钢管贝雷梁支撑体系现浇箱梁施工实践
时间：2020-05-29 03:47:30 来源：达达文档网 本文已影响 人 
房卫祥
摘要：城市化的发展，城市高架桥梁建设需求也不断增多。传统建筑工程中多采用满堂支架，但此支架布置形式占地面积大、影响严重交通，无法满足城市高架桥梁施工的需要。相比于传统方法，钢管贝雷梁支撑体系很好地解决上述问题，对由于地基不均匀沉降导致的施工线型影响也有很好的改善。本文以实际工程为昆山中环快速化改造工程为背景，研究了钢管贝雷梁支撑体系在现浇箱梁施工中的应用，给出了经济适用的体系布置方案及施工质量控制措施。
Abstract：
With the development of urbanization， the demand for urban viaduct construction is also increasing. Most of the brackets are used in traditional construction projects， but the layout of this bracket covers a large area and affects severe traffic， which cannot meet the needs of urban viaduct construction. Compared with the traditional method， the steel pipe beret beam support system solves the above problems well， and also improves the influence of the construction linearity caused by the uneven settlement of the foundation. This article takes the actual project as the background of Kunshan Central Ring rapid transformation project， studies the application of the steel pipe beret beam support system in the construction of cast-in-situ box girder， and gives the economically applicable system layout plan and construction quality control measures.
關键词：钢管;贝雷梁;支撑体系;现浇箱梁
1 工程概况
实际背景工程为昆山市中环快速化改造工程南线S-1标段，对象为高新区立交桥南线（G312）。工程各部分的主要结构类型及尺寸如下：主线为高架中置形式，主线箱梁宽度25.5m，主线桥高约9m，共27联，其中梁高1.8m等高箱梁共20联，变截面箱梁共7联，全长2622m;高架交织段（锦淞路～南淞路段），为整体式高架道路无匝道路段横断面设计，桥高约10～14m，共计4联，全部为梁高1.8m等高箱梁;高架分幅式（江浦路沪宁高速～元丰路）为分幅式高架路段横断面设计，桥高约12m，分幅共计28联，其中梁高1.8m等高箱梁共20联，梁高1.6m等高箱梁3联，变截面箱梁共5联，全长2505.752m;匝道段，匝道横断面宽度为8.5m、9m、10.1m不等，梁高1.6m、1.8m不等。
高新区立交采用苜蓿叶+半定向匝道的枢纽型式，立交层数4层，共设8条（A～H）匝道，共计73联，其中梁高1.8m等高箱梁共42联，梁高1.6m等高箱梁15联，梁高1.4m等高梁7联。变截面箱梁共9联，共长约5948m。
2 工艺原理
贝雷架体系作为一种可拼接组装的钢桁架结构，因此结构较为简单，构件较少，重量轻，在施工过程中更易于组装、架设、拆解。而本文中的贝雷支架其主要的组成分别是下半部分的钢管支墩，支墩下基础及上方的贝雷片桁架，桁架槽钢，工字钢，链接和螺栓，夹具，支护模板等。此外需要临时支撑时，多采用直径较大的无缝钢管作为临时支墩。
贝雷支架的结构受力设计方面，主要是建立针对贝雷支架本身的简支结构有限元模型，从而进行结构的受力变形验算。建模过程中要合理考虑实际结构所受的不同荷载以及工况组合，重点关注最不利荷载作用下不同断面的最不利位置，保证结构体系满足工程所需的受力以及变形的标准要求。
贝雷支架的主要施工过程是已经完成的稳定基础上合理对贝雷支架结构进行安装布置。安装好相应的支架和模板后，对其进行超重预压。在此预压过程中需要对整个支架体系的结构变形进行精准的监测，要得到贝雷支架的弹性变形值，对产生的非弹性变形要引起重视并及时处理，处理完毕后进行下一步的梁单元混凝土浇筑施工。等梁单元混凝土凝固成型，构件张拉到设定目标后对其进行脱模拆架的工作。
3 施工方案设计
在桥梁建设中，会根据桥梁本身的设计长度、净空、基础类型以及对于施工过程中对周边交通的影响等因素来决定梁体单元的施工采用的方案。其中，支架法是一种被广泛使用的施工方法适用于地基承载条件好，有跨越需求，桥墩高度不高的一系列桥梁建设工程。
实际工程中，多种现浇梁支架的施工方案可供选择，如：移动模块架施工，满堂脚手架施工以及本文中所提到的钢管桩-贝雷架施工等。表1对不同方案的优缺点进行了相应的总结。
本文工程中所涉及到的等截面箱梁均使用了钢管贝雷架作为梁支架的方案。支架体系的地基基础选用了条形混凝土承台，在承台上选用了Ф630mm钢管桩作为整个支架体系的支撑，在上部则采用贝雷梁作为主要支架构件。除了主梁采用贝雷梁外，还考虑了利用I40a工字钢安置在立柱上，每排2根，作为横向分配梁，与主梁共同形成现浇梁底模基座，共同作用保证整体的受力性能。此外，为了方便于箱梁梁底高程的调整以及后续拆模工序的实施，在工字钢下还安置了沙箱作为调节装置。具体的横向布置图和纵向布置图如图1和图2所示。
采用的贝雷支架方案所涉及到的结构受力变形验算主要包含以下几个方面：
①对贝雷支架相关构件的验算，对象包括工字钢、横纵梁、槽钢等。主要是对其在不同荷载组合工况下的强度、刚度、变形以及构件的稳定性进行验算;
②对模板和模架等构件单元的强度、刚度以及变形的验算;
③对整个模板体系以及整个贝雷支架体系的整体稳定性的验算;
④对地基基础承载力的验算。
以上设计验算，若发现问题，要及时进行处理。尤其是涉及到地基基础方面的问题，在初始地基承载力试验时，就应该对软弱地基或其他不良地基条件采取换填地基土或加强地基基础设计的方法来改良地基承载力。
4 施工流程及操作要点
贝雷梁支架体系的主要施工流程内容由以下几个步骤组成：地基处理及基础的浇筑;钢管立柱的架设安装;贝雷梁构件的连接拼装;箱梁模板的铺设;超载预压实施;模板以及支架的拆除。各个流程步骤的具体内容如下：
4.1 地基处理及基础浇筑
对工程地质勘察报告中的不良地质条件要进行施工前的地基土处理。可以采用换填土的方法对地基土进行换填，换填后的土要进行逐层的压实并将其地基进行整平。上述步骤结束后要进一步进行地基土的承载力试验，以保证换填处理后的地基土已然满足设计承载力的要求。
处理好的地基土，满足设计承载力要求后即可浇筑钢筋混凝土条形地基基础。浇筑时要控制地基基础的平整度，提前设置好用来固定钢管立柱的螺栓，保证预埋件的质量。
4.2 钢管立柱的架设安装
立柱所采用的材料是29×8mm的Q235直焊钢管。钢管柱的两端均使用法兰法进行连接，故在柱端需提前焊接法兰盘。为了增加钢管立柱之间的横向整体稳定性，故选用了[18型钢作为立柱之间的横向连接。除此以外，在橫向连接之间还设置了斜向45°角的槽钢作为剪刀撑，保证立柱受剪切的承载力。在立柱的安装过程中所涉及到的焊接（如剪刀撑和立柱的连接）要保证焊接饱满，满足质量需求。
4.3 贝雷梁构件的连接拼装
砂箱设置于立柱顶部，材料选用Φ630mm与Φ530mm，10mm厚的组合钢管，箱内填充选用干燥细砂。并填充微膨胀性混凝土于砂箱上部支撑钢管内，箱底设置卸沙孔。
将沙箱提前安置于钢管柱的上端，主要是为了用来进行标高的微调以及最终支架的拆卸做准备。在沙箱的顶部横桥向来放置横梁。横梁由2根I40a工字钢并焊而成。在焊接过程中，要保证工字钢的上下表面齐平，焊接位置要牢固可靠。此外，在靠近工字钢边缘两侧各焊制挡板以用来限制工字钢的滑移。
在横向工字钢和立柱连接时，要始终保证工字钢所组成的横梁的重心与立柱的重力垂线重合，从而保证了不会因为横梁布置的不均匀而导致荷载传递的不均匀进一步引起的偏压失稳破坏。在实际的施工过程中，可以事先在沙箱上进行明确的定位标注来避免上述问题。
对要安装的贝雷片，需提前在地面上按设计要求进行分组拼装。拼装完后要详细检查各个贝雷片之间的连接是否牢靠。提前在上一步骤中的横梁上设计好要安装的间距并用油漆将其明显标注出来，从而确保安装位置的准确性。利用吊车进行施工，施工的顺序按照先中间后两边进行吊装。并用U型卡将贝雷架和横梁进行固定。
贝雷梁安装完毕后，要在其上方安装I14型工字钢进一步作为分配梁，其布置需按照箱梁中心对称，并在两端留出50cm的悬挑端做为支架搭设可用的施工平台。组合模板分配梁与侧模连接采用连接钢片。
4.4 超载预压实施
超载预压的实施目的主要是用来测试得到支架的弹性变形值，测试其弹性变形的能力，此外也可以通过此步骤来消除体系中存在的非弹性变形。这一步骤在底模铺设完毕后就可进行。采用分级加载的模式，将提前准备好的预制混凝土块按照计划逐批次堆放在地膜上。加载质量的级别分别按照箱梁设计总重的40%、80%和120%进行划分。40%和80%的加载持续时间为3h，120%的加载持续时间则需要延长到48h。
在加载过程中要实时严格观测支架的变形和地基沉降的情况。对底模标高的数值变化要进行记录。卸载后，要对加卸载前后的底模标高进行对比，计算其标高差值，支架体系的弹性变形数值以及挠度大小，进一步地计算得到底模的预拱度。从而根据计算出的结果来调节支架的预拱度。
4.5 模板以及支架的拆除
当箱梁的浇筑混凝土养护凝固达到设计强度后，需要对模板和支架进行拆除。整个的拆除所要遵循的基本顺序原则是：自上而下，由中间向两端进行操作施工。在空间上，拆除过程要保证纵向的拆除程度要均衡，横向的施工进展要保持基本的一致。具体的拆除流程主要步骤如下：先放掉沙箱内的沙子，使得贝雷支架逐渐下落;拆除模板;吊卸分配梁和贝雷梁;拆除并焊的横梁并吊卸;吊卸沙箱;拆除钢管立柱以及相应的连接件和斜撑件。
在拆除吊卸贝雷梁的过程中要注意保持两端均衡匀速下降，从而保证两端进度的一致性。
5 施工质量控制
①整个贝雷支架安装以及后续现浇梁的施工过程需严格遵循相关的法律法规，严格按照相关的规范，标准来进行施工操作;
②地基基础是整个工作的初始关键环节。所以必须保证地基承载力满足工程的目标要求。对于不良地质条件下的地基土要进行针对性的地基处理。浇筑地基时要控制好基础顶面的平整度，保证顶面标高并提前预埋好用来连接钢管桩的锚固螺栓;
③钢管桩的施工中，要密切关注桩体的垂直度控制，以保证桩体的垂直精准度。这一项是影响结构上部贝雷支架体系是否顺利进行的重要先决条件;
④贝雷梁支架的施工中，主要关注各个贝雷片之间的连接情况，所以必须要求对构件之间的焊接质量有所保证，从而确保整个贝雷梁支架体系能达到设计所需的承载能力需求。
参考文献：
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