淺談現澆箱梁鋼管樁和貝雷梁支架的搭設方案及受力驗算

劉開拓

（中交隧道工程局有限公司，北京100001）

1 工程概況。德州北高架橋橋梁長度2.68km（采用南北分離式雙線結構）。該橋上部結構全部采用預應力鋼筋砼現澆箱梁，箱梁為單箱雙室結構。現澆箱梁共計225孔。其中，有12孔箱梁位于章衛新河道范圍內，河道中心水深約2m，墩柱平均在高度在18m左右。結合本工程現場實際情況，擬定該12孔箱梁采用鋼管樁和貝雷梁支架的施工方案。

2 支架設計

2.1 支架體系及構造。箱梁梁體采用貝雷支架法原位現澆施工，單層貝雷梁作支架。支架體系結構自下而上由鋼管立柱基礎、底橫梁、鋼管立柱、落模砂箱、分配梁、貝雷梁、橫梁及底模、側模及支撐等構成。

2.2 支架搭設。搭設方法是首先將拼裝好的底橫梁安裝在梁體兩端承臺和跨中的臨時支墩承臺上，然后在底橫梁上安裝鋼管立柱，并在每根鋼管立柱上安裝砂箱，砂箱安裝完成后在每排立柱砂箱頂面安裝分配梁，最后將組拼好的貝雷梁搭設在分配梁上，從而完成了現澆箱梁支架的搭設。

2.2.1 鋼管立柱基礎。本工程梁體兩端鋼管立柱基礎支撐借助于墩柱下部的鉆孔灌注樁基礎；跨中的臨時支墩基礎采用Φ1000mm的鉆孔灌注樁基礎，樁基礎上接寬度和高度均為1m的承臺作為支撐。每跨跨中設2排臨時支墩，每排臨時支墩下設三根樁基，樁長15m，兩排臨時支墩中心間距為3m。

2.2.2 底橫梁。由于原設計承臺寬度不能滿足支架搭設需要，需要在承臺上設一道底橫梁將上部荷載傳遞到下部基礎。底橫梁采用由貝雷片拼裝而成的三排單層貝雷梁，底橫梁直接安在承臺上，并通過鋼板螺絲和預埋在承臺上的鋼板聯系在一起。底橫梁兩側各懸臂出承臺1m。

2.2.3 鋼管立柱。鋼管立柱采用直徑Φ406mm，壁厚100mm的螺旋管，按中心間距1.5m橫橋向布設。鋼管立柱下口通過鋼板及螺絲與底橫梁對接并共同支撐在承臺上，上口通過鋼板及法蘭與砂箱底部連接。為了確保鋼管立柱的穩定，相臨鋼立柱間用Φ70mm鋼管連接，同時，在橋墩位置，加強橋墩與鋼管立柱之間的聯系。

2.2.4 落梁砂箱。砂箱采用外套筒為Φ406mm、內套筒為Φ380mm的螺旋管制作，砂箱高度500mm。砂箱底部與鋼管立柱通過法蘭連接。為保證鋼管支撐處應力均勻分布，在砂箱頂部及鋼管與砂箱底部接觸面焊接10mm厚鋼板。砂宜采用中細砂，并篩除2mm以上的顆粒，以保證能順利從底孔放砂，每箱的裝砂量需經過壓實試驗和仔細計算得出，確保承重后梁底在同一水平面上。

2.2.5 分配梁。分配梁起著將結構荷載、支架荷載和施工荷載分配到鋼管立柱上同時受力的作用。分配梁采用2根36a工字鋼并排焊接，在支點處與貝雷梁用Ф20U型螺栓連接牢固，防止貝雷梁移動。

2.2.6 貝雷梁。主梁由四組三排單層和二組二排單層貝雷梁組合而成，用于承受制梁時的荷載，完成梁體的澆注。貝雷梁是由規格為300cm×150cm×17.5cm的貝雷片采用貝雷銷和連接片連接而成，貝雷梁調整節根據現場需要自行加工制作。貝雷梁提前組拼，整體吊裝。

2.3 支架受力驗算。以德州北高架橋25m現澆箱梁為例，對箱梁支架進行受力計算,箱梁底板寬度9m，砼設計方量為225m3。

2.3.1 荷載計算

（1）箱梁荷載：每立方砼重量按26KN計算，取安全系數r=1.2，，以全部重量作用于9m寬底板上則：箱梁鋼筋砼自重：G1=225×26×1.2=7020KN

單位面積重量：F1=G1÷S=7020÷（9×25）=31.2KN/m2

（2）施工荷載：取 F2=2KN/m2，G2=2×9×25=450KN

（3）振搗混凝土產生荷載：取F3=1KN/m2,G3=1×9×25=225KN

（4）人行、機具荷載：取F4=1KN/m2,G4=1×9×25=225KN

（5）模板、方木重量：取F5=1KN/m2,G5=1×9×25=225KN

（6）貝雷片、連接片：每片重270kg，每孔需108片。45cm×120cm規格連接片20kg/片，每孔需18片，90cm×120cm規格連接片30kg/片，每孔需36片，則：G6=270×108+20×18+30×36=30633kg=306.33KN

F6=G6÷S=306.33÷（9×25）=1.36KN/m2

（7）36a工字鋼每延米重量為60.037kg,每孔需96m，則：

G7=60.037×96=5763kg=57.63KN

F7=G7÷S=57.63÷（9×25）=0.26KN/m2

（8）鋼管每延米重量為100kg,按15m計算，每根鋼管重量為15KN，每孔需28根鋼管，則鋼管總重量為,

G8=15×28=420KN

（9）每個跨中臨時支墩承臺基礎鋼筋砼重量為G9：承臺尺寸為長度1m，寬度12m，高度1m，則：

G9=1×1×12×26=312KN

2.3.2 基礎承載力驗算。臨時支墩基礎為Ф1000鉆孔灌注樁。每排臨時支墩設3根鉆孔樁基礎，樁長為15m，其中位于液化層4m，不液化土層11m。

每根樁基實際承重為：

P=〔G9+(G1+G2+G3+G4+G5+G6+G7+G8)/4〕/3=848KN

由地質資料查得，河道內地質以粉細砂及亞砂土為主，其摩阻力τ=3.5t/m2。液化土層τ按1.5t/m2來考慮。

每根樁基承載力：N=π×D×h×τ=3.14×1×11×3.5＋3.14×1×4×1.5=1397.3KN>P=848KN

鉆孔樁承載力滿足要求。

2.3.3 底橫梁懸臂段承載力驗算

每根鋼管立柱承擔重量為：(G1+G2+G3+G4+G5+G6+G7)/28=304KN

每根鋼管自身重量為15KN

則每根鋼管承重連同其自身重量為319KN

由于底橫梁1m懸臂段支撐其上面一根鋼管傳遞下來的荷載，則懸臂段實際承受的彎矩為：

M=319×1=319KN.m

由于底橫梁采用的是三層單排不加強型貝雷梁，由貝雷梁桁架內力表查得，三層單排不加強型貝雷梁允許彎矩[My]=2246.4KN.m，允許剪力[Fy]=698.9KN

所以，底橫梁懸臂段承載力能夠滿足施工要求。

2.3.4 鋼管立柱受力驗算（1）鋼管立柱強度驗算由建筑施工手冊查得，Ф406mm鋼管容許應力［σ］=145MPa。

Ф406mm鋼管截面面積A：A=π(D2-d2)/4=3.14×(4062-3962)/4=6295.4mm2

鋼管容許抗壓強度N:N=［σ］×A=145×6295.4=912833N=912.83KN＞319KN鋼管立柱抗壓強度滿足要求。

（2）鋼管立柱穩定性驗算

鋼管排架采用Φ406×10mm鋼管：

回轉半徑：r=√(D2+d2)/4=√（4062+3962）/4=14.2cm,鋼管立桿長度按H=5m，立桿兩端按鉸接。

立桿長度系數取μ＝1.5

立桿長細比λ=Hμ/r=500×1.5/14.2=52.8由長細比可查得軸心受壓構件的縱向彎曲系數φ=0.87

所以，立桿軸向荷載［N］=Am×φ×［σ］=6295.4×0.87×145=794.2KN＞319KN

鋼管立柱支架穩定性滿足要求。

綜上，鋼管立柱強度和穩定性均滿足施工要求。

2.3.5 貝雷梁受力驗算

為便于驗算，將貝雷梁從跨中臨時支墩位置分開，簡化成兩孔凈跨凈為12m、寬度為9m的均布荷載簡支梁。

（1）貝雷梁彎矩和剪力驗算

則作用在貝雷梁上的均布荷載為：q=F×b=(F1+F2+F3+F4+F5+F6)×9=338KN/m

跨中最大彎矩：Mmax=qL2/8=338×122/8=6084KN.m

剪力：Fs=qL/2=338×12/2=2028KN

由貝雷梁桁架內力表查表可知：三排單層貝雷架允許彎矩為[My]=2246.4KN.M、允許剪力為 [Fy]=698.9KN。二排單層貝雷架允許彎矩為[My]=1576.4KN.M、允許剪力為[Fy]=490.5KN。

由于主梁由四組三排單層和二組二排單層貝雷梁組合而成，故主梁的允許彎矩[M]=2246.4×4+1576.4×2=12138.4 KN.M，允許剪力[F]=698.9×4+490.5×2=3774.6 KN。

[M]=12138.4KN.M＞Mmax=6084KN.m，[F]=3774.6 KN＞Fs=2028KN，故而貝雷梁受力滿足要求。

結束語

目前，章衛新河道范圍內的12孔現澆箱梁已經全部完成，實踐證明，鋼管樁和貝雷梁支架施工方案總體施工效果良好，既保證了施工安全和工程質量，和滑模移架相比又節約了成本，而且，貝雷梁材料可多次周轉使用。該方案既能在淺水河道內施工，也能在陸地上使用，方便靈活，可以在今后的橋梁施工中進一步優化和推廣使用。

[1]楊文淵,徐犇.《橋梁施工常用數據手冊》（人民交通出版社）.

[2]董軍,曹平周.《鋼結構原理與設計》（中國建筑工業出版社）.

[3]《公路橋涵施工技術規范》（JTJ041-2000）.

[4]張俊義.《橋梁施工工程師手冊》（人民交通出版社）.