尚 鑫

（中铁二十二局集团第三工程有限公司，福建 厦门 361000）

1 工程概况

1.1 工程简介

福州市福湾路提升改造工程主要包括福湾路K2+196～K3+112 段路基及湾边互通工程，互通工程为新建5座匝道桥，分别为J、K、L、M、N 匝道桥。J 匝道桥14～15跨上跨既有线福弯路老桥左侧紧邻运营的三环高架桥。该匝道桥上部结构设计为单室单箱预应力混凝土箱梁结构，福湾路老桥左幅桥宽19.677m，右幅桥宽14.663m。该桥采用现浇砼工艺施工，最小支架跨度须不小于19.677m，为超长跨径。其中J 匝道桥14～15 跨上跨既有线福湾老桥，该匝道桥梁底距福湾旧桥桥面净高为5.586m。

1.2 工程重难点

该工程重难点主要如下：1）施工环境复杂。该项目上跨既有福湾路老桥，跨越处净空仅5.586m，且与三环高架桥并行，并行间距90cm。福湾路和三环高架桥在施工期间均需不中断通行，施工环境条件复杂，施工难度和风险较高。2）大跨度支架设计和施工难度大。J14-J15 上跨福湾路旧桥桥面上不能设置临时支墩，现浇支架除了在福湾老桥中央分隔带处可以设置钢管支墩外（其最大跨度达19.677m，属于超长跨径），还在低净空受限条件下采用贝雷梁支架，对其挠度和变形提出了更高要求，确保支架下挠变形满足规范要求和梁体预拱度、线形是该工程的难点。3）施工安全压力大。现浇梁施工邻近和上跨既有通行道路吊装施工安全风险高，存在高空坠落和影响交通的风险，安全施工压力大。

2 关键技术方案

2.1 关键技术方案

常规的贝雷梁高度1.8m，新建匝道桥下净高只有5.586m。如果采用常规的贝雷梁支撑式支架施工，桥下实际净空只有3.8m，不能满足社会车辆正常通行的净高要求。采用钢管型钢支撑架体，19.677m 的超长跨径会导致模板支架跨中变形下挠超限，无法保证支架的刚度和整体稳定性，因此研究出一种新型的现浇支架结构迫在眉睫。

经过市场调研和现场环境条件调查发现，采用上承式悬吊受力支架体系可解决这一系列技术难题。关键技术方案如下：采用落地钢管立柱支点横梁上设置纵向加强型贝雷梁结构，由贝雷梁结构通过吊杆提供反力悬吊现浇砼和模板结构自重，既避免了常规现浇梁贝雷支架设置在梁底，导致上跨既有线桥梁净高不足的问题，又解决了超长跨径带来的模板支架跨中变形下挠超限的技术难题。详细设计如图1、图2所示。

图1 贝雷梁悬吊体系支架设计立面图（单位：mm）

图2 贝雷梁悬吊体系支架设计横断面图（单位：mm）

2.2 技术要点

2.2.1 基础

基础换填水泥稳定土，换填宽度3.5m，宽出条形基础两头各1.0m；换填厚度1.0m；C20 混凝土条形基础为宽度2.5m，厚度0.5m，长度两侧比箱梁两侧翼缘板投影宽出0.5m。混凝土底层及顶层铺设10cm×10cmΦ20 钢筋网片，浇筑条形基础前检查预埋件设置位置和尺寸准确无误。

2.2.2 钢管柱

采用Φ630×8mm 混凝土钢管立柱，立柱内浇筑C30 混凝土，每排6 根，共18 根；钢管立柱钢管根底部与基础预埋件采用法兰盘连接。立柱之间采用10mm 厚钢板120mm×120mm剪刀撑加劲肋板焊接确保钢管立柱的稳定性，根据立柱高度设置剪刀撑加劲肋，钢管焊缝均采用一级焊缝。

2.2.3 贝雷梁悬吊支架体系主要材料

主要材料选用见表1。

表1 贝雷梁悬吊支架体系设计材料一览表

2.3 悬吊支架模板体系设计

在J匝道桥14#-15# 墩两个端头处设置钢管立柱（Φ630×8mm）（如图2 所示），钢管立柱的位置设置在J 匝道桥14-15 跨的两端头和福湾老桥左右幅中央分隔带内，分三排布设，每排6 根。钢管立柱上设置支点横梁（双拼I36b 工字钢），在支点横梁上架设16 片加强型贝雷片（左右幅各8 片），贝雷片上弦杆支承上横梁（I36b 工字钢），上横梁与吊杆（φ32mm实心钢杆）通过高强螺栓连接，吊杆下端连接下横梁（I630 工字钢），吊杆之间以剪刀撑固定，下横梁间距0.75m；在下横梁上铺设纵向钢梁（双拼[10 槽钢），间距为0.50cm。在纵向钢梁顶上设置20mm 钢板，钢板以上部分按照常规的现浇箱梁的底板施工方法进行纵横向方木及箱梁底模板布设。

3 支架验算

以福湾路J 匝道桥上部结构施工设计图纸、《公路桥涵施工技术规范》《路桥施工计算手册》[2]为依据，对支架结构建模进行内力计算和稳定性验算 。

3.1 施工荷载取值

混凝土容重：26kN/m3[2]。

模板容重：9kN/m3。

施工荷载：均布荷载2.5kN/m2[3]。

振捣荷载：均布荷载2.0kN/m2[3]。

施工荷载组合[4]：1.2×[1.2×（支架结构自重+混凝土质量+模板质量）+1.4×（施工荷载+振捣荷载）]。

3.2 计算模型

采用Midas civil 建立有限元空间模型[5]对支架结构进行受力分析，支架结构有限元模型如图3 所示。

图3 支架结构有限元模型图

3.3 支架验算过程

采用Midas civil 软件建立模型对支架结构进行内力计算，悬吊支架体系各组合构件计算结果见表2。

表2 贝雷梁悬吊支架体系各构件受力验算结果一览表

3.3.1 吊杆（φ32mm 钢杆）验算

由有限元模型计算施工荷载组合作用下吊杆最大拉力为123.2kN，其安全系数为1343.0/123.2=10.9，大于3.0，满足要求。

3.3.2 钢管墩（φ630×8mm 钢管）验算

3.3.2.1 应力验算

由施工荷载组合下的钢管墩的最大应力图得出钢管墩的最大应力为51.4MPa，小于其容许应力215MPa，满足要求。

3.3.2.2 刚度验算

按最不利情况，长细比λ=l/i=8.03/0.28=28.7。

查表得稳定系数φ=0.965。其中i为钢管回转半径；I为惯性矩，A为横截面面积；λ为长细比；I为钢管柱的长度。

σa=N/（φA），容许应力[σ]=210MPa >1.2σa=76MPa，满足钢管墩稳定性要求。其中σa为计算应力；φ为稳定系数，A为横截面面积，N为施工荷载。因此钢管墩稳定满足要求。

3.4 验算结论

3.4.1 纵向钢梁（双拼[10槽钢）

纵向钢梁最大应力为44.6MPa，小于其容许应力215MPa，强度满足要求；腹板位置的纵向钢梁的挠度为0.141mm，小于容许挠度限值1.875mm，刚度满足要求。

3.4.2 下横梁（I630工字钢）

下横梁的最大应力为85.3MPa，小于其容许应力215MPa，强度满足要求；下横梁的最大挠度为6.4mm，小于容许挠度限值16.3mm，刚度满足要求。

3.4.3 吊杆（φ32mm 钢杆）

吊杆的最大拉力为123.2kN，其安全系数为10.9，大于容许值3.0，强度满足要求。

3.4.4 上横梁（I36b）

上横梁的最大应力为25.9MPa，小于其容许应力215MPa，满足要求。

3.4.5 加强贝雷梁

弦杆的最大应力为144.1MPa，腹杆的最大应力为157.3MPa，均小于其容许应力215MPa，强度满足要求；贝雷梁的最大挠度为46mm，小于容许挠度限值52.5mm，刚度满足要求。

3.4.6 支点横梁（双拼I36b 工字钢）

支点横梁的最大应力为98.7MPa，小于其容许应力215MPa，强度满足要求；支点横梁的最大挠度为3.38mm，小于容许挠度限值3.75mm，刚度满足要求。

3.4.7 钢管墩

钢管墩的最大应力为51.4MPa，小于其容许应力215MPa，强度和稳定性满足要求。

4 施工技术

4.1 施工流程

贝雷架悬吊支架体系的施工流程为：地基换填→基础浇筑→支架钢管墩安装→支点横梁（双拼I36b 工字钢）安装→加强贝雷梁安装→上横梁安装（I36b 工字钢）→吊杆安装→下横梁安装（I630 工字钢）→吊杆固定→调整标高→底模安装→预压→外模支架及模板安装→箱梁底板及腹板钢筋安装→芯模安装→顶板钢筋安装→浇筑混凝土→养护→张拉压浆→支架拆除→下一跨施工。

4.2 钢管贝雷架悬吊技术操作要点

首先，在福湾老桥下穿J 匝道桥立体交叉两端各100m 和50m 处分别设置限高架及车辆限速警示标志以及警示灯，确保福湾老桥上行驶车辆的安全和J匝道14-15跨施工支架安全。

其次，支架钢管柱（Φ800×10mm）分两排设置在J匝道14-15 跨的端头，每排6 根，分左右幅设置，钢管立柱基础采用2.5m×4.5m×0.5m 条形C25 混凝土基础，基础内预埋底脚螺栓，确保位置准确，混凝土基础浇筑养护14d，当混凝土强度达到设计强度75%时开始进行支架的搭设；钢管桩底部与基础之间采用法兰盘、螺栓连接加固，钢管内浇筑C25 混凝土确保钢管立柱刚度符合设计要求；钢管立柱顶部采用15mm 厚钢板850mm×850mm封口，立柱之间采用10mm 厚钢板120mm×120mm 剪刀撑加劲肋板焊接确保钢管立柱的稳定性，根据立柱高度设置剪刀撑加劲肋。

再次，支点横梁（双拼I36b 工字钢）设置在钢管立柱上，通过焊接连接牢固，连接处可以增加牛腿斜撑，确保支点横梁的稳定性；支点横梁架上分左右幅设置加强型贝雷片（左右各8 片），贝雷片上弦杆支承上横梁（I36b 工字钢），间距0.75m，用M32 高强螺母与吊杆（φ32mm 实心钢杆）连接，吊杆下端与下横梁（I630 工字钢）通过M32高强螺母连接，下横梁长度7.5m，在下横梁上每隔50cm铺设纵向钢梁（双拼[10 槽钢），在纵向钢梁顶满铺厚度20mm 厚的钢垫板。钢垫板以上部分按照一般现浇箱梁的底板施工方法进行纵横向方木布设施工；每排方木接头相互搭接2m 铺设，箱梁两端截面渐变段加密至满铺。控制好模板底方木间距，确保挠度控制符合要求。

最后，在木方上面直接铺设底模板，模板缝设在方木中心处，竹胶板与方木之间采用园钉钉牢固，主线箱梁外模和底模采用15mm 竹胶板，箱梁内模采用12mm 竹胶板。施工中严格控制每片贝雷片顶面高程，保证贝雷梁连接、加固到位，确保贝雷片跨中位置顶面高程符合要求。同时进场木方尺寸规格按照设计严格控制，确保底模铺设后平整度及高程符合设计要求。

4.3 支架预压

贝雷梁悬吊支架搭设完成后需要对支架进行荷载预压试验，以检验支架的承载能力和挠度值。通过模拟贝雷架在箱梁施工时的加载过程来分析、验证贝雷梁悬吊支架及其附属结构（模板、横梁等）的弹性变形，消除其非弹性变形。通过其规律来指导施工中模板的预拱度值及其混凝土分层浇注的顺序，并据此基本评判施工的安全性。通过对支架预压得出支架弹性变形和非弹性变形，从而调整支架预拱度，确保梁体线性平顺。

支架预压采用水袋法或者砼块配重均可以。预压荷载为单孔箱梁荷载的1.2 倍[5]，预压方法模拟该孔砼梁的现浇过程，进行实际加载，以验证并得出其承载能力，按照常规的箱梁预压方案实施即可。当完成全部荷载加载后当连续两次观测数据无变化时方可卸载，完成卸载后测出每个观测点的标高。根据预压前后标高计算支架非弹性变形和弹性变形对支架调整预拱度。

4.4 支架拆除

在箱梁砼浇注过程中，按照规范要求在浇筑地点预留三组同条件养护混凝土试件，根据同条件养护砼试件的抗压强度来判断模板支架拆除的时间。预应力箱梁的侧模板一般在张拉前拆除，混凝土强度为保证其表面、棱角不因拆模而受损除；在梁体混凝土同条件养护试块强度达到设计强度的75%后，方可进行预应力张拉、压浆施工，压浆施工完成24h 后，才可拆除箱梁底模板和支架。模板支架拆除前填写模板支架拆除申请表，过项目技术负责人审成，技术交底等手续办理完整后方可拆除。

拆除顺序如下：一般按照后支先拆、先支后拆，先拆除非承重部分，后拆除承重部分模板的原则，先拆除箱梁内膜，再拆除箱梁外模板。外模板拆除时先由中间向两边对称旋松吊杆下横梁螺母10～15cm，确保吊杆下端头漏出3～5 个丝准，使下横梁和底模板和梁底完全脱开10～15cm，然后按照由中间段两边对称依次拆除，即下横梁→纵向钢梁→钢板→方木→底模板，边拆除边用机械吊运桥下，堆码整齐；再对称拆除吊杆→上横梁→贝雷片→支点横梁；最后拆除钢管立柱，拆除4m 高度以上支架模板必须搭设脚手架或操作平台，设置防护栏杆，确保支架拆除工作的安全。

5 结语

该文通过贝雷梁悬吊技术支架体系的研究设关，开拓了技术管理人员的创新思路和解决问题的能力，使技术管理人员在工程实际施工中得到了锻炼，为今后的技术管理工作提出了更高、更严、更精的要求。

通过贝雷梁悬吊技术设计研究和建模验算的成功，有效解决了超长跨径，紧邻、上跨既有线桥梁对支架行车净高和大跨度下挠超限的难题，利用了工地上现有的钢管柱和贝雷支架等大宗材料，经济效益有较大改善。

贝雷梁悬吊技术支架体系巧妙地利用了上承式悬索桥体系结构的受力原理，通过上行式箱梁拼装架桥机的悬吊拼装工艺原理散思维发散设计而成，解决了该桥上下空间受限和超长跨径下挠度超限的技术难题。贝雷梁悬吊体有结构稳定安全，施工工艺操作简单实用，体系受力富余度大，操作性强，在工期和质量控制方面具有很大优势，值得推广。