现浇梁钢管贝雷支架门式墩设计及施工

熊海宁

中铁十七局集团第六工程有限公司

摘要：以厦门第二东通道工程主线高架桥及下部辅道桥梁工程为依托，桥梁为上、下双层并行桥梁，上、下层桥梁平面位置重合较高，且上、下部桥梁需同时施工，支架设计相互影响，施工交叉多。现浇梁存在浇筑体积大、受交通影响大、支架安装拆除风险高等特点，一般的支架形式无法同时解决施工的难题。结合现场施工场地、考虑交通影响，上部支架跨中中支墩采用加设纵向垫梁，垫梁上部采用多片贝雷片组拼作为支架横梁，形成门式中支墩，实现了上下双层桥梁同时施工。同时采用横向分块计算分析支架的受力，保证了支架设计的受力安全。

关键词：桥梁工程;施工梁架;双层贝雷支架;门式墩;现浇施工;

随着城市道路建设的发展，市政道路提升改造，城市高架桥梁建设日益增多。桥梁建设施工环境越来越复杂，跨河、跨越既有桥梁、临近既有道路施工等问题越来越常见。现浇梁贝雷膺架由于其较大的承重性和通用性，得到了广泛地应用。但在实际施工过程中，贝雷梁支架坍塌、施工过程中贝雷梁吊装拆除安全事故时有发生。这就要求支架结构设计需要结合现场条件，在满足支架结构强度、刚度、稳定性要求的前提下，同时也要降低施工过程中的风险。本文以厦门第二东通道市政现浇桥梁支架设计为依托，参考国内的现浇梁支架设计经验，通过纵向布置钢管，钢管顶加设纵向垫梁，横梁采用多片贝雷片组拼作为支架横梁，组成门式中支墩，成功解决了双层桥梁同时施工的难题，为以后类似现浇梁支架设计施工提供借鉴。

1 工程概况

1.1概况

厦门第二东通道工程A4合同段起于肖厝南路东侧，终于刘五店互通，全线并线既有翔安南路。主路(高架部分)全长2 729.312 m; 地面层分别为翔安西路互通和刘五店互通区内辅道(城市主干路)。桥梁结构为预应力简支箱梁。主线高架桥第三联长105 m(3×35 m),第三跨平行上跨辅道中桥，辅道中桥为单跨简支箱梁，全长30 m, 跨越现状河道，桥梁交角90°。桥梁两侧现有道路通行，为保障现有道路通行，按照占二还二的原则，既要保证现有施工通道，又要保证两车道，对既有道路交通进行导改。

1.2现浇桥概况

高架桥第三联第三跨，上部桥梁最大跨度为35.0 m, 下部辅道桥梁为1孔25 m布置，跨越现状河道，桥梁交角90°。上部结构采用斜腹式预应力混凝土简支箱梁。见图1。

1.3岩土体分布及其特征

根据地面调查及钻探揭露，拟建工程沿线岩土层主要由人工填筑层(Q4ml)、第四系全新统冲洪积层( Q4al+pl)、上更新统冲洪积层( Q3al+pl)、残坡积层( Q3el+dl) 等第四系覆盖层和下伏基岩构成。下伏基岩为燕山晚期第一次侵入中细粒～中粗粒花岗岩( γ53(1)b)。

2 施工难点

第二东通道项目跨越河道桥梁，上部结构为高架桥，下部辅道桥同时跨越河道。上、下桥梁结构均为箱梁支架现浇，上部为双向车道设计，下部结构为左右分离式设计。考虑到两侧保障通车的桥梁已经通行和上下结构净空限制，需要先施工下部箱梁。下部结构施工完成后，桥梁基础不宜放置在现有桥梁上，上部高架桥梁的支架设计成为了难题。

(1)桥梁跨度大。

高架桥第三联第三跨跨径35 m, 下部辅道桥跨径25 m, 上、下部桥梁之间的净空为7.5 m, 上下部桥梁沿相同线路，下部桥梁基本位于上部桥梁下部。施工顺序为先上部后下部，净空小，下部支架搭设困难。先下部后上部，基础荷载大，下部桥梁不允许设置支架基础。采用单跨支架，支架跨度大，需采用双层贝雷片，安全风险大。

图1 厦门第二东通道工程高架桥与辅道桥示意下载原图

单位：cm

(2)两侧车道交通流量大。

本工程以高架桥形式连续上跨324复线、旧324国道路，国道车流量非常大，各种车辆混和，且靠近村庄出入口多；贝雷片吊装受交通影响大。采用大跨度支架，需要一次性吊装的贝雷片长度大，周边也无贝雷片拼装场地。

(3) 两侧布置高压线。

路面上方多处有高压线、部分电力设施箱柜以及信号控制柜、周边地下管线多，包含给水、污水、高压电缆、军用光缆、路灯等设施；贝雷片吊装安全隐患大，施工过程中既要保证工程全面有序顺利地施工，又要保证现状国道的正常行车与地上结构物、地下管线、地下管涵的安全。

3 双层现浇梁支架设计方案确定

3.1支架体系分析

上层高架桥与下部辅道桥同时跨越河道，施工相互影响，又有外侧道路和电线影响，施工限制条件多，安全风险大。施工顺序及支架方案有待优化。先上后下或者先下后上的施工顺序，影响了后期施工桥梁的作业空间。

3.2支架初步设计

为了尽量减少对交通通行的干扰，并综合考虑安全、工期及现场条件，根据施工顺序，现浇梁支架主要采用普通贝雷梁支架、双层贝雷片支架和门式中支墩等方案，3种方案比较见表1。

表1 施工方法比较导出到EXCEL

施工顺序	支架方案	施工难点	施工周期	安全性
先上部后下部	上、下部均为普通贝雷支架。	上部完成后，桥梁下部净空小，下部支架及材料吊装没有操作空间，吊装影响交通。	先上部后下部，时间长。	桥梁下部净空小，吊装占用道路时间长，具有较大安全风险。
先下部后上部	下部均为普通贝雷支架，上部采用双层贝雷支架，不布设中支墩。	下部完成后，下部桥梁由于承载力较小，不允许设中支墩，上部支架采用1跨双层贝雷支架。	先下部后上部，时间长。	双层贝雷片跨度达到了30 m, 在通行道路上上吊装大跨度安全风险高。
同时施工 (门架中支墩)	下部均为普通贝雷支架，上部门架式中支墩。	上、下部支架施工相互影响小，吊装可在桥线路前后位置，作业空间大，不影响交通。	同时施工，施工周期短。	支架吊装，先下部支架后上部支架，支架吊装作业空间不受限制，安全风险小。

先上部后下部，均采用普通贝雷支架，支架本身结构简单，受力较小，但辅道桥施工时，吊装空间有限，需要占用交通，材料吊装困难。先下部后上部，上部采用双层贝雷支架，吊装的贝雷片跨度达到了30 m, 双层高度3 m, 在通行道路上吊装大跨度桥梁，安全风险非常高。采用门架式中支墩，吊装空间不受限制，吊装构件不大，施工安全风险小，施工工期短。且整体支架稳定。通过上述对比，结合本工程实际情况，最终采用方案三。现浇梁施工顺序可采用上下同时施工，也可以先施工下部现浇梁，施工相互影响小。

4 双层现浇梁支架设计方案确定

双层贝雷片支架方案针对上部结构跨径35 m的箱梁结构，中间无法设置中支墩的情况，设计了不设置中支墩的双层贝雷片支架方案。支架至上而下结构为模板系统，I10工字钢、双层贝雷片、双拼I36a工字钢、529×8 mm钢管、混凝土扩大基础(钢管桩基础),如图2、图3。

支架设计参数如下。

图2 双层贝雷片支架方案横断面下载原图

图3 双层贝雷片支架方案纵断面下载原图

(1)模板系统采用15mm竹胶板+10 mm×10 mm方木，方木间距腹板下为20 cm, 其他为30 mm, 侧面采用定型侧模架。

(2)I10工字钢分配梁间距0.9m, 梁端头渐变段间距0.6 m。

(3)贝雷片采用90支撑架连接，净间距为1.0m, 箱梁翼缘板处间距1.2 m。

(4)钢管立柱间距采用2.2m间距，基础采用条形基础，基础尺寸为1.6 m×1.6 m, 中支墩采用钢管桩基础。

5 方案计算分析

根据《公路桥涵施工技术规范》(JTG/T 3650-2020),采用规范荷载及梁自重进行计算，见表2。

表2 荷载组合导出到EXCEL

结构类别	荷载组合
	强度计算		刚度计算
箱梁底模	1.2(①+②)+1.4(③+④)		1.2(①+②)
侧模板	1.2⑤+1.4⑥		1.2⑤
箱梁支架	不组合风载	1.2(①+②)+1.4(③+④)	1.2(①+②)
	组合风载	1.2(①+②)+0.9(1.4③+1.4④+⑦)	1.2(①+②)+1.4×0.9⑦

荷载由底模系统开始向下传递；底模、方木、分配梁、贝雷梁等强度及变形计算均根据从属面积计算线荷载，并根据实际情况分别采用简支梁、连续梁模型进行简化计算强度及变形，荷载逐个下传导。以贝雷片为例，贝雷片贝雷梁布置采用组与组之间净间距为1.1 m, 中心距为2.0 m, 采用截取从属面截面分段分别由单组贝雷梁承重，并按照简支梁计算。根据贝雷梁布置对现浇箱梁进形分段；根据梁跨重量支架分段分别采用10.5 m跨径，并取跨径范围内最大截面，图4所示范围内梁段为单组贝雷梁承担。

图4 截面分段下载原图

最大跨度10.5 m的贝雷梁支架按最不利截面设计，每组贝雷片均为2片1组，分段最大截面积为A=1.89 m2,一组贝雷片线荷载计算模型：

M=ql2/8=69.6×10.52/8=959.2<2[M]=1 576.4 kN·m。

V=ql/2=69.6×10.4/2=365.4<2[V]=490.4 kN。

主横梁计算时，将贝雷片反力分配至主横梁(即主横梁何载为贝雷片支座反力), 考虑到同组贝雷梁采用连接片相联，并按照同组贝雷片相同的原则。对主横梁进行加载分析，计算横梁见图5。

图5 主横梁加载下载原图

通过计算分析，中间段采用I36a横梁，弯曲应力90 MPa, 剪切应力为54 MPa, 贝雷梁门架段最大值M=2 222.68 kN·m<6[M]=4 729.2 kN·m, V=1 067 kN<6[V]=1 471.2 kN,小于6片贝雷片的容许值，变形5.58 mm<L/400=10 500/400=26.25 mm, 变型及弯矩均满足要求。

6 工程应用

6.1钢管桩焊接接长

钢管桩采用ϕ529×8 mm螺旋钢管，桥梁后浇带处钢管，预先将后浇带钢筋掰弯，留够钢管桩的位置，打设钢管桩下沉采用悬打法施工，根据计算采用DZ-60A振桩锤，打设过程中下沉一气呵成，中途不宜有较长的停顿，以免桩周土扰动恢复造成沉桩困难。钢管理论入土深度需根据受力大小计算入土深度，施工过程中钢管入土深度采用桩长和承载力双控，即桩长和激震力双控，以贯入度控制为主。当桩底已达到设计标高，而贯入度仍较大时，应继续插打，使其贯入度达到控制贯入度。控制贯入度为2 cm/min。插打作业应一次性完成，中途停顿不宜过久，以免土的摩阻力恢复，继续插打困难。当钢管桩入土长度与计算相差较大，贯入又困难时，可采用加桩的方式，加桩后根据多根桩总入土深度计算的承载力满足要求即可。

钢管立柱施工完成后施工垫梁，垫梁采用2根I36a工字钢，工字钢之间翼缘板上每间隔1 m贴焊钢板，受荷载的位置腹板加焊加筋板，加强工字钢腹板稳定性。吊装采用前置砂箱落梁，并在砂箱上做好限位装置，防止移动掉落。

6.2中支门架梁施工

中支墩门架施工前，门架梁采用贝雷片组拼成整体，跨度大于9 m段采用6片贝雷梁，小于9 m跨度采用5片贝雷梁，贝雷片先采用销轴拼成12 m长1片贝雷梁，6片贝雷梁并排放置，为了6片贝雷梁整体受力，每隔开3 m采用I10槽钢做成一抱箍将上弦杆固定成整体，并在槽钢上开孔与每片贝雷片进行螺接，使得贝雷梁整体受力。吊装采用50 t汽车吊，时间选在晚上车辆较少的时候，吊装站位选择在地基条件好的现有道路上。

6.3中支墩门架梁吊装施工

贝雷梁门架对应贝雷片的节点上每隔0.75m间距布置I10工字钢，工字钢应与贝雷梁节点对应。保证贝雷片节点受力，避免产生次弯矩，加大弦杆受力。在上部布置横梁，横梁较长时，横梁可选择在钢管顶选择断开，分段吊装横梁。

6.4 支架纵梁施工

支架纵梁采用两片贝雷梁，贝雷梁采用90联结片形成整体，吊装前在横梁上设置限位装置。

7 结语

厦门第二东通道工程高架桥与下部辅道同时跨越河道，施工方案受交通和周边高压线的影响大，施工风险高。通过钢管上布置纵向垫梁，上部横向采用组拼多片贝雷梁搭设行车门式中支墩跨越下部桥梁，减少了上部支架跨度，该方案可同时进行上部高架桥和下部辅道桥施工，避免了下部施工净空小、上部施工采用双层贝雷片吊装构件大等问题，有效降低了施工风险，同时加快了施工进度。设计的门式支架在第二东通道项目得到了成功应用，可为类似项目提供借鉴。