市政連續箱梁跨河組合支架設計及安全檢算

易奇

摘要：為保證南寧市亭洪路延長線上跨鐵路立交工程跨河連續預應力箱梁施工，通過現場調查，考慮施工現場實際跨徑和橋型的基礎上，設計了一種由鉆孔灌注樁、鋼管支墩、加強型貝雷梁組成的跨河形式支架結構，并對其剛度、強度及穩定性進行檢算。結果表明： 在最不利工況的基礎上，貝雷片、工字鋼和鋼管支墩等的最大撓度和應力等均小于容許值，跨河支架結構設計總體上合理，應用于現場施工。

Abstract： In order to ensure the construction of cross-river continuous prestressed box girder of the railway interchange project across the extension line of Tinghong Road in Nanning City， through the on-site investigation， considering the actual span and bridge type of the construction site， a borehole perfusion design was designed. The cross-river support structure consisting of piles， steel pipe piers and reinforced Bailey beams is used to check the stiffness， strength and stability. The results show that： on the basis of the most unfavorable working conditions， the maximum deflection and stress of Bailey piece， I-beam and steel pipe pier are less than the allowable value， and the design of the structure of the bridge across the river is generally reasonable and applied to the site construction.

關鍵詞： 大跨徑;跨河支架;鉆孔灌注樁;鋼管支墩;貝雷梁;安全性檢算

Key words： long span;cross-river bracket;bored pile;steel pipe butt;Bailey beam;safety check

中圖分類號：U442? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1006-4311（2019）35-0194-05

0? 引言

南寧市亭洪路延長線（規劃七路～南建路）工程上跨鐵路立交工程，位于南寧市江南區鐵路南化站附近，橋上布置雙向六車道，按兩幅設計。

引橋上部結構采用連續箱梁，底板寬14.6m、橋面寬18.6m、梁高2.0m、頂板厚25cm，底板厚22cm，邊、中腹板寬度均為45cm，懸臂長2m。

引橋左右兩幅11#、12#墩橋跨長30m、跨越亭子沖河，無法采用落地式支架施工。

1? 方案設計

樁基+便梁+貝雷架+碗扣架的支撐體系方案設計：

①基礎：采用樁基礎，樁選取直徑1.2m、長15m。每排4根，設置在箱梁腹板底部。

②立柱：鋼管柱采用Φ800壁厚10mm的鋼板制成。每排4根，設置在鉆孔灌注樁上部、箱梁腹板底部。鋼管立柱采用14#槽鋼剪力撐固結鋼管柱，增加支架穩定性。

③分配橫梁：D20便梁。

④貝雷架：貝雷梁結構形式采用321型單排單層貝雷片。

⑤碗扣架：碗扣架搭設在16b工字鋼，鋪設情況按本方案。

2? 荷載分析及計算

2.1 支架設計考慮下列的各項荷載

（根據《公路橋涵施工技術規范》（JTG/T F50-2011）中第5.2.6條）

①模板、支架的自重（荷載代號Q1）;

②新澆混凝土、鋼筋、預應力或其他圬工結構物的重力（荷載代號Q2）;

③施工人員及施工設備、施工材料等荷載（荷載代號Q3）;

④振搗混凝土時產生的振動荷載（荷載代號Q4）;

⑤新澆筑混凝土對模板側面的壓力（荷載代號Q5）;

⑥混凝土入模時產生的水平方向的沖擊荷載（荷載代號Q6）;

⑦設于水中的支架所承受的水流壓力、波浪力、流水壓力、船只及其他漂浮物的撞擊力（荷載代號Q7）;

⑧其他可能產生的荷載，如風荷載、雪荷載、冬季保溫設施荷載等（荷載代號Q8）（表1）。

2.2 荷載標準值的取值（見表2）

2.3 荷載計算

根據《建筑施工碗扣腳手架安全技術規范》，支架承載最不利情況為砼澆注完畢尚未初凝前底板范圍內的桿件承載。（表3）

2.4 材料性能指標（表4）

3? 碗口支架立桿軸力安全性檢算

立桿的軸力設計值根據由可變荷載控制的組合和由永久荷載控制的組合來計算，兩者取較大值。

可變荷載控制的組合的公式是：

N=1.2（∑NGk1+∑NGk2）+1.4NQk

永久荷載控制的組合的公式是：

N=1.35（∑NGk1+∑NGk2）+1.4*0.7NQk

式中：∑NGk1 ——立桿由架體結構及附件自重產生的軸力標準值總和;

∑NGk2——模板支撐架立桿由模板及支撐梁自重和混凝土及鋼筋自重產生的軸力標準值總和;

NQk ——立桿由施工荷載產生的軸力標準值;

《建筑施工碗扣式鋼管腳手架安全技術規范》（JGJ 166-2016）第5.3.7條“模板支撐架單根立桿軸力設計值應滿足立桿穩定性計算要求，且當立桿采用Q235級材質鋼管時，單根立桿軸力設計值不應大于30kN”。

3.1 對于橋墩側實心區的軸力計算

可變荷載控制組合：N=（1.2*（2.6+52）+1.4*（4+2））*0.6*0.6=26.61kN

永久荷載控制組合： N=（1.35*（2.6+52）+1.4*0.7*（4+2））*0.6*0.6=28.65kN

無風荷載時，橋墩側實心區的軸力取28.65kN≤[30kN]，滿足。

3.2 對于腹板區的軸力計算

可變荷載控制組合：N=（1.2*（2.6+52）+1.4*（4+2））*0.6*0.6=26.61kN

永久荷載控制組合：N=（1.35*（2.6+52）+1.4*0.7*（4+2））*0.6*0.6=28.65kN

無風荷載時，腹板區的軸力取28.65kN≤[30kN]，滿足。

3.3 對于頂（底）板軸力計算

可變荷載控制組合：N=（1.2*（0.8+16.9）+1.4*（4+2））*0.9*0.6=16.01kN

永久荷載控制組合：N=（1.35*（0.8+16.9）+1.4*0.7*（4+2））*0.9*0.6=16.08kN

無風荷載時，頂（底）板區的軸力取16.08kN≤[30kN]，滿足。

3.4 對于翼緣板區軸力計算

可變荷載控制組合：N=（1.2*（0.6+11.7）+1.4*（4+2））*0.9*0.9=18.76kN

永久荷載控制組合：N=（1.35*（0.6+11.7）+1.4*0.7*（4+2））*0.9*0.9=18.21kN

無風荷載時，頂（底）板區的軸力取18.76kN≤[30kN]，滿足。

3.5 結論

橋墩側實心區、箱梁腹板碗口支架間距采取0.6m×0.6m;頂（底）板碗口支架間距采取0.6m×0.9m;翼緣板碗口支架間距采取0.9m×0.9m。

4? 貝雷梁安全性檢算

4.1 腹板貝雷梁安全性檢算

4.1.1 荷載計算

腹板寬0.45m、厚度2m，橋跨長30m，橋跨中間15m處設立鋼柱筒臨時支墩，則總線形荷載：

永久荷載：Q1=26×0.45×2×15=351kN;Q2=26×0.05×0.45×2×15=17.6kN;

可變荷載：Q3=4×0.45×15=27kN;Q4=2×0.45×15=13.5kN;

考慮永久荷載取值1.35，可變荷載取值1.4;

則總荷載Q=1.35×（351+17.6）+1.4×（27+13.5）=497.6+56.7=554.3kN;

總線形荷載q=554.3÷15=36.95kN/m。

4.1.2 安全性檢算（按照兩等跨連續梁）

①彎矩計算

M=0.125×q×L2=0.125×36.95×15×15=1039.22（kN·m）;

M/（【M】）=1039.22÷788=1.319<2。

②剪力計算

σ=0.625×q×L=0.625×36.95×15=346.41;

σ/（【σ】）=346.41÷（245.2）=1.413<2。

③擾度計算

f=0.521ql4/（100EI）=0.521×36.95×15004/（100×2.1×105×250497×104）=2mm<【f】=37.5mm（【f】=L/400）。

箱梁腹板下布置2排貝雷片，間距60cm。

4.2 底板及翼緣板貝雷梁安全性檢算

同理計算，箱梁腹板+底板下寬14.6m，共布置26排貝雷片，間距60cm。翼緣板寬2m，布置單層3排貝雷片，間距90cm。

5? 鋼柱筒支墩及橫向分配梁安全性檢算

鋼柱筒設置在腹板底部，每排安放4個、共設置12個，鋼柱筒間距分別為4.75m、4.65m、4.75m。鋼柱筒采用Φ800壁厚10mm、高5m、鋼管立柱之間采用15#槽鋼剪力撐固結鋼管柱，增加支架穩定性。

橫向分配梁采用D20便梁。

5.1 鋼柱筒支墩安全性檢算

①荷載計算。

單跨30m箱梁腹板及箱室混凝土484.4m3（含翼

緣板）。

永久荷載：Q1=26×484.4=12594.4kN;

模板及碗口支架：Q2-1=26×0.05×484.4=629.72kN;

貝雷梁荷載Q2-2=（26+6）×30×1=960kN（貝雷片100kg/m）;

D20m便梁Q2-3=3×112.29=336.87kN

可變荷載：Q3=4×18.6×30=2232kN;Q4=2×18.6×30=1116kN;

考慮永久荷載取值1.35，可變荷載取值1.4;

則總荷載Q=1.35×（12594.4+629.72+960+336.87）+1.4×（2232+1116）=19603.3+4687.2=24290.5kN;

橋跨中間？準800mm支墩最大受力N=24290.5÷2÷4=3036.3kN。

②立柱抗壓強度計算。

鋼柱筒凈截面面積A=π（8002-7802）=99224mm2;

σ壓=N÷A=3036300÷99224=30.6（MPa）<【σ】=140MPa，滿足要求;

③立柱穩定性計算。

σ穩= N÷（？準A）

回轉半徑i=（（8002+7802）/4）1/2=558.6，長細比？姿=L/i=5000÷558.6=8.9。

查《路橋施工計算手冊》附錄三：？準=0.976

σ穩= N÷（？準A）=3036.3×103/（99224×0.976）=31.3<【σ】=140MPa，滿足要求;

鋼柱筒滿足要求！

5.2 橫向分配梁安全性檢算

①箱室及腹板荷載計算。

單跨30m箱梁腹板及箱室混凝土442.4m3。

永久荷載：Q1=26×442.4=11502.4kN;

模板及碗口支架：Q2-1=26×0.05×442.4=575.12kN;

貝雷梁荷載Q2-2=26×30×1=780kN（貝雷片100kg/m）;

D20m便梁Q2-3=3×112.29=336.87kN

可變荷載：Q3=4×14.6×30=1752kN;Q4=2×14.6×30=876kN;

考慮永久荷載取值1.35，可變荷載取值1.4;

則總荷載Q=1.35×（11502.4+575.12+780+336.87）+1.4×（1752+876）=17812.4+3676.4=21489kN;

箱梁及腹板D20m便梁橫向分配梁線荷載N=21489÷2÷14.6=736kN/m。

②D20m便梁性能指標。

Ix=1584140cm4;Wx=25970cm3;

③安全性檢算。

由于支墩間距4.75m、4.65m、4.75m，間距差較小，按三等跨連續梁內力和擾度系數計算：

1）彎矩計算

Mmax=0.1×q×L2=0.1×736×4.75×4.75=1660（kN·m）;

σmax= Mmax /（Wx）=1660×106÷（25970×103）=63.9<【σ】=145MPa。

2）擾度計算

f=0.677ql4/（100EI）=0.677×736×47504/（100×2.1×105×1584140×104）=0.7mm<【f】=11.8mm（【f】=L/400）。

D20m便梁滿足要求！

5.3 翼緣板2m懸挑安全性檢算

同理計算，翼緣板2m懸挑安全。

6? 鉆孔灌注樁安全性檢算

6.1 鉆孔灌注樁單樁承載力檢算

荷載計算：

單跨30m箱梁腹板及箱室混凝土484.4m3（含翼

緣板）。

永久荷載：Q1=26×484.4=12594.4kN;

模板及碗口支架：Q2-1=26×0.05×484.4=629.72kN;

貝雷梁荷載Q2-2=（26+6）×30×1=960kN（貝雷片100kg/m）;

D20m便梁Q2-3=3×112.29=336.87kN

可變荷載：Q3=4×18.6×30=2232kN;Q4=2×18.6×30=1116kN;

考慮永久荷載取值1.35，可變荷載取值1.4;

則總荷載Q=1.35×（12594.4+629.72+960+336.87）+1.4×（2232+1116）=19603.3+4687.2=24290.5kN;

橋跨中間？準800mm支墩最大受力N=24290.5÷2÷4=3036.3kN。

？準800mm鋼柱筒、壁厚10mm每延米重量200kg/m，鋼柱筒高5m、重1t、10kN。

單樁承載力取3046.3kN。

6.2 主要巖土層概況

雜填土①3（Q4ml）、圓礫②1（Q3al）、黏土③1、全風化泥巖④1（E3n）、強風化泥巖④2（E3n）。

6.3 土層參數及樁長選定

根據《建筑樁基技術規范》JGJ94-2008樁極限側阻力、端阻力標準值，進行計算。（表5）

6.4 工程地質條件下的單樁承載力計算

Quk=μΣqsik li + qpk Αp

其中Quk——單樁豎向極限承載力標準值，kN;

μ——樁的周長，m;

qsik——樁周土的側阻力特征值，kPa;

li —— 第i層土厚度，m;

Αp——樁截面積，m2

qpk——樁端端阻力特征值，kPa。

6.5 樁長安全檢算（表6）

7? 跨河連續現澆箱梁施工工藝及流程

①按施工專項方案進行鉆孔灌注樁施工。

②組合支架施工。按批準的專項施工方案安裝鋼柱筒、搭設橫向D便梁、縱向貝雷梁、碗口腳手架組合支架。

③底模安裝。利用可調頂托調整底模高程，先鋪設橫向大方木，再鋪設縱向小方木，分塊鋪設底模。

④支架預壓。支架和底模搭設完畢驗收合格后，采用砂袋進行預壓。預壓荷載按混凝土實體重力荷載的1.2倍考慮，分三級加載（60%、80%和100%），預壓完成后精確調整底模高程和按要求設置預拱度。

⑤模板制安。箱梁外模、內模采用涂塑竹膠板，模板拼裝成型，確保模板平整不撓曲、接縫嚴密。

⑥鋼筋制安。鋼筋在加工場內加工成型，主筋采用機械接頭接長，其他部位鋼筋焊接接長應滿足相關施工規范的要求。箱梁鋼筋分底腹板、頂翼板兩次安裝。施工時先綁扎底板及腹板鋼筋，待內模安裝固定完成后，再綁扎頂板、翼板等其他部位鋼筋。

⑦波紋管施工。波紋管固定采用“井”字型結構的定位筋，安裝過程避免反復彎曲，波紋管接頭套管用醫用膠布在接口處纏繞嚴實。

⑧混凝土施工。箱梁混凝土采用分層澆筑，澆筑順序按底板、腹板，頂板順序進行。順橋向從低處到高處澆筑，橫橋向對稱進行澆筑。梁體混凝土灌注完成后，及時覆蓋做好養護工作。

⑨預應力施工。箱梁混凝土必須達到100%設計強度，齡期7天后方可施加預應力。鋼絞線的下料長度根據張拉千斤頂和設計下料長度確定，張拉作業前，必須對千斤頂、油表進行配套匹配標定，并按規范規定的時間進行定期校驗。梁體預應力的張拉采用雙控，即以張拉力控制為主，以鋼束的實際伸長量進行校核。

⑩封錨壓漿?？椎涝趶埨瓿珊?8小時內進行真空壓漿。壓漿泵輸漿壓力保持在0.5～0.7MPa，以保證壓入孔道內的水泥漿密實為準。出漿孔在流出濃漿后即關閉出漿管，繼續壓注水泥漿，并應有適當穩壓時間（一般為2min）。壓漿完成后將錨具周圍沖洗干凈并鑿毛，設置鋼筋網，澆注封錨混凝土。

{11}支架拆除。當梁體預應力束張拉、壓漿且滿足設計要求后，進行模板拆除。模板拆除對稱、均勻、有序地進行，先拆翼緣板、腹板、后拆底板，從跨中對稱往兩端緩慢松開扣件，落梁應遵循全孔多點、對稱、緩慢、均勻和分級的原則。

8? 施工總結

①縱向貝雷梁上部沿橋橫向設置I16b工字鋼分配梁，相鄰分配梁間用鋼筋焊接，在橫向工字鋼分配梁上安裝底托搭設外徑48mm，壁厚3.5mm碗扣式滿堂式支架，碗扣式鋼管支架底部保持同一水面面，利用碗扣支架高度調整標高，嚴格控制掌握可調底托和頂托的可調范圍≤30cm。

②每排鋼管柱由4根？準800mm，壁厚10mm的鋼管組成，鋼管柱與樁基礎間采用預埋鋼筋連接，再在鋼柱內澆筑C30混凝土至鋼柱筒頂面形成統一整體。鋼管柱安裝嚴格控制柱頂面標高，確保再同一水平面。相鄰鋼管柱之間分別采用[14槽鋼作為橫聯，加強鋼管柱的穩定性。鋼柱筒橫聯間設剪刀撐槽鋼連接，剪刀撐按45°的角設置。槽鋼與鋼管柱進行焊接，焊縫要飽滿。連接槽鋼在下料時要根據每2根柱間的實量尺寸進行下料，連接槽鋼為確保與鋼管樁間密貼較好端頭按角度切割成斜面。

③跨河橋跨貝雷梁布設形式為腹板處貝雷梁間距為60cm，翼緣板、底板處貝雷梁間距為90cm。貝雷梁連接時的貝雷銷必須打緊，每個銷子上均上卡扣，支撐架螺栓必須擰緊。相鄰兩組貝雷梁間采用[14槽鋼連接，沿上下弦桿各設一道采用螺栓與貝雷片連接，設置間距為3m/道。貝雷梁安設時應在工字鋼頂部標出每組的定位線，按間距進行排列，對安設完的貝雷梁為防止其移位，在最外兩側的貝雷梁與橫向工字鋼接觸處在工字鋼頂面焊接短鋼筋。貝雷片安裝完成后，采用普通鋼管與貝雷片的上下表面進行連接，每隔 3m 設置1根普通鋼管，并用扣件進行加固，確保貝雷片能夠連接成為一個整體。

9? 結語

①鉆孔灌注樁鋼管柱貝雷梁組合支架是梁體跨越道路和河流時常采用的一種支架方式，具有強度高、跨度大、施工快捷等優點。

②現場通過合理的支架設計，周密的計算，現場嚴格施工，跨河連續箱梁按時按質完成施工，外觀質量、線形滿足設計及規范要求，可為類似市政連續箱梁跨河施工提供借鑒意見。

參考文獻：

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