碗扣式支架与贝雷梁在大跨度现浇梁施工中的应用

碗扣式支架与贝雷梁在大跨度现浇梁施工中的应用

何红

中铁八局集团建筑工程有限公司四川成都611731

摘要：本文以贵阳枢纽贵阳北客运站渝黔至长昆联络左线道岔特大桥56+96+56联单线连续梁为例，该连续梁地形高低起伏较大，主跨以斜交方式跨越贵广动车左、右线，成贵动车右线，长昆动车右线。为保证四条线的正常通行。经方案必选，在跨越线路处采用钢管支墩与贝雷梁搭设门洞，其他地段采用满堂碗扣支架法施工。文中介绍了碗扣式和贝雷梁式的支架构造、布置形式、施工工艺、检算要求。通过实践证明该方案取得了明显的社会效益。

关键词：连续梁；支架；施工工艺；检算

1.工程概况

渝黔至长昆联络左线道岔特大桥全长1381.44m，位于直线、圆曲线及缓和曲线上，桥面纵坡为25‰。其主跨22～25#墩为56+96+56现浇连续梁，上跨贵广动车左、右线，成贵动车右线，长昆动车右线，设计为支架法施工。

56+96+56现浇连续梁为单线预应力混凝土连续梁结构，梁体为单箱单室、变高度、变截面箱梁，梁体全长209.2m，共7个号块。中跨中部18m梁段和边跨端部17.60m梁段为等高梁段，梁高3.8m。中墩处梁高为7.0m，其余梁段梁地下缘按二次抛物线Υ=3.2×x2/324+3.8(m)变化。轨底至梁顶高度为0.65m。箱梁顶板为7.1m，箱底宽4.8m。全桥顶板厚35-40cm，底板厚44-77cm，在梁高变化段范围内按抛物线变化，边跨端块板处底板厚由44cm渐变至80cm；腹板厚40-75cm，按折线变化，边跨端块板处腹板厚由40cm渐变至70cm。梁体在支座处设横隔板，全联共设4道横隔板，横隔板中部设置过人孔。

2.施工工艺

2.1支架基础处理

支架现浇连续梁所在区域岩土结构依次为软黏土、膨胀土、泥质白云岩,软黏土、膨胀土厚度大约2～5米。将原地面清至泥质白云岩，对地面进行平整，斜面上做成台阶，采用添加3%水泥级配碎石组填料分层填筑至承台顶面,处理宽度大于桥梁投影面1.5m，采用压路机压实，实测基本承载力δ=300kPa，承载力满足计算要求。

落地式碗扣支架范围内，采用厚20cm的C20砼硬化支架铺设区域，封闭地面防止雨水侵入地基而降低地基承载力。钢管柱位置基础，采用2.4m宽1.4m深的C30砼扩大基础，基底置于级配碎石上。条形基础配筋方案为上、下层均采用HRB400钢筋直径φ16mm间距150mm，侧面采用钢筋直径φ16mm间距200mm，上下层及侧面钢筋均拉通布置，箍筋直径φ12mm间距200mm。

将地面修成2%的双向横坡，便于排水，然后在支架两侧施工临时排水沟，及时排掉积水。排水沟设为30×30cm，沟底设置4%的纵坡，从中间往两侧，流向施工场地外，防止降低地基承载力。

2.2支架搭设

通过荷载分析及支架受力计算，渝黔至长昆联络左线道岔特大桥22#～25#墩连续梁，23#-24#之间上跨贵广动车右线，贵广动车左线、长昆动车右线、成贵动车右线采用钢管柱结合贝雷梁，贝雷梁上搭设工字钢结合碗扣支架，其余地方支架现浇连续梁采用就地搭设满堂碗扣支架现浇的方式进行施工（如图1）。

2.2.1落地式碗扣架

支架搭设宽度按箱梁顶板宽度+两侧作业平台（1.2×2）进行考虑。支架高度为8.4m～16.2m。

（1）立杆搭设

支架顺桥向立杆间距为4.5m以上梁高（即0～2#块范围）全部采用0.3m，其他号块腹板范围（即横向6×0.3m的立杆）采用0.3m，其他采用0.6m。立杆横桥向立杆间距布置为3×0.6m+6×0.3m+4×0.6m+6×0.3m+3×0.6m=9.6m；水平杆步距为1.2m（如图2）。

（2）其他搭设

①在支架的上端安装可调U托，在U托槽中沿横桥向安装I10的工字钢，然后沿顺桥向铺设10×10㎝方木，间距为15㎝。横桥向方木与顺桥向方木之间利用铁丝连结，U托与工字钢的空隙间用木块填实以免发生晃动。翼缘板和腹板位置根据翼缘底板和腹板外模坡面将方木加工成楔型，横向布置15×15cm的方木（如图3）。

②在箱梁腹板处设置斜撑钢管以及支撑腹板外模板，间距为0.6m。为保证支架的整体性，在横桥向每隔3.6m设置一道剪刀撑，顺桥向在支架的最外侧及腹板位置分别设置剪刀撑。每隔4.8米高在水平方向设置一道剪刀撑。剪刀撑采用Q235Ø48mm×3.5mm普通钢管；剪刀撑角度为45～60°，搭接长度不得低于1.0m，并且搭接处不能少于3个扣件。

2.2.2钢管柱贝雷梁

（1）24～25#墩间，跨越贵广动车左、右线，成贵动车右线，长昆动车右线采用贝雷梁搭设门洞设4个门洞，净宽为12m、净高为6.5m。设临时支墩，临时支墩由两侧分别12根壁厚16mm直径为609mm钢管柱及条形基础组成。钢管柱间距为2.4m,立柱之间采用Φ25螺纹钢连接，钢管柱柱顶横向放置支撑横梁，横梁由2根45c工字钢(如图4)并焊接成一个整体，横梁上沿桥纵向铺设贝雷梁（1.5m×3m）横跨越线路。贝雷梁跨度为4×12.1m连续梁，间距为0.3～0.9m，共计23榀(如图5)。于贝雷架顶、箱梁底板范围内横向铺设I20a工字钢分配梁，间距0.3m，分配梁顶铺设脚手架以适应变高连续梁支架变高需要，钢模板作为底模。

（2）因本桥门洞斜交角度达到65.605°，在贝雷梁支点位置，贝雷梁需采取加强措施：贝雷梁上下弦杆应采用][12.6槽钢加强（密贴焊接）（如图6），竖向应采用][10槽钢加强，竖向加强槽钢支撑于水平加强槽钢上，竖向槽钢中心间距为20cm，双拼槽钢背对背间距与腹杆宽度保持一致，应保证槽钢与腹杆及上下弦杆紧密接触，且要求杆件接触位置均采用满焊焊接。

（3）钢管立柱之间采用槽钢加强其横向连接，使其连接为一个整体（如图7）。

（4）浇筑钢管柱混凝土时，预埋8根HRB400Φ20钢筋，穿过钢管支柱法兰盘预留孔进行焊接，并设置加强肋。钢管柱设置法兰盘，与柱顶工字钢采取满焊的形式，上下层工字钢与分配横梁的限位连接均采用直径20的U型卡焊接在工字钢上，增强稳定性。贝雷梁上工字钢之间采用HRB400Φ20的钢筋交叉焊接进行固定（如图8）。

3.支架受力计算

3.1满堂支架检算

由于连续梁高度变化较大，本文只介绍梁高7米的检算过程，满堂支架检算采用人工计算。

3.1.1标准荷载取值

（1）钢筋混凝土取值为26.5kN/m³，经计算7m梁高腹板处为185.5kN/㎡；底板处为37.1kN/㎡；翼缘处为13.25kN/㎡；

（2）支架结构自重包括模板、10号工字钢、方木，经计算按5.925kN/㎡考虑；

（3）施工人员、施工料具运输、堆放荷载:2.5kN/㎡；

（4）振捣混凝土产生的荷载：4kN/㎡；

（5）浇注混凝土时产生的冲击荷载：2kN/㎡；

（6）风荷载：0.4kN/㎡。

按《铁路混凝土梁支架法现浇施工技术规程》(TB10110-2011)中4.1.2条和4.3.4条，

结构重要性系数取1.1；荷载分项系数取值：计算强度时恒载取1.2、活载取1.4，计算刚度时，恒载、活载均取1.0。

3.1.2支架检算

（1）支架荷载组合

荷载标准值已描述，现在按《铁路混凝土梁支架法现浇施工技术规程》(TB10110-2011)中4.3.11条进行支架荷载组合。

经计算

腹板处：强度为266.4kN/㎡；刚度为200.3kN/㎡

底板处：强度为0.5kN/㎡；刚度为51.9kN/㎡

翼缘处：强度为39.0kN/㎡；刚度为28.1kN/㎡

（2）碗口式脚手架立杆计算

计算结果满堂支架满足抗倾覆要求。

3.2贝雷梁检算

3.2.1标准荷载取值

（1）钢筋混凝土取值为26.5kN/m³，贝雷梁分布范围为从梁段b1至跨中梁段，近似取梁重从梁高5.673m（b1号块）到3.8m（b5号块）线性变化，梁体换算为线性均布荷载似取梁重变化为349.6KN/m～206.1KN/m。

（2）支架结构自重（按每m计）包括模板、10号工字钢、20a工字钢、方木、贝雷梁顶脚手架、，经计算按47.52KN/m考虑

（3）施工人员、施工料具运输、堆放荷载1.5KN/m²

（4）振捣混凝土产生的荷载2KN/m²

（5）浇注混凝土时产生的冲击荷载2KN/m²

（6）新浇注混凝土对侧面模板的压力,对贝雷梁计算可不考虑。

（7）风荷载0.415KN/m²，计算竖向荷载时可不考虑风力。

考虑到检算部位的不同，可分两种情况来确定荷载分项系数：取1.2和1.4。

3.2.2贝雷架梁结构检算

横桥向共23榀贝雷梁，计算只考虑主要承载的中间19榀贝雷梁，按荷载横向平均分配考虑，因实际荷载不是平均分配，可考虑将计算结果留0.3倍的富余量。根据满堂支架检算时所描述标准荷载及荷载分项系数，计算贝雷梁时荷载分配可近似取荷载由梁高5.673m到3.8m线性变化为27.71KN/m～18.65KN/m。

可将贝雷梁简化为一根梁来计算弯矩及剪力，从施工过程来分析，贝雷梁受力可简化为两种情形，分别为单跨12.2m的简支梁模型及4×2.2m的连续梁模型。

采用MIDAS软件计算其结果：

最大弯矩M＝484.1kN.m<788.2kN*m，最大剪力Q＝187.5kN<245.2kN，且788.2/484.1=1.63>1.3，245.2/187.5=1.31>1.3,即富余量还有0.3倍以上，结构内力满足要求。

贝雷梁结构弹性变形13.9mm，挠跨比1/863，小于L/400，满足要求

贝雷梁非弹性变形0.8cm，按照最大节数4节计算，根据装配式公路钢桥多用途使用手册得知。

3.2.3贝雷梁顶横向分配梁检算

采用采用承载能力极限状态法进行检算，横向分配梁采用工20a，梁长12m。横向分配梁支点间距为各榀贝雷梁的间距。

横向分配梁纵向间距有0.3及0.6m两种，全桥偏安全按0.6m间距进行检算，贝雷梁分布范围的箱梁最高处为5.673m，顶底板倒角总厚度为1.58m，顶底板厚度为0.88m，翼缘厚度取0.5m，考虑混凝土重量，横向分配梁考虑荷载分项系数承受的分布荷载可计算如下：

腹板处：((5.637×26.5+6.72)×1.2+5.5×1.4)×1.1×0.6=128.7KN/m,箱梁一侧的分布宽度为0.72。

倒角处：((1.58×26.5+6.72）×1.2+5.5×1.4)×1.1×0.6=43.6KN/m,箱梁一侧的分布宽度为0.6m。

顶底板处：((0.88×26.5+6.72）×1.2+5.5×1.4)×1.1×0.6=28.9KN/m,分布宽度为2.16m。

翼缘及翼缘外侧作业区支架范围：((0.5×26.5+6.72)×1.2+5.5×1.4)×1.1×0.6=20.9KN/m,箱梁一侧的分布宽度为2.4m。

横向分配梁最外侧1.2m无支架处将满人荷载施加上去，大小为5×1.4×0.6=4.2kN/m（1.4为活载分项系数），模型及荷载分布见下图。

经计算得到横向分配梁最大正应力为41.4MPa，最大剪应力为22.1MPa，远远小于规范允许值。悬臂端最大竖向位移为2.4mm，小于1800/400=4.5mm，贝雷梁顶横向分配梁安全。

3.2.4柱顶横梁结构检算

钢管柱顶横向支撑梁，采用两根45c工字钢，假定两根梁平均受力。荷载取最大贝雷梁反力436.6/2=218.3KN（按极限状态法规定的荷载分项系数加载得到），按贝雷梁间距布置加载,并考虑贝雷梁分配不均系数，按贝雷架梁结构检算中考虑最大1.3倍的不均匀分配系数已足够，从外侧至内侧分别为1.0,1.0,1.2,1.2,1.3,1.3,1.2,1.2,1.0,1.0。分布见下图：

双45c工字钢的最大正应力为96.8MPa<205MPa，最大剪应力为73.2MPa<120MPa，最大变形为0.85mm，满足规范要求。

3.2.5钢管立柱结构检算

柱顶横梁的最大反力即为钢管立柱的最大荷载，柱顶共两根横梁，柱高9m，故立柱最大轴力为1419.26KN。

经计算，按b类构件查得钢管轴心受压稳定系数φ=0.648。

N/（φA）=73.5MPa<215MPa

满足规范要求。

3.2.6条形基础承载力计算

钢管立柱的最大轴力为1419.26KN，根据《铁路混凝土梁支架法现浇施工技术规程》(TB10110-2011)中4.4.9条需按《建筑地基基础设计规范》(GB50007-2011)进行地基承载力检算。

立柱间距2.4m，条形基础宽度2.4m，高度1.4m，立柱外径0.609m，构造满足规范要求。

p=1419.26/(2.4×2.4)+26.5×1.4=283.5kPa,要求地基基础承载力不小于300kPa。

条形基础结构承载力计算，采用倒梁法连续梁模型。假定上部结构传递的荷载使地基应力达到了300kPa,边界条件在每个立柱中心处，采用MIDAS软件计算其结果：条形基础最大弯矩为518.4kN*m，最大剪力为943.5kN。计算得知钢筋最大正应力为124.5MPa，裂缝宽度为0.152mm。内力偶臂为1.29m，混凝土剪应力为943.5/1.29/2.4/1000=0.305MPa<[σtp-2]，可不进行抗剪强度计算，按构造配筋。

4结束语：

运用钢管支墩架设贝雷梁与满堂碗扣式架管相结合的支架现浇梁施工工艺，既解决了地形变化较大不易吊装，又解决了下穿线路正常通行的施工难题。经过实践证明了该方案运用到大跨度现浇连续梁施工中是，安全可靠、质量可控的，工期大大优越于悬臂法施工。

参考文献：

［1］《铁路桥涵设计基本规范》（TB10002.1－2005）

［2］《铁路桥涵钢筋混凝土和预应力混凝土结构设计规范》（TB10002.3-2005）

［3］《铁路混凝土梁支架法现浇施工技术规程》(TB10110-2011)

［4］《建筑施工碗扣式脚手架安全技术规范》JGJ166-2008;

［5］《铁路桥涵施工安全技术规程》（TB10303-2008）

［6］《铁路桥梁钢结构设计规范》（TB-10002.2-2005）

［7］《铁路桥涵地基和基础设计规范》（TB10002.5-2005）

［8］《钢结构设计规范》（GB50017-2003）

［9］《装配式公路钢桥多用途使用手册》（广州军区工程科研设计所黄绍金刘陌生编著）

［10］《建筑地基基础设计规范》(GB50007-2011)