预应力管桩结合贝雷梁支架在地基施工中的应用

许长建

（温州市铁路与轨道交通投资集团有限公司，浙江 温州 325000）

0 引言

预应力管桩与钢管柱贝雷梁支架组合施工技术，能够解决大多数因地质原因造成现浇连续梁施工困难的问题。温州市域铁路S2 线一期工程土建某标段，位于温州市东部沿海，广泛分布软弱土，该项目决定采用预应力管桩进行地基处理，结合钢管柱贝雷梁支架进行施工，此施工技术拥有施工速度快、投入机械、材料、人员少、安全可靠性高的特点，不仅有效地降低了施工安全风险，还极大地节约了成本，节省了工期。本文对此进行详细介绍。

1 工程概况

温州市域铁路S2 线一期工程土建某标段，起讫里程为：DK74+258～DK82+919，全长8413.75m，包含3 车站2 区间1 隧道，全线共计现浇简支梁197 跨，连续梁8 联（四线4 联，双线4 联）。其中4×35m 跨度双线连续梁采用单箱单室截面，跨中截面中心线处梁高2.15m，支点截面中心处梁高2.25m，桥面板顶面由翼缘向中心设置2%V 型排水坡，腹板跨中处宽0.48m，顶板跨中处高0.27m，底板跨中处高0.25m，支点处顶板高0.4m，底板高0.8m。由于地质软弱，地基处理难度大，如何安全、高效地完成此联连续梁的施工，便是该项目的技术要点。

2 施工背景

4×35m 双线连续梁位于海塘区间（隧道南）S112#-S116# 墩，其中，跨中主墩S113#-S114# 墩均为双墩，左右两墩间距分别为16.9m、16.2m、20.7m，现浇连续梁为小曲线梁，在跨中主墩处设置高3.5（3.5）m 实心横梁（见图1）。

图1 现浇连续梁平面图

因连续梁范围内地质软弱，地面淤泥质地层普遍在20m 以上，地基承载力极差，又因为连续梁跨中主墩间距过大，无法利用桥梁承台作为现浇梁支架基础，致使该项目常用的大跨度双层加强型贝雷梁支架无法使用，在此对如何完成该联连续梁的施工技术进行研究。

3 连续梁施工方案比选

3.1 地基换填与双层贝雷梁支架组合

采用大跨度双层贝雷梁支架，用8 根Φ630mm×8mm 钢管柱作支架临时支墩，钢管柱底部浇筑宽1.5m、高1m 的条形基础，并在基础下方进行换填处理。

经过计算，采用此支架方案单根钢管柱最大轴力为1456kN,单排钢管柱下方条形基础尺寸为1m×9m，所需承载力为647.7kPa。考虑到连续梁范围内淤泥层过厚，经换填的地基基础难以达到所需最小承载力，故此方案不适用。

3.2 地基换填与满堂支架组合

对连续梁范围内地基进行整体换填，换填后浇筑15cm 厚C20 混凝土垫层。满堂支架采用立杆纵向间距90cm，立杆横向间距空腔区和翼缘板区间距90cm，腹板位置间距60cm，横杆步距100cm，在立杆的顶部和底部步距调整为50cm。竖向斜杆满布设置，竖向每隔4～6 个标准步距，设置水平向斜杆或者扣件钢管剪刀撑，其支架的横向布置全桥一致，不随底板宽度变化而变化。

经过计算分析，采用此施工方案，地基承载力需达到300kPa，项目周边地区均为软土地质，填料需从较远地区购买，且换填体量巨大，施工成本高，速度慢，无法保证地基的均匀沉降，安全风险较大。

3.3 预应力管桩与贝雷梁支架组合

支架采用单层普通型贝雷梁多跨式支架，连续梁每跨钢管柱纵向间距9.4m+9m+9.4m，每排横向布置4根，间距2.6m+2.8m+2.6m。钢管柱下方设置宽1m、高0.5m 条形基础，每条条形基础下方打设8 根预应力管桩（横向4 根，纵向2 排），以提高承载力。

经过计算，中间一排钢管立柱的承受力为：（890.5+1010.9）×2=3802.8kN，每排钢管立柱下方做条形基础，条形基础下方打8 根预应力管桩（横向4 根，纵向2 排），则每根桩应承担的力为：3802.8÷8=475.35kN。上层为20m 淤泥，下层均为黏土，管桩打设深度不小于40m。预应力管桩采用锤击沉桩，并不计算桩端阻力，只考虑桩周摩阻。

预应力管桩拥有单桩承载力高、适用性强、单桩承载力造价更便宜、运输和吊装更便捷、施工速度快、效率高、工期短等优点。且支架材料均为该项目常用材料，可调配性强。经该项目部讨论分析，决定4×35m 连续梁采用此方案进行施工。

4 预应力管桩施工工艺流程及操作要点

4.1 施工工艺（见图2）

图2 预应力管桩施工工艺流程图

4.2 施工准备

施工前，根据设计图纸计算管桩数量、规格，桩体的放置地点根据实际施工情况确定，以方便施工及吊装为原则。堆放地点要求平整、宽敞，不影响施工、起吊。预应力管桩堆放时，要求下垫枕木，采用3 点支撑，堆放层数不大于3 层。堆放顺序应合理，避免翻运桩堆，造成管桩不必要的损坏。

4.3 管桩打设

（1）测量放样。施工前根据设计图纸，提前进行地表清理及桩位放样，确定桩位轴线以及桩位标高。

（2）竖桩与插桩。将首节预应力管桩桩尖对准桩位标记点，然后缓慢压桩，当桩尖压入土体后，应对桩位进行复核，确保桩位偏差控制在20mm 以内。

（3）垂直度控制。施工前，调整桩机桩架的垂直度，确保预应力管桩保持垂直，当桩尖打入土体1m 后，重新复核桩体垂直度，确保管桩精度，首节管桩垂直度偏差不得大于0.5%，总偏差不大于1%。在管桩打设过程中，随时进行跟踪检测，如有偏差，及时调整。必要时拔出已打设的管桩，回填沙土后重新打设。不允许采取强拉强拽的方式进行调整。

4.4 打桩（锤击施工）

首先，将预应力管桩固定在桩机上，调整好垂直度、确定桩位后缓慢插入土中，重新核对桩位及垂直度后开始击桩，并做好记录。打桩开始时应轻压轻打，同时观察桩身、桩架、桩锤等垂直一致后，即可转入正常施打。

4.5 接桩

接桩采用桩端端板焊接连接，焊接前应清除端板杂物、锈迹，确保表面光滑。焊接时，应先对桩身进行固定，可采取四点固定法，对桩身四周四个点进行点焊，确保桩身在焊接过程中不移位，焊接时应对称焊接，防止桩身变形，焊缝要求连续饱满，焊缝厚度必须满足设计要求。

4.6 送桩

一般采用插销式送桩器进行送桩。送桩前，应在送桩器进行尺度标注，根据设计要求，计算送桩深度，在送桩过程中，控制送桩速度，观察管桩送桩情况，当送桩至设计标高1m 左右时，操作人员应减慢送桩速度，在测量人员的指挥下进行调整，直到送桩至设计标高，测量人员发出信号即可停止送桩。

5 贝雷梁支架现浇梁施工工艺流程及操作要点

5.1 施工工艺流程（见图3）

图3 贝雷梁支架现浇梁施工工艺流程图

5.2 条形基础施工

对支架范围进行放样，确定条形基础设置位置及标高，待预应力管桩打设完成后，开始条形基础施工，条形基础尺寸宽1m、高0.5m。预应力管桩伸入条形基础10cm。条形基础施工前应对地面杂物进行清理。

5.3 支架搭设

（1）安装钢立柱承台、条形基础施工时，在其顶面预埋高强螺栓，高强螺栓通过胎模定位。待承台、条形基础混凝土强度满足要求后安装钢立柱。钢立柱底部通过法兰盘与基础预埋螺栓连接，钢立柱安装时，应对其垂直度进行控制，确保垂直度偏差不大于1%（见图4）。

图4 钢立柱与条形基础连接节点

（2）钢管柱安装完毕后，在钢管立柱间设置16 槽钢剪刀撑（见图5），位于墩顶向下6.5m 处，通过螺栓或焊接连接，作为管桩之间连接系，平联与剪刀撑的安装与焊接需要在施工脚手架上进行，脚手架采用可拆卸移动支架，每搭设一层均需与钢管立柱进行可靠连接，以增加其稳定性。用手拉葫芦或吊车吊装平联和剪刀撑钢构件，构件吊装时必须挂扣牢靠，钢丝绳及卡环需检查到位。

图5 钢立柱剪刀撑连接图

（3）安装砂箱前，根据设计的安装高度及砂箱箱体高度，计算出砂箱箱体内装砂高度。为方便卸砂，在距砂箱底部5cm 处做一个球形阀门。此外，为了保证2I56 横梁不侧翻，在砂箱顶焊接厚度10mm 的限位钢板。

（4）安装横向2I56 横梁，2 根长11m 的I56 工字钢，中间采用间隔焊接联接，每2m 焊接一处，每处不少于20cm，对应钢管支墩处要加强焊接，焊接长度不小于60cm，在场地加工，吊机安装（见图6）。

图6 钢立柱、砂箱、柱顶横梁连接图

（5）贝雷桁架纵梁，每排尽可能采用标准贝雷片桁架，如跨度不能满足需要时，根据实际跨度，增加几片非标准贝雷片桁架，最终原则是贝雷片桁架的跨度能够满足施工要求。

贝雷梁在地面进行拼装，采用宽45cm 和90cm 花窗连接成组，通过吊车进行安装，贝雷梁安装就位后，采用Φ20mmU 型螺栓与双拼I56a 工字钢横梁进行固定，并每隔6m 采用槽钢进行横向连接，确保贝雷梁稳定性。

（6）贝雷梁安装完成，即可安装贝雷梁顶部横向分配梁，横向分配梁采用I12 工字钢，纵向间距75cm。

（7）为验证现浇简支箱梁支架方案的安全性，消除各级非弹性变形，计算支架的弹性变形与预压重量的线性关系，同时也为了便于对梁体进行线性控制，施工时能够准确地设置梁体预拱度，需要对箱梁现浇支架体系进行预压（见图7）。

图7 支架预压

5.4 现浇梁施工

支架经过预压后即可进行现浇梁的钢筋、模板、混凝土、预应力施工（见图8）。

图8 现浇梁成品

6 结束语

预应力管桩与钢管柱贝雷梁支架组合施工技术，能够解决大多数因地质原因造成现浇连续梁施工困难的问题，此施工技术相较于传统的基础换填加满堂支架施工技术，拥有施工速度快，效率高，成本低的特点。

温州市域铁路项目该标段，通过对预应力管桩与钢管柱贝雷梁支架组合施工技术的应用，有效地降低了施工安全风险，极大地节省人工、机械、材料成本，节省工期，取得了较好的经济及社会效益，值得在以后类似工程施工中大力推广应用。