尚 鑫

（中鐵二十二局集團(tuán)第三工程有限公司，福建 廈門 361000）

1 工程概況

1.1 工程簡介

福州市福灣路提升改造工程主要包括福灣路K2+196～K3+112 段路基及灣邊互通工程，互通工程為新建5座匝道橋，分別為J、K、L、M、N 匝道橋。J 匝道橋14～15跨上跨既有線福彎路老橋左側(cè)緊鄰運(yùn)營的三環(huán)高架橋。該匝道橋上部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為單室單箱預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁結(jié)構(gòu)，福灣路老橋左幅橋?qū)?9.677m，右幅橋?qū)?4.663m。該橋采用現(xiàn)澆砼工藝施工，最小支架跨度須不小于19.677m，為超長跨徑。其中J 匝道橋14～15 跨上跨既有線福灣老橋，該匝道橋梁底距福灣舊橋橋面凈高為5.586m。

1.2 工程重難點(diǎn)

該工程重難點(diǎn)主要如下：1）施工環(huán)境復(fù)雜。該項(xiàng)目上跨既有福灣路老橋，跨越處凈空僅5.586m，且與三環(huán)高架橋并行，并行間距90cm。福灣路和三環(huán)高架橋在施工期間均需不中斷通行，施工環(huán)境條件復(fù)雜，施工難度和風(fēng)險(xiǎn)較高。2）大跨度支架設(shè)計(jì)和施工難度大。J14-J15 上跨福灣路舊橋橋面上不能設(shè)置臨時(shí)支墩，現(xiàn)澆支架除了在福灣老橋中央分隔帶處可以設(shè)置鋼管支墩外（其最大跨度達(dá)19.677m，屬于超長跨徑），還在低凈空受限條件下采用貝雷梁支架，對(duì)其撓度和變形提出了更高要求，確保支架下?lián)献冃螡M足規(guī)范要求和梁體預(yù)拱度、線形是該工程的難點(diǎn)。3）施工安全壓力大?，F(xiàn)澆梁施工鄰近和上跨既有通行道路吊裝施工安全風(fēng)險(xiǎn)高，存在高空墜落和影響交通的風(fēng)險(xiǎn)，安全施工壓力大。

2 關(guān)鍵技術(shù)方案

2.1 關(guān)鍵技術(shù)方案

常規(guī)的貝雷梁高度1.8m，新建匝道橋下凈高只有5.586m。如果采用常規(guī)的貝雷梁支撐式支架施工，橋下實(shí)際凈空只有3.8m，不能滿足社會(huì)車輛正常通行的凈高要求。采用鋼管型鋼支撐架體，19.677m 的超長跨徑會(huì)導(dǎo)致模板支架跨中變形下?lián)铣?，無法保證支架的剛度和整體穩(wěn)定性，因此研究出一種新型的現(xiàn)澆支架結(jié)構(gòu)迫在眉睫。

經(jīng)過市場調(diào)研和現(xiàn)場環(huán)境條件調(diào)查發(fā)現(xiàn)，采用上承式懸吊受力支架體系可解決這一系列技術(shù)難題。關(guān)鍵技術(shù)方案如下：采用落地鋼管立柱支點(diǎn)橫梁上設(shè)置縱向加強(qiáng)型貝雷梁結(jié)構(gòu)，由貝雷梁結(jié)構(gòu)通過吊桿提供反力懸吊現(xiàn)澆砼和模板結(jié)構(gòu)自重，既避免了常規(guī)現(xiàn)澆梁貝雷支架設(shè)置在梁底，導(dǎo)致上跨既有線橋梁凈高不足的問題，又解決了超長跨徑帶來的模板支架跨中變形下?lián)铣薜募夹g(shù)難題。詳細(xì)設(shè)計(jì)如圖1、圖2所示。

圖1 貝雷梁懸吊體系支架設(shè)計(jì)立面圖（單位：mm）

圖2 貝雷梁懸吊體系支架設(shè)計(jì)橫斷面圖（單位：mm）

2.2 技術(shù)要點(diǎn)

2.2.1 基礎(chǔ)

基礎(chǔ)換填水泥穩(wěn)定土，換填寬度3.5m，寬出條形基礎(chǔ)兩頭各1.0m；換填厚度1.0m；C20 混凝土條形基礎(chǔ)為寬度2.5m，厚度0.5m，長度兩側(cè)比箱梁兩側(cè)翼緣板投影寬出0.5m?；炷恋讓蛹绊攲愉佋O(shè)10cm×10cmΦ20 鋼筋網(wǎng)片，澆筑條形基礎(chǔ)前檢查預(yù)埋件設(shè)置位置和尺寸準(zhǔn)確無誤。

2.2.2 鋼管柱

采用Φ630×8mm 混凝土鋼管立柱，立柱內(nèi)澆筑C30 混凝土，每排6 根，共18 根；鋼管立柱鋼管根底部與基礎(chǔ)預(yù)埋件采用法蘭盤連接。立柱之間采用10mm 厚鋼板120mm×120mm剪刀撐加勁肋板焊接確保鋼管立柱的穩(wěn)定性，根據(jù)立柱高度設(shè)置剪刀撐加勁肋，鋼管焊縫均采用一級(jí)焊縫。

2.2.3 貝雷梁懸吊支架體系主要材料

主要材料選用見表1。

表1 貝雷梁懸吊支架體系設(shè)計(jì)材料一覽表

2.3 懸吊支架模板體系設(shè)計(jì)

在J匝道橋14#-15# 墩兩個(gè)端頭處設(shè)置鋼管立柱（Φ630×8mm）（如圖2 所示），鋼管立柱的位置設(shè)置在J 匝道橋14-15 跨的兩端頭和福灣老橋左右幅中央分隔帶內(nèi)，分三排布設(shè)，每排6 根。鋼管立柱上設(shè)置支點(diǎn)橫梁（雙拼I36b 工字鋼），在支點(diǎn)橫梁上架設(shè)16 片加強(qiáng)型貝雷片（左右幅各8 片），貝雷片上弦桿支承上橫梁（I36b 工字鋼），上橫梁與吊桿（φ32mm實(shí)心鋼桿）通過高強(qiáng)螺栓連接，吊桿下端連接下橫梁（I630 工字鋼），吊桿之間以剪刀撐固定，下橫梁間距0.75m；在下橫梁上鋪設(shè)縱向鋼梁（雙拼[10 槽鋼），間距為0.50cm。在縱向鋼梁頂上設(shè)置20mm 鋼板，鋼板以上部分按照常規(guī)的現(xiàn)澆箱梁的底板施工方法進(jìn)行縱橫向方木及箱梁底模板布設(shè)。

3 支架驗(yàn)算

以福灣路J 匝道橋上部結(jié)構(gòu)施工設(shè)計(jì)圖紙、《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》《路橋施工計(jì)算手冊》[2]為依據(jù)，對(duì)支架結(jié)構(gòu)建模進(jìn)行內(nèi)力計(jì)算和穩(wěn)定性驗(yàn)算 。

3.1 施工荷載取值

混凝土容重：26kN/m3[2]。

模板容重：9kN/m3。

施工荷載：均布荷載2.5kN/m2[3]。

振搗荷載：均布荷載2.0kN/m2[3]。

施工荷載組合[4]：1.2×[1.2×（支架結(jié)構(gòu)自重+混凝土質(zhì)量+模板質(zhì)量）+1.4×（施工荷載+振搗荷載）]。

3.2 計(jì)算模型

采用Midas civil 建立有限元空間模型[5]對(duì)支架結(jié)構(gòu)進(jìn)行受力分析，支架結(jié)構(gòu)有限元模型如圖3 所示。

圖3 支架結(jié)構(gòu)有限元模型圖

3.3 支架驗(yàn)算過程

采用Midas civil 軟件建立模型對(duì)支架結(jié)構(gòu)進(jìn)行內(nèi)力計(jì)算，懸吊支架體系各組合構(gòu)件計(jì)算結(jié)果見表2。

表2 貝雷梁懸吊支架體系各構(gòu)件受力驗(yàn)算結(jié)果一覽表

3.3.1 吊桿（φ32mm 鋼桿）驗(yàn)算

由有限元模型計(jì)算施工荷載組合作用下吊桿最大拉力為123.2kN，其安全系數(shù)為1343.0/123.2=10.9，大于3.0，滿足要求。

3.3.2 鋼管墩（φ630×8mm 鋼管）驗(yàn)算

3.3.2.1 應(yīng)力驗(yàn)算

由施工荷載組合下的鋼管墩的最大應(yīng)力圖得出鋼管墩的最大應(yīng)力為51.4MPa，小于其容許應(yīng)力215MPa，滿足要求。

3.3.2.2 剛度驗(yàn)算

按最不利情況，長細(xì)比λ=l/i=8.03/0.28=28.7。

查表得穩(wěn)定系數(shù)φ=0.965。其中i為鋼管回轉(zhuǎn)半徑；I為慣性矩，A為橫截面面積；λ為長細(xì)比；I為鋼管柱的長度。

σa=N/（φA），容許應(yīng)力[σ]=210MPa >1.2σa=76MPa，滿足鋼管墩穩(wěn)定性要求。其中σa為計(jì)算應(yīng)力；φ為穩(wěn)定系數(shù)，A為橫截面面積，N為施工荷載。因此鋼管墩穩(wěn)定滿足要求。

3.4 驗(yàn)算結(jié)論

3.4.1 縱向鋼梁（雙拼[10槽鋼）

縱向鋼梁最大應(yīng)力為44.6MPa，小于其容許應(yīng)力215MPa，強(qiáng)度滿足要求；腹板位置的縱向鋼梁的撓度為0.141mm，小于容許撓度限值1.875mm，剛度滿足要求。

3.4.2 下橫梁（I630工字鋼）

下橫梁的最大應(yīng)力為85.3MPa，小于其容許應(yīng)力215MPa，強(qiáng)度滿足要求；下橫梁的最大撓度為6.4mm，小于容許撓度限值16.3mm，剛度滿足要求。

3.4.3 吊桿（φ32mm 鋼桿）

吊桿的最大拉力為123.2kN，其安全系數(shù)為10.9，大于容許值3.0，強(qiáng)度滿足要求。

3.4.4 上橫梁（I36b）

上橫梁的最大應(yīng)力為25.9MPa，小于其容許應(yīng)力215MPa，滿足要求。

3.4.5 加強(qiáng)貝雷梁

弦桿的最大應(yīng)力為144.1MPa，腹桿的最大應(yīng)力為157.3MPa，均小于其容許應(yīng)力215MPa，強(qiáng)度滿足要求；貝雷梁的最大撓度為46mm，小于容許撓度限值52.5mm，剛度滿足要求。

3.4.6 支點(diǎn)橫梁（雙拼I36b 工字鋼）

支點(diǎn)橫梁的最大應(yīng)力為98.7MPa，小于其容許應(yīng)力215MPa，強(qiáng)度滿足要求；支點(diǎn)橫梁的最大撓度為3.38mm，小于容許撓度限值3.75mm，剛度滿足要求。

3.4.7 鋼管墩

鋼管墩的最大應(yīng)力為51.4MPa，小于其容許應(yīng)力215MPa，強(qiáng)度和穩(wěn)定性滿足要求。

4 施工技術(shù)

4.1 施工流程

貝雷架懸吊支架體系的施工流程為：地基換填→基礎(chǔ)澆筑→支架鋼管墩安裝→支點(diǎn)橫梁（雙拼I36b 工字鋼）安裝→加強(qiáng)貝雷梁安裝→上橫梁安裝（I36b 工字鋼）→吊桿安裝→下橫梁安裝（I630 工字鋼）→吊桿固定→調(diào)整標(biāo)高→底模安裝→預(yù)壓→外模支架及模板安裝→箱梁底板及腹板鋼筋安裝→芯模安裝→頂板鋼筋安裝→澆筑混凝土→養(yǎng)護(hù)→張拉壓漿→支架拆除→下一跨施工。

4.2 鋼管貝雷架懸吊技術(shù)操作要點(diǎn)

首先，在福灣老橋下穿J 匝道橋立體交叉兩端各100m 和50m 處分別設(shè)置限高架及車輛限速警示標(biāo)志以及警示燈，確保福灣老橋上行駛車輛的安全和J匝道14-15跨施工支架安全。

其次，支架鋼管柱（Φ800×10mm）分兩排設(shè)置在J匝道14-15 跨的端頭，每排6 根，分左右幅設(shè)置，鋼管立柱基礎(chǔ)采用2.5m×4.5m×0.5m 條形C25 混凝土基礎(chǔ)，基礎(chǔ)內(nèi)預(yù)埋底腳螺栓，確保位置準(zhǔn)確，混凝土基礎(chǔ)澆筑養(yǎng)護(hù)14d，當(dāng)混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度75%時(shí)開始進(jìn)行支架的搭設(shè)；鋼管樁底部與基礎(chǔ)之間采用法蘭盤、螺栓連接加固，鋼管內(nèi)澆筑C25 混凝土確保鋼管立柱剛度符合設(shè)計(jì)要求；鋼管立柱頂部采用15mm 厚鋼板850mm×850mm封口，立柱之間采用10mm 厚鋼板120mm×120mm 剪刀撐加勁肋板焊接確保鋼管立柱的穩(wěn)定性，根據(jù)立柱高度設(shè)置剪刀撐加勁肋。

再次，支點(diǎn)橫梁（雙拼I36b 工字鋼）設(shè)置在鋼管立柱上，通過焊接連接牢固，連接處可以增加牛腿斜撐，確保支點(diǎn)橫梁的穩(wěn)定性；支點(diǎn)橫梁架上分左右幅設(shè)置加強(qiáng)型貝雷片（左右各8 片），貝雷片上弦桿支承上橫梁（I36b 工字鋼），間距0.75m，用M32 高強(qiáng)螺母與吊桿（φ32mm 實(shí)心鋼桿）連接，吊桿下端與下橫梁（I630 工字鋼）通過M32高強(qiáng)螺母連接，下橫梁長度7.5m，在下橫梁上每隔50cm鋪設(shè)縱向鋼梁（雙拼[10 槽鋼），在縱向鋼梁頂滿鋪厚度20mm 厚的鋼墊板。鋼墊板以上部分按照一般現(xiàn)澆箱梁的底板施工方法進(jìn)行縱橫向方木布設(shè)施工；每排方木接頭相互搭接2m 鋪設(shè)，箱梁兩端截面漸變段加密至滿鋪?？刂坪媚０宓追侥鹃g距，確保撓度控制符合要求。

最后，在木方上面直接鋪設(shè)底模板，模板縫設(shè)在方木中心處，竹膠板與方木之間采用園釘釘牢固，主線箱梁外模和底模采用15mm 竹膠板，箱梁內(nèi)模采用12mm 竹膠板。施工中嚴(yán)格控制每片貝雷片頂面高程，保證貝雷梁連接、加固到位，確保貝雷片跨中位置頂面高程符合要求。同時(shí)進(jìn)場木方尺寸規(guī)格按照設(shè)計(jì)嚴(yán)格控制，確保底模鋪設(shè)后平整度及高程符合設(shè)計(jì)要求。

4.3 支架預(yù)壓

貝雷梁懸吊支架搭設(shè)完成后需要對(duì)支架進(jìn)行荷載預(yù)壓試驗(yàn)，以檢驗(yàn)支架的承載能力和撓度值。通過模擬貝雷架在箱梁施工時(shí)的加載過程來分析、驗(yàn)證貝雷梁懸吊支架及其附屬結(jié)構(gòu)（模板、橫梁等）的彈性變形，消除其非彈性變形。通過其規(guī)律來指導(dǎo)施工中模板的預(yù)拱度值及其混凝土分層澆注的順序，并據(jù)此基本評(píng)判施工的安全性。通過對(duì)支架預(yù)壓得出支架彈性變形和非彈性變形，從而調(diào)整支架預(yù)拱度，確保梁體線性平順。

支架預(yù)壓采用水袋法或者砼塊配重均可以。預(yù)壓荷載為單孔箱梁荷載的1.2 倍[5]，預(yù)壓方法模擬該孔砼梁的現(xiàn)澆過程，進(jìn)行實(shí)際加載，以驗(yàn)證并得出其承載能力，按照常規(guī)的箱梁預(yù)壓方案實(shí)施即可。當(dāng)完成全部荷載加載后當(dāng)連續(xù)兩次觀測數(shù)據(jù)無變化時(shí)方可卸載，完成卸載后測出每個(gè)觀測點(diǎn)的標(biāo)高。根據(jù)預(yù)壓前后標(biāo)高計(jì)算支架非彈性變形和彈性變形對(duì)支架調(diào)整預(yù)拱度。

4.4 支架拆除

在箱梁砼澆注過程中，按照規(guī)范要求在澆筑地點(diǎn)預(yù)留三組同條件養(yǎng)護(hù)混凝土試件，根據(jù)同條件養(yǎng)護(hù)砼試件的抗壓強(qiáng)度來判斷模板支架拆除的時(shí)間。預(yù)應(yīng)力箱梁的側(cè)模板一般在張拉前拆除，混凝土強(qiáng)度為保證其表面、棱角不因拆模而受損除；在梁體混凝土同條件養(yǎng)護(hù)試塊強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的75%后，方可進(jìn)行預(yù)應(yīng)力張拉、壓漿施工，壓漿施工完成24h 后，才可拆除箱梁底模板和支架。模板支架拆除前填寫模板支架拆除申請(qǐng)表，過項(xiàng)目技術(shù)負(fù)責(zé)人審成，技術(shù)交底等手續(xù)辦理完整后方可拆除。

拆除順序如下：一般按照后支先拆、先支后拆，先拆除非承重部分，后拆除承重部分模板的原則，先拆除箱梁內(nèi)膜，再拆除箱梁外模板。外模板拆除時(shí)先由中間向兩邊對(duì)稱旋松吊桿下橫梁螺母10～15cm，確保吊桿下端頭漏出3～5 個(gè)絲準(zhǔn)，使下橫梁和底模板和梁底完全脫開10～15cm，然后按照由中間段兩邊對(duì)稱依次拆除，即下橫梁→縱向鋼梁→鋼板→方木→底模板，邊拆除邊用機(jī)械吊運(yùn)橋下，堆碼整齊；再對(duì)稱拆除吊桿→上橫梁→貝雷片→支點(diǎn)橫梁；最后拆除鋼管立柱，拆除4m 高度以上支架模板必須搭設(shè)腳手架或操作平臺(tái)，設(shè)置防護(hù)欄桿，確保支架拆除工作的安全。

5 結(jié)語

該文通過貝雷梁懸吊技術(shù)支架體系的研究設(shè)關(guān)，開拓了技術(shù)管理人員的創(chuàng)新思路和解決問題的能力，使技術(shù)管理人員在工程實(shí)際施工中得到了鍛煉，為今后的技術(shù)管理工作提出了更高、更嚴(yán)、更精的要求。

通過貝雷梁懸吊技術(shù)設(shè)計(jì)研究和建模驗(yàn)算的成功，有效解決了超長跨徑，緊鄰、上跨既有線橋梁對(duì)支架行車凈高和大跨度下?lián)铣薜碾y題，利用了工地上現(xiàn)有的鋼管柱和貝雷支架等大宗材料，經(jīng)濟(jì)效益有較大改善。

貝雷梁懸吊技術(shù)支架體系巧妙地利用了上承式懸索橋體系結(jié)構(gòu)的受力原理，通過上行式箱梁拼裝架橋機(jī)的懸吊拼裝工藝原理散思維發(fā)散設(shè)計(jì)而成，解決了該橋上下空間受限和超長跨徑下?lián)隙瘸薜募夹g(shù)難題。貝雷梁懸吊體有結(jié)構(gòu)穩(wěn)定安全，施工工藝操作簡單實(shí)用，體系受力富余度大，操作性強(qiáng)，在工期和質(zhì)量控制方面具有很大優(yōu)勢，值得推廣。