贝雷桁架在管道抢修加固保护中的应用

林志军

(泉州台商投资区城市建设发展有限公司)

1 工程概况

某区市政道路拓宽改造工程，是城市快速路系统中内层环湾快速路的重要组成部分，对区道路功能的完善和城市景观的提升有着非常重要的意义。拓宽改造的旧道路右侧路基内，布设有给水管道，该给水管道沿着道路走向布设，是提供整个城区供水的唯一管道，施工过程应保护好给水管道，避免破坏，意义重大。

路线YK2+600～YK2+700段给水管道现状:沿着右幅道路路肩纵向走向，埋深约1.89m，管径D800mm。给水管道每节长6m，管材为球墨铸铁管(K9级)，管节接头采用橡胶圈承插式，管道基础为路基填方层。在YK2+640处即有道路增加横向排水涵洞，涵洞的走向和给水管道交叉。根据实地测量给水管道管底标高，对比设计涵洞顶板标高，该设计涵洞从给水管道管底部穿过，交叉空间距离3.35m，增设涵洞下穿给水管道17.5m。涵洞的开挖、洞身的施工过程如何确保给水管道的安全，避免给水管道遭到破坏，成为该工序的关键。

给水管道每节长6m，管材为球墨铸铁管(K9级)，管节接头采用橡胶圈承插式，管道基础为路基填方层。

2 方案选择

结合给水管道的现场情况，在保证管道的安全，又不影响涵洞的基坑开挖施工和涵洞的施工作业，对给水管道采取保护的方案进行综合的比选。

方案一:迁移管道。需在附近增加较长给水管，也需另外征地，并且要停水改道，影响附近城区的生产生活，成本高，工期长，征地较困难。

方案二:涵洞两侧打桩保护，桩顶加型钢支撑。采用振动锤在给水管接头两侧打入钢板桩，工字钢作为横梁焊接在钢板桩桩身上，形成一个“门”字形后用钢丝绳吊住给水管，但原来填土较密实，且有石块，钢板桩难以打入，需要大量的钢板桩及型钢支撑，若有少量变形则造成管道变形，乃到漏水甚至断管。成本较高，工期很长，安全不易保证。

方案三:管道两侧就近打钢板桩，涵洞预留2m暂不施工，管道两侧涵洞施工完成后，在涵洞顶加设支撑，顶住管道，最后施工剩下的2m涵洞。此方案虽可行，同样存在钢板桩难以打入的问题，且涵洞会增加施工缝，最后剩下的2米涵洞施工场地狭小，开挖基坑困难，成本高，长期长，钢板桩若变形，也影响管道的安全使用。

方案四:采用双排贝雷桁架作为纵梁，纵梁上挂手拉葫芦，钢丝绳捆绑管道临时起吊管道，临时加固保护管道。

经过综合考虑，对比方案的施工工期、方案的经济性、对涵洞的影响等方面，决定采取方案四。

3 桁架设计

给水管道:管道每延米2.108kN，注满水或水流经过产生的重量为4.92kN/m。根据涵洞开挖断面，给水管道需悬空长16.3m。手拉葫芦起重量为50kN。

双排贝雷片主梁:贝雷片型号“321”型，单排8片，采用插销组拼。采用90cm支撑架将两排拼成一组，每3m设置一道，总长24m，贝雷主梁支点间距23m。单排贝雷桁架自重 q=1.1kN/m(含插销、支撑架等)，偏载系数取1.2。

单排贝雷桁架承受管道荷载:

计算简图如下。

图1 贝雷主梁受力图

按简支梁进行验算，贝雷主梁的跨中最大设计弯矩为M=323kN·m，远小于贝雷桁架的许用弯矩[M]=788.5kN·m，满足要求。

贝雷主梁的梁端最大设计剪力为V=42.1kN，远小于贝雷桁架的许用剪力[V]=245.2kN·m，满足要求。

贝雷主梁的跨中最大挠度为ω=27mm，远小于贝雷桁架的许用挠度[ω]=23000/500=46mm，满足要求。

单吊点最大荷载为P1=15.4kN，远小于手拉葫芦最小起重量50kN，满足要求。

基础设计:底基础为路基填方层(压实度96％)，C15混凝土底垫层(350×200×20cm)，C30混凝土支墩(250×100×30cm)，安全系数均大于2.0，满足要求。

4 施工工艺

4.1 测量放样

放样涵洞开挖线，预留150cm净边。放样支墩方向和尺寸，方向和给水管道走向一致。人工配合挖机开挖基础，人工整平，测量支墩标高，确保两个支墩基础水平标高相同，打夯机夯实表面松散层。

4.2 基础施工

放样C15混凝土垫层尺寸，安装模板，浇筑垫层混凝土。浇筑过程混凝土必须振捣密实，表面收面平整，采用覆盖养护混凝土。间隔两天后，浇筑C30混凝土支墩，支墩面层收面平整，采用水平尺测量平整度，覆盖养护混凝土。养护周期为7d。

4.3 桁架施工

(1)人工配合吊车拼装贝雷片主梁，并架设至支墩。架设横梁过程，保证横梁的平稳牢固，以及主梁和支墩的接触面，确保主梁完全与支墩接触。

(2)给水管道外露有三个承插式接头。给水管道的吊点设置在管道接头处。采用钢丝绳加手拉葫芦组合吊绳。贝雷片主梁下桁采用I16工字钢做小横梁，手动葫芦挂在小横梁上。钢丝绳缠绕给水管道后挂在手拉葫芦挂钩上，人工用手拉葫芦拉紧钢丝绳，使钢丝绳完全受力绷紧，为避免钢丝绳受力损伤管体，管体采用木条贴紧保护。

4.4 基坑开挖

(1)开挖给水管道底部土方时，采用人工配合，避免机械开挖破坏管体。开挖过程，由中间向两侧方向顺序开挖。安排技术员用仪器进行给水管道管体的沉降观测，同时调整钢丝绳的松紧，保证管顶标高始终保持±5mm，防止因挠度过大造成供水管管节脱管或断裂。

(2)进行供水管道下涵洞的施工，安排专人间隔时间段监测，保证供水管的沉降处于要求范围之内。贝雷片主梁上设置安全警示标牌和标示，避免涵洞施工碰撞供水管道和贝雷片主梁。

4.5 基坑回填

(1)涵洞施工完毕后进行涵背回填作业，采用人工配合打夯机分层填筑夯实。涵顶填筑填方，采用控制填方厚度(厚度25cm)，给水管两侧2m的范围外，采用压路机低频振幅碾压成型;给水管两侧2m的范围内，采用人工配合打夯机夯实。

(2)填筑至管底部20cm，采用枕木或方木做枕梁，设置在吊点两侧和管道中部，用三角木托契紧，放松钢丝绳并解除吊点，保证给水管道的完整。

5 结束语

本方案采用贝雷片加固保护方案，支墩基础承载力满足要求是关键，勤观测给水管道的变形情况是保障。而低成本的投入、加固工期短、安全性能高、施工工艺成熟，取得了良好的效果，给类似的工程提供一定的参考借鉴作用。

[1] 钢结构设计规范(GB50017-2003)[S].

[2] 黄绍金，刘陌生.装配式公路钢桥多用途使作手册[M].人民交通出版社.