鋼管貝雷梁支架在現澆匝道橋中的應用

■曾小玲

（福建通乾建設有限公司， 龍巖 364000）

1 工程概況

土樓互通A 匝道橋左右分幅設計，左幅橋型布置為5×20 m 的PC 連續現澆箱梁， 橋長107 m；右幅橋型布置為4×20 m 的PC 連續現澆箱梁， 橋長87 m。 平曲線線型為緩和曲線和R=120 m 的圓曲線，縱斷面上跨高頭溪，屬于典型V 型峽谷，最大墩高15.1 m。 上部結構為等截面單箱雙室結構，梁高1.5 m，橋面寬度12 m。 下部構造采用柱式橋墩，基礎為鉆孔灌注樁基礎。 本橋上跨高頭溪，上游設置有水力發電站，根據當地水文資料，暴雨期最高水位約為1.5 m。

2 支撐形式的選取

因橋梁最大墩高15.1 m，橋寬12 m，高寬比小于2， 較適合的方案為滿堂碗扣支架或鋼管貝雷梁支架方案。 現就兩種方案進行比選。

鋼管貝雷梁方案采取將基礎下方夯實后，現澆混凝土條形基礎作為承載基礎；滿堂碗扣支架方案采取將原地面開挖臺階，并用混凝土全部硬化作為承載基礎[1]，具體如圖1～3 所示。

圖1 鋼管貝雷梁方案立面圖

圖2 滿堂碗扣方案立面圖

圖3 A 匝道支架橫斷面圖

滿堂支架方案頂托以上，鋼管貝雷梁支架方案貝雷片以上結構形式類似，在此不作對比。 僅對鋼和混凝土材料用量作對比分析（表1、2）。從經濟性、安全性、環保方面綜合對比分析，采取鋼管貝雷梁支架方案的材料用量略低，經濟性略高；阻水面積小，較安全；且無需大面積開挖，較環保（表3），因此采取鋼管貝雷梁支架方案最優。

表1 2 種支架方案用鋼量對比

表2 2 種支架方案混凝土用量對比

表3 2 種支架方案綜合對比

3 支架結構設計驗算

根據 《路橋施工計算手冊》 及JTG D60-2015《公路橋涵設計通用規范》 對支架結構進行設計驗算[2-3]。

3.1 材料設計參數

（1）竹膠板（規格1220 mm×2440 mm×18 mm）。竹膠板密度為γ=8.0 kN/m3；抗彎強度[σW]=35 MPa，彈性模量為Em=9.0×103MPa；（2）木材（馬尾松）。 方木密度為γ=8.0 kN/m3， 方木抗彎強度為 [σW]=12 MPa，方木橫紋抗剪強度[τj]=1.5 MPa，彈性模量E=9.0×103MPa。（3）型鋼（Q235 鋼材）。[σ]=215 MPa，[τ]=125 MPa，彈性模量E=2.06×105MPa。（4）荷載取值。 為簡化計算，按照相關規范及工程經驗選定以下參數作為荷載取值。 竹膠板自重：q11=0.018×8.0=0.144 kN/m2。 橫向方木自重：q12=0.10×0.10×1×5×8.0=0.4 kN/m2。鋼筋混凝土自重：q2=26.5 kN·m3。施工人員、材料、機具荷載：q31=2.5 kN/m2。 計算模板時， 取均布荷載q31=2.5 kN/m2， 另以集中荷載P=2.5 kN 進行檢算。 計算支撐模板的橫向方木分配梁及桁架時，取均布荷載q32=1.5 kN/m2。計算支架立柱及其它結構時，取均布荷載q33=1.0 kN/m2。振搗混凝土時產生的荷載：q4=2.0 kN/m2。 澆筑混凝土時產生的沖擊荷載：q5=2.0 kN/m2。箱梁內模荷載：采用碗扣式滿堂支架系統，q6=2.0 kN/m2。荷載分項系數：永久荷載的分項系數取γ永=1.2。 可變荷載分項系數取γ變=1.4。

3.2 構件驗算

3.2.1 模板驗算

3.2.2 方木驗算

（1）荷載計算。 腹板下次分配梁的均布線荷載設計值為：強度驗算荷載：q=[1.2×（26.5×1.5+0.144+0.4）+1.4×（1.5+2.0+2.0）]×0.3=16.8 kN/m； 剛度驗算荷載：q=1×（26.5×1.5+0.144+0.4）×0.3=12.1 kN/m。

3.2.3 工14 工字鋼縱梁驗算

貝雷頂分配梁采用工14， 查表得截面抵抗矩W=101714 mm3，截面慣性矩I=7120000 mm4。線荷載：q=[1.35×（26.5×1.5+0.144+0.4+2.0）+1.4×（1.5+2.0+2.0）]×0.6=39 kN/m， 計 算 簡 圖 如 圖4 所 示。 通過Midas 建模分析，正應力為22 MPa＜215 MPa，計算簡圖如圖5 所示。

圖4 工14 工字鋼縱梁線荷載計算簡圖

圖5 工14 工字鋼縱梁正應力計算簡圖

3.2.4 貝雷梁驗算

主承重梁采用321 型貝雷片， 單片貝雷片長3.0 m，高1.5 m。 查表得單排單層貝雷片，最大彎矩值為1687 kN·m，最大剪力為245 kN。 腹板下貝雷片 的 均 布 線 荷 載 設 計 值 為：q=[1.35×（26.5×1.5+0.144+0.4+4）+1.4×（1.5+2.0+2.0）]×0.7=47.2 kN/m，計算簡圖如圖6 所示。 通過Midas 建模分析，彎矩計算結果488 kN·m＜1687 kN·m，滿足要求，計算簡圖如圖7 所示。 貝雷兩端剪力計算結果216 kN＜245 kN，滿足要求，計算簡圖如圖8 所示。

圖6 貝雷梁均布線荷載計算簡圖

圖7 貝雷梁彎矩計算簡圖

圖8 貝雷兩端剪力計算簡圖

3.2.5 墩頂橫梁驗算

鋼管立柱頂采用雙拼I40a， 取單根進行計算，則荷載為216÷2=108 kN，計算簡圖如圖9 所示。 最大應力165 MPa＜215 MPa，滿足要求，計算簡圖如圖10 所示。 最大變形3 mm＜3000÷400=7.5 mm，滿足要求， 計算簡圖如圖11 所示。 支點反力N=2×584=1168 kN，計算簡圖如圖12 所示。

圖9 墩頂橫梁荷載計算簡圖

圖10 墩頂橫梁最大應力計算簡圖

圖11 墩頂橫梁最大變形計算簡圖

圖12 墩頂橫梁支點反力計算簡圖

3.2.6 鋼管驗算

3.2.7 基礎驗算

根據設計圖紙，地基承載力250 kPa；基礎面積A=1.3×12=15.6 m2；（338.1+338.1+584+584）×2=3688 kN＜15.6×250=3900 kN，滿足要求。

4 鋼管貝雷梁支架施工[3]

根據JTG/T 3650-2020《公路橋涵施工技術規范》對鋼管貝雷梁支架進行施工[4]。

4.1 施工工藝流程

橋梁下部結構施工完畢后，對支架基礎部位整平并夯實，采用汽車吊安裝支架體系，并按規范預壓。 具體施工流程見圖13。

圖13 支架安裝流程圖

4.2 鋼管立柱基礎施工

在系梁兩側設置兩條形基礎（尺寸：長12 m×寬1.3 m×高1.0 m）， 條形基礎采用C25 鋼筋砼，主筋、箍筋均采用φ12 鋼筋，間距20 cm。 底鋼板與條形基礎的采用膨脹螺栓連接（圖14）。

圖14 連接鋼板結構圖

本標段現澆箱梁最大跨度為20 m，在跨中設置中支墩。 立柱基礎施工前先清除表層土，采用重型壓路機壓實整平，地基平整時做成2%雙面坡，進行試驗檢測壓實度達95%以上后，澆筑10 cm 厚C20砼，以避免雨水浸泡地基而影響承載力，基礎承載力必須經過檢測能夠滿足容許承載力P≥250 kPa的要求， 如承載力達不到要求應進行換填碎石，地基承載力達到要求后方可進行立柱基礎施工。

4.3 立柱安裝

支架立柱采用φ630 mm×8.0 mm 鋼管，立柱中心間距300 cm， 從線路中心向兩側進行對稱布置，墩柱的大里程與小里程側各布置1 排，跨中設置1 排中支墩，每排4 根立柱。立柱底部和頂部分別布設1 塊900 mm×900 mm×10 mm 的鋼板，鋼板與立柱接觸位置進行環形滿焊。 立柱安裝前先檢查承臺的立柱安放位置是否平整，如不平整需對承臺進行打磨平整后再安裝立柱，確保立柱底部鋼板與承臺完全密貼。 立柱安裝前還需對立柱的外觀進行檢查，破損嚴重或者變形的鋼管立柱嚴禁使用。 立柱安裝采用25 t 汽車吊進行吊裝，在立柱吊裝過程中設專人指揮，指揮人員需經過培訓且持證上崗。 吊裝應保證立柱安放的位置準確。 立柱安放到位后應用水平尺進行垂直度檢驗，確保立柱豎直，使立柱以承壓的形式受力；避免因立柱不垂直使立柱承受額外的彎矩，增加危險系數。 立柱安裝到位后，將承臺預埋筋與立柱底部鋼管進行滿焊固定，立柱與立柱、橋墩連接采用[10 槽鋼抱箍連接，由下至上每3 m 設置1 道。

4.4 ［10 槽鋼剪刀撐安裝

同排立柱與立柱之間每3 m 用［10 槽鋼焊接成剪刀撐， 布設個數按剪刀撐中心距離墩頂小于3 m為止進行布設，［10 槽鋼與螺旋管相接處進行滿焊。

4.5 調平沙桶安裝

調平沙桶為活絡端， 作用于立柱高度的調整，調整高度為0.45～0.75 m。 沙桶底座采用800 mm×800 mm×10 mm 方形鋼板， 沙桶底座四周與立柱鋼板之間采用滿焊。 沙桶采用直徑φ630 mm、 壁厚δ8 mm 的鋼管，沙桶直徑及材料與立柱相同，根據計算好的支架整體高度往沙桶內添加或減少干砂，從而達到調整立柱高度的目的，為加大與橫梁的接觸面積，沙桶上加焊800 mm×800 mm×10 mm 方形鋼板作為拖座（圖15）。

圖15 砂桶結構圖

4.6 樁頂橫向分配梁安裝

調平沙桶安裝完成并調整好立柱標高后再安裝橫梁，橫梁采用雙拼I40 工字鋼。為使I40 工字鋼連接成整體， 采用5 mm 鋼板將雙拼I40 工字鋼焊接成整體，每隔2 m 焊接1 道。 在立柱支點正上方I40 工字鋼兩側加焊筋板， 筋板采用10 mm 鋼板，每20 cm 1 道，共設置5 道。雙拼I40 工字鋼安裝完成后，為加強橫梁穩定性，以φ16 鋼筋為材料彎制成U 型， 在調平沙桶拖座與橫梁之間加焊三角斜撐，每個立柱頂上設置2 道。

4.7 貝雷梁安裝

本工程現澆箱梁貝雷支梁標準尺寸為：長3 m，高1.5 m；非標準尺寸：長1.5 m，高1.5 m;1.0 m，高1.5 m。 貝雷梁縱橋向布置在雙拼I40 工字鋼上，共設置7 組貝雷梁，共18 片，貝雷片間距為（0.9+0.65+0.45×3+0.65+0.9+0.9 ）m。 貝雷梁之間采用[10槽鋼制作成的矩形連接件上下連接，使之形成一個整體結構。

橫向貝雷梁采取整體一組2 排成段吊裝，先在施工場地內將單個梁節進行拼裝，一次拼裝成2排。吊裝至工字鋼上，并進行整體連接，先吊裝中間貝雷，再吊裝兩側貝雷，在貝雷梁上端安裝頂托來調節模板及橫坡。

4.8 頂托及分配梁安裝

（1）分配梁：頂托上橫橋向設置12 m 長14# 工字鋼作為主龍骨， 間距與立桿縱向間距相同，為0.6 m。（2）底模及側模：分配梁上搭設盤扣架作為翼緣板及腹板的側模支撐，支架橫向間距90 cm，縱橋向間距90 cm。 底板下的次龍骨采用10 cm×10 cm方木順橋向間隔單層鋪設， 底板下次龍骨按30 cm橫向間距布置。 翼緣板次龍骨采用5×10 cm 方木，間距為30 cm。 腹板處支撐采用U 型卡固定在14#工字鋼上。 在腹板處架設60°斜撐， 斜撐采用φ100 mm 鋼管制作， 斜撐底部與分配梁采用U 型扣鉸接，斜撐縱橋向布置，間距為1.2 m。 頂托位置采用楔形塊調整支架受力角度， 確保模板定位準確。 （3）翼緣板支架：外骨架支撐架采用盤扣式腳手架，立桿采用0.8 m 標準桿件，橫桿采用1.2 m 標準桿件， 支架設置2 根立桿， 橫距為0.9 m， 步距為1 m，縱距為0.9 m，支架設置上下拖座，拖座布置于梁體支架布置相同。

5 結語

本文依托靖永高速公路A1 合同段土樓互通A匝道，對山區河流地形處小半徑現澆箱梁支架方案選取及施工做了簡要分析，該現澆梁橋已于2021 年5 月26 日施工完成，證明了該方案的可行性。 經分析，隨著橋梁凈高的增加，鋼管貝雷梁支架在節約材料用量方面較滿堂碗扣支架越發突出，且不受滿堂支架高寬比不大于2 的限制，對后續類似工程的方案選取具有一定的參考價值。