桥梁支架钢管(钢管贝雷支架在现浇箱梁施工中的应用)

Posted 2023-05-30

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桥梁支架钢管(钢管贝雷支架在现浇箱梁施工中的应用)

李晓刚吴志明

中交二公局第四工程有限公司国家林业局昆明勘察设计院

摘要：天桥采用钢管墩联合贝雷支架法进行现浇箱梁施工，现浇支架计算分别选取贝雷支架以及型钢支架的标准跨径作为计算模型，利用MIDAS CIVIL2015计算程序进行验算。通过MIDAS模型分析及计算，掌握钢管贝雷支架及其各支点的荷载特性，了解支架对各级预压荷载激励的总体反应，判断支架的总体结构刚度和内在力学特性，为桥梁的安全使用提供依据;同时通过施工预压及监测数据分析，评定桥跨结构实际承载能力，确定工程的可靠性，评价其在实际使用荷载下的工作性能，为钢管贝雷支架的广泛应用提供依据。

关键词：桥梁;钢管贝雷支架;荷载计算;

随着交通事业的蓬勃发展，特别是基础建设的大规模开展，现浇箱梁被广泛应用于公路桥梁工程中，而钢管贝雷支架是现浇箱梁中使用较广泛的一种方法。本文结合具体案列，对钢管贝雷支架进行设计、MIDAS建模、支点验算及施工中监测数据分析等，探究钢管贝雷支架法在桥梁施工中的有效应用。

1 工程概况

西藏某高速公路跨线天桥现浇箱梁为2×25m连续梁，桥梁总长56.16m。桥面总宽5.5m，高1.35m，底板宽2.7m，两侧翼缘板宽1.15m，底板厚0.2m，顶板厚0.15～0.25m，腹板厚0.3m，混凝土方量:134.6m3(单片67.3)，重量约372t(单片186)。

1.1 地形和环境条件

西藏某高速公路项目跨线天桥横跨主线而布置，与主线交角90度，桥全长56.16m，上部结构类型为现浇预应力混凝土连续箱梁，下部构造为矩形墩、柱式台，墩台均为桩基础。桥址区位于丘陵区域，已垦为台阶状梯田，地形起伏较大，地面相对高差为8.19m。

1.2 气候与水文地质条件

本项目地处西藏高原地区，属温带半湿润高原季风气候，气候相对温和湿润。年平均气温8.3℃，昼夜温差大于10℃，极端最高气温26.9℃，极端最低气温-25℃。气温垂直变化特征明显，海拔每升高100m，气温下降约0.74℃。最大冻土深度13cm。年均无霜期156天。年降水日数100～130天，雨雪日141天，年平均降水量640.1mm，年降水量最大为808.3mm，日最大降水量45.2mm (1995年)。降水季节分布不均，80%的降水集中在5月至9月，11月至次年2月降水量仅占全年的5%左右，干湿季分明。3月至10月相对湿度为70%,11月至次年2月相对湿度为52%，多年平均蒸发量1359.6mm。地表水系较为发育，主要水系属雅鲁藏布江支流形成的水系，支流众多，河流水量丰富，流域内植被覆盖度较高，泥沙含量较小，水质较好。

2 支架设计

跨线天桥上部结构现浇箱梁采用落地支架现浇施工。现浇支架立柱采用

钢管桩，共设置6排(左、右幅1#—3#)，单排设置2根，基础采用钢筋混凝土扩大基础，立柱采用

钢管桩立柱，立柱之间采用I16a工字钢作为平联及斜撑柱，柱顶设置I45a型钢作为主分配梁。纵梁采用贝雷桁架，共设置7道，贝雷桁架顶面设分配梁，采用I16a型钢，以60cm间距布置(在实心区使用I16a工字钢加密为30cm间距)，用U形螺栓固定在贝雷桁架上部。外模采用1.8cm竹胶板，芯模采用1.8cm竹胶板。10cm×10cm方木作为次楞，内模与翼缘板采用碗扣件作为支撑系统。

3 支架计算

3.1 现浇支架计算模型与计算方法

现浇支架计算分别选取贝雷支架以及型钢支架的标准跨径作为计算模型，利用MIDAS CIVIL2015计算程序进行验算。

3.2 现浇贝雷支架计算

现浇贝雷支架MIDAS CIVIL程序能够通过调整重力系数对支架本身自重进行加载，本例中除开自重外，需加载均布模板混凝土荷载以及施工荷载。荷载组合取施工时期可能达到的最大值:采用自重荷载×1.2+模板混凝土荷载×1.2+施工荷载×1.4进行加载，贝雷支架计算汇总如表1所示。

表1 贝雷支架计算汇总表下载原图

注:贝雷立杆原最大应力为支点处的I8立杆，上述计算结果为加强后结果。

3.3 框架承载力验算计算

1#基础为桥墩基础考虑其承载力远远大于实际所需，故不做验算。2#、3#支撑基础采用厚80cm，钢筋混凝土扩大基础，面积约16.8m2,C30混凝土13.5m3，根据计算地基承载力应>137.5k Pa，要求承载力不得小于200k Pa。4#基础采用扩大基础并与桥台连为整体，长宽高为4m×1.2m×0.8m，根据计算地基承载应>137.5k Pa，要求承载力不得小于200k Pa。

4 支架施工及支架预压

4.1 支架施工

(1)基础施工

1#支架立于墩台基础上，2#、3#墩柱共用80cm厚80～100cm宽框架基础，承载力200k Pa，适量配筋，混凝土浇筑完成后达到设计强度，为消除基础沉降，采用总重量不少于260t(2#、3#墩总重)砂袋预压不少于72h(与支架预压不同，此预压仅针对2#、3#钢管基础，目的是消除地基部分非弹性变形)。4#采用扩大基础并桥台连为一体。

基础施工应注意防排水施工，框架内应回填土至略高于混凝土顶，四周应做好排水导流措施。

(2)卸落装置

1#、2#、3#支撑点采用卸落砂箱，4#支撑点采用长40cm双拼I16a工字钢作为卸落块与贝雷片垂直置于每片贝雷与扩大基础之间。

(3)立柱顶横梁安装

1#立柱顶横梁采用I45a型钢，2#、3#立柱顶横梁采用双拼II45a型钢，钢管桩立柱顶端进行加强。

(4)纵梁安装

纵梁采用7榀贝雷桁架，贝雷桁架之间采用花架连接，考虑起吊能力和安装高度，贝雷桁架安装应“逐跨、逐排”安装，利用吊车从中间向两侧安装。

(5)揽风绳安装

花架安装完成后，采用高强钢丝绳，在桥梁两侧分别设置四道揽风绳。

(6)分配梁安装

分配梁采用I16a型钢，以60cm间距布置，与贝雷桁架用U型螺栓进行连接。分配梁安装宜先在贝雷桁架放样其位置，然后根据放样位置从一端向另一端安装。

(7)施工注意事项

如果受到大风等自然灾害的袭击，应尽早撤离所有施工机械和作业人员到安全区域，已经施工完成的应采取一定的措施保证安全过度;

贝雷梁支点处必须按照计算书中要求加强，未加强前不能前行作业。

4.2 支架加载预压

(1)预压目的

检验支架刚度、稳定性和安全性，消除支架及地基非弹性变形量，得到支架的弹性变形值作为施工预留拱度的依据。

(2)预压方法

支架预压主要采用堆码砂袋的方法加载，支架一次搭设完成，预压分级进行加载，预压最大荷载按截面混凝土结构自重的1.2倍施加，砂袋堆码高度根据预压荷载和砂的单位重换算。

(3)预压加载及预压荷载计算

支架预压分三级加载，分别为最大预压荷载的0.6、0.8和1.0倍。预压加载用砂袋在支架旁边的平地上装砂，吊车吊装。加载时严格遵循对称、均衡的加载原则，从两侧向中间对称分层加载。加载过程中，指派专人对支架稳定情况进行检查。遇到雨天情况，要用彩条布将砂袋覆盖，防止雨水增大预压荷载。

根据施工方案;箱梁分两次浇筑，预压荷载与检算荷载一致。桥台、墩台上侧荷载通过搭设分配梁直接作用于桥台、墩台上，不作计算。只计算两侧4m加厚端及中间标准段。

图1 天桥箱梁大样图下载原图

(1)两侧4m范围内加厚段荷载计算:

箱梁荷载:两侧4m范围内加厚段箱梁钢筋混凝土自重:G=12m3×26k N/m3+56k N=368k N F1=368÷4=92kN/m;

施工人员和施工材料、机具行走运输或堆放荷载:F2=6.75k N/m

振捣混凝土时产生的荷载:F3=5.4k N/m;

内外模及支撑的荷载(含支撑、加固的枋木、拉杆等):F4=4.05k N/m

两侧4m范围内加厚每延米实际压重为1.2×(F1+F4)+1.4×(F2+F3) 53×12.25×1=132kN/m=13.2t/m (1.5t沙袋9个两侧共计72个)。

(2)箱梁中间段标准断面15.05m范围内荷载计算:

箱梁荷载:两侧4m范围内加厚段箱梁钢筋混凝土自重:G=36.3m3×26k N/m3+200k N=1143.8k N

施工人员和施工材料、机具行走运输或堆放荷载:F2=6.75k N/m;

振捣混凝土时产生的荷载:F3=5.4k N/m;

内外模及支撑的荷载(含支撑、加固的枋木、拉杆等):F4=4.05k N/m

中间段标准断面15.05m每延米实际压重为1.2×(F1+F4)+1.4×(F2+F3) 53×12.25×1=132kN/m=11.3t/m(1.5t沙袋7.5个共计113个)

单片箱梁共计砂袋185个，共重277.5t。全桥共计砂袋370个，共重555t。

砂的松堆密度1.45t/m3左右，砂袋长宽高=1.2m×1.0m×0.85m左右。据此砂袋的布置如图2，具体可根据现场情况做调整。

图2 支架预压砂袋布置图下载原图

(4)测点布置

支架预压过程中分别对现浇支架模板及支架进行观测，测点布设情况说明如下:

(1)架在预压过程对现浇支架模板进行观测。分别在每跨支架的跨中和支点处两侧布设观测点，利用水准仪、塔尺观测。支架预压监测点布置图如图3。

图3 支架预压监测点布置图下载原图

(2)在预压过程对现浇支架钢管进行观测。分别在每根钢管桩底部及支架上通视条件较好的位置焊小钢板，并用油漆作好标记，利用水准仪、塔尺观测。

(5)预压观测频率及沉降量要求

加载过程对支架沉降及垂直度进行观测，观测范围包括变形观测和结构安装强度、稳定性观测。

(1)预压前先进行1次观测，做好初始观测记录;

(2)压重为预压荷载的0.6倍，每隔12h进行一次沉降监测，当支架顶部监测点12h的沉降平均值小于2mm时，进入下一级加载;

(3)压重为预压荷载的0.8倍，每隔12h进行一次沉降监测，当支架顶部监测点12h的沉降平均值小于2mm时，进入下一级加载;

(4)压重为预压荷载的1.0倍，每间隔24h应监测一次并记录各监测点标高，当支架预压满足24h平均沉降量小于1mm或72h累积沉降量小于5mm时，可进行支架卸载。

(5)卸载后再进行1次观测，并对各次测量数据进行分析整理，得出支架的非弹性变形和弹性变形。

(6)预压前后，在适当位置架设水准仪，检查每根钢管桩垂直度变化情况进行观测。

各监测点位数据如表2、表3所示。

通过对表格中数据进行统计分析，压重为预压荷载的0.6倍、08倍及1.0倍时，支架顶部监测点12小时的沉降平均值均小于2mm时，同时各监测点最初72h的沉降量平均值均小于5mm，钢管贝雷支架预压合格。

通过对卸载6h后数据进行计算，1#监测点弹性变形量分别为3mm、3mm、2mm、4mm、5mm;2#监测点弹性变形量分别为3mm、4mm、6mm、3mm、5mm;3#监测点弹性变形量分别为2mm、7mm、8mm、5mm、4mm;4#监测点弹性变形量分别为5mm、3mm、4mm、3mm、3mm;5#监测点弹性变形量分别为2mm、4mm、4mm、3mm、4mm。

5 结论

(1)选取贝雷支架以及型钢支架的标准跨径作为计算模型，利用MIDAS CIVIL2015计算程序进行单元式支点验算，通过贝雷架反力图、内力图及位移图的形式验证出各部位及支点最大应力均在允许范围内，安全储备系数高，支架承载性能满足施工需要。

表2 钢管贝雷支架现浇箱梁1#、2#、3#布置点监测记录表下载原图

表3 钢管贝雷支架现浇箱梁4#、5#布置点监测记录表下载原图

(2)在预压施工过程中对现浇支架模板进行观测，根据数据进行统计及分析，可以准确的计算出贝雷架的弹性变形量、非弹性变形量以及各测点的预拱度值以及沉降量，计算结果均在规范要求范围内，钢管贝雷支架预压合格。

(3)通过计算模型与预压监测的双向验证，证明了钢管贝雷梁支架施工的可行性，并在安全质量、施工进度、经济效益等方面取得了较好的效果。

参考文献

[1] 张伟，董伟，刘剑勇．软弱基础钢管贝雷支架施工技术．高速铁路技术，2010(5):52-54.

[2] JGJ/T 194-2009，钢管满堂支架预压技术规程．

[3] JTG/T F50-2011，公路桥涵施工技术规范．

[4] 史静，高建奇．连续箱梁贝雷支架现浇施工技术．筑路机械与施工机械化，2011(9):12-16.

[5] 左旭东，伍金平，李文联．钢管贝雷支架现浇箱梁技术研究及应用．湖南交通科技，2013,39(1):45-49.

[6] 李雄斌．现浇箱梁满堂支架设计和计算探讨．公路与汽运，2011(3):159-161.

[7] 苏卫国，刘剑．现浇箱梁高支模满堂支架的有限元分析．华南理工大学学报(自然科学版)，2013,41(2):78-82.

[8] JTGB01-2003，公路工程技术标准．

[9] 史静，高建奇．连续箱梁贝雷支架现浇施工技术．筑路机械与施工机械化，2011(9):21-25.

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1 工程概况

1.1 地形和环境条件

1.2 气候与水文地质条件

2 支架设计

3 支架计算

3.1 现浇支架计算模型与计算方法

3.2 现浇贝雷支架计算

3.3 框架承载力验算计算

4 支架施工及支架预压

4.1 支架施工

4.2 支架加载预压

5 结论

参考文献

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