積水溝槽內管橋板梁臨時支承結構設計

龔波

［貴州省水利投資（集團）有限責任公司，貴州貴陽 550000］

1 工程概述

1.1 項目情況

荒田溝倒虹管管橋為貴州省夾巖水利樞紐及黔西北供水工程管道引水簡支橋，起訖里程為倒2+248.712—倒2+408.712，橋長160m，共計13 跨，每跨長12m。管橋主要由承臺基礎、排架、槽臺、板梁及管道墊座組成，上部布置雙管輸水管管材為離心球墨鑄鐵管（K9 級）DN2200，其中板梁由主梁、次梁和面板3 個部分組成。

1.2 地質條件

橋址位于王家槽溝槽內，溝槽內地下水發育豐富，淤泥沉積較厚，淤泥厚度0~4m，下伏基巖為中厚層灰巖和白云巖夾泥巖，巖體強風化厚度為4~7m。

2 臨時支承方案比選

2.1 方案優缺點

荒田溝倒虹管管橋施工的難點主要為板梁施工，類似工程常采用滿堂支架法或橫穿鋼棒法[1]。兩種方法的優缺點如下。

2.1.1 滿堂支架法施工優、缺點

（1）滿堂支架施工優點。①在進行板梁施工時，會將大部分荷載傳遞給支架，對排架產生的影響較小，有效地提高施工質量。②在施工過程中，可根據實際的施工需求來對作業平臺進行加寬或變窄處理，具有較強的穩定性和安全性。

（2）滿堂支架施工缺點。①對地基的穩定性要求較高，因該工程位于溝槽內淤泥厚度0~4m，需對地表淤泥進行開挖后進行硬化處理，這將會投入大量的人力、物力，增加工程成本。②需采用靜載試驗來消除支架的變形量。由于試驗時間較長，需投入大量的人力、物力，增加工程成本，不適用于工程周期較緊的施工項目。

2.1.2 橫穿鋼棒法施工優、缺點

在進行橫穿鋼棒法施工時，首先需在排架內部預留出孔洞，在孔內穿入鋼棒，并且板梁自身的重量和所有的施工荷載都會傳遞給鋼棒和排架，然后將其傳遞給地基。采用此方法來進行施工，主要受力部件是鋼棒和貝雷梁。

（1）橫穿鋼棒法施工優點。橫穿鋼棒法主要適用于高排架柱或樁基處于河流中的橋梁，施工過程便捷，效率高，能夠有效地節省人力、物力和財力，確保工程進度，保證施工質量。

（2）橫穿鋼棒法施工缺點。在排架柱內埋設預留孔時，會給施工人員的工作帶來一定難度。在板梁施工完成后，需對孔洞進行二次澆筑，這會直接影響排架柱的美觀度和質量。

2.2 方案選擇

荒田溝管橋板梁距原始地面高差僅有3~7m，施工時間為2018 年5—7 月。受所處地區汛期影響，溝槽內長期積水，最大可淹沒至板梁下2.9m 處。滿堂支架施工時，需要將溝槽內積水排干，耗時耗工，且地基將長期處于水中，承載力和穩定性受到較大影響，其在安全、工期、經濟不可控。針對汛期特點、溝槽地勢情況，通過現場調查研究和方案比選，決定采用橫穿鋼棒法進行板梁施工，能夠有效地提高施工效率。結合現場實際情況，詳細比較兩種方案，如表1 所示。

表1 滿堂支架與橫穿鋼棒法對比

3 臨時支承結構設計

橫穿鋼棒法采用90 型貝雷梁支架，每跨（12m）由16 片標準節和4 片1m 長節段組合。在排架柱上設置牛腿，采用40Cr 調質材質φ36 銷棒進行穩固，貝雷梁置于牛腿上。貝雷梁上采用I12 工字鋼作為分配梁，每根長7.2m，間距：主梁對應部位為60cm，次梁對應部分為30cm。貝雷梁間設置φ48×3.5mm 鋼管剪刀撐，每跨設置4 處；貝雷梁與分配梁間采用U 型卡連接，使之形成整體，作為橫聯，增強整體穩定性。

貝雷梁在施工場地拼裝完成后由25t 吊運安裝，貝雷梁及連接件螺栓在安裝時要擰緊。

貝雷梁及分配梁安裝完畢后，在分配梁上搭設φ48×3.5mm 腳手架鋼管。所有桿件均采用3 扣件搭接，搭接長度不小于100cm，鋼管立桿、大橫桿的接頭應相互錯開。腳手架頂設置頂托，用以調整標高。頂托上鋪設10cm×10cm 方木，然后再進行模板安裝。

腳手架外側設剪刀撐，剪刀撐與地面的傾斜角度控制在45°~60°，剪刀撐的兩端除用回轉扣件與腳手架的立桿扣緊之外，中間還要增加2~4 個扣結點，與相交的桿件扣緊。

腳手架的外側、通道和作業平臺均搭設1m 高防護欄，并且掛滿密目安全防護網，安全網距離工作面的最大高度不得超過3m。操作平臺上均滿鋪一層竹馬道板，馬道板采用鉛絲綁扎牢固。

4 支架驗算

4.1 物理力學參數及計算指標選取

根據相關規范及類似工程要求，選取支承結構中各部分材料的物理力學參數（支架參數、荷載參數、截面幾何特性）及計算指標，如表2~表5 所示[2-4]。

表2 支架參數

表3 荷載參數

表4 截面幾何特性

表5 計算指標

4.2 貝雷梁頂橫梁計算

貝雷梁頂橫梁采用I12，用來分配鋼管支架立桿軸向力。縱向間距上，主梁對應部位為60cm，次梁對應部分為30cm。分別對兩種間距的橫梁進行計算。

4.2.1 貝雷梁頂橫梁荷載組合

（1）60cm 間距。60cm 間距梁體截面如圖1 所示。

圖1 60cm 間距梁體截面（單位：cm）

G1K=25×0.6×0.2/1.2=3kN/m/18kN/m，G2K=0.5×φciQik，q=1.35×（G1K+G2K+G3K）+0.7×1.4×Q1K=5.71/27.82kN/m。

梁體兩側懸臂處按集中荷載進行加載，單側懸臂0.9m，則P=0.9q=5.14kN。

在Midas civil 中建立橫梁模型，60cm 間距橫梁荷載分布如圖2 所示。

圖2 60cm 間距橫梁荷載分布（單位：kN/m2）

（2）30cm 間距。30cm 間距梁體截面圖如圖3 所示。

圖3 30cm 間距梁體截面（單位：cm）

G1K=（25×0.2×0.6+3÷0.6×0.25）/（25×0.2×1.2+18÷0.6×0.25）=4.25/13.5kN/m，G2K=0.5×0.45kN/m，G3K=5%G1K，Q1K=1.5×0.45kN/m，S（G1K+G2K+G3K）+0.7×1.4×Q1K=6.99/20.1kN/m。

梁體兩側懸臂處按集中荷載進行加載，單側懸臂0.9m，則P=0.9q=6.29kN。

在Midas civil 中建立橫梁模型，30cm 間距橫梁荷載分布如圖4 所示。

圖4 30cm 間距橫梁荷載分布（單位：kN/m2）

4.2.2 強度計算

（1）60cm 間距的橫梁。σmax=65.0MPa<[σ]=205MPa，滿足要求。

（2）30cm 間距的橫梁。σmax=79.4MPa<[σ]=205MPa，滿足要求。

4.2.3 撓度計算

fmax=1.62mm，<【f】=1400/400=3.5mm，貝雷梁頂橫梁撓度滿足要求。

4.3 貝雷梁計算

根據貝雷梁布置情況，用條分法進行荷載分配，由于各組分配梁體截面積近似相等，因此將整體荷載均分給各排貝雷梁，用Midas civil 2015 建立貝雷梁模型進行計算分析。

4.3.1 貝雷梁荷載組合

次梁部分：梁體截面積S=5.16m2。

無次梁部分：梁體截面積S=2.68m2。

4.3.2 單跨貝雷梁計算

經計算，貝雷梁最大應力值為181N/mm2<[σ]=273N/mm2，弦桿最大內力384kN<560kN，豎桿最大內力182kN<210kN，斜桿最大內力121kN<171.5kN，最大撓度20.95mm<12000/400=30mm，各項參數均滿足要求。

4.3.3 雙跨貝雷梁計算

經計算，最大應力值為151N/mm2<[σ]=273N/mm2，弦桿最大內力330kN<560kN，豎桿最大內力209kN<210kN，斜桿最大內力149kN<171.5kN，最大撓度12.1mm<12000/400=30mm，各項參數滿足要求。

4.4 牛腿銷棒計算

根據單雙跨貝雷梁計算模型可得單個牛腿最大反力Rmax=211.9×2=423.8kN。

牛腿通過兩根40Cr 調質鋼棒穿過排架柱進行對拉。按軸心力作用下螺栓群的抗剪連接進行計算：Nbv=（牛腿鋼板厚度取20mm），取1.92＞1.3，滿足安全系數要求。

5 管橋板梁施工成果

荒田溝管橋板梁采用貝雷梁和鋼棒作為臨時支撐結構進行施工，在澆筑前進行了120%預壓（水箱），從實踐方面再次證明了該臨時支架體系的強度、剛度、穩定性滿足施工要求，同時消除了支架的非彈性變形，確保了板梁線型的有效控制[5]。

該管橋共計施工7 跨板梁，通過現場量測得出板梁線型偏差均不大于1cm。

6 結語

通過方案的對比優化、支撐結構設計和驗算及預壓，證明了該方案在汛期板梁施工的可行性。該臨時支撐結構在本工程中得到成功應用，施工質量、安全、進度、成本等均得到有效保證，同時，為類似工程提供了一定的參考。