钢管贝雷梁支架在现浇匝道桥中的应用

■曾小玲

（福建通乾建设有限公司， 龙岩 364000）

1 工程概况

土楼互通A 匝道桥左右分幅设计，左幅桥型布置为5×20 m 的PC 连续现浇箱梁， 桥长107 m；右幅桥型布置为4×20 m 的PC 连续现浇箱梁， 桥长87 m。 平曲线线型为缓和曲线和R=120 m 的圆曲线，纵断面上跨高头溪，属于典型V 型峡谷，最大墩高15.1 m。 上部结构为等截面单箱双室结构，梁高1.5 m，桥面宽度12 m。 下部构造采用柱式桥墩，基础为钻孔灌注桩基础。 本桥上跨高头溪，上游设置有水力发电站，根据当地水文资料，暴雨期最高水位约为1.5 m。

2 支撑形式的选取

因桥梁最大墩高15.1 m，桥宽12 m，高宽比小于2， 较适合的方案为满堂碗扣支架或钢管贝雷梁支架方案。 现就两种方案进行比选。

钢管贝雷梁方案采取将基础下方夯实后，现浇混凝土条形基础作为承载基础；满堂碗扣支架方案采取将原地面开挖台阶，并用混凝土全部硬化作为承载基础[1]，具体如图1～3 所示。

图1 钢管贝雷梁方案立面图

图2 满堂碗扣方案立面图

图3 A 匝道支架横断面图

满堂支架方案顶托以上，钢管贝雷梁支架方案贝雷片以上结构形式类似，在此不作对比。 仅对钢和混凝土材料用量作对比分析（表1、2）。从经济性、安全性、环保方面综合对比分析，采取钢管贝雷梁支架方案的材料用量略低，经济性略高；阻水面积小，较安全；且无需大面积开挖，较环保（表3），因此采取钢管贝雷梁支架方案最优。

表1 2 种支架方案用钢量对比

表2 2 种支架方案混凝土用量对比

表3 2 种支架方案综合对比

3 支架结构设计验算

根据 《路桥施工计算手册》 及JTG D60-2015《公路桥涵设计通用规范》 对支架结构进行设计验算[2-3]。

3.1 材料设计参数

（1）竹胶板（规格1220 mm×2440 mm×18 mm）。竹胶板密度为γ=8.0 kN/m3；抗弯强度[σW]=35 MPa，弹性模量为Em=9.0×103MPa；（2）木材（马尾松）。 方木密度为γ=8.0 kN/m3， 方木抗弯强度为 [σW]=12 MPa，方木横纹抗剪强度[τj]=1.5 MPa，弹性模量E=9.0×103MPa。（3）型钢（Q235 钢材）。[σ]=215 MPa，[τ]=125 MPa，弹性模量E=2.06×105MPa。（4）荷载取值。 为简化计算，按照相关规范及工程经验选定以下参数作为荷载取值。 竹胶板自重：q11=0.018×8.0=0.144 kN/m2。 横向方木自重：q12=0.10×0.10×1×5×8.0=0.4 kN/m2。钢筋混凝土自重：q2=26.5 kN·m3。施工人员、材料、机具荷载：q31=2.5 kN/m2。 计算模板时， 取均布荷载q31=2.5 kN/m2， 另以集中荷载P=2.5 kN 进行检算。 计算支撑模板的横向方木分配梁及桁架时，取均布荷载q32=1.5 kN/m2。计算支架立柱及其它结构时，取均布荷载q33=1.0 kN/m2。振捣混凝土时产生的荷载：q4=2.0 kN/m2。 浇筑混凝土时产生的冲击荷载：q5=2.0 kN/m2。箱梁内模荷载：采用碗扣式满堂支架系统，q6=2.0 kN/m2。荷载分项系数：永久荷载的分项系数取γ永=1.2。 可变荷载分项系数取γ变=1.4。

3.2 构件验算

3.2.1 模板验算

3.2.2 方木验算

（1）荷载计算。 腹板下次分配梁的均布线荷载设计值为：强度验算荷载：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； 刚度验算荷载：q=1×（26.5×1.5+0.144+0.4）×0.3=12.1 kN/m。

3.2.3 工14 工字钢纵梁验算

贝雷顶分配梁采用工14， 查表得截面抵抗矩W=101714 mm3，截面惯性矩I=7120000 mm4。线荷载：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， 计 算 简 图 如 图4 所 示。 通过Midas 建模分析，正应力为22 MPa＜215 MPa，计算简图如图5 所示。

图4 工14 工字钢纵梁线荷载计算简图

图5 工14 工字钢纵梁正应力计算简图

3.2.4 贝雷梁验算

主承重梁采用321 型贝雷片， 单片贝雷片长3.0 m，高1.5 m。 查表得单排单层贝雷片，最大弯矩值为1687 kN·m，最大剪力为245 kN。 腹板下贝雷片 的 均 布 线 荷 载 设 计 值 为：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，计算简图如图6 所示。 通过Midas 建模分析，弯矩计算结果488 kN·m＜1687 kN·m，满足要求，计算简图如图7 所示。 贝雷两端剪力计算结果216 kN＜245 kN，满足要求，计算简图如图8 所示。

图6 贝雷梁均布线荷载计算简图

图7 贝雷梁弯矩计算简图

图8 贝雷两端剪力计算简图

3.2.5 墩顶横梁验算

钢管立柱顶采用双拼I40a， 取单根进行计算，则荷载为216÷2=108 kN，计算简图如图9 所示。 最大应力165 MPa＜215 MPa，满足要求，计算简图如图10 所示。 最大变形3 mm＜3000÷400=7.5 mm，满足要求， 计算简图如图11 所示。 支点反力N=2×584=1168 kN，计算简图如图12 所示。

图9 墩顶横梁荷载计算简图

图10 墩顶横梁最大应力计算简图

图11 墩顶横梁最大变形计算简图

图12 墩顶横梁支点反力计算简图

3.2.6 钢管验算

3.2.7 基础验算

根据设计图纸，地基承载力250 kPa；基础面积A=1.3×12=15.6 m2；（338.1+338.1+584+584）×2=3688 kN＜15.6×250=3900 kN，满足要求。

4 钢管贝雷梁支架施工[3]

根据JTG/T 3650-2020《公路桥涵施工技术规范》对钢管贝雷梁支架进行施工[4]。

4.1 施工工艺流程

桥梁下部结构施工完毕后，对支架基础部位整平并夯实，采用汽车吊安装支架体系，并按规范预压。 具体施工流程见图13。

图13 支架安装流程图

4.2 钢管立柱基础施工

在系梁两侧设置两条形基础（尺寸：长12 m×宽1.3 m×高1.0 m）， 条形基础采用C25 钢筋砼，主筋、箍筋均采用φ12 钢筋，间距20 cm。 底钢板与条形基础的采用膨胀螺栓连接（图14）。

图14 连接钢板结构图

本标段现浇箱梁最大跨度为20 m，在跨中设置中支墩。 立柱基础施工前先清除表层土，采用重型压路机压实整平，地基平整时做成2%双面坡，进行试验检测压实度达95%以上后，浇筑10 cm 厚C20砼，以避免雨水浸泡地基而影响承载力，基础承载力必须经过检测能够满足容许承载力P≥250 kPa的要求， 如承载力达不到要求应进行换填碎石，地基承载力达到要求后方可进行立柱基础施工。

4.3 立柱安装

支架立柱采用φ630 mm×8.0 mm 钢管，立柱中心间距300 cm， 从线路中心向两侧进行对称布置，墩柱的大里程与小里程侧各布置1 排，跨中设置1 排中支墩，每排4 根立柱。立柱底部和顶部分别布设1 块900 mm×900 mm×10 mm 的钢板，钢板与立柱接触位置进行环形满焊。 立柱安装前先检查承台的立柱安放位置是否平整，如不平整需对承台进行打磨平整后再安装立柱，确保立柱底部钢板与承台完全密贴。 立柱安装前还需对立柱的外观进行检查，破损严重或者变形的钢管立柱严禁使用。 立柱安装采用25 t 汽车吊进行吊装，在立柱吊装过程中设专人指挥，指挥人员需经过培训且持证上岗。 吊装应保证立柱安放的位置准确。 立柱安放到位后应用水平尺进行垂直度检验，确保立柱竖直，使立柱以承压的形式受力；避免因立柱不垂直使立柱承受额外的弯矩，增加危险系数。 立柱安装到位后，将承台预埋筋与立柱底部钢管进行满焊固定，立柱与立柱、桥墩连接采用[10 槽钢抱箍连接，由下至上每3 m 设置1 道。

4.4 ［10 槽钢剪刀撑安装

同排立柱与立柱之间每3 m 用［10 槽钢焊接成剪刀撑， 布设个数按剪刀撑中心距离墩顶小于3 m为止进行布设，［10 槽钢与螺旋管相接处进行满焊。

4.5 调平沙桶安装

调平沙桶为活络端， 作用于立柱高度的调整，调整高度为0.45～0.75 m。 沙桶底座采用800 mm×800 mm×10 mm 方形钢板， 沙桶底座四周与立柱钢板之间采用满焊。 沙桶采用直径φ630 mm、 壁厚δ8 mm 的钢管，沙桶直径及材料与立柱相同，根据计算好的支架整体高度往沙桶内添加或减少干砂，从而达到调整立柱高度的目的，为加大与横梁的接触面积，沙桶上加焊800 mm×800 mm×10 mm 方形钢板作为拖座（图15）。

图15 砂桶结构图

4.6 桩顶横向分配梁安装

调平沙桶安装完成并调整好立柱标高后再安装横梁，横梁采用双拼I40 工字钢。为使I40 工字钢连接成整体， 采用5 mm 钢板将双拼I40 工字钢焊接成整体，每隔2 m 焊接1 道。 在立柱支点正上方I40 工字钢两侧加焊筋板， 筋板采用10 mm 钢板，每20 cm 1 道，共设置5 道。双拼I40 工字钢安装完成后，为加强横梁稳定性，以φ16 钢筋为材料弯制成U 型， 在调平沙桶拖座与横梁之间加焊三角斜撑，每个立柱顶上设置2 道。

4.7 贝雷梁安装

本工程现浇箱梁贝雷支梁标准尺寸为：长3 m，高1.5 m；非标准尺寸：长1.5 m，高1.5 m;1.0 m，高1.5 m。 贝雷梁纵桥向布置在双拼I40 工字钢上，共设置7 组贝雷梁，共18 片，贝雷片间距为（0.9+0.65+0.45×3+0.65+0.9+0.9 ）m。 贝雷梁之间采用[10槽钢制作成的矩形连接件上下连接，使之形成一个整体结构。

横向贝雷梁采取整体一组2 排成段吊装，先在施工场地内将单个梁节进行拼装，一次拼装成2排。吊装至工字钢上，并进行整体连接，先吊装中间贝雷，再吊装两侧贝雷，在贝雷梁上端安装顶托来调节模板及横坡。

4.8 顶托及分配梁安装

（1）分配梁：顶托上横桥向设置12 m 长14# 工字钢作为主龙骨， 间距与立杆纵向间距相同，为0.6 m。（2）底模及侧模：分配梁上搭设盘扣架作为翼缘板及腹板的侧模支撑，支架横向间距90 cm，纵桥向间距90 cm。 底板下的次龙骨采用10 cm×10 cm方木顺桥向间隔单层铺设， 底板下次龙骨按30 cm横向间距布置。 翼缘板次龙骨采用5×10 cm 方木，间距为30 cm。 腹板处支撑采用U 型卡固定在14#工字钢上。 在腹板处架设60°斜撑， 斜撑采用φ100 mm 钢管制作， 斜撑底部与分配梁采用U 型扣铰接，斜撑纵桥向布置，间距为1.2 m。 顶托位置采用楔形块调整支架受力角度， 确保模板定位准确。 （3）翼缘板支架：外骨架支撑架采用盘扣式脚手架，立杆采用0.8 m 标准杆件，横杆采用1.2 m 标准杆件， 支架设置2 根立杆， 横距为0.9 m， 步距为1 m，纵距为0.9 m，支架设置上下拖座，拖座布置于梁体支架布置相同。

5 结语

本文依托靖永高速公路A1 合同段土楼互通A匝道，对山区河流地形处小半径现浇箱梁支架方案选取及施工做了简要分析，该现浇梁桥已于2021 年5 月26 日施工完成，证明了该方案的可行性。 经分析，随着桥梁净高的增加，钢管贝雷梁支架在节约材料用量方面较满堂碗扣支架越发突出，且不受满堂支架高宽比不大于2 的限制，对后续类似工程的方案选取具有一定的参考价值。