花马湖大桥工程中贝雷梁钢管柱和盘扣式组合支架体系应用研究

邵元龙 邵佳雯

1.中铁十一局集团第四工程有限公司 湖北 武汉 430000

2.武汉理工大学 湖北 武汉 430000

贝雷梁又称桁架，贝雷梁钢管柱可以承受拉力或压力，应用在桥梁工程中可以充分利用材料强度，减轻结构重量，节约施工成本，提高工程结构刚度。贝雷梁钢管柱和盘扣式组合支架体系自下而上由钢管立柱、贝雷梁、底模、侧模及支撑等组成。该支架体系搭设施工速度快、结构稳定，具有较高的安全性和经济性。花马湖大桥工程对支架体系承载力、施工质量、施工安全等要求较高，利用贝雷梁钢管柱和盘扣式组合支架体系良好的抗变形性能、稳定性以及承载力，可以解决该桥梁工程建设环节的关键问题。

1 工程概况

花马湖大桥全长2 4 0 3.5 m，全桥共1 5 联，桥梁孔跨布置为2×40+（42+60+42）+2×40+3×40+5×（4×40）+（55+5×80+55）+4×40+2×（3×40）+（42+60+42）+3×40m，桥梁整幅布置，左右幅对称，总桥宽3 0 ～3 7.5 m。标段施工范围为西段引桥（K0+617.25～K1+684），引桥上部结构采用预应力混凝土现浇箱梁，共计16联箱梁需要现浇施工，分布范围1～8联（左右幅0-26#墩），孔跨布置形式为2×40+（42+60+42）+2×40+3×40+4×（4×40）m。

2 贝雷梁钢管柱和盘扣式组合支架体系设计方案

2.1 组合支架体系设计

现浇梁均采用盘扣式组合支架体系施工，0～5#墩（1～2联）位于陆地上，现浇梁支架搭设前进行地基换填及硬化处理；5～26#墩（3～8联）位于水中。支架结构形式：①0～2#墩，梁跨形式为2×40m，位于陆地上，原地面进行地基处理后，搭设盘扣式支架；②2～5#墩，梁跨形式为（42+60+42）m，位于陆地上，受当地村道的影响，支架采用盘扣支架+梁柱式支架的形式，为当地村道留出过人门洞；③5～26#墩，梁跨形式均为40m等跨，位于水中，前期通过主栈桥、支栈桥及钻孔平台的方式完成下部结构施工后，拆除部分钻孔平台，然后在梁跨范围内搭支架钢平台，然后在平台上搭设盘扣支架，完成现浇梁施工。

0～2#墩的支架立杆横向步距为：翼板处为120cm，左右幅翼板相接处为90cm，腹板处为60cm，箱室范围90cm。0#台、2#墩的立杆纵向步距为60cm，其它处均为90cm。根据设计要求，三种形式的支架步距分别为50cm、100cm、150cm，施工过程应按图纸及时调整水平杆步距。模板支架搭设时根据立杆放置可调底座，搭设顺序性先立杆后水平杆再斜杆，形成基本的架体单元（如图1所示），并以此扩展搭设成整体支架体系。

图1 盘扣支架拼装示意图

2.2 组合支架体系荷载设计

2.2.1 永久荷载

盘扣式组合支架体系永久荷载设计：支撑架的架体自重G1包括立杆、水平杆、斜杆、可调底座、可调托撑等构配件自重，根据支架估算情况，预应力混凝土T构箱梁荷载取4.5kN/m2；作用在支撑架上的荷载G2包括模板及小楞等构件自重，取1.5kN/m2；作用在支撑架上的梁体荷载G3包括钢筋混凝土自重，主梁钢筋混凝土重度取y=26.5kN/m3。

2.2.2 可变荷载

组合支架体系可变荷载主要包括三部分施工荷载、附近水平荷载以及风荷载。第一，施工荷载Q1包括作用在支架结构顶部模板面上的施工人员、施工设备、超过浇筑构件厚度的混凝土料堆放荷载，Q1=3.0kN/m2。第二，附加水平荷载Q2包括作用在支撑架结构顶部的泵送混凝土、倾倒混凝土等因素产生的水平荷载，取计算工况下的竖向永久荷载标准值的2%，并作用在支撑架上端最不利位置；附加水平荷载Q2产生的立柱轴向力计算可参照风荷载计算情况。第三，风荷载。

风荷载Q3风荷载标准值:Wk=μzμsWo

式中：Wk—风荷载标准值，单位kN/m2；

μz—风压高度变化系数，本处地面粗糙度按照B类，取值1.23；

μs—脚手架风荷载体型系数，对盘扣支撑架，考虑施工时外挂密目安全网的遮挡作用，按照全封闭考虑，得μz=1.3φ=1.3×1.2An/Aw，其中为An挡风面积，Aw为迎风面积，且φ不宜小于0.8。计算得μz=1.04。

模板体形系数取值1.3；

w。—基本风压值，按现行国家标准《建筑结构荷载规范》GB50009的规定采用，取重现期n=10对应的风压值，且不得小于0.30kN/m2，本处取值0.30kN/m2；

综上， 盘扣支架风荷载标准值计算如下：Wk=1.23×1.04×0.3=0.38kN/m2。模板风压荷载标准值计算Wmk=1.23×1.3×0.3=0.48kN/m2。

3 组合支架体系应用

3.1 地基处理

引桥第1联施工墩位0～2#墩，支架位于陆地上，支架搭设前应先处理好地基。根据地勘资料，原地面为粉质黏土，地基承载力100Kpa，无法满足组合支架体系施工需要。换填处理地基，换填垫层采用砂夹石。在换填施工前先用挖机挖除、平整施工范围内的土，再用装载机、压路机推平碾压换填材料，碾压后采用重型触探设备检测地基承载力，花马湖大桥工程的地基承载力要求应达到150KPa。原地面换填完成并在表面铺设20cm厚C20混凝土垫层，垫层布设宽度两边宽于支架范围1m，混凝土浇筑应严格控制垫层顶面高程，并以中线向两侧设0.5%的横坡，以利于排水。浇筑后应收面两次，以确保混凝土表面平整。为避免地基因积水而软化，降低组合支架体系安全性，在支架地基周边应科学设置排水沟，保证地基排水顺畅。排水沟通常设在支架地基两侧，规格30×15cm，并设0.5%的排水纵坡，排水沟抹面采用自拌砂浆。排水方向：大里程为上坡方向，小里程为下坡方向，积水最终排至线路右侧大港[1]。

3.2 钢管柱安装

浇筑基础，在两侧墩身位置将承台做为组合支架体系基础。钢管立柱采用钢管，做好钢筋预埋。钢管柱吊装应在顶端、中部和底端分别设3个吊点，钢管柱顶部为主吊点；中部、底端吊点连接在起重机副钩上，在起吊过程中发挥辅助作用。先将钢管柱顶部用主钩吊起，再将中下部用副钩起吊，使其缓慢离开地面，吊起50cm后调整角度，使钢管柱垂直，然后去掉底端副钩。为满足钢管柱安装要求，应严格控制安装垂直度和施工精确度。相邻钢管之间连接采用 14# 槽钢，通过底部封口钢板进行连接。为提高组合支架体系的稳定性，横向连接贝雷梁，纵向连接墩身，并与预埋钢板进行焊接。

3.3 贝雷梁安装

花马湖大桥工程的纵向主梁采用贝雷梁。贝雷梁安装前，提前检查贝雷片，确保贝雷梁无伤损现象。首先根据设计要求，在横梁上用油漆做出清晰标记，再将贝雷梁进行拼装，使其符合设计长度要求。然后，两榀进行横向连接，形成1组。最后，吊车吊装贝雷梁至设计位置进行安装，贝雷梁和主横梁采用钢管限位[2]。

3.4 支架搭设

支架体系搭设前采用全站仪提前放出箱梁中心线，根据支架设计步距，用钢尺放出底座十字线，并做好标记。首先，将可调底座准确放置在定位线上，调整旋转螺丝使其顶面在同一水平面上。其次，逐层安装立杆、横杆。底层立杆和横杆从一端开始搭设，随时检查、调整立杆的垂直度和位置，安装无误后将插销扣紧。水平杆扣接头与连接盘的插销应采用铁锤击紧，插入规定深度的刻度线。为保证支架立杆垂直度，在第一层所有立杆、横杆安装调整无误后，方可继续搭设，以免引起各层拼装困难。然后，将可调底座丝杆插入立杆，插入长度≥150mm，丝杆外露长度≤300mm。扫地杆的最底层水平杆中心线距离可调底座的底板≤550mm。支撑架可调托撑伸出顶层水平杆的悬臂长度≤650mm，且丝杆外露长度≤400mm，可调托撑插入立杆长度≤150mm（如图2所示）。

图2 盘扣架顶托

支架应设置横纵向的竖向斜杆，根据《建筑施工承插型盘扣式钢管脚手架安全技术标准》（JGJ-T231-2021）规定，本工程使用重型盘扣支架，斜杆布置根据立杆设计轴力及架体搭设高度来确定，根据计算书符合40

3.5 支架预压

3.5.1 预压监测点布置

支架的沉降监测点布置每个监测断面应沿混凝土结构纵向间隔1/4跨径布置；每个监测断面上的监测点数量≥5个，并对称布置；支架沉降监测点应分别布置在支架顶部、底部的对应位置上。40m等跨监测点布置图如图3所示。

图3 预压监测点纵断面布置图

3.5.2 分级堆载

花马湖大桥工程支架预压方法为分级堆载，3级加载依次为单元内预压荷载值的60%、80%、100%。纵向加载从混凝土结构跨中向支点处，对称、分级布载；横向加载从混凝土结构中心线向两侧，对称、分级堆载。每级加载完成后，应先暂停加载，并间隔12h监测支架沉降量。当支架顶部12h沉降量平均值＜2mm时，方可继续下一级加载。

3.5.3 预压监测

预压监测内容主要包括加载前标高、每级加载后标高、加载至100%后间隔24h标高、卸载6h后标高、预压沉降量、弹性变形量、非弹性变形量等。预压结束间隔24h监测1次标高，并做好支架预压监测相关数据的记录工作。当支架预压各监测点最初24h沉降量平均值＜1mm且最初72h沉降量平均值＜5mm时，即可卸载支架。卸载6h后监测各监测点标高，并计算支架各监测点的弹性变形量；提交预压沉降检测表、预压报告、预压支架验收记录表[4]。

3.6 拆除

3.6.1 贝雷梁、钢管柱拆除

拆除起重设备采用80t 履带吊，基础钢管桩拆除采用DZJ-135 型振动锤拔除钢管桩。拆除步骤与架设步骤相反，先拆除桥面所有桥面板，再拆桥下部分。拆除方向由花马湖中心向岸侧逐跨拆除，栈桥部分拆除顺序由上至下；栈桥、平台桥面以下部分，拆除采用汽车吊边拆除边吊运的方法。首先，拆除桥面纵梁，贝雷片组成贝雷梁用钢丝绳进行固定，然后由汽车吊吊着贝雷片进行逐段拆除。贝雷梁拆卸应纵向按跨径断开拆除，将贝雷梁分解成单片贝雷，再用平板车运走。

贝雷梁拆除完毕，再拆桩顶45工字钢横梁以及钢管柱间的剪刀撑，钢管桩拆除振动锤，拔除方法是利用振动锤振动钢管桩，振动同时进行上拔，也可采用吊机移除。入土钢管桩应整根拔除，以防剩余桩头影响附近船舶通航。将振动锤安装到钢管桩顶，利用振动锤的液压钳夹紧钢管桩，然后启动振动锤。钢管桩周边土质在振动作用下逐渐液化，大大减少了钢管桩上拔的摩阻力，再采用履带吊缓慢上提振动锤和钢管桩，将其整根拔除，并用平板车运至岸上。

3.6.2 盘扣支架拆除

盘扣支架拆除顺序：顶托松动→次楞拆除→主楞拆除→梁、板模板拆除→顶丝拆除→横杆拆除→立杆拆除→扫地杆拆除→场地清理。拆除方法先上后下、后装先拆、先装后拆、一步一清。先拆除每跨中间部分，再由中间向两边对称拆除，使混凝土箱梁逐渐受力，注意防治箱梁突然受力引起裂纹等。盘扣式支架拆除应先拆掉工字钢和顶托，再拆除支架。脚手架拆除需要机械作业时应安排专人负责指挥，由上而下逐层作业，注意避免上下同时作业，并防止敲击、硬拉杆件或配件。拆除杆件、配件等应分类码放，严禁抛掷[5]。

4 结语

花马湖大桥外观优美，达到预期设计效果。桥梁工程建设采用贝雷梁钢管柱和盘扣式组合支架体系，可以充分发挥了贝雷梁、钢管、盘扣式脚手架的材料作用和应用优势，保证了施工进度、施工质量、施工安全，不仅提高了桥梁工程整体的稳定性和安全性，还有利于提高同类项目建设的经济效益。