋼筋頭，支架上的點位采用掛鋼絲垂球地面作檢測點的辦法。

（3）觀測階段。

觀測分成5個階段：預(yù)壓加載前，50%荷載、80%荷載、100%荷載、120%荷載卸載后。每個觀測階段要觀測2次。堆載結(jié)束后，6h安排一次測量觀測，若沉降不明顯且趨于穩(wěn)定可卸載（2次沉降差值小于1mm），卸載后繼續(xù)觀測1d。注意觀察過程中如發(fā)現(xiàn)基礎(chǔ)沉降明顯、基礎(chǔ)開裂、局部位置和支架變形過大現(xiàn)象，應(yīng)立即停止加載并卸載，及時查找原因，采取補救措施。

（4）觀測成果。

沉降觀測數(shù)據(jù)要如實填寫在沉降觀測記錄表上，并計算出支架彈性壓縮量及基礎(chǔ)沉降量。支架的彈性壓縮結(jié)果用于支架預(yù)高設(shè)置（底模預(yù)高），繪制加載-支架沉降曲線。

根據(jù)上述資料和設(shè)計院提供的梁的張拉起拱度綜合計算設(shè)置支架的預(yù)拱度。

4.2 底模安裝調(diào)整

支架預(yù)壓完成后，進行底模安裝。底模按照圖紙在橫梁上安裝小方木。小方木在安裝前兩面刨光刨平，按要求調(diào)整好小方木的縱橫向間距。然后用電鉆在竹膠合板打眼，用平頭螺栓把竹膠合板頂在小方木上，竹膠合板安裝前兩側(cè)用電鋸取直并切割為1.2m寬幅面。最后檢查并調(diào)整竹膠合板的平面錯臺。

5 結(jié)束語

京滬高鐵某大橋采用花式貝雷梁支架技術(shù)，有效保證了40m現(xiàn)澆箱梁的施工進度與質(zhì)量，在30d的時間內(nèi)即完成了現(xiàn)澆梁的施工，為后續(xù)預(yù)制梁架設(shè)提供了充裕的時間。工程實踐表明：在處理軟土基礎(chǔ)支架的施工中，采用花式貝雷支架新技術(shù)，施工方便快捷，結(jié)構(gòu)受力合理。同時，能夠節(jié)省空間，降低成本，是一種經(jīng)濟可行的施工方法。

［1］ 王慶哲. 支架法現(xiàn)澆變截面整體式箱梁設(shè)計與施工［J］. 江西建材，2018，（02）：24-27.

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［3］ 崔昌洪，韋健江. 鋼管貝雷梁柱式支架在高墩大跨現(xiàn)澆箱梁施工中的運用［J］. 公路，2005，（10）：10-16.

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