钢管支墩和贝雷桁架组合支架施工技术的应用

钢管支墩和贝雷桁架组合支架施工技术的应用

郑科峰

关键词：系杆拱;钢管支墩;贝雷桁架;扩大基础;钻孔桩

本工程秦王二桥位于渭河沿岸，地质较差，结合工程所处的地质、水文、气象条件以及工程规模、技术特点、工期要求、工程造价等多方面比选，确定钢管支墩和贝雷桁架组合支架方案。

1、工程概况

本工程秦王二桥位于西安市临潼区，与渭河南北两侧大堤平交，本桥全长1415.88m，分左右两幅，主桥上部结构为（3×68＋92＋3×68）m七跨下承式钢管混凝土系杆拱，引桥上部采用40m、50m预应力混凝土连续箱梁。

2、施工方案的选定

本工程混凝土系杆拱桥设计为先梁后拱的施工工艺，主跨（92m）及边跨（68m）跨径均较大，因此，须在墩旁及跨中施工临时支墩，并搭设连续钢支架，然后在支架上安装模板及其支撑系统，按设计步骤来施工系梁、端横梁和拱脚。支架临时支墩按不同跨径，分主跨和边跨两种类型，支架从下到上为：临时支墩+贝雷桁架主纵梁+分配横梁+模型支撑系统结构。

由于本工程位于渭河沿岸，桥址处于漫滩松散沉积物处，土质较差且南岸为滩涂地带，为了解决支架的临时支墩地基承载力，进行了地基承载力试验，为确保质量安全，根据试验数据研究决定1#跨采用扩大基础的形式，其余2#~7#跨均采用钻孔灌注桩基临时支墩基础。

3、钢管支墩和贝雷桁架组合支架的应用

3.1、系杆支架构造

（1）92m跨径布置

92m主跨桥墩间设7组临时支墩，支墩间净跨径10.5+12.75+13.5+13.5+12.75+10.5m。详见附图1。

（2）68m跨径布置

68m边跨桥墩间设5座临时支墩，支墩间净跨径边跨12.75+12.75+12.75+12.75m。详见附图2。

（2）临时支墩

①支墩基础：灌注桩基础中跨采用4×Ф80cm钻孔桩基础，桩距横桥向2.4m纵桥向3.0m，桩长18m，边跨采用2×Ф80cm钻孔桩基础，桩长26m，桩顶设桩帽。扩大基础采用5×4.4×0.9m，C30砼。地面以上采用Ф630×8mm钢管柱支架，由于柱高较高，中间需设斜撑，柱顶设2cm厚铁板的柱帽。

②桩顶盖梁：每两根钢管柱设4根I40a作为支撑盖梁。

③落脚砂袋：采用σ20mm*750mm*500钢板中放置高强度消防水袋，水袋内灌砂。

3）贝雷桁架主纵梁

在每座系梁下设置一道通长纵梁，由单层6排贝雷桁架片组拼，系梁外侧两片贝雷用于预制中横梁的搁置和湿接头的施工，在中横梁位置加密槽钢和方木用以分配中横梁的集中荷载。

（4）分配横梁

采用3m长[10槽钢横梁间距100cm，5cm*10cm方木间距35cm间隔放置。

（5）模板系统

在[10槽钢和木方上铺设1.2cm竹胶板。

3.2、拱脚处支架构造

主跨3#墩至系梁的第一个支架盖梁的距离为5.4米，次跨至系梁的第一个支架距离为5.7米，一端支承于墩顶上，另一端支承于系杆的支撑系统在横梁和盖梁上布置4根I40a工字钢分配梁，分配梁上使用10cm*10cm木方调节拱脚处的高差，在木方上方铺设1.2cm后竹胶板作为拱脚段的底模。

3.3、端横梁支架

（1）支架基础：端横梁支架采用钢牛腿的结构形式。

①在墩身的适当位置埋设钢牛腿

②双拼I40a，作为横分配梁

③落脚砂袋：采用σ20mm*750mm*500钢板中放置高强度消防水袋，水袋内灌砂。

（3）贝雷桁架主纵梁

在每座端横梁下设置一道通长纵梁，由单层4排贝雷桁架片组拼。由于中墩和边墩的净距为14.4米，贝雷架安排方式为3*4m+1*2.2m，贝雷架的标准尺寸为3.0米，2.2m规格的贝雷在厂家定制。

（4）分配横梁

采用4m长[10槽钢横梁间距100cm，5m*10cm木方间距35cm间隔放置。

（5）模板系统

在[10槽钢和木方上铺设1.2cm竹胶板。

3.4、钻孔桩施工：

钻孔桩按摩擦桩设计，各支墩钻孔桩标高设计：桩顶标高为地面，桩中墩为18m、边墩为26m。

3.5、支架安装施工

钢管柱安装：钢管柱单根在地面拼接至计算长度，然后用25T吊车竖立于灌注桩桩帽或扩大基础的预埋件上，并焊接牢固。贝雷桁架安装：先在地面按跨分节组装，然后采用25T吊机安装至柱顶横梁上，最后连成整体完成。其余分配梁、型钢等小型构件由吊车配合人工作业，按从下至上的顺序分步安装。

3.6、支架预压及预拱度设置

考虑梁体自重、支架的弹性和非弹性变形等因素影响，按设计要求对支架进行预压。用水准仪观测加载后支架垂直沉降变形，用全站仪观测支架的位移变形，预压试验后，根据各测点的实际下沉量及支架刚度按二次抛物线设置一定的预拱度。

3.7、钢管柱稳定性受力分析

本工程采用直径630mm，壁厚8mm的钢管作为立柱。

横截面积：

A＝15624.6mm2

回转半径：

钢管按一端固定一端自由考虑，故μ＝2，钢管高16米。

长细比：

λ＝μL/i＝2×16×1000/219.9＝145.5

查表，得ψ＝0.243。

单根承载能力：

P=215×15624.6×0.243/1000＝816.3KN。

经计算支架组合荷载：

Q=3056.2KN

则需要钢管根数：

n=Q/P=3056.2/816.3＝3.7

因此，采用4根钢管分开布置，增设水平杆件及斜撑，形成格构体系时，可以有效降低钢管立柱的长细比，提高钢管承载能力，即可满足支架受力要求。

4、效率与效益分析

钢管支墩和贝雷桁架组合支架结构，根据地质情况采用扩大基础和钻孔灌注桩的形式以确保支架承载力，采用临时支墩+贝雷桁架主纵梁+分配横梁+模型支撑系统，并进行位移和应力监控，利于整体安装拆卸，循环使用，提高了生产效率，经计算比满堂支架施工：节约了工期15天；节约了成本约50万。

同时，钢管支墩和贝雷桁架组合支架结构，降低了施工风险，保障了施工安全，由此而产生的其他经济效益难以计算。

5、结束语

秦王二桥主跨为（3×68＋92＋3×68）m七跨下承式钢管混凝土系杆拱，全长1415.88m的特大型桥梁，主桥系杆拱的施工作为本桥难点，首要关键技术是跨径支架搭设，本工程选择钢管支墩和贝雷桁架组合支架结构施工，提高了功效，缩短了工期，降低了施工成本，保障了施工安全，最大限度的降低了大跨径结构施工风险。