浅谈现浇箱梁钢管桩和贝雷梁支架的搭设方案及受力验算

刘开拓

（中交隧道工程局有限公司，北京100001）

1 工程概况。德州北高架桥桥梁长度2.68km（采用南北分离式双线结构）。该桥上部结构全部采用预应力钢筋砼现浇箱梁，箱梁为单箱双室结构。现浇箱梁共计225孔。其中，有12孔箱梁位于章卫新河道范围内，河道中心水深约2m，墩柱平均在高度在18m左右。结合本工程现场实际情况，拟定该12孔箱梁采用钢管桩和贝雷梁支架的施工方案。

2 支架设计

2.1 支架体系及构造。箱梁梁体采用贝雷支架法原位现浇施工，单层贝雷梁作支架。支架体系结构自下而上由钢管立柱基础、底横梁、钢管立柱、落模砂箱、分配梁、贝雷梁、横梁及底模、侧模及支撑等构成。

2.2 支架搭设。搭设方法是首先将拼装好的底横梁安装在梁体两端承台和跨中的临时支墩承台上，然后在底横梁上安装钢管立柱，并在每根钢管立柱上安装砂箱，砂箱安装完成后在每排立柱砂箱顶面安装分配梁，最后将组拼好的贝雷梁搭设在分配梁上，从而完成了现浇箱梁支架的搭设。

2.2.1 钢管立柱基础。本工程梁体两端钢管立柱基础支撑借助于墩柱下部的钻孔灌注桩基础；跨中的临时支墩基础采用Φ1000mm的钻孔灌注桩基础，桩基础上接宽度和高度均为1m的承台作为支撑。每跨跨中设2排临时支墩，每排临时支墩下设三根桩基，桩长15m，两排临时支墩中心间距为3m。

2.2.2 底横梁。由于原设计承台宽度不能满足支架搭设需要，需要在承台上设一道底横梁将上部荷载传递到下部基础。底横梁采用由贝雷片拼装而成的三排单层贝雷梁，底横梁直接安在承台上，并通过钢板螺丝和预埋在承台上的钢板联系在一起。底横梁两侧各悬臂出承台1m。

2.2.3 钢管立柱。钢管立柱采用直径Φ406mm，壁厚100mm的螺旋管，按中心间距1.5m横桥向布设。钢管立柱下口通过钢板及螺丝与底横梁对接并共同支撑在承台上，上口通过钢板及法兰与砂箱底部连接。为了确保钢管立柱的稳定，相临钢立柱间用Φ70mm钢管连接，同时，在桥墩位置，加强桥墩与钢管立柱之间的联系。

2.2.4 落梁砂箱。砂箱采用外套筒为Φ406mm、内套筒为Φ380mm的螺旋管制作，砂箱高度500mm。砂箱底部与钢管立柱通过法兰连接。为保证钢管支撑处应力均匀分布，在砂箱顶部及钢管与砂箱底部接触面焊接10mm厚钢板。砂宜采用中细砂，并筛除2mm以上的颗粒，以保证能顺利从底孔放砂，每箱的装砂量需经过压实试验和仔细计算得出，确保承重后梁底在同一水平面上。

2.2.5 分配梁。分配梁起着将结构荷载、支架荷载和施工荷载分配到钢管立柱上同时受力的作用。分配梁采用2根36a工字钢并排焊接，在支点处与贝雷梁用Ф20U型螺栓连接牢固，防止贝雷梁移动。

2.2.6 贝雷梁。主梁由四组三排单层和二组二排单层贝雷梁组合而成，用于承受制梁时的荷载，完成梁体的浇注。贝雷梁是由规格为300cm×150cm×17.5cm的贝雷片采用贝雷销和连接片连接而成，贝雷梁调整节根据现场需要自行加工制作。贝雷梁提前组拼，整体吊装。

2.3 支架受力验算。以德州北高架桥25m现浇箱梁为例，对箱梁支架进行受力计算,箱梁底板宽度9m，砼设计方量为225m3。

2.3.1 荷载计算

（1）箱梁荷载：每立方砼重量按26KN计算，取安全系数r=1.2，，以全部重量作用于9m宽底板上则：箱梁钢筋砼自重：G1=225×26×1.2=7020KN

单位面积重量：F1=G1÷S=7020÷（9×25）=31.2KN/m2

（2）施工荷载：取 F2=2KN/m2，G2=2×9×25=450KN

（3）振捣混凝土产生荷载：取F3=1KN/m2,G3=1×9×25=225KN

（4）人行、机具荷载：取F4=1KN/m2,G4=1×9×25=225KN

（5）模板、方木重量：取F5=1KN/m2,G5=1×9×25=225KN

（6）贝雷片、连接片：每片重270kg，每孔需108片。45cm×120cm规格连接片20kg/片，每孔需18片，90cm×120cm规格连接片30kg/片，每孔需36片，则：G6=270×108+20×18+30×36=30633kg=306.33KN

F6=G6÷S=306.33÷（9×25）=1.36KN/m2

（7）36a工字钢每延米重量为60.037kg,每孔需96m，则：

G7=60.037×96=5763kg=57.63KN

F7=G7÷S=57.63÷（9×25）=0.26KN/m2

（8）钢管每延米重量为100kg,按15m计算，每根钢管重量为15KN，每孔需28根钢管，则钢管总重量为,

G8=15×28=420KN

（9）每个跨中临时支墩承台基础钢筋砼重量为G9：承台尺寸为长度1m，宽度12m，高度1m，则：

G9=1×1×12×26=312KN

2.3.2 基础承载力验算。临时支墩基础为Ф1000钻孔灌注桩。每排临时支墩设3根钻孔桩基础，桩长为15m，其中位于液化层4m，不液化土层11m。

每根桩基实际承重为：

P=〔G9+(G1+G2+G3+G4+G5+G6+G7+G8)/4〕/3=848KN

由地质资料查得，河道内地质以粉细砂及亚砂土为主，其摩阻力τ=3.5t/m2。液化土层τ按1.5t/m2来考虑。

每根桩基承载力：N=π×D×h×τ=3.14×1×11×3.5＋3.14×1×4×1.5=1397.3KN>P=848KN

钻孔桩承载力满足要求。

2.3.3 底横梁悬臂段承载力验算

每根钢管立柱承担重量为：(G1+G2+G3+G4+G5+G6+G7)/28=304KN

每根钢管自身重量为15KN

则每根钢管承重连同其自身重量为319KN

由于底横梁1m悬臂段支撑其上面一根钢管传递下来的荷载，则悬臂段实际承受的弯矩为：

M=319×1=319KN.m

由于底横梁采用的是三层单排不加强型贝雷梁，由贝雷梁桁架内力表查得，三层单排不加强型贝雷梁允许弯矩[My]=2246.4KN.m，允许剪力[Fy]=698.9KN

所以，底横梁悬臂段承载力能够满足施工要求。

2.3.4 钢管立柱受力验算（1）钢管立柱强度验算由建筑施工手册查得，Ф406mm钢管容许应力［σ］=145MPa。

Ф406mm钢管截面面积A：A=π(D2-d2)/4=3.14×(4062-3962)/4=6295.4mm2

钢管容许抗压强度N:N=［σ］×A=145×6295.4=912833N=912.83KN＞319KN钢管立柱抗压强度满足要求。

（2）钢管立柱稳定性验算

钢管排架采用Φ406×10mm钢管：

回转半径：r=√(D2+d2)/4=√（4062+3962）/4=14.2cm,钢管立杆长度按H=5m，立杆两端按铰接。

立杆长度系数取μ＝1.5

立杆长细比λ=Hμ/r=500×1.5/14.2=52.8由长细比可查得轴心受压构件的纵向弯曲系数φ=0.87

所以，立杆轴向荷载［N］=Am×φ×［σ］=6295.4×0.87×145=794.2KN＞319KN

钢管立柱支架稳定性满足要求。

综上，钢管立柱强度和稳定性均满足施工要求。

2.3.5 贝雷梁受力验算

为便于验算，将贝雷梁从跨中临时支墩位置分开，简化成两孔净跨净为12m、宽度为9m的均布荷载简支梁。

（1）贝雷梁弯矩和剪力验算

则作用在贝雷梁上的均布荷载为：q=F×b=(F1+F2+F3+F4+F5+F6)×9=338KN/m

跨中最大弯矩：Mmax=qL2/8=338×122/8=6084KN.m

剪力：Fs=qL/2=338×12/2=2028KN

由贝雷梁桁架内力表查表可知：三排单层贝雷架允许弯矩为[My]=2246.4KN.M、允许剪力为 [Fy]=698.9KN。二排单层贝雷架允许弯矩为[My]=1576.4KN.M、允许剪力为[Fy]=490.5KN。

由于主梁由四组三排单层和二组二排单层贝雷梁组合而成，故主梁的允许弯矩[M]=2246.4×4+1576.4×2=12138.4 KN.M，允许剪力[F]=698.9×4+490.5×2=3774.6 KN。

[M]=12138.4KN.M＞Mmax=6084KN.m，[F]=3774.6 KN＞Fs=2028KN，故而贝雷梁受力满足要求。

结束语

目前，章卫新河道范围内的12孔现浇箱梁已经全部完成，实践证明，钢管桩和贝雷梁支架施工方案总体施工效果良好，既保证了施工安全和工程质量，和滑模移架相比又节约了成本，而且，贝雷梁材料可多次周转使用。该方案既能在浅水河道内施工，也能在陆地上使用，方便灵活，可以在今后的桥梁施工中进一步优化和推广使用。

[1]杨文渊,徐犇.《桥梁施工常用数据手册》（人民交通出版社）.

[2]董军,曹平周.《钢结构原理与设计》（中国建筑工业出版社）.

[3]《公路桥涵施工技术规范》（JTJ041-2000）.

[4]张俊义.《桥梁施工工程师手册》（人民交通出版社）.