贝雷片联合三角悬挑支架在软基处悬臂梁施工中的应用.pdf

·桥涵工程· 收稿日期：２０１６ ０４ １５ 基金项目：中铁十九局集团有限公司科技研究开发技术项目 （１１２６Ｂ） 贝雷片联合三角悬挑支架在软基处 悬臂梁施工中的应用 陈宜伟 （中铁十九局集团第七工程有限公司 广东珠海 ５１９０２０） 摘 要 通过工程实践，首创一种与贝雷片联合使用的三角悬挑支架系统，并获得国家发明专利，弥补了传统施工 支架的诸多缺陷，既解决了碗扣支架方案存在软基加固成本高、耗时长的缺点，也解决了型钢支架方案存在钢材用 量大、梁端底模卸落困难的弊端，以期为类似工程施工提供参考。 关键词 贝雷片 三角悬挑支架 软基处理 悬臂梁 中图分类号 Ｕ４４５．４７ ＋１ 文献标识码 Ｂ 文章编号 １００９ ４５３９ （２０１６）增１ ０１２６ ０３ Ｂａｉｌｅｙ Ｆｉｌｍ Ｃｏｍｂｉｎｅｄ Ｔｒｉａｎｇｌｅ Ｃａｎｔｉｌｅｖｅｒ Ｂｒａｃｋｅｔ Ａｐｐｌｉｅｄ ｉｎ Ｃａｎｔｉｌｅｖｅｒ Ｂｅａｍ ｉｎ Ｓｏｆｔ Ｓｏｉｌ Ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ Ｃｈｅｎ Ｙｉｗｅｉ （Ｃｈｉｎａ Ｒａｉｌｗａｙ １９ｔｈ Ｂｕｒｅａｕ Ｇｒｏｕｐ ７ｔｈ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｃｏ．Ｌｔｄ．，Ｚｈｕｈａｉ Ｇｕａｎｇｄｏｎｇ ５１９０２０，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ Ｔｈｒｏｕｇｈ ｔｈｅ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ｐｒａｃｔｉｃｅ，ｗｅ ｆｉｒｓｔｌｙ ｐｒｏｐｏｓｅｄ ａ ｔｒｉａｎｇｌｅ ｃａｎｔｉｌｅｖｅｒ ｓｕｐｐｏｒｔ ｓｙｓｔｅｍ ｃｏｍｂｉｎｅｄ ｗｉｔｈ ａ ｂａｉ ｌｅｙ ｆｉｌｍ ａｎｄ ｇｏｔ ｔｈｅ ｎａｔｉｏｎａｌ ｉｎｖｅｎｔｉｏｎ ｐａｔｅｎｔ，ａｎｄ ｍａｄｅ ｕｐ ａ ｌｏｔ ｏｆ ｔｈｅ ｓｈｏｒｔａｇｅｓ ｏｆ ｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｓｕｐｐｏｒｔ．Ｔｈｅ ｍｅｔｈｏｄ ｎｏｔ ｏｎｌｙ ｓｏｌｖｅｄ ｔｈｅ ｐｒｏｂｌｅｍ ｏｆ ｈｉｇｈ ｃｏｓｔ ａｎｄ ｔｉｍｅ ｃｏｎｓｕｍｉｎｇ ｉｎ ｔｈｅ ｐｒｏｃｅｓｓ ｏｆ ｓｏｆｔ ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｍｅｎｔ ｏｆ ｔｈｅ ｂｏｗｌ ｂｕｃｋｌｅ ｂｒａｃｋｅｔ，ｂｕｔ ａｌｓｏ ｓｏｌｖｅｄ ｔｈｅ ｄｉｓａｄｖａｎｔａｇｅｓ ｏｆ ｌａｒｇｅ ｓｔｅｅｌ ｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ ａｎｄ ｔｈｅ ｄｉｆｆｉｃｕｌｔｙ ｏｆ ｂｏｔｔｏｍ ｆｏｒｍｗｏｒｋ ｏｆ ｂｅａｍ ｕｎｌｏａｄｉｎｇ ｉｎ ｔｈｅ ｓｔｅｅｌ ｓｕｐｐｏｒｔ．Ｉｔ ｃｏｕｌｄ ｐｒｏｖｉｄｅ ａ ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ ｆｏｒ ｓｉｍｉｌａｒ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ ｂａｉｌｅｙ ｆｉｌｍ；ｔｒｉａｎｇｌｅ ｃａｎｔｉｌｅｖｅｒ ｓｕｐｐｏｒｔ ｓｙｓｔｅｍ；ｓｏｆｔ ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ；ｃａｎｔｉｌｅｖｅｒ ｂｅａｍ １ 工程概况 广州至珠海新建铁路江门水道特大桥主桥为 （８５ ＋２ ×１４５ ＋８５）ｍ 连续梁，梁体采用Ｃ５５ 混凝 土，共１ ８００ ｍ３ ，管道压浆所用水泥强度等级不低于 Ｍ５０，边跨直线段长度为１２．３５ ｍ，箱梁高度３．５ ｍ， 宽度８．５ ｍ，为单箱单室结构。连续梁直线段采用 三向预应力体系，纵向预应力体系采用Ⅱ级低松弛 高强钢绞线，抗拉极限强度１ ８６０ ＭＰａ，公称直径 １５．２ ｍｍ；竖向预应力采用３２ ｍｍ 预应力混凝土 用螺纹钢筋，标准抗拉强度８３０ ＭＰａ，锚下张拉控制 应力６７５ ＭＰａ；横向预应力采用４ ～１５．２ ｍｍ 钢绞 线，抗拉极限强度１ ８６０ ＭＰａ，采用扁形锚具锚固。 该直线段位于河堤外侧的软基处，淤泥平均深度约 ３３ ｍ，边跨直线段的施工质量决定了整联连续梁的 线形控制精度。 ２ 直线段支架方案比选 ２．１ 地基加固处理后搭设支架方案 因该处软基深度大，原地基承载力极差，搭设 碗扣支架前需对原基础进行加固处理，以提高其承 载力，无论地基采用何种方式进行加固，均存在加 固周期长、成本高，原地面环境破坏严重的问题，并 且施工边跨合龙段时，必须提前拆除梁端部分支 架，方能腾出挂篮底模前横梁所需空间，以便挂篮 １２６ 铁道建筑技术 ＲＡＩＬＷＡＹ ＣＯＮＳＴＲＵＣＴＩＯＮ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ ２０１６（增１ ） ·桥涵工程· 走行到位。 ２．２ 钢管桩顶架设横纵梁型钢方案 为加快施工进度，减少对环境的污染，可采用 钢管桩顶架设纵横梁型钢［１ －４］的方法。首先，墩旁 一排钢管桩可与承台施工期间预埋的钢板进行一 一焊接，而远离桥墩侧的一排钢管桩可在软基处利 用振动锤直接按坐标进行插打，直至达到设计深 度；其次，每排钢管桩顶进行抄平并安装封顶板、卸 落槽钢及横梁型钢；再次，在横梁上方顺桥向铺设 纵梁型钢；最后，纵梁上方铺设方木、模板，进行支 架预压。但此方案中型钢用量大，并且纵梁型钢端 头在空间上与施工边跨合龙段时的挂篮底模前横 梁相冲突，这就要求合龙段挂篮走行到位前，必须 高空气割纵梁型钢端头，腾出挂篮底模前横梁所需 空间，这也就造成了型钢材料的浪费，也增加了高 空作业的危险性。 ２．３ 钢管桩顶架设贝雷片联合三角悬挑支架方案 为解决上述钢管桩顶架设横纵梁型钢方案的 弊端，在保留上述钢管桩及横梁的基础上，对纵向 分配梁型钢进行创新设计［５ －７］，见图１。通过支架 受力计算，利用现场废旧钢模板法兰按设计图加工 三角形悬挑支架，每片三角支架上预留２ 个与贝雷 片连接的销栓孔，每榀纵梁包含３ 片贝雷片及１ 片 三角悬挑支架，每片之间通过销栓连接。直线段施 工完成后，拔出销栓，拆除支架最前端的三角悬挑 支架，腾出合龙段挂篮底模前横梁所需空间，既加 快了施工进度、减少了高空作业的危险性，也简化 了直线段端头模板的安拆，便捷了合龙段挂篮的走 行，同时也降低了对环境的破坏，故选用该种方案。 图１ 支架布置 ３ 贝雷片联合三角悬挑支架施工技术 ３．１ 钢管桩及剪刀撑、横撑的施工 选用６ 根５００ ｍｍ、δ１０ ｍｍ 的钢管桩，按照２ 排进行布置，每排３ 根。第１ 排布置在承台面上，与 承台面预埋钢板进行焊接，管桩中心距墩柱外侧距 离１８０ ｃｍ。第２ 排钢管桩与第１ 排顺桥向间距 ６８５ ｃｍ，直接在软基处进行插打。钢管桩横向间距 均为３１０ ｃｍ，为增加管桩刚度、强度及稳定性设置 ２８ｂ槽钢剪刀撑及横撑。 ３．２ 封顶板、卸落槽钢及横梁型钢的施工 为防止荷载传递至钢管桩顶因受力不均发生 卷曲破坏，每根管桩顶部安装δ２０ ｍｍ 封顶板。封 顶板上部安装双肢２８ｂ 槽钢，以便于边跨合龙段施 工完成后直线段底模支架的拆除。卸落支架上方 横桥向布置５６ｂ 工字钢横梁。 ３．３ 三角悬挑支架的制作 利用桥梁下部墩台结构的废旧钢模板法兰进行 加工制作三角悬挑支架，加工３０ 单片，并两两组合， 角钢焊接固定，见图２。组合后的支架间距以贝雷片 阳头便于插入为准，缝隙不宜过大，并预留与贝雷片 连接的销栓孔，孔位处增设带有同孔大小的加强板。 ３．４ 贝雷片及三角悬挑支架的布置 贝雷片横桥向共１５ 榀，中线与桥梁中心线重 合［８ －１０］，横向布置间距为：２ ×９０ ｃｍ ＋１ ×６０ ｃｍ ＋ １ ×４０ ｃｍ ＋６ ×９０ ｃｍ ＋１ ×４０ ｃｍ ＋１ ×６０ ｃｍ ＋２ × ９０ ｃｍ，顺桥向每榀３ 片，共需４５ 片，且保证贝雷片 阳头朝向挂篮一侧，才能确保三角悬挑支架与贝雷 片栓接，见图３。 图２ 三角悬挑 支架示意 图３ 贝雷片与 三角支架栓接 ３ ．５ 施作边跨直线段 铺设方木及模板并预压后，按施工图制作边跨 直线段，直线段的施工质量直接影响整联连续梁的 合龙精度。浇筑混凝土之前在箱梁顶、底板处预留 挂篮前吊带行进槽，为挂篮走行让路。 铁道建筑技术 ＲＡＩＬＷＡＹ ＣＯＮＳＴＲＵＣＴＩＯＮ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ ２０１６（增１ ） １２７ ·桥涵工程· 图４ 三角悬挑支架拆除前示意图 ３．６ 施作边跨合龙段 直线段施工完成后，面临着后续边跨合龙段的 施工。待直线段砼达到设计强度后，拔出销栓即可 拆除三角悬挑支架，腾出挂篮底模前横梁所需空 间，扫除挂篮走行障碍，待挂篮走行到位后即可进 行合龙段的施工，见图５。合龙段施工完成后，先拆 除卸落槽钢，再拆除梁底模板及贝雷片支架，最后 拔除钢管桩，恢复原地貌。 图５ 挂篮走行到位 ４ 力学验算 ４．１ 材料和截面参数 贝雷片材料［１１］为１６ Ｍｎ 钢，花窗、三角悬挑支 架、卸落槽钢、封顶板、钢管桩、横撑及剪刀撑材料 均为Ａ３ 钢。贝雷片弦杆采用２ １０ａ 槽钢、间距 ８ ｃｍ；贝雷片腹杆采用８ｂ 工字钢；贝雷片花窗角钢 截面∠６３ ｍｍ ×４ ｍｍ；三角悬挑支架型号为１０ｂ 槽 钢；卸落双肢槽钢型号为２８ｂ；横梁采用５６ｂ 工字 钢；封顶板尺寸为６０ ｃｍ ×６０ ｃｍ ×２ ｃｍ；钢管桩直径 为５０ ｃｍ、壁厚１ ｃｍ；横撑及剪刀撑采用２８ｂ 槽钢； 直线段底模分配梁采用１０ ｃｍ ×１０ ｃｍ 方木。 ４．２ 施工荷载 根据《建筑施工计算手册》［１２］模板及支架设计计 算时荷载组合为１．２ 倍模板及支架自重、１．２ 倍的钢 筋砼自重、１．４ 倍的振捣混凝土产生的荷载之和。 ４．３ 力学建模检算 支架整体采用ＭｉｄａｓＣｉｖｉｌ ２０１３ 空间分析程序， 图６ 支架有限元分析模型 建立有限元模型，见图６。 经验算贝雷片联合三角 悬挑支架强度、刚度及稳 定性完全满足施工要求。 ５ 结束语 通过实践，贝雷片 联合三角悬挑支架技术 在软基处悬臂梁直线段 施工中效果显著，提高 工效、节约成本的同时， 为直线段的施工提供了有力保障，也为连续梁的后 续合龙奠定了坚实的基础。施工完成后该联连续 梁外美内实，线形平顺，受到参建各方的一致好评， 并获得国家发明专利１ 项，实用新型专利２ 项，取得 明显的经济、社会、环保效益。 参考文献 ［１］ 张家旭．钢结构［Ｍ］．北京：中国铁道出版社，１９９７：１１２ －１５１． ［２］ ＧＢ ５００１７ －２００３ 钢结构设计规范［Ｓ］． ［３］ 朱全泉．跨既有铁路客专连续梁现浇施工支架设计 ［Ｊ］．铁道建筑技术，２０１１（５）：６７ －６９． ［４］ 王晓英．１ ×１２８ ｍ 下承式系杆拱桥支架设计及施工技 术控制［Ｊ］．铁道建筑技术，２０１１（７）：１８ －２０． ［５］ 中铁十九局集团第七工程有限公司，中铁十九局集团有 限公司．一种软基处悬臂梁直线段施工支架系统及其搭 设方法：中国，ＺＬ ２０１４ １ ０２９２５４７．３ ［Ｐ］．２０１４ －０９ －０３． ［６］ 中铁十九局集团第七工程有限公司，中铁十九局集团 有限公司．一种软基处悬臂梁直线段施工支架系统： 中国，ＺＬ ２０１４ ２ ０３４７８６１．２ ［Ｐ］．２０１４ －１１ －１９． ［７］ 中铁十九局集团第七工程有限公司，中铁十九局集团 有限公司．一种配合贝雷片使用的三角悬挑支架：中 国，ＺＬ２０１４ ２ ０３５１０８８．７ ［Ｐ］．２０１４ －１１ －１９． ［８］ 孔永升．梁柱式支架法在客运专线高墩连续梁施工中的 应用［Ｊ］．石家庄铁道大学学报：自然科学版，２０１１（１）：４３． ［９］ 马建伟．铁路跨河整孔现浇简支箱梁支架的设计与施工 ［Ｊ］．石家庄铁道大学学报：自然科学版，２０１０（１）：１０８． ［１０］张新朝．型钢－贝雷梁组合托架在混凝土盖梁施工中 的应用［Ｊ］．铁道建筑技术，２０１０（３）：２４ －２６． ［１１］黄少金，刘陌生．装配式钢桥多用途使用手册［Ｍ］．北 京：人民交通出版社，２００１：２１ －４９． ［１２］江正荣．建筑施工计算手册［Ｍ］．北京：中国建筑工业 出版社，２００７：４２９ －４３２． １２８ 铁道建筑技术 ＲＡＩＬＷＡＹ ＣＯＮＳＴＲＵＣＴＩＯＮ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ ２０１６（增１ ）