宁安高速软土区现浇箱梁钢管柱贝雷片施工技术

谢建民

中铁十五局集团第五工程有限公司 河南 471002

摘要：结合江西省宁都至安远高速公路A1标段319国道跨线特大桥的施工情况，简述如何利用钢管桩、钢管柱、贝雷片在软土地区进行现浇箱梁支架的搭设，为类似桥梁提供参考。

关键词：现浇梁；钢管柱；贝雷片

1 前言

现浇箱梁支架搭设的方法很多，在穿越软土地基地区和跨越道路河流的施工中，钢管桩贝雷梁法现浇箱梁支架搭设应用较为普遍，受地形地基承载力限制较小，能快速展开施工，跨越能力比较强，在软土地基高桥墩桥梁的施工中，优越性比较显著。

2 工程概况

宁安高速A1合同段赖村枢纽互通G319跨线桥是宁安高速公路经赖村镇为跨G319国道而设，长525.2m，该桥平面位于R=1500m圆曲线上，纵断面位于R=12000m的竖曲线上，桥跨设计为：左幅3×20+3×20+（15+17+15）+4×21+（27.5+42+39）+4×20+4×20m，右幅3×20+4×20+3×16+3×21+（39+42+27.5）+4×20+4×20m，其中第一、五联为桥面等宽34m，其余桥面均变宽，变宽桥面24.5m～34m，桥墩高度10～20m。全为现浇预应力混凝土（后张）连续箱梁。

该跨线桥除第五联现浇箱梁梁高2.2m外，其余各联现浇箱梁梁高均为1.4m，桥面横坡由箱梁顶、底板旋转形成，腹板按垂直设计，腹板厚度为45～90cm，翼板长2.0m，跨中截面顶板厚25cm，底板厚22cm，为单箱多室结构；各联跨中有代表性跨中横梁横断面图如下图所示：

3 20m跨支架方案

3.1方案比选

由于该桥桥址区位于水稻田中，地表水较发育，有厚度在7米左右的粉质粘土。地基承载力在50kpa，经过满堂脚手架、条形基础钢管柱贝雷梁、钢管桩钢管柱贝雷梁等多种方案比选后，最后决定采用钢管桩钢管柱贝雷梁的施工方案。

3.2支架方案

20m跨径钢管柱采用Ф630×8mm钢管，桩柱一体化，设3排钢管桩柱，每排5根；考虑施工方便，也就是采用的桩接柱一体化施工，钢管立柱直接焊接在钢管桩上。钢管柱上设双排I56b工字钢支撑梁，支撑梁上架设贝雷梁，贝雷梁间距按90cm布置。贝雷梁和双拼56的工字钢之间安放高强尼龙沙袋，经压力机检测，每个沙袋承重32吨，可以满足施工要求。安放沙袋的目的，主要是为了落架使用。梁模板采用1.5cm厚的竹胶板。钢管桩采用震动锤施工法，插打进入强风化岩层，按磨擦桩计算了打入深度。而在实际施工中，如果达到震动锤额定电流，即可达到额定振动力。经过90錘、120锤、150锤比选后，最后采用的150（150kw）震动锤，额定电流300A是的冲击震动力1080KN，实际需要800KN即可，为了方便后来拔桩，施工电流控制在260A，满足800KN即可。钢管立柱施工过程中要注意竖向垂直度的控制。

贝雷梁采用国产“321”公路钢桥桁架（3×1.5m），纵向长度根据箱梁跨度来布置，20m跨的桥梁按两跨贝雷片布置；横桥向均按90cm间距布置单层贝雷梁（每两片用90cm间距的花窗连接），横向所有贝雷组之间用10#槽钢和U型螺栓联成整体，使贝雷梁受力均衡；避免横向长细比超限引起挠曲失稳。通过计算钢管柱顶的标高调节箱梁纵横坡。

3.3荷载计算

根据《建筑结构荷载规范》，均布荷载设计值=结构重要性系数×（恒载分项系数×恒载标准值+活载分项系数×活载标准值）。结构重要性系数取三级建筑：0.9，恒载分项系数为1.2，活载分项系数为1.4。人群及施工荷载取3KN/ m2，竖向振捣荷载取4KN m2，木方、分配工字钢梁荷载取1.5KN/ m2，钢模板荷载取1.5KN/ m2。

根据上述荷载，画出横向荷载分布图，按照贝雷梁在翼板处、腹板处、箱室上下倒角位置、箱室位置分别计算荷载，考虑相互位置关系，也就是按照近似的横向影响线的方法计算，用贝雷承担荷载的横向宽度乘荷载高度值，确定每一片贝雷梁的线荷载，求出位于最不利位置的贝雷梁，以此作为计算模型。

20米跨箱梁荷载分布计算表

从左到右，第一片横向均布荷载：25×0.45=11.25KN/m

从左到右，第二片横向均布荷载：25×（0.45+0.44）=22.25KN/m

从左到右，第三片横向均布荷载：25×（0.44+0.23）+50×0.225=28KN/m

从左到右，第四片横向均布荷载：50×0.225+29×0.225=17.775KN/m

从左到右，第五片横向均布荷载：29×0.294+24×0.638=23.838 KN/m

从左到右，第六片横向均布荷载：29×0.294+24×0.638=23.838 KN/m

从左到右，第七片横向均布荷载：29×0.706+50×0.225=31.724KN/m

因为是对称结构，第八片至第十四片受力对称。

根据以上贝雷梁在不同的位置受力情况可以看出，中腹板处的两片贝雷片受力最大，达到31.8 KN/m，受力模型按此计算。

3.4 20米跨贝雷片布置纵断面图

3.4 20米跨贝雷片现场施工照片

3.5 最不利位置贝雷梁受力模型图

按照实际受力模式，利用结构力求解决器建立受力模型如下。

3.6 最不利位置贝雷梁弯矩图

不考虑两侧1米的悬臂，利用公式计算，中间点支座弯矩最大，M=-0.125×31.8×82=-254.4KN.M，模型考虑了两侧悬臂，结果为-236.13 KN.M。

3.7 最不利位置贝雷梁剪力图

不考虑两侧1米的悬臂，利用公式计算，中间点支座弯矩最大，V=0.625×31.8×8=159KN，模型考虑了两侧悬臂，结果为154.73 KN。

3.7 最不利位置贝雷梁挠度计算

跨中挠度近似的按照两胯连续连续梁计算，w=0.521×=0.521×=1.29mm

3.8 结果分析

查贝雷梁手册，根据贝雷梁的力学参数，弯矩-236.13 KN.M<788.2KN.M，剪力154.73 KN<245.2KN，挠度1.29 mm<8000/400=20 mm。然后，建模查软件，玄杆轴力159.3KN<563KN（允许值），竖杆轴力173.8KN<212KN（允许值），斜玄杆轴力116KN<171KN（允许值），根据结论，结构是安全的，并且有一定的安全储备。

3.9钢管立柱稳定性验算

按贝雷片在双拼工字钢中的位置，根据每米横向线荷载，乘以长度8米，折算为集中荷载，例如，第一片贝雷11.25KN/m×8m=90KN，建立模型，加载计算，可以看出，从左向右第三根钢管的荷载最大，为588KN。因为不超过钢管桩的承载能力800KN（依据150KW的振动锤的激振力定）。钢管桩不再验算。

根据588KN的压力，对钢管立柱进行验算，钢管材料为Q235，容许正应力【σ】=215Mpa，容许剪应力【τ】=125Mpa，钢管外径D=630mm，内径d=614mm，壁厚8mm，截面面积

钢管回转半径

钢管计算长度L0=15m，长细比

<【λ】=115，满足刚度要。

查B类截面轴心受压稳定系数表，φ=0.76，

<【σ】=215Mpa，满足稳定性要求。

4 贝雷梁钢管柱施工注意事项

4.1贝雷梁容易发生的问题

（1）贝雷桁架横向弯曲失稳。

（2）桁架弦杆变形。

（3）梁挠度较大。

（4）支座滑移。

4.2贝雷梁发生问题的原因分析

（1）贝雷梁的纵向延伸较为便利，可拼成不同跨度的便梁或支架，并可上下叠装拼成不同高度的桁梁。但该梁的构造弱点是横向连接较为薄弱和复杂。横向弯曲失稳是造成许多事故的重要原因。

（2）弦杆受到较大局部集中力导致变形。

（3）桁梁的组合或跨径的选择不合理或纵向连接间隙叠加使挠度变大。

（4）桁架的支点选择不当。使桁架受力不合理或导致支座滑移。

4.3贝雷梁问题防治措施

（1）对跨度大、高度大的贝雷桁架结构必须进行稳定性计算，特别是横向稳定计算。为加强横向连接，可设计非标的横向连接杆件以适应不同的跨度、宽度要求。

（2）不能因为是临时结构而在弦杆上任意施加额外的集中力，必须按贝雷梁的要求布置力的作用点和大小。

（3）桁架的组合及跨径选择和横向连接必须进行专门设计，并须经技术论证。

（4）根据桁梁结构设置合理的支点，选择合适的支座，并应有防滑措施。

4.4钢管立柱施工要求

（1）钢管立柱要求垂直。

（2）除了竖向受力分析外，尚需计算因纵向和横向水平推力引起的格构式支架失稳。横向剪刀撑容易施工。如纵向因间距大，不易施工纵向剪刀撑时，可考虑利用桥墩预埋钢板或者安装抱箍，然后和钢管支架连接在一起，抵抗纵向水平推力。

5 分析与结论

钢管桩贝雷梁格构式支架，在软土地区现浇箱梁的施工中应用较为普遍，优越性比较显著，后期还可以使用振动锤拔出钢管桩。如果能够合理安排贝雷跨径，可以减少钢管的使用量，共同发挥钢管的抗压和贝雷梁的抗弯性能，节约施工成本。

参考文献：

[1]宁都至定南高速公路宁都至安远段新建工程《两阶段施工图设计》。

[2]《贝雷梁手册》。

[3]3D3S软件

[4]结构力学求解器2.5

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活，同时也是非常关键的一个步骤。所以，相关人员应该注意轻拿轻放，不能将膜损坏。在膜的连接部位将首尾都连接成功之后，应该通过缝合的方式将膜结合稳固起来，而且针距应该保持适中。铺膜之后，应该及时将膜顶和膜底轻填土体，并且将膜固定好。

4.5 振冲防渗板墙技术分析

在一些地质比较疏松的土层中，可以采用振冲防渗板墙技术建设具有一定形状的防渗性墙体。振冲防渗板墙技术可以在同一时间完成造槽、护堤以及成墙等3个不同环节，可以通过其振动器的垂直往复高频振动功能对切头进行冲击，使其下沉。在这个过程中，振动力可以将切头挤压入土层里面，并且对周围土层进行挤压密实，然后再通过高压冲切水泥浆进行连续振动灌浆。因此，可以实现墙体的进一步充实，并且形成比较连续而且紧密的一道防渗幕墙。

4.6 深层搅拌桩防渗墙技术分析

深层搅拌桩防渗墙技术主要有2种，即单头深层搅拌桩技术与多头深层搅拌桩技术。而在当前深基坑的防渗处理中，一般都会采用单头深层搅拌桩防渗墙技术。但是当单头深层搅拌桩防渗墙技术由于地质条件与施工机械成桩能力等方面的限制而使得混凝土搅拌出现不均匀现象，降低了防渗墙体的强度，也难以保证桩体的垂直度。这种情况下，单头深層搅拌桩防渗墙连续性能比较差，防渗效果大幅度降低。因此，基于单头深层搅拌桩防渗墙技术，推广了多头深层搅拌桩防渗墙技术。而这种技术主要是通过双动力或者多动力的多头搅拌机来对混凝土进行搅拌，与单头深层搅拌桩防渗墙技术的搅拌效果相比更加充分。然后再进行喷切灌浆，在混凝土形成连续墙体的过程中发挥着积极作用，为墙体质量提供了保证，具有明显的防渗效果。因此，多头深层搅拌桩防渗墙技术是未来深坑防渗发展的方向之一。

5结束语

结合以上分析与研究，笔者认为在水工建筑防渗堵漏的施工过程中，工程负责人应在工程施工前就开始对施工环境、建筑材料选择以及施工方式进行严格把关，在根本上防范水工建筑中渗水漏水质量问题的出现。只有完善施工管理体系、做好工程施工设计、把握建筑材料的选择，才能更好的完成水工建筑工程建设，造福于社会大众。

参考文献：

[1]施国权，应长钜.浅析水工建筑防渗堵漏施工技术[J].中华民居（下旬刊），2013（3）.

[2]罗继辉.水工建筑物防渗堵漏施工技术探析[J].中国高新技术企业，2010（24）.

[3]王达剑.水工建筑的防渗透设计要点探析[J].中国科技博览，2014，（14）：2829.