貝雷梁懸吊支架在匝道橋施工中的應用

尚 鑫

（中鐵二十二局集團第三工程有限公司，福建 廈門 361000）

1 工程概況

1.1 工程簡介

福州市福灣路提升改造工程主要包括福灣路K2+196～K3+112 段路基及灣邊互通工程，互通工程為新建5座匝道橋，分別為J、K、L、M、N 匝道橋。J 匝道橋14～15跨上跨既有線福彎路老橋左側緊鄰運營的三環高架橋。該匝道橋上部結構設計為單室單箱預應力混凝土箱梁結構，福灣路老橋左幅橋寬19.677m，右幅橋寬14.663m。該橋采用現澆砼工藝施工，最小支架跨度須不小于19.677m，為超長跨徑。其中J 匝道橋14～15 跨上跨既有線福灣老橋，該匝道橋梁底距福灣舊橋橋面凈高為5.586m。

1.2 工程重難點

該工程重難點主要如下：1）施工環境復雜。該項目上跨既有福灣路老橋，跨越處凈空僅5.586m，且與三環高架橋并行，并行間距90cm。福灣路和三環高架橋在施工期間均需不中斷通行，施工環境條件復雜，施工難度和風險較高。2）大跨度支架設計和施工難度大。J14-J15 上跨福灣路舊橋橋面上不能設置臨時支墩，現澆支架除了在福灣老橋中央分隔帶處可以設置鋼管支墩外（其最大跨度達19.677m，屬于超長跨徑），還在低凈空受限條件下采用貝雷梁支架，對其撓度和變形提出了更高要求，確保支架下撓變形滿足規范要求和梁體預拱度、線形是該工程的難點。3）施工安全壓力大。現澆梁施工鄰近和上跨既有通行道路吊裝施工安全風險高，存在高空墜落和影響交通的風險，安全施工壓力大。

2 關鍵技術方案

2.1 關鍵技術方案

常規的貝雷梁高度1.8m，新建匝道橋下凈高只有5.586m。如果采用常規的貝雷梁支撐式支架施工，橋下實際凈空只有3.8m，不能滿足社會車輛正常通行的凈高要求。采用鋼管型鋼支撐架體，19.677m 的超長跨徑會導致模板支架跨中變形下撓超限，無法保證支架的剛度和整體穩定性，因此研究出一種新型的現澆支架結構迫在眉睫。

經過市場調研和現場環境條件調查發現，采用上承式懸吊受力支架體系可解決這一系列技術難題。關鍵技術方案如下：采用落地鋼管立柱支點橫梁上設置縱向加強型貝雷梁結構，由貝雷梁結構通過吊桿提供反力懸吊現澆砼和模板結構自重，既避免了常規現澆梁貝雷支架設置在梁底，導致上跨既有線橋梁凈高不足的問題，又解決了超長跨徑帶來的模板支架跨中變形下撓超限的技術難題。詳細設計如圖1、圖2所示。

圖1 貝雷梁懸吊體系支架設計立面圖（單位：mm）

圖2 貝雷梁懸吊體系支架設計橫斷面圖（單位：mm）

2.2 技術要點

2.2.1 基礎

基礎換填水泥穩定土，換填寬度3.5m，寬出條形基礎兩頭各1.0m；換填厚度1.0m；C20 混凝土條形基礎為寬度2.5m，厚度0.5m，長度兩側比箱梁兩側翼緣板投影寬出0.5m。混凝土底層及頂層鋪設10cm×10cmΦ20 鋼筋網片，澆筑條形基礎前檢查預埋件設置位置和尺寸準確無誤。

2.2.2 鋼管柱

采用Φ630×8mm 混凝土鋼管立柱，立柱內澆筑C30 混凝土，每排6 根，共18 根；鋼管立柱鋼管根底部與基礎預埋件采用法蘭盤連接。立柱之間采用10mm 厚鋼板120mm×120mm剪刀撐加勁肋板焊接確保鋼管立柱的穩定性，根據立柱高度設置剪刀撐加勁肋，鋼管焊縫均采用一級焊縫。

2.2.3 貝雷梁懸吊支架體系主要材料

主要材料選用見表1。

表1 貝雷梁懸吊支架體系設計材料一覽表

2.3 懸吊支架模板體系設計

在J匝道橋14#-15# 墩兩個端頭處設置鋼管立柱（Φ630×8mm）（如圖2 所示），鋼管立柱的位置設置在J 匝道橋14-15 跨的兩端頭和福灣老橋左右幅中央分隔帶內，分三排布設，每排6 根。鋼管立柱上設置支點橫梁（雙拼I36b 工字鋼），在支點橫梁上架設16 片加強型貝雷片（左右幅各8 片），貝雷片上弦桿支承上橫梁（I36b 工字鋼），上橫梁與吊桿（φ32mm實心鋼桿）通過高強螺栓連接，吊桿下端連接下橫梁（I630 工字鋼），吊桿之間以剪刀撐固定，下橫梁間距0.75m；在下橫梁上鋪設縱向鋼梁（雙拼[10 槽鋼），間距為0.50cm。在縱向鋼梁頂上設置20mm 鋼板，鋼板以上部分按照常規的現澆箱梁的底板施工方法進行縱橫向方木及箱梁底模板布設。

3 支架驗算

以福灣路J 匝道橋上部結構施工設計圖紙、《公路橋涵施工技術規范》《路橋施工計算手冊》[2]為依據，對支架結構建模進行內力計算和穩定性驗算 。

3.1 施工荷載取值

混凝土容重：26kN/m3[2]。

模板容重：9kN/m3。

施工荷載：均布荷載2.5kN/m2[3]。

振搗荷載：均布荷載2.0kN/m2[3]。

施工荷載組合[4]：1.2×[1.2×（支架結構自重+混凝土質量+模板質量）+1.4×（施工荷載+振搗荷載）]。

3.2 計算模型

采用Midas civil 建立有限元空間模型[5]對支架結構進行受力分析，支架結構有限元模型如圖3 所示。

圖3 支架結構有限元模型圖

3.3 支架驗算過程

采用Midas civil 軟件建立模型對支架結構進行內力計算，懸吊支架體系各組合構件計算結果見表2。

表2 貝雷梁懸吊支架體系各構件受力驗算結果一覽表

3.3.1 吊桿（φ32mm 鋼桿）驗算

由有限元模型計算施工荷載組合作用下吊桿最大拉力為123.2kN，其安全系數為1343.0/123.2=10.9，大于3.0，滿足要求。

3.3.2 鋼管墩（φ630×8mm 鋼管）驗算

3.3.2.1 應力驗算

由施工荷載組合下的鋼管墩的最大應力圖得出鋼管墩的最大應力為51.4MPa，小于其容許應力215MPa，滿足要求。

3.3.2.2 剛度驗算

按最不利情況，長細比λ=l/i=8.03/0.28=28.7。

查表得穩定系數φ=0.965。其中i為鋼管回轉半徑；I為慣性矩，A為橫截面面積；λ為長細比；I為鋼管柱的長度。

σa=N/（φA），容許應力[σ]=210MPa >1.2σa=76MPa，滿足鋼管墩穩定性要求。其中σa為計算應力；φ為穩定系數，A為橫截面面積，N為施工荷載。因此鋼管墩穩定滿足要求。

3.4 驗算結論

3.4.1 縱向鋼梁（雙拼[10槽鋼）

縱向鋼梁最大應力為44.6MPa，小于其容許應力215MPa，強度滿足要求；腹板位置的縱向鋼梁的撓度為0.141mm，小于容許撓度限值1.875mm，剛度滿足要求。

3.4.2 下橫梁（I630工字鋼）

下橫梁的最大應力為85.3MPa，小于其容許應力215MPa，強度滿足要求；下橫梁的最大撓度為6.4mm，小于容許撓度限值16.3mm，剛度滿足要求。

3.4.3 吊桿（φ32mm 鋼桿）

吊桿的最大拉力為123.2kN，其安全系數為10.9，大于容許值3.0，強度滿足要求。

3.4.4 上橫梁（I36b）

上橫梁的最大應力為25.9MPa，小于其容許應力215MPa，滿足要求。

3.4.5 加強貝雷梁

弦桿的最大應力為144.1MPa，腹桿的最大應力為157.3MPa，均小于其容許應力215MPa，強度滿足要求；貝雷梁的最大撓度為46mm，小于容許撓度限值52.5mm，剛度滿足要求。

3.4.6 支點橫梁（雙拼I36b 工字鋼）

支點橫梁的最大應力為98.7MPa，小于其容許應力215MPa，強度滿足要求；支點橫梁的最大撓度為3.38mm，小于容許撓度限值3.75mm，剛度滿足要求。

3.4.7 鋼管墩

鋼管墩的最大應力為51.4MPa，小于其容許應力215MPa，強度和穩定性滿足要求。

4 施工技術

4.1 施工流程

貝雷架懸吊支架體系的施工流程為：地基換填→基礎澆筑→支架鋼管墩安裝→支點橫梁（雙拼I36b 工字鋼）安裝→加強貝雷梁安裝→上橫梁安裝（I36b 工字鋼）→吊桿安裝→下橫梁安裝（I630 工字鋼）→吊桿固定→調整標高→底模安裝→預壓→外模支架及模板安裝→箱梁底板及腹板鋼筋安裝→芯模安裝→頂板鋼筋安裝→澆筑混凝土→養護→張拉壓漿→支架拆除→下一跨施工。

4.2 鋼管貝雷架懸吊技術操作要點

首先，在福灣老橋下穿J 匝道橋立體交叉兩端各100m 和50m 處分別設置限高架及車輛限速警示標志以及警示燈，確保福灣老橋上行駛車輛的安全和J匝道14-15跨施工支架安全。

其次，支架鋼管柱（Φ800×10mm）分兩排設置在J匝道14-15 跨的端頭，每排6 根，分左右幅設置，鋼管立柱基礎采用2.5m×4.5m×0.5m 條形C25 混凝土基礎，基礎內預埋底腳螺栓，確保位置準確，混凝土基礎澆筑養護14d，當混凝土強度達到設計強度75%時開始進行支架的搭設；鋼管樁底部與基礎之間采用法蘭盤、螺栓連接加固，鋼管內澆筑C25 混凝土確保鋼管立柱剛度符合設計要求；鋼管立柱頂部采用15mm 厚鋼板850mm×850mm封口，立柱之間采用10mm 厚鋼板120mm×120mm 剪刀撐加勁肋板焊接確保鋼管立柱的穩定性，根據立柱高度設置剪刀撐加勁肋。

再次，支點橫梁（雙拼I36b 工字鋼）設置在鋼管立柱上，通過焊接連接牢固，連接處可以增加牛腿斜撐，確保支點橫梁的穩定性；支點橫梁架上分左右幅設置加強型貝雷片（左右各8 片），貝雷片上弦桿支承上橫梁（I36b 工字鋼），間距0.75m，用M32 高強螺母與吊桿（φ32mm 實心鋼桿）連接，吊桿下端與下橫梁（I630 工字鋼）通過M32高強螺母連接，下橫梁長度7.5m，在下橫梁上每隔50cm鋪設縱向鋼梁（雙拼[10 槽鋼），在縱向鋼梁頂滿鋪厚度20mm 厚的鋼墊板。鋼墊板以上部分按照一般現澆箱梁的底板施工方法進行縱橫向方木布設施工；每排方木接頭相互搭接2m 鋪設，箱梁兩端截面漸變段加密至滿鋪。控制好模板底方木間距，確保撓度控制符合要求。

最后，在木方上面直接鋪設底模板，模板縫設在方木中心處，竹膠板與方木之間采用園釘釘牢固，主線箱梁外模和底模采用15mm 竹膠板，箱梁內模采用12mm 竹膠板。施工中嚴格控制每片貝雷片頂面高程，保證貝雷梁連接、加固到位，確保貝雷片跨中位置頂面高程符合要求。同時進場木方尺寸規格按照設計嚴格控制，確保底模鋪設后平整度及高程符合設計要求。

4.3 支架預壓

貝雷梁懸吊支架搭設完成后需要對支架進行荷載預壓試驗，以檢驗支架的承載能力和撓度值。通過模擬貝雷架在箱梁施工時的加載過程來分析、驗證貝雷梁懸吊支架及其附屬結構（模板、橫梁等）的彈性變形，消除其非彈性變形。通過其規律來指導施工中模板的預拱度值及其混凝土分層澆注的順序，并據此基本評判施工的安全性。通過對支架預壓得出支架彈性變形和非彈性變形，從而調整支架預拱度，確保梁體線性平順。

支架預壓采用水袋法或者砼塊配重均可以。預壓荷載為單孔箱梁荷載的1.2 倍[5]，預壓方法模擬該孔砼梁的現澆過程，進行實際加載，以驗證并得出其承載能力，按照常規的箱梁預壓方案實施即可。當完成全部荷載加載后當連續兩次觀測數據無變化時方可卸載，完成卸載后測出每個觀測點的標高。根據預壓前后標高計算支架非彈性變形和彈性變形對支架調整預拱度。

4.4 支架拆除

在箱梁砼澆注過程中，按照規范要求在澆筑地點預留三組同條件養護混凝土試件，根據同條件養護砼試件的抗壓強度來判斷模板支架拆除的時間。預應力箱梁的側模板一般在張拉前拆除，混凝土強度為保證其表面、棱角不因拆模而受損除；在梁體混凝土同條件養護試塊強度達到設計強度的75%后，方可進行預應力張拉、壓漿施工，壓漿施工完成24h 后，才可拆除箱梁底模板和支架。模板支架拆除前填寫模板支架拆除申請表，過項目技術負責人審成，技術交底等手續辦理完整后方可拆除。

拆除順序如下：一般按照后支先拆、先支后拆，先拆除非承重部分，后拆除承重部分模板的原則，先拆除箱梁內膜，再拆除箱梁外模板。外模板拆除時先由中間向兩邊對稱旋松吊桿下橫梁螺母10～15cm，確保吊桿下端頭漏出3～5 個絲準，使下橫梁和底模板和梁底完全脫開10～15cm，然后按照由中間段兩邊對稱依次拆除，即下橫梁→縱向鋼梁→鋼板→方木→底模板，邊拆除邊用機械吊運橋下，堆碼整齊；再對稱拆除吊桿→上橫梁→貝雷片→支點橫梁；最后拆除鋼管立柱，拆除4m 高度以上支架模板必須搭設腳手架或操作平臺，設置防護欄桿，確保支架拆除工作的安全。

5 結語

該文通過貝雷梁懸吊技術支架體系的研究設關，開拓了技術管理人員的創新思路和解決問題的能力，使技術管理人員在工程實際施工中得到了鍛煉，為今后的技術管理工作提出了更高、更嚴、更精的要求。

通過貝雷梁懸吊技術設計研究和建模驗算的成功，有效解決了超長跨徑，緊鄰、上跨既有線橋梁對支架行車凈高和大跨度下撓超限的難題，利用了工地上現有的鋼管柱和貝雷支架等大宗材料，經濟效益有較大改善。

貝雷梁懸吊技術支架體系巧妙地利用了上承式懸索橋體系結構的受力原理，通過上行式箱梁拼裝架橋機的懸吊拼裝工藝原理散思維發散設計而成，解決了該橋上下空間受限和超長跨徑下撓度超限的技術難題。貝雷梁懸吊體有結構穩定安全，施工工藝操作簡單實用，體系受力富余度大，操作性強，在工期和質量控制方面具有很大優勢，值得推廣。