台州市域铁路S1线35米箱梁钢管贝雷片梁柱式支架现浇设计与施工技术--中国期刊网

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台州市域铁路S1线35米箱梁钢管贝雷片梁柱式支架现浇设计与施工技术

发表时间：2020/8/11 来源：《基层建设》2020年第10期作者：陈兵

[导读] 摘要：本文针对市域铁路S1线箱梁及软弱地质条件的特点，介绍采用钢管贝雷片做支架的设计与施工要点。

        苏州中车建设工程有限公司江苏省 215126
        摘要：本文针对市域铁路S1线箱梁及软弱地质条件的特点，介绍采用钢管贝雷片做支架的设计与施工要点。从而很好的避免因地质松软产生地基不均匀沉降，保证梁体施工安全、质量和进度。该施工方法也为类似施工提供了一种解决思路。
        关键词：软土地基；钢管贝雷梁支架；设计；施工
        前言
        随着国家经济的的稳步发展，市域铁路建设越来越多。市域铁路位于城区多以高架桥为主。由于线型随路网变化大，多采用现浇梁施工。我公司承建的台州市域铁路S1线项目，地质条件复杂，地表多以软弱的淤泥质土为主，对梁体支架的变形和稳定性要求更高。为保证施工安全、质量，加快施工进度，进行梁部施工方案比选。最后采用双层贝雷梁和钢管桩组合的梁柱式支架支撑体系，达到很不错的效果。
        1工程概况
        洪家特大桥梁体均为35m现浇简支箱梁，梁体顶部宽度10.6m～11.0m，底部宽度均为5.0m，梁体截面类型为单箱单室，梁体计算跨度为33.7m，桥横向支座中心距3.1m，跨中截面中心线处梁高2.05m，支点截面中心线处梁高为2.25m。梁体混凝土强度等级为C50高性能混凝土。单片梁体混凝土258.35m3，钢筋用量59.994t，钢绞线10.825t，整孔梁重约671.75t。（截面图）（梁底面距地面6-8米）。
        2 施工方案比选
        方案一：满堂支架法施工。
        洪家特大桥桥址区间地质较差，多为回填土和腐殖土，土质松软，含水率高，孔隙率大，压缩性高、抗剪强度低，若采用满堂支架法进行梁体施工，则地基处理耗时较长，费用较高，地基沉降较大且不宜控制。
        方案二：钢管单层贝雷片梁柱式支架。
        洪家特大桥梁体跨度均为35m，整孔梁重约671.75t，若采用钢管单层贝雷片梁柱式支架，则贝雷梁变形较大，预拱度设置不准确，且支架整体受力不均匀，整体稳定性较差。
        方案三：钢管双层贝雷片梁柱式支架。
        采用选择三排双层贝雷片形式，总共7榀组合支架形式，支架变形较小，施工预拱度设置更加准确，支架整体受力均匀，增加了整体稳定性。
        3双层贝雷片钢管支架设计结构及简算
        3.1 贝雷梁支架设计结构
        简支箱梁现浇支架采用三排双层普通型贝雷片形式，总共7榀组合而成，每层21片贝雷片，分配梁分别采用2I45a和I14工字钢，在两侧承台上分别安设4根Φ630mm，厚度10mm的螺旋钢管立柱。
        （1）力学传递程序：现浇箱梁砼→ 模板→ 方木→工字钢横向分配梁→预拱度调整块→ 贝雷纵梁→ 支撑横梁→ 卸落装置→ 钢管柱式桥墩→ 承台顶。
        （2）模板：d=6mm钢板，布置范围：梁底、翼缘，内外模均采用厂家定制钢模；
        （3）纵向分配梁：采用10×10cm方木，纵桥向布置，腹板处间距30cm，底板处间距45cm布置范围：I14工字钢横向分配梁上；
        （4）横向分配梁：I14工字钢，间距60cm，单根长度12m，布置范围：贝雷梁桁架上；
        （5）主力桁架：采用双层21排贝雷梁，共计7榀，3排贝雷梁片为一榀，每排由10片3m标准桁架拼装而成，墩顶范围单边设置5片3.0m贝雷梁，计算跨度30.0m；
        （6）传力分配梁：2根I45a横梁、长12米，采用加劲肋板加强连接，布置范围：螺旋钢管支墩上。
        （7）起落架：卸漏砂筒，采用外径φ630mm、φ580钢管，高95cm，每个螺旋钢管支墩设一个。
        （8）钢管柱支撑：φ630mm螺旋钢管，厚10mm；每端4个，最外侧钢管设置斜撑，中心间距分别为2.3m、2.4m、2.3m，钢管柱之间采用10#槽钢连接，并通过10#槽钢、I20工字钢与墩身连接。
        （9）基础：桥墩承台作为支架基础。

图3-1 35m贝雷梁支架侧面结构图

图3-2 35m贝雷梁支架截面结构图

                        图3-3 35m贝雷梁支架结构图
        3.2 支架验算
        3.2.1贝雷桁架检算
        贝雷桁架采用7组21排双层贝雷梁拼装，跨径30.0米，翼缘板桁架长36米，其余为30.0米。

                                    图3-4 梁体荷载分布图
        3.2.2 贝雷桁架性质
        三排双层不加强贝雷桁架：
        （查《装配式公路钢桥使用手册》（交通部交通战备办公室）P.57页，表5-5、5-6）：
        [M]=4653.2KN˙m，[Q]=698.9KN，I=322.2883×10-4 m4，W=222.268×10-4m3，G=276 kg（每片3米），E=2.1×105 MPa；
        3.2.3 受力荷载分析
        3.2.3.1荷载取值
        （1）箱梁荷载取值
        混凝土容重取2.5t/m3；
        跨中处：6.338×2.5+2.0292=17.8742t/m=178.742KN/m
        支架平均值：7.334×2.5+2.0292=20.3642t/m=203.642KN/m
        梁端处：11.955×2.5+2.0292=31.9167t/m=319.167KN/m
        支架内梁体重量：20.3642×30=610.962t
        平均每延米：q砼=678.794÷33.5=18.239t/m=178.742KN/m。
        （2）附加静载
        施工人员、施工料具运输堆放取值：
        对于模板、小横肋：每平方米：q=2.5KPa；
        对于大横梁：q=1.5KPa；
        对于桁架及支墩：q施=每孔跨5t；
        （3）附加动载
        倾倒混凝土产生的冲击荷载每平方米：q=2.0KPa；（对模板、小横肋、大横肋）
        对支架每处2t，全跨度计2处共4t；
        混凝土振动每平方米：q=2.0KPa；模板
        每孔同时振动按5处计：q倾=q振=2.0×5×2×2=40KN=4t；桁架及支墩
        （4）模板及支架荷载
        内模：0.391KN/m2，确定每延米：4.66KN/m；
        侧模：1.07KN/m2，确定每延米（单侧）：4.71KN/m，（双侧）：9.42KN/m；
        底模：0.452KN/m2，确定每延米：2.28KN/m。
        小计每延米模板及支架重量：q模=16.36KN/m。
        （5）大横杆（分配梁）荷载
        采用14号工字钢：间距0.6米，计54根，每根长12米。
        G=16.88×12×54=10938.2kg=10.938t，
        平均每延米重量：q工字钢=10.938÷30=3.646KN/m。
        （6）贝雷梁荷载
        每片贝雷桁架重270kg，销子重6kg，每米重：（270+6）÷3=92kg/m
        整孔计：92×30×2×18=99360kg =99.36t，
        10#连接槽钢（合计180m）：180×10＝1800 kg＝1.8 t，

        平均每延米：q贝雷梁=（99.36+1.8）÷30=3.372t/m=33.72KN/m。
        3.2.3.1荷载计算

        跨中截面：
        q1=1.2×（178.742+16.36+33.72+3.646）+1.4×（5+4+4）×7÷30=283.208KN/m
        梁端截面增加荷载：
        力学计算分二次叠加：分别是A-B-C-D-E-F均布荷载q1=283.208KN/m；ABC（DEF）增加三角的荷载q2=1.2×140.25=168.51KN/m。
        3.2.4弯矩、剪力图
        采用清华大学研制的结构力学求解器进行求解得剪力、弯矩如下图所示。

图3-5 支架受力剪力图（KN）

              图3-6 支架受力弯矩图（KN•m）
        3.2.5 荷载检算
        由此可得出最大弯矩M在跨中处，其值为：
        Mmax=30682.09KN˙m<n［M］=7×4653.2=32572.4 KN˙m   满足要求!!
        最大剪力在支点AB处，其值为：Qmax=4340.99KN< n［Q］=7×698.9=4892.3KN˙m
        满足要求!!
        3.2.6 挠度检算
        w=5ql4/385EI=

<[w]=L/400=75mm 满足要求!!
        3.3横梁检算
        3.3.1 组成
        采用2根I45a工字钢焊接而成分配梁：通过查《路桥施工计算手册》P.795页，表3-31可得：

        A = 2×1.024×104mm2
        Ix = 2×3.224×108mm4
        Wx = 2×1.43×106mm3
        Sx = 2×8.36×105mm3
        tw = 2×11.5 mm
        单位重量g=80.4kg/m
        受力分布见下图：（尺寸单位cm）

                图3-7 横梁受力分布图
        3.3.2 分配到工字钢受力按平均分配
        G=523.43+12×2×0.0804＝525.360 t

        3.3.3 A～B～C～D～E～F横梁验算
        采用清华大学研制的结构力学求解器进行求解得：
        RB=RE=632.36+500.40=1132.76KN
        RC=RD=625.50+868.54=1494.04KN
        弯矩最大在BC、CD跨处

        满足要求！！
        剪力最大在支座C、D位置

        满足要求！！
        3.4支墩检算
        支墩单边采用4根φ630螺旋焊接钢管，壁厚10mm，中心间距分别为2.73m、2.74m、2.73m，钢管柱之间采用10#槽钢连接，并通过10#槽钢、I40工字钢与墩身连接。[σ]=140MPa。
        分析项目管段全线桥梁中35m现浇梁的墩高情况；
        最高墩为16.5＋0.35＋0.155=17m
        最高钢管支墩为17-3.836-0.66-0.02=12.5m，取12.5m计算。
        回转半径

长细比＜[λ]=150，查《钢结构设计规范》P.37页表5.1.2
查《钢结构设计规范》P.130页表C-2得稳定系数，

        满足要求！！
        四、施工工艺及要点
        4.1支架施工工艺流程
        地基处理→测量放样→钢筋砼基础浇筑→ 钢管切割、拼接 →钢管桩吊装→ 钢管桩吊装 →测量标高 →钢管柱平连加固 →分配梁安装、加固 →贝雷梁吊装 →测量复核→ 木楔块、方木安装 →箱梁施工 →支架拆除。
        4.2 支架安装
        4.2.1支架基础
        利用桥墩承台作为支墩基础，在上面预埋钢板与钢管柱连接。
        4.2.2支架搭设
        ⑴钢管立柱需要接长时必须采用螺栓连接，在管桩两端焊接法兰盘，并设牛腿加固，法兰盘采用20mm钢板加工，上面共设置4个φ20螺栓孔，分节要在现场加工，吊机安装，每节长度根据墩身高度及吊车起吊能力确定，分节尽量要少。钢管立柱之间用10号槽钢每节间连接，顶部安放高95厘米的卸漏砂箱为起落架，以便拆模。为保证钢管立柱受力均匀、平衡传力，须保证钢管在铅垂状态下立于承台上，所以在承台施工预埋钢板时，需要保证其平整性。
        ⑵卸漏砂箱总高75cm，采用外径φ630mm、厚10mm、高75cm螺旋钢管制作外套管，采用长×宽×厚=65×65×2cm钢板焊接封底，在底部位置左右两侧开设φ30mm出砂孔，装砂高20cm；内部采用外径φ400mm、厚10mm、高75cm的螺旋管做内箱，填充C20砼，采用长×宽×厚=65×65×2cm钢板焊接封顶。
        ⑶大横梁采用双拼12米I45a工字钢，中间采用10mm厚加劲板焊接，每1.5～2米焊接一处，立柱顶部及腹板位置加劲板每20cm一道。大横梁与螺旋管立柱焊接，并采用10mm钢板设加劲角撑，长度不于5cm，在现场加工，吊车安装。
        ⑷贝雷桁架及其配件必须是国家指定的厂家生产，质量标准要满足《装配式铁路钢桥使用手册》要求。
        贝雷梁预先在地面拼装成组，再用贝雷架支撑架将部分组贝雷梁连接成整体，然后再吊装。每组贝雷梁间隔一定间距用槽钢连接，保持稳定。
        单片贝雷用U型箍与旁边的的贝雷连接，墩身空档处可用单片贝雷过渡。在墩身两侧的贝雷梁通长连接，即在墩身处也不断开，其余几号贝雷梁则在墩身处断开。两排贝雷梁间则用定制或自制的槽钢花架连接保持稳定，贝雷梁与2I45a工字钢连接处则用I10在贝雷片两边立焊卡住贝雷梁。
        4.2.3支架检查验收
        ⑴主要构配件应有产品标示及质量合格证。
        ⑵供应商应提供管材、零件等材质、产品性能检验报告。
        ⑶构配件进入现场后应重点检查钢管的厚度，外观质量、焊接质量等。
        ⑷支架体系应随施工进度定期进行检查，达到高度后进行全面检查与验收。
        ⑸遇到大风、大雨天气后应进行特殊检查。
        ⑹钢管贝雷支架应重点检查以下项目：
        ●钢管的垂直度检查：钢管垂直度应满足倾斜度小于1/300的要求。
        ●钢管平连焊接：支架焊接质量控制贝类片联结质量控制是贝雷架施工成败的重要环节，在施工过程中我们对关键工序必须仔细检查。
        ●分配梁检查，分配梁中心线应尽量和管桩中心线重合，并采用限位块固定。
        ●贝雷梁应有效搭接在分配梁上，连接件连接牢固。
        ●贝雷梁侧向弯曲矢高≦L/1000，且不大于20mm。。
        4.3 支架预压
        支架搭设完并验收后，在第一孔箱梁施工前对钢管立柱贝雷支架进行预压。预压的目的主要有两方面，一方面是确保支架具有足够的强度、刚度和稳定性，另一方面是测出支架的弹性型变和非弹性型变，以便为后续预拱度的设置提供依据。
        4.4 预拱度设置
        ⑴各点的施工预拱度设置分别按：施工预拱度＝支架变形值+设计预拱度。
        设计预拱度＝扣除自重影响后预应力产生的上拱度+计算残余徐变拱度值-静活载挠度。
        ⑵在梁体混凝土实际施工时，还需要继续对钢管支架进行变形观测，观测持续到二期恒载上桥梁的变形基本稳定，得出更精确的变形值，在后续施工中进行准确调整，指导施工。
        4.5 支架拆除
        按照“纵桥向对称均衡、横桥向基本同步”的原则分阶段循环进行支架拆除。单孔支架自上而下的拆除顺序为：简支梁预初张拉完成→沙箱放砂下落→拆除方木、侧模、脱内模及底模等→拆除除贝雷梁端头、1/4跨、1/2跨、3/4跨以外的14工字钢分配梁→拆除贝雷梁横向锁定连接[10槽钢→横移并吊装拆除双层贝雷梁片→拆除主横梁2I45a工字钢→吊卸砂箱→拆除水平桁及剪刀撑、纵向墩身附着支架→分节拆除钢管立柱→（吊装至下一孔倒用）循环拆除下一孔钢管贝雷梁支架。
        5 质量保证措施
        ⑴地基承载力符合要求，对于部分地方有淤泥夹层，进行换填碎石等地基处理。
        ⑵填筑建碴应夯填密实，达到要求，顶面平整度根据技术交底达到要求。
        ⑶在起吊、安装过程中无论何时都需遵守安全操作规程。
        ⑷所有加工机件需防止雨水、灰尘等，包括螺栓、螺母及垫片。
        ⑸由于贝雷片桁架在作业时，受风荷载限制当风速≤12m/s（6级）时设备可以在正常推进；当风速在12m/s～22m/s（7～8级）时设备要保持静止，但上面可以施工箱梁；当风速在22m/s～30m/s（9～10级）时设备要保持静止不施工但不需要加固绑扎；当风速在≥30m/s（10级）时设备要保持静止并要进行绑扎固定。
        6安全施工保证措施
        ⑴由于高空作业具有一定的危险性，作业人员必须体检合格后方能上岗，不合适高空作业的人员（如：高血压、恐高症、心脏病等），不得从事高空作业；严禁酒后登高作业。
        ⑵高空作业时所使用的工具必须要有专门的工具袋，工具必须要有防坠绳，工具传递时严禁抛扔，以免脱手掉落伤人。
        ⑶高度超过2m的施工均为高空作业，作业人员必须要佩戴安全带，并将安全带钩挂在高处。施工作业平台必须安装好防护栏杆，栏杆高度不得小于1.2m。
        ⑷所有进入施工现场的人员必须戴好安全帽并扣好帽带。高空作业人员要穿胶鞋或软底鞋、严禁穿拖鞋作业。
        ⑸大风天气施工时要密切关注天气情况，当风力超过六级时，严禁高空作业。
        7 结束语
        经过采用贝雷梁支架的方法后，简支梁在施工中的安全性和质量都得以大幅提高，证明该工艺不失为一种有效的保证梁体现浇施工的方法。由于贝雷梁拆卸安装都比较方便，使得工期也得到有效保障，也可为后续类似施工提供借鉴。
        参考文献：
        [1]钢结构设计规范（GB50017-2003）.
        [2]《铁路桥涵工程施工技术指南》（TZ 203-2008）.
        [3]《铁路桥涵工程施工安全技术规程》（TB10303-2009）.
        [4]《结构静力计算手册》